多层三效转化催化剂组合物制造技术

本发明专利技术公开了能够同时催化烃和一氧化碳的氧化和氮氧化物的还原的多层三效转化催化剂。提供了与支承体结合的由至少四层构成的催化材料，其中各层都包括载体，至少三层包含贵金属组分，且至少一层包含储氧组分（OSC）。该催化材料可进一步包含第五层，其中至少四层包含贵金属组分，至少一层包含储氧组分，且至少一层基本不含储氧组分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及用于处理含烃、一氧化碳和氮氧化物的气流的分层催化剂。更具体地，本专利技术涉及具有多层，例如四层、五层或更多层催化材料的三效转化(TWC)催化剂。
技术介绍
三效转化(TWC)催化剂已用在许多领域中，包括来自内燃机，如汽车、卡车和其它以汽油为燃料的发动机的废 气流的处理。各政府已经规定未燃烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准，老车和新车都必须符合该标准。为了符合这类标准，在内燃机排气管中设置含TWC催化剂的催化转化器。这类催化剂促进废气流中的未燃烃和一氧化碳被氧氧化以及氮氧化物还原成氮。表现出良好活化和长寿命的已知TWC催化剂包含位于高表面积难熔金属氧化物载体，例如高表面积氧化铝涂层上的一种或多种钼族金属(例如，钼、钯、铑、铼和铱)。使该载体负载在合适的支承体(carrier)或基底,如包含耐火陶瓷或金属蜂窝结构的整料支承体或难熔粒子(如合适的难熔材料的球体或短挤出片段)上。TWC催化剂可以以许多方式制造。美国专利No. 6，478，874例如阐述了基底的催化涂布系统。TWC催化剂的详情可见于例如美国专利 Nos. 4，714，694 和 4，923，842。美国专利 No. 5，057，483 ;5，597，771 ;7，022，646和TO95/35152公开了具有两个含贵金属的层的TWC催化剂。美国专利No. 6，764，665公开了具有三层的TWC催化剂，其中两层具有贵金属。高表面积氧化铝载体材料，也被称作“ Y氧化铝”或“活化氧化铝”通常表现出超过60平方米/克(“m2/g”)，通常最多大约200平方米/克或更高的BET表面积。这类活化氧化铝通常是Y和δ相氧化铝的混合物，但也可以含有显著量的I1、K和Θ氧化铝相。可以使用活化氧化铝以外的难熔金属氧化物作为给定催化剂中至少一些催化组分的载体。例如，疏松二氧化铈、氧化锆、α氧化铝和其它材料已知用于这类用途。尽管许多这些材料具有BET表面积明显低于活化氧化铝的缺点，但该缺点往往由所得催化剂的更高耐受性弥补。在运行的车辆中，废气温度可达1000°C，这种高温造成活化氧化铝(或其它)载体材料发生由相变引起的热降解并伴随着体积收缩，在蒸汽存在下尤其如此，由此催化金属被禁锢在收缩的载体介质中，并损失暴露的催化剂表面积和相应降低催化活性。本领域中已知的手段是使用如氧化锆、二氧化钛、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(如二氧化铈、氧化镧和两种或更多稀土金属氧化物的混合物)之类的材料稳定氧化铝载体以防止这类热降解。例如，参见C.D. Keith等人，美国专利No. 4，171，288，其整个内容经此弓I用并入本文。疏松氧化铈(铈土)已知为铑以外的钼族金属提供优异的难熔氧化物载体，并且能够获得在二氧化铈粒子上的钼的高度分散的小微晶，且该疏松二氧化铈可以通过用铝化合物溶液浸溃然后煅烧来稳定化。以c. Z. Wan等人为专利技术人并经此引用并入本文的美国专利No. 4，714，694公开了任选与活化氧化铝结合的铝稳定的疏松二氧化铈，以充当浸溃到其上的钼族金属组分的难熔氧化物载体。在各自经此引用并入本文的美国专利Nos. 4，727，052和4，708，946中也公开了疏松二氧化铈作为铑以外的钼族金属催化剂的催化剂载体的用途。多层催化剂广泛用在TWC中。通常，车辆需要具有相同的一般总体转化功能的催化剂，但不同车辆平台决定着各功能的催化剂的构造。例如，特定车辆的发动机控制决定了例如，HC还是NOx转化是达到法规指标的决定性因素。这些关键因素导致用偏向于HC或NOx转化的不同最外层设计催化剂。因此，需要在不使制造方法复杂化的情况下提供符合市场要求的TWC催化剂。目标还在于尽可能有效地利用TWC催化剂的组分，尤其是贵金属。通过将洗涂层(washcoat)沉积到支承体或基底上来形成多层催化剂。在一些制造方法中，沿支承体或基底长度的洗涂层沉积受到限制。例如，有时单遍洗涂层覆盖该催化剂长度的小于100%，例如仅大约80-90%。因此，催化剂设计传统上是造成洗涂层法中的这类限制的原因，从而产生相对于支承体或基底的轴向轴、径向轴或双轴不对称的分层催化剂。不对称催化剂的使用意味着在例如制造或安装过程中需要谨慎地将这些催化剂取向以确保它们适当制造和有效使用。为了减轻不对称催化剂复合材料带来的困难，需要提供对称催化剂复合材料。此外，开发能够在将氮氧化物还原成氮的同时氧化烃和一氧化碳的三效转化催化剂体系是持续的目标。专利技术概要本专利技术涉及能够同时催化烃和一氧化碳的氧化和氮氧化物的还原的通常被称作三效转化催化剂的那类分层催化剂复合材料。根据本专利技术的一个或多个实施方案的分层催化剂复合材料的结构被设计成具有与支承体结合的由至少四层构成的催化材料，其中各层都包括载体，至少三层包含贵金属组分，且至少一层包含储氧组分(OSC)。在一个实施方案中，该催化材料进一步包含第五层，其中至少四层包含贵金属组分，至少一层包含储氧组分，且至少一层基本不含储氧组分。术语“基本不含储氧组分”是指在该层中具有低、极低或没有0SC。极低量的OSC被理解为是指在该层中小于或等于大约1-4重量％ OSC0低量的OSC被理解为是指在该层中大约4-12重量％ OSC。中等量的OSC被理解为是指在该层中约12-30重量％ OSC。高量OSC被理解为是指在该层中30重量％或更多OSC。OSC (储氧组分)是指具有多价态并且可以在氧化条件下与氧化剂如氧或一氧化二氮活化反应或在还原条件下与还原剂如一氧化碳(CO)或氢反应的实体。合适的储氧组分的实例包括二氧化铈、氧化镨或其组合。可以使用例如混合氧化物给予该层0SC。例如，二氧化铈可以由铈和锆的混合氧化物和/或铈、锆和钕的混合氧化物给予。例如，氧化镨可以由镨和锆的混合氧化物和/或镨、铈、镧、钇、锆和钕的混合氧化物给予。在一个或多个实施方案中，在支承体上沉积一层催化材料以形成底涂层。在该底涂层上沉积第一中间层，在该第一中间层上沉积第二中间层，并在第二中间层上方，但不一定直接在第二中间层上沉积外层。在第二中间层上和外层下沉积任选第三中间层。本专利技术的另一方面包括一种处理汽车源的废气的方法，包括使包含烃、一氧化碳和氮氧化物的气流与在支承体上包含催化材料的分层催化剂复合材料接触，该催化材料包含至少四层，各层都包括载体，其中至少三层包含在所述至少三层各自的载体上的贵金属组分，至少一层包含储氧组分，且其中该催化材料有效地基本同时氧化一氧化碳和烃以及还原氮氧化物。在一个实施方案中，该催化材料进一步包含第五层，至少四层包含贵金属组分，且至少一层基本不含储氧组分。另一方面包括如下方法，该方法包括在排气系统中放置在支承体上具有催化材料的多层催化剂复合材料，该催化材料包含至少四层，各层都包括载体，其中至少三层包含在所述至少三层各自的载体上的贵金属组分，至少一层包含储氧组分，且其中该催化材料有效地基本同时氧化一氧化碳和烃以及还原氮氧化物。附图说明图1是显示根据本专利技术的一个实施方案的发挥三效催化剂作用的具有四层的废气处理系统催化元件上的层构造的示意图；图2是显示根据本专利技术的一个实施方案另一具有五层的催化元件上的层构造的示意图；图3A和3B是显示根据本专利技术的某些实施方案的四层构本文档来自技高网...

【技术保护点】
在支承体上包含催化材料的分层的催化剂复合材料，该催化材料包含至少四层，各层都包括载体，其中至少三层包含在所述至少三层各自的载体上的贵金属组分，其中所述至少三层的贵金属组分独立地包含铂、钯、铑或其组合，其中所述催化材料包含：底涂层，其包含占该层的30重量％至35重量％的第一储氧组分；第一中间层，其包含占该层的20重量％至25重量％的第二氧组分；第二中间层，其包含占该层的15重量％至20重量％的第三储氧组分；和外层，其包含占该层的3.5重量％至6.5重量％的第四储氧组分，和其中各层的储氧组分独立地包含二氧化铈、氧化镨或其组合，其中所述催化材料有效地基本同时氧化一氧化碳和烃以及还原氮氧化物。

【技术特征摘要】
2007.02.02 US 60/888,071;2008.01.09 US 11/971,5151.在支承体上包含催化材料的分层的催化剂复合材料，该催化材料包含至少四层，各层都包括载体，其中至少三层包含在所述至少三层各自的载体上的贵金属组分， 其中所述至少三层的贵金属组分独立地包含钼、钯、铑或其组合， 其中所述催化材料包含底涂层，其包含占该层的30重量％至35重量％的第一储氧组分；第一中间层，其包含占该层的20重量％至25重量％的第二氧组分；第二中间层，其包含占该层的15重量％至20重量％的第三储氧组分；和外层，其包含占该层的3. 5重量％至6.5重量％的第四储氧组分,和 其中各层的储氧组分独立地包含二氧化铈、氧化镨或其组合， 其中所述催化材料有效地基本同时氧化一氧化碳和烃以及还原氮氧化物。2.权利要求1的复合材料，其中所述催化材料进一步包含第...

【专利技术属性】
技术研发人员：SL·F·陈，K·瓦塞尔曼，S·西蒙德，T·罗，T·纽鲍尔，J·萨卡基巴拉，H·拉比诺维茨，
申请(专利权)人：巴斯福催化剂公司，
类型：发明
国别省市：