用于处理废气的PGM催化剂制造技术

提供了催化剂，其包含包埋有铂族金属(PGM)的小孔分子筛，以及使用该催化剂来处理贫燃废气的方法。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请号为201280034827.3、申请日为2012年6月5日、专利技术名称为“用于处理废气的PGM催化剂”的中国专利申请的分案申请。专利技术背景A.)应用领域：本专利技术涉及可以用于处理废气的催化剂、系统和方法，该废气作为烃燃料燃烧的结果而产生，例如由柴油发动机所产生的废气。B.)相关技术描述：多数燃烧废气的最大部分包含相对无害的氮气(N2)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)；但是废气也包含了相对小部分的有害和/或有毒物质，例如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)、来自未燃烧燃料的烃(HC)、来自过高燃烧温度的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(主要是烟灰)。为了减轻释放到大气中的废气对于环境的影响，令人期望的是消除或者降低这些不期望的组分的量，优选通过并不产生其他有害或有毒物质的方法。最难以从车辆废气中除去的组分之一是NOx，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和/或一氧化二氮(N2O)。贫燃烧废气(例如由柴油发动机所产生)中NOx向N2的还原是特别有问题的，因为该废气包含了足以促进氧化反应而不是还原反应的氧。但是，柴油废气中的NOx可以通过通常称作选择性催化还原(SCR)的非均相催化方法来还原。SCR方法包括在催化剂存在下和借助于还原剂将NOx转化成单质氮(N2)和水。在SCR方法中，在废气流与SCR催化剂接触之前，将气态还原剂(例如氨)加入到废气流中。将还原剂吸收到催化剂上，当气体穿过催化基材或从其上经过时，发生NOx还原反应。使用氨的化学计量SCR反应的化学方程式是：2NO+4NH3+2O2→3N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O从二十世纪七十年代中期以来，已经报道了铂族金属(PGM)基还原催化剂(Bosch，CatalysisToday，1988年，第369页)在低温表现出优异的NOx还原活性。但是，这些催化剂对于N2具有非常差的选择性，典型地小于50％(BuenosLopez等人，AppliedCatalysisB，2005年，第1页)。在低温(例如约150℃-约250℃)，对于N2的低选择性与形成显著量的N2O有关；而在高温(例如大于约350℃)，低选择性与NH3(期望的还原剂)氧化成NOx有关。与使用NH3还原剂的NOx还原系统有关的另一常见问题是未反应的氨的释放，也称作“氨逃逸”。逃逸会在催化剂温度没有处于反应的最佳范围内或者当过多的氨注入到过程中时发生。另外的氧化催化剂典型地安装在SCR系统下游来降低这种逃逸。该催化剂典型地包含PGM组分，其处于该催化剂仅充当氧化催化剂的单催化剂构造中，或者处于该催化剂的分区或分层兼有氧化性和还原性功能二者的双催化剂构造中。PGM据称已经通过初始润湿而掺入到MCM-41(一种孔尺寸为20-30埃的中孔沸石)中用于烃SCR。由于孔尺寸大，已经观察到这些催化剂没有形状选择性。Park等人研究了这种现象，并且推断出如果Pt通过典型的初始润湿方法掺入到ZSM-5和10-环中孔径沸石的孔中，则可以预期某些选择性(例如NOx转化率和N2产率)。但是，通过这种方法制造的催化剂表现出相同的NOx转化率和N2产率。所以，典型的初始润湿方法不能实现高的PGM交换或者通过填充晶体结构本身的空隙空间而掺入到分子筛晶体结构的壁上或者壁内。(Park等人，FromZeolitestoPorousMOFmaterials-the40thAnniversaryofInternationalZeoliteConference，2007)。常规PGM基催化剂的这些缺点限制了它们的实际应用。所以，对于以下PGM基分子筛催化剂存在着持续的未满足的需要：可以提供在低温时高的NOx还原效率、高的N2选择性和降低的NH3逃逸。
技术实现思路
申请人已经出乎意料地发现，在约150℃-约300℃的温度，特别是在包括约150℃-约250℃的温度，在贫燃烧废气中的NOx的选择性催化还原过程中，将PGM掺入到小孔分子筛的多孔网络中实现了对于N2特别好的选择性。考虑到发现PGM基NOx还原催化剂差的选择性与PGM物类固有的活性有关，而无关载体材料(例如Al2O3、二氧化硅、分子筛)，这个结果是令人惊讶的。常规的负载技术(例如浸渍或者溶液离子交换)非常适于将贱金属包埋到载体材料中。但是PGM不能通过相同的方法掺入到分子筛中，而不发生大量的金属沉积到分子筛表面上而非孔内。据信，这种表面PGM促进N2O形成和因此降低了对于N2的选择性。例如，在150-250℃的温度，具有表面PGM的标准小孔分子筛中对于N2的产率远低于50％。与常规的PGM催化剂相比，申请人已经发现使用例如这里所述的那些技术包埋有PGM的分子筛(即大部分的PGM掺入到分子筛的孔网络中)，所形成的催化剂实现了对于N2的远远更高的选择性。在本专利技术中，包埋有PGM的催化剂的N2选择性大于50％，并可以大于90％，甚至大于约98％。此外，本专利技术的催化剂还在350℃以上的温度实现了特别好的氨氧化。因此，该催化剂可以起到低温NOx还原和高温氨氧化的双重作用。这种双重功能性在还包含上游常规的SCR催化剂的废气系统中特别有价值，其典型地具有至少250℃的点火温度。在该系统中，本专利技术的PGM催化剂在相对冷的条件过程中(例如发动机启动时)充当SCR；在废气系统加热后，该PGM催化剂的功能变成为氨逃逸催化剂。对于单个催化剂来说，在200℃以下的温度非常高的NOx转化率和高的N2选择性以及在高温时非常高的NH3氧化是一种罕见的特征组合，在其他已知的废气处理催化剂中是不存在的。因此，提供了一种催化剂，其包含：(a)小孔硅铝酸盐分子筛材料，该材料包含多个具有表面和多孔网络的晶体；和(b)至少一种铂族金属(PGM)，其中相对于位于所述表面上的PGM，大部分所述PGM包埋入所述多孔网络中。(该催化剂，具有或者不具有此处所述的其他特征，也称作“PGM催化剂”。)根据本专利技术的另一方面，提供了一种催化剂制品，其包含位于基材(例如壁流式或者流通式蜂窝状整料)上的PGM催化剂，优选作为修补基面涂层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种处理排放物的方法，其包括：(a)在约150℃-约650℃的温度将含有NOx和氨的贫燃废气流与PGM催化剂接触；和(b)在约150℃-约300℃的温度将至少一部分所述NOx还原成N2和H2O，并在约250℃-约650℃的温度氧化至少一部分所述氨。根据本专利技术的另一方面，提供了一种处理排放物的方法，其包括：(a)将含有CO和NO的贫燃废气流与PGM催化剂接触；和(b)氧化所述CO和NO的至少一种以分别形成CO2和NO2，其中将NO氧化为NO2产生了NO:NO2体积比是约4:1-约1:3的废气流。根据本专利技术仍然的另一方面，提供了一种处理废气的系统，其包括：(a)还原剂源；(b)上游SCR催化剂；和(c)下游PGM催化剂；其中所述还原剂源、上游SCR催化剂和下游催化剂彼此流体连通，并且经排列使得流过该系统的废气流在接触上游SCR催化剂之前接触还原剂源，和在接触下游PGM催化剂之前接触该SCR催化剂。本专利技术的实施方案包括：1.一种催化剂，其包含：a.小孔硅铝酸盐分子筛材料，其包含多个具有表面和多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化剂，其包含：a.具有选自LTA和ERI的骨架的硅铝酸盐分子筛材料，该硅铝酸盐分子筛材料包含多个具有表面和多孔网络的晶体，其中所述硅铝酸盐分子筛具有8‑150的二氧化硅与氧化铝之比，和基于该硅铝酸盐分子筛的总重量计不大于5重量％的碱含量；和b.相对于分子筛重量计0.01‑10重量％的至少一种铂族金属(PGM)，其中相对于位于所述表面上的PGM，大部分量的所述PGM包埋在所述多孔网络中。

【技术特征摘要】
2011.06.05 US 61/493,4651.催化剂，其包含：a.具有选自LTA和ERI的骨架的硅铝酸盐分子筛材料，该硅铝酸盐分子筛材料包含多个具有表面和多孔网络的晶体，其中所述硅铝酸盐分子筛具有8-150的二氧化硅与氧化铝之比，和基于该硅铝酸盐分子筛的总重量计不大于5重量％的碱含量；和b.相对于分子筛重量计0.01-10重量％的至少一种铂族金属(PGM)，其中相对于位于所述表面上的PGM，大部分量的所述PGM包埋在所述多孔网络中。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述催化剂包含相对于分子筛的重量计0.1-1重量％的PGM。3.根据权利要求1所述的催化剂，其中该小孔分子筛材料包含多个平均晶体尺寸为0.01-10微米的晶体。4.根据权利要求1所述的催化剂，其中该小孔分子筛材料包含多个平均晶体尺寸为0.5-5微米的晶体。5.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述PGM选自铂、钯和铑。6.根据权利要求1所述的催化剂，其中基于分子筛中总的PGM计至少75％的所述PGM包埋在所述多孔网络中。7.根据权利要求1所述的催化剂，其中基于分子筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·菲杰耶科，HY·陈，P·J·安德森，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB