一种用于摩托车尾气处理的催化转化器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于摩托车尾气处理的催化转化器。该催化转化器包括金属载体和涂覆在金属载体表面的催化剂涂层，金属载体由外壳和芯体组成，其中：金属载体由A1段、A2段和A3段组成，A1段位于进气段，A3段位于出气段，A2段位于A1段和A3段之间，其中A1段、A2段和A3段的长度比为0.5～5:0～0.5:1；所述铁系催化剂涂层涂覆在A1段外表面，贵金属催化剂涂层涂覆在A3段外表面，A2段无芯体。本发明专利技术通过控制铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层的涂覆长度以及催化剂活性成分在相应催化剂涂层中的重量百分比含量，使摩托车尾气经过铁系催化剂涂层处理后，其过量空气系数组分由0.93～1.03转变为0.97～1.03，增强了贵金属催化剂涂层对尾气的处理能力，进而提高催化转化器的活性和耐久性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于摩托车尾气处理的催化转化器及其制备方法
本专利技术涉及一种催化转化器，特别涉及一种用于摩托车尾气处理的催化转化器及其制备方法。
技术介绍
国家摩托车废气排放法规越来越严格，使得提高废气后处理技术成为同行业人士的关注重点。目前，主要技术方向是通过优化发动机的性能和使用催化转化器来共同处理摩托车废气中的污染物(如一氧化碳，氮氧化物，碳氢化合物等)，以满足国家对污染物排放的限制。随着人们对摩托车性价比的不断追求，对催化转化器的性价比也提出了更高的要求。人们希望用更便宜的催化转化器，来达到国家对排放限值的要求。其中，引入比贵金属更廉价的铁系元素来部分代替贵金属被广泛研究。现有的涂覆有含铁系的贵金属催化剂涂层的催化转化器大多是将铁系催化剂和贵金属催化剂放置在同一涂层或者将铁系催化剂和贵金属催化剂放置在催化转化器同一段的不同涂层。目前摩托车的燃油喷射技术主要是通过机械方式，即化油器控制，其控制精确度低，导致摩托车尾气的过量空气系数组分为0.93～1.03，而适宜于贵金属催化剂工作的过量空气系数组分为0.97～1.03。将铁系催化剂和贵金属催化剂放置在同一涂层或者将铁系催化剂和贵金属催化剂放置在催化转化器同一段的不同涂层，会由于贵金属催化剂表面的反应气氛无法达到最佳条件，从而影响催化转化器的活性及耐久性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于摩托车尾气处理的催化转化器。该催化转化器将铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层分别涂覆在金属载体的进气段和出气段，并通过控制铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层的涂覆长度以及催化剂活性成分在相应催化剂涂层中的重量百分比含量，使摩托车尾气经过铁系催化剂涂层处理后，其过量空气系数组分由0.93～1.03转变为0.97～1.03，增强了贵金属催化剂涂层对尾气的处理能力，进而提高催化转化器对摩托车尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物的转化率，同时该催化转化器耐久性能好，生产成本低。本专利技术还提供了所述催化转化器的制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术用于摩托车尾气处理的催化转化器，包括金属载体和涂覆在金属载体表面的催化剂涂层，金属载体由外壳和芯体组成，其特征在于：所述金属载体由A1段、A2段和A3段组成，A1段位于进气段，A3段位于出气段，A2段位于A1段和A3段之间，其中A1段、A2段和A3段的长度比为0.5～5:0～0.5:1；所述催化剂涂层由铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层组成；所述铁系催化剂涂层涂覆在A1段外表面，铁系催化剂涂层中的活性成分为铁系元素的金属氧化物；所述贵金属催化剂涂层涂覆在A3段外表面，贵金属催化剂涂层中的活性成分为铂系元素的金属氧化物；A2段无芯体。申请人经多次重复性试验，得出将铁系催化剂和贵金属催化剂分段涂覆在催化转化器的进气段和出气段，可有效提高催化转化器的活性和耐久性。当A1段、A2段和A3段的长度比为0.5～5:0～0.5:1时，可以加强铁系催化剂和贵金属催化剂的协同作用，使其不仅具有铁系催化剂的优势，还使贵金属催化剂具有更优的作用。这是因为，铁系催化剂涂层除了能处理尾气中的CO、HC和NOx，还能将过量空气系数组分由0.93～1.03转化为适合于贵金属催化剂涂层工作的0.97～1.03，使贵金属催化剂涂层对摩托车尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物处理得更加彻底。本专利技术优选A1段、A2段和A3段的长度比为0.5～5:0.1～0.5:1。在A1段和A3段之间设置A2段，A2段中金属载体不含芯体，为中空结构；当尾气通过A1反应后，在A2段进行第二次混合，二次混合有效地将尾气中的氧化气体和还原气体充分结合在一起，然后进入A3段，更有利于提高A3段尾气的转化率。本专利技术进一步优选A1段、A2段和A3段的长度比为0.8～1.2:0.2～0.3:1，最佳优选为1:0.22:1。通过以上优选，可以进一步提高铁系催化剂和贵金属催化剂的利用率及其协同催化作用，使该催化转化器具有更好的活性和耐久性。本专利技术优选催化转化器的长度为70～120mm，当催化转化器的长度大于120mm时，会导致通过催化转化器前后气体的压强差值过大，从而影响发动机的燃烧状态(降低摩托车的燃油经济性)，可使摩托车尾气排放更恶劣，最终导致排放不达标；若催化转化器的长度小于70mm时，摩托车尾气在催化转化器中停留的时间过短，不利于催化转化器发挥催化作用。本专利技术进一步优选催化转化器的长度为90～100mm，最佳优选为100mm。本专利技术所述铁系元素选自铁、钴、镍中的一种或几种；所述铂系元素选自铂、钯、铑、锇、铱、钌中的一种或几种。催化剂活性成分的含量对催化剂的催化性能影响很大。优选地，铁系元素的金属氧化物在铁系催化剂涂层中的重量百分比含量为0.5～15％；铂系元素的金属氧化物在贵金属催化剂涂层中的重量百分比含量为0.5～15％。所述铁系元素的金属氧化物一部分负载在储氧材料上，一部分负载在氧化铝上。优选地，所述铁系元素的金属氧化物负载在储氧材料上的重量与负载在氧化铝上的重量之比为1.3～1.5:1；所述铂系元素的金属氧化物一部分负载在储氧材料上，一部分负载在氧化铝上，所述铂系元素的金属氧化物负载在储氧材料上的重量与负载在氧化铝上的重量之比为1～8:1。负载在储氧材料上的铁系催化剂活性成分有利于尾气中CO氧化和NOx还原的化学反应，负载在氧化铝上的铁系催化剂活性成分有利于HC氧化的化学反应；而负载在储氧材料上的贵金属催化剂活性成分有利于尾气中CO和O2、CO和NOx的化学反应，负载在氧化铝上的贵金属催化剂活性成分有利于HC和O2的化学反应。本专利技术针对摩托车尾气，通过以上优选，可以增强催化转化器对摩托车尾气的处理效果。所述储氧材料为氧化铈、铈锆固溶体或氧化铈和氧化锆的混合物，所述铈锆固溶体还包括用镧、镨、钕、钇等稀土元素改良的固溶体。本专利技术优选A1段铁系催化剂涂层的涂覆量为40～140g/L，A3段贵金属催化剂涂层的涂覆量为100～180g/L。当A1段催化剂涂层的涂覆量小于40g/L，A3段催化剂涂层的涂覆量小于100g/L，会降低催化转化器对尾气中一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物的转化率；而当A1段催化剂涂层的涂覆量大于140g/L，A3段催化剂涂层的涂覆量大于180g/L，会导致涂层脱落风险增大，摩托车整车的背压增大，不利于催化转化反应。本专利技术所述金属载体由载体外壳和内芯两部分组成，其中金属外壳为不锈钢，内芯为铁铬铝。本专利技术所述催化转化器的制备方法，包括如下步骤：(1)将铁系盐分别浸渍在储氧材料和氧化铝上，干燥，焙烧，混合均匀，制成粉料I；(2)将贵金属盐浸渍在储氧材料和氧化铝上，干燥，焙烧，混合均匀，制成粉料II；(3)将粉料I、氧化铝、醋酸和纯水混合，球磨制成浆料J1；(4)将粉料II、氧化铝、醋酸和纯水混合，球磨制成浆料J2；(5)将浆料J1涂覆在金属载体A1段外表面，干燥，500～600℃焙烧1～3h，得半成品；(6)将浆料J2涂覆在步骤(5)所得半成品的A3段外表面，干燥，500～600℃焙烧1～3h，即得催化转化器。在上述制备方法中，所述步骤(1)中铁系盐选自铁系元素的硝酸盐、醋酸盐或硫酸盐；所述步骤(2)中贵金属盐选自贵金属元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于摩托车尾气处理的催化转化器，包括金属载体和涂覆在金属载体表面的催化剂涂层，金属载体由外壳和芯体组成，其特征在于：所述金属载体由A1段、A2段和A3段组成，A1段位于进气段，A3段位于出气段，A2段位于A1段和A3段之间，其中A1段、A2段和A3段的长度比为0.5～5:0～0.5:1；所述催化剂涂层由铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层组成；所述铁系催化剂涂层涂覆在A1段外表面，铁系催化剂涂层中的活性成分为铁系元素的金属氧化物；所述贵金属催化剂涂层涂覆在A3段外表面，贵金属催化剂涂层中的活性成分为铂系元素的金属氧化物；A2段无芯体。

【技术特征摘要】
1.一种用于摩托车尾气处理的催化转化器，包括金属载体和涂覆在金属载体表面的催化剂涂层，金属载体由外壳和芯体组成，其特征在于：所述金属载体由A1段、A2段和A3段组成，A1段位于进气段，A3段位于出气段，A2段位于A1段和A3段之间，其中A1段、A2段和A3段的长度比为0.5~5:0~0.5:1；所述催化剂涂层由铁系催化剂涂层和贵金属催化剂涂层组成；所述铁系催化剂涂层涂覆在A1段外表面，铁系催化剂涂层中的活性成分为铁系元素的金属氧化物；所述铁系元素的金属氧化物一部分负载在储氧材料上，一部分负载在氧化铝上；所述铁系元素的金属氧化物负载在储氧材料上的重量与负载在氧化铝上的重量之比为1.3~1.5:1；所述贵金属催化剂涂层涂覆在A3段外表面，贵金属催化剂涂层中的活性成分为铂系元素的金属氧化物；所述铂系元素的金属氧化物一部分负载在储氧材料上，一部分负载在氧化铝上，所述铂系元素的金属氧化物负载在储氧材料上的重量与负载在氧化铝上的重量之比为1~8:1；所述储氧材料为氧化铈、铈锆固溶体或者氧化铈和氧化锆的混合物；A2段无芯体。2.根据权利要求1所述的催化转化器，其特征在于：所述催化转化器的长度为70~120mm。3.根据权利要求1所述的催化转化器，其特征在于：所述A1段、A2段和A3段的长度比为0.5~2.5:0.1~0.4:1。4.根据权利要求3所述的催化转化器，其特征在于：所述A1段、A2段和A3段的长度比...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冬冬，王金凤，李云，崔李强，
申请(专利权)人：四川中自尾气净化有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51