一氧化碳转化催化剂制造技术

本发明专利技术公开了包含钯的催化剂制品及相关的制备和使用方法。公开了包括形成在基底上的第一催化层和形成在所述第一催化层上的第二催化层的催化剂制品，其中所述第一催化层包含浸渍在不含二氧化铈的储氧组分上的钯和浸渍在耐火金属氧化物上的铂，所述第二催化层包含浸渍在含二氧化铈的储氧组分上的铂和铑。所述催化剂制品的所述钯组分以相对于其他铂族金属组分较高的比例存在。所述催化剂制品提供改善的废气流中一氧化碳的转化，特别是在富燃发动机操作条件下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于处理包含碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的气体流的催化剂制品，使用所述催化剂制品处理所述气体流的方法以及制备所述催化剂制品的方法。更具体地，本专利技术提供用于处理由包括汽化器式摩托车发动机在内的内燃机产生的废气的催化剂制品和方法。
技术介绍
内燃机的废气包含诸如污染空气的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物(NOx)的污染物。未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准已由各政府设立并且新旧交通车辆必须符合该标准。为了符合该标准，可将包含三效催化剂(TWC)的催化转化器设置在内燃机的废气管道中。使用废气催化剂已有助于空气质量的显著改善。TWC是最常用的催化剂并且其提供氧化ー氧化碳(CO)、氧化未燃烧的碳氢化合物(He’ S)和将NOx还 原成N2的三种功能。TWC通常利用一种或多种钼族金属(PGM)来同时氧化CO和HC并还原NOx化合物。TWC的最常见催化组分是钼(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)。当发动机在化学计量条件(空气/燃料比，λ = I)或接近化学计量条件下操作吋，TWC催化剂表现最佳。然而，在实际使用中，发动机在操作周期期间的不同阶段一定是在λ =1的左右下操作。例如，在诸如加速期间的富燃操作条件下，废气组成为还原性的并且更加难以在催化剂表面上进行氧化反应。由于这个原因，已开发包含如下组分的TWC，所述组分在操作周期的稀燃部分期间存储氧而在操作周期的富燃部分期间释放氧。这种组分在大多数商业TWC中是基于ニ氧化铈的。遗憾的是，当ニ氧化铈掺入有贵金属催化剂时，其在暴露于例如800°C或以上的高温时往往会损失表面积，并且催化剂的总体性能会劣化，因此已开发使用ニ氧化铈-氧化锆混合氧化物作为储氧组分的TWC，因为混合氧化物相比单独ニ氧化铈对表面积损失更稳定。催化剂通常配制成包含支撑体、储氧组分和PGM的活化涂层(washcoat)组合物。这种催化剂被设计成在特定范围的操作条件下有效，所述操作条件相比于化学计量条件为稀燃和富燃的。TWC催化剂中的钼族金属(例如钼、钯、铑、铼和铱)通常设置在高表面积耐火金属氧化物支撑体上，例如高表面积氧化铝涂层，或设置在储氧组分上。该支撑体附在合适载体或基底上，例如具有耐火陶瓷或金属蜂窝结构的整体基底(monolithic substrate),或耐火颗粒例如合适耐火材料的球体或短的挤出片段。TWC催化剂基底也可为丝网，通常为金属丝网，其特别可用于小型发动机。诸如氧化铝、散装ニ氧化铈、氧化锆、α氧化铝的耐火金属氧化物和其他材料可用作催化剂制品的催化组分的支撑体。氧化铝支撑体材料，也称为“Y氧化铝”或“活性氧化铝”，通常显示具有超过60平方米/克(“m2/g”)，通常高达约200m2/g或更高的BET表面积。这种活性氧化铝通常为氧化铝的Y相和S相的混合物，但也可包含大量的η、κ和Θ氧化铝相。虽然许多其他耐火金属氧化物支撑体遭受具有比活性氧化铝低得多的BET表面积的不利影响，但该不利影响往往会被所得催化剂的较大耐久性弥补。如上所述的储氧组分也可用作TWC的PGM组分的支撑体。在正在操作的发动机中，废气温度可达到1000°C，并且这么高的温度会导致支撑体材料经历由相变导致的热降解与伴随的体积收缩，尤其是在存在蒸汽的情况下，由此催化金属堵塞在縮小的支撑体介质中，引起暴露的催化剂表面积损失和相应的催化剂活性降低。可通过使用诸如氧化锆、ニ氧化钛、碱土金属氧化物如氧化钡、氧化钙或氧化锶、或稀土金属氧化物如ニ氧化铈、氧化镧和两种或更多种稀土金属氧化物的混合物的材料使氧化铝支撑体对这种热降解稳定。通过使催化剂暴露于实验室条件下不同气氛中的加速老化而在实验室中测试汽车催化剂稳定性。这些测试方案模拟发动机中的操作条件，包括高温和废气中的稀燃/富燃扰动。这些测试通常包括在存在或不存在水的情况下的高温。两种类型的加速老化方案为蒸汽/空气(氧化水热老化，模拟稀燃操作条件)或在氮、氩或氢下的老化(惰性老化，模拟富燃操作条件)。虽然这两种催化剂老化条件下的测试提供发动机环境中的实际使用中的催化剂性能的较好再现，但本领域中已对开发耐受高温蒸汽/空气老化条件的催化剂给予 最多的关注。当前的催化剂技术在富燃老化条件下，特别是当依次暴露于蒸汽/空气方案和高温富燃老化方案两者时呈现出显著催化剂失活。 在汽化器式摩托车发动机中，由于汽化器的松散控制而经常遇到宽范围的空气/燃料比。排放控制催化剂因此需要在这种宽范围的环境中发挥作用并且在富燃老化条件下经常丧失CO转化活性。因此，需要在水热老化后，特别是在富燃发动机操作条件下老化后具有改善的CO转化性能和稳定性的含TWC催化剂制品。本专利技术的催化剂满足该需要。已知在富燃条件下CO的转化通过两种反应实现氧化(C0+1/202=C02)和水煤气变换(WGS)(C0+H20=C02+H2)。现在已发现水热老化过程对WGS反应比对氧化反应更不利并且在这些条件下保持良好的PGM分散性对于WGS活性是必须的。本文所述的本专利技术催化剂显示具有改善的水热老化后PGM分散性并且提供改善的催化剂性能。概述本专利技术的一个实施方案涉及催化剂制品和相关的制备和使用方法。在ー个方面，在载体基底上形成第一催化层，其中该第一催化层包含浸溃在不含ニ氧化铈的储氧组分上的钯。该不含ニ氧化铈的储氧组分可为氧化锆和不同于ニ氧化铈的稀土金属氧化物的复合材料，所述稀土金属氧化物例如氧化镨、氧化钕或氧化镧。第一催化层还可包含浸溃在耐火金属氧化物支撑体上的钼和/或钯。在第一催化层上形成第二催化层，其中该第二催化层包含浸溃在具有高含量的铈的OSC支撑体上的钼和铑。该第二催化层不含靶并且基本上不含耐火金属氧化物。在一个实施方案中，该催化剂制品相对于已知的TWC催化剂制品显示具有改善的稳定性和CO转化性能(特别是在富燃操作条件下)。催化剂制品的基底通常可为蜂窝结构。催化剂制品还可包括形成在基底上的任选蚀刻涂层(etch coat layer)，其中该蚀刻涂层包含耐火金属氧化物并且具有基本上均匀的表面。在本专利技术的另一方面，所述催化剂制品通过如下步骤来制备任选地在基底上涂覆包含在酸性溶胶中的耐火金属氧化物的蚀刻涂层，干燥蚀刻涂层以获得基本上均匀的表面，通过在蚀刻涂层(如果存在的话)或在基底(如果蚀刻涂层不存在的话)上涂覆浆料而在蚀刻涂层上沉积第一催化层，所述浆料包含I)浸溃有钯的不含ニ氧化铈的储氧组分和2)浸溃在耐火金属氧化物支撑体上的钯，和干燥第一催化层。第一催化层中的一部分钯也可以浸溃在耐火金属氧化物支撑体上。第一催化层的不含ニ氧化铈的储氧组分可为氧化锆和不同于ニ氧化铈的稀土金属氧化物的复合材料，所述稀土金属氧化物例如氧化镨、氧化钕或氧化镧。通过在第一催化层上涂覆浆料而在第一催化层上沉积第二催化层，所述浆料包含浸溃在基本上不含耐火金属氧化物的ニ氧化铈OSC上的钼和铑，其中所述OSC具有高含量的铺。本专利技术的催化剂制品特别可用于处理由内燃机例如汽化器式摩托车发动机产生的废气，其中操作条件的稀燃/富燃扰动引起必须移除的废气污染物的高度变异性。具体地，常规催化剂制品在富燃条件下经受CO转化活性的迅速损失。本专利技术的催化剂制品在这种操作条件下呈现出相对于新鮮催化剂的性能显著较小的CO转化损耗。附图描述图I为显示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·刘，Y·刘，P·H·特兰，K·阿利韦，M·P·加利甘，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：
国别省市：