公开了具有显著氧化能力的抗硫增效铂系金属(SPGM)催化剂。SPGM催化剂试样的催化层使用常规合成技术制备以建立完全或基本不含PGM材料的修补基面涂层。SPGM催化剂包含含有YMnO3钙钛矿的修补基面涂层和包含以约5g/ft3的总PGM负载沉积于多种载体氧化物的Pt组合物的罩面层。在1.3gS/L条件下观察抗硫中毒性和催化稳定性以评估所选择的载体氧化物对SPGM催化剂的DOC性能具有的影响。结果表明生产以包含加在ZPGM催化剂材料层上的具有沉积在多种载体氧化物上的低量PGM催化剂材料层的SPGM催化剂能够提供SPGM催化剂体系的抗硫性的显著改进。
【技术实现步骤摘要】
背景公开内容领域本公开内容一般性地涉及用于处理来自柴油机的废气排放的柴油氧化催化剂，更特别是，具有低铂系金属(PGM)负载的抗硫增效铂系金属(SPGM)催化剂体系。背景信息柴油氧化催化剂(DOC)包含沉积于金属载体氧化物上的PGM。DOC用于处理柴油机废气以降低氮氧化物(NOX)、烃(HC)和一氧化碳(CO)气体污染物。DOC通过将它们氧化而降低气体污染物。常规催化转化器厂商在其柴油废气系统中使用单一PGM催化剂。由于催化体系的PGM部分内的铂(Pt)和钯(Pd)催化剂的混合物提供改进的稳定性，催化转化器制造工业移向制造Pt/Pd基DOC。在柴油机中，存在于废气排放中的硫可导致显著的催化剂减活，甚至在非常低的浓度下也是如此。该催化剂减活是由于强金属-硫键的形成。强金属-硫键在硫化学吸着并与金属的活性催化剂部位反应时产生。稳定的金属-吸附物键可产生改变表面化学的非选择性副反应。解决该问题的现有尝试引导厂商生产具有改进的抗硫性的催化剂体系。通常，这些催化剂体系通过使用高PGM负载制造。不幸的是，在催化剂体系内使用高PGM负载提高了催化剂体系的成本，因为PGM是昂贵的。PGM是昂贵的，因为它们是稀有的，具有小的市场流通量，并且除其它问题外，显示出恒定的价格波动和恒定的稳定供应风险。因此，由于世界范围内连续采用较严格的规则标准以控制排放，越来越需要开发具有关于增强催化效率和硫中毒稳定性的改进性能的DOC。概述本公开内容描述了用于柴油氧化催化剂(DOC)应用的具有低PGM负载的增效PGM(SPGM)催化剂。本公开内容的目的是描述具有高催化活性和抗硫中毒性的SPGM催化剂体系。在这些实施方案中，将具有5g/ft3PGM活性组分的催化层用分开催化剂层中的包含钙钛矿结构的Zero-PGM(ZPGM)催化剂组合物增效。在一些实施方案中，所述双层SPGM催化剂可提供显示出高氧化活性以及抗硫性的催化剂体系。根据一些实施方案，可配置所述SPGMDOC体系以包含沉积在具有所选择的贱金属负载的多种载体氧化物上的ZPGM材料组合物的修补基面涂层(WC)。在这些实施方案中，WC层可使用沉积在掺杂ZrO2载体氧化物上的YMnO3钙钛矿形成。在其它实施方案中，所述SPGMDOC体系的第二层配置为罩面层(OC)。OC层包含在载体氧化物上的多种低PGM材料组合物。在这些实施方案中，OC层可使用多种载体氧化物形成，所述载体氧化物使用例如铂(Pt)的低载荷PGM溶液金属化以形成载体氧化物/低载荷PGM淤浆。然后将载体氧化物/低载荷PGM淤浆沉积到WC层上，随后煅烧。进一步，对这些实施方案而言，用于OC层的载体氧化物为Si掺杂氧化铝(Al2O3-5％SiO2)、二氧化铈-氧化锆(60％ZrO2-40％CeO2)和La掺杂氧化铝(Al2O3-10％La2O3)。在其它实施方案中，使用于DOC应用的所述SPGM催化剂经受DOC/硫试验方法以评估/验证NO氧化活性和抗硫中毒性。在这些实施方案中，进行DOC点火试验以证明层状SPGM构型中ZPGM催化活性材料的协同效果。进一步，对这些实施方案而言，所述SPGM催化剂试样的抗硫性和NO氧化在多种DOC条件下在约54,000h-1的空速(SV)和脱硫下根据试验方法中的多个步骤确定。又进一步，对这些实施方案而言，SPGM催化剂体系中层的组合催化性能可提供NO氧化方面的更多效率和对抗硫中毒的更多稳定性。本公开内容的大量其它方面、特征和优点可从以下详细描述连同附图中获悉，所述附图可阐述本公开内容的实施方案，结合在此处用于参考。附图简述本公开内容可参考以下图更好地理解。图中的组件未必按比例绘制，而是强调阐述公开内容的原理。在图中，在整个不同的视图中，参考数字表示相应的部件。图1为阐述根据一个实施方案，用于SPGM催化剂试样的催化剂结构的图示。图2为阐述根据一个实施方案，用于评估SPGM催化剂的催化活性和抗硫性的DOC试验方法的步骤图的图示。图3为阐述根据一个实施方案，根据图2所述DOC试验方法在SPGM催化剂上进行的NO转化点火(lightoff)(LO)试验的结果的图示。图4为阐述根据一个实施方案，根据图2所述DOC试验方法在SPGM催化剂上进行的NO转化率LO试验的其它结果的图示。图5为阐述根据一个实施方案，根据图2所述DOC试验方法在SPGM催化剂上进行的NO转化率LO试验的其它结果的图示。图6A为阐述根据一个实施方案，根据图2所述DOC试验方法在硫酸盐化步骤以前在SPGM催化剂上进行的NO转化率LO试验的对比的图示。图6B为阐述根据一个实施方案，根据图2所述DOC试验方法在硫酸盐化以后在SPGM催化剂上进行的NO转化率LO试验的对比的图示。详述此处参考图中所述实施方案详细描述本公开内容，所述实施方案形成此处的一部分。可使用其它实施方案和/或可不偏离本公开内容的精神或范围地做出其它改变。详述中描述的说明性实施方案不意欲限制此处呈现的主题。定义如此处所用，以下术语具有以下定义：“催化剂”指可用于一种或多种其它材料的转化的一种或多种材料。“基质”指得到用于沉积修补基面涂层和/或罩面层的足够表面积的具有任何形状或构型的任何材料。“修补基面涂层”指包含可沉积于基质上的至少一种氧化物固体的至少一个涂层。“罩面层”指可沉积在至少一个修补基面涂层或浸渍层上的至少一个涂层。“载体氧化物”指用于提供增强氧分布和催化剂暴露于反应物如NOx、CO和烃的高表面积的多孔固体氧化物，通常混合金属氧化物。“催化剂体系”指任何包含具有至少两个层，包括基质、修补基面涂层和/或罩面层的催化剂，例如铂系金属(PGM)催化剂或Zero-PGM(ZPGM)催化剂的体系。“铂系金属(PGM)”指铂、钯、钌、铱、锇和铑。“ZeroPGM(ZPGM)催化剂”指完全或基本不含铂系金属的催化剂。“增效PGM(SPGM)催化剂”指在不同构型下由Zero-PGM化合物增效的PGM催化剂体系。“柴油氧化催化剂”指利用化学方法使柴油机的废气料流内的污染物分解，将它们转化成较无害组分的装置。“钙钛矿”指具有ABO3材料结构的ZPGM催化剂，其可通过将元素“A”和“B”贱金属用合适的非铂系金属部分取代而形成。“金属化”指将金属涂覆在金属或非金属物体的表面上的方法。“初始润湿(IW)”指将催化材料的溶液加入干载体氧化物粉末中直至载体氧化物的所有孔体积被溶液填充且混合物轻微接近饱和点的方法。“转化”指至少一种材料变成一种或多种其它材料的化学改变。“中毒或催化剂中毒”指催化剂由于其暴露于发动机废气中的铅、磷或硫而失活。公开内容描述本专利技术公开内容涉及柴油氧化催化剂(DOC)体系构型。DOC构型包括具有包含Zero-PGM(ZPGM)催化剂的修补基面涂层(WC)和罩面层(OC)的双层催化剂。罩面层(OC)包含低载荷PGM催化剂。在一些实施方案中，双层催化剂改进由相关柴油机中排放的废气内包含的NOX、HC和CO的转化率。SPGM催化剂体系的构型、材料组成和制备图1为阐述根据一个实施方案，用于SPGM催化剂试样的催化剂结构的图示。在图1中，SPGM催化剂结构100包括WC层102、OC层104和基质106。本文档来自技高网...
【技术保护点】
催化剂体系，其包含：基质，包含YMnO3钙钛矿和掺杂ZrO2载体氧化物的修补基面涂层，和包含铂系金属催化剂和载体氧化物的罩面层，所述载体氧化物选自Si掺杂氧化铝、二氧化铈‑氧化锆和La掺杂氧化铝，其中修补基面涂层不含铂系金属催化剂。
【技术特征摘要】
2015.10.01 US 14/8725321.催化剂体系，其包含：基质，包含YMnO3钙钛矿和掺杂ZrO2载体氧化物的修补基面涂层，和包含铂系金属催化剂和载体氧化物的罩面层，所述载体氧化物选自Si掺杂氧化铝、二氧化铈-氧化锆和La掺杂氧化铝，其中修补基面涂层不含铂系金属催化剂。2.根据权利要求1的催化剂体系，其中铂系金属以约5g/ft3负载于罩面层中。3.根据权利要求1的催化剂体系，其中包含在罩面层中的载体氧化物包括Si掺杂氧化铝。4.根据权利要求3的催化剂体系，其中Si掺杂氧化铝包含约5重量％SiO2。5.根据权利要求1的催化剂体系，其中包含在罩面层中的载体氧化物包括La掺杂氧化铝。6.根据权利要求5的催化剂体系，其中La掺杂氧化铝包含约10重量％La2O3。7.根据权利要求2的催化剂体系，其中包含在罩面层中的载体氧化物包括含有约5重量％SiO2的Si掺杂氧化铝。8.根据权利要求2的催化剂体系，其中包含在罩面层中的载体氧化物包括含有约10重量％La2O3的La掺杂氧化铝。9.根据权利要求1的催化剂体系，其中铂系金属催化剂为硝酸铂，且硝酸铂以约5g/ft3负载于罩面层中。10.根据权利要求4的催化剂体系，其中铂系金属催化剂为硝酸铂，且硝酸铂以约5g/ft3负载于罩面层中。11.制造催化剂体系的方法，其包括：将煅烧的Y-Mn/掺杂ZrO...
【专利技术属性】
技术研发人员：Z·纳扎波尔，S·J·高登，
申请(专利权)人：清洁柴油技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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