用于催化和催化转化器中的涂覆基质和将基质用修补基面涂料组合物涂覆的方法技术

尤其公开了形成用于催化转化器中的涂覆基质的方法，以及修补基面涂料组合物，和适于制备涂覆基质的方法，和由此形成的涂覆基质。催化材料通过等离子体基方法制备，得到具有低的在高温下在载体上迁移的倾向，因此在长期使用以后较少倾向于催化剂老化的催化材料。还公开了使用涂覆基质的催化转化器，其具有与使用使用溶液化学沉积于基质上的催化剂的催化转化器相比有利的性能。还公开了使用催化转化器的废气处理系统和车辆如柴油车，特别是轻型柴油车，和使用涂覆基质的废气处理系统。

A coating matrix for catalytic and catalytic converters and a method of coating substrates with a repair base coating composition

Particularly disclosed is a method for forming a coating matrix for a catalytic converter, as well as a repair base surface coating composition, and a method suitable for the preparation of a coating matrix and the resulting coating matrix. Catalytic materials were prepared by plasma based methods, yielding a low tendency to migrate at high temperatures on the supports, and therefore less prone to catalytic aging of the catalytic materials after long-term use. Also disclosed is a catalytic converter using a coating substrate, which has advantageous performance in comparison with a catalytic converter that uses a solution chemically deposited on the substrate. Also disclosed are exhaust gas treatment systems and vehicles using catalytic converters, such as diesel vehicles, in particular light diesel vehicles, and exhaust gas treatment systems using coated substrates.

【技术实现步骤摘要】
用于催化和催化转化器中的涂覆基质和将基质用修补基面涂料组合物涂覆的方法本申请是申请号为201280051249.4、申请日为2012年8月17日、专利技术名称为“用于催化和催化转化器中的涂覆基质和将基质用修补基面涂料组合物涂覆的方法”的专利申请的分案申请。早期申请交叉引用本专利申请要求2011年8月19日提交的美国临时专利申请No.61/525,661和2012年5月25日提交的美国临时专利申请No.61/652,098的优先权。通过引用将那些专利申请的全部内容并入本文中。
本专利技术涉及催化剂领域。更具体而言，本专利技术涉及纳米颗粒催化剂、催化转化器修补基面涂层(washcoat)和由这类修补基面涂层形成的催化转化器。
技术介绍
内燃机排放的显著部分的污染物气体在发动机最初启动(“冷启动”)时，但在排气系统中的催化转化器变热至它的操作温度以前产生。为降低例如轻型柴油车(例如汽车或轻型卡车)的冷启动阶段期间的有害排放，可使用含有沸石的修补基面涂料涂覆车辆的催化转化器中所用的基质。在催化转化器仍然冷时，这些沸石充当冷启动期间污染物一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx)的临时储存区域。在催化转化器加热至其操作温度，称为点火温度时，储存的气体释放，随后通过基质上的催化活性材料分解。高点火温度是不理想的，因为许多车辆旅程具有短持续时间，且在催化转化器达到其操作温度(即点火温度)所需的时间期间，必须将污染物未经处理而释放到环境中，或者储存在排气系统中直至达到点火温度。即使污染物在点火以前被有效地捕集，但如果进行多个连续的短旅程，则催化转化器不能达到操作温度，且用于储存的沸石可能变得饱和，再次导致污染物释放到环境中。市售催化转化器使用通过湿化学方法沉积于基质上的铂系金属(PGM)催化剂，例如铂离子和/或钯离子从溶液中沉淀到基质上。这些PGM催化剂占催化转化器成本的相当大部分。因此，用于生产催化转化器的PGM催化剂的量的任何降低是理想的。市售催化转化器还显示出称为“老化”的现象，其中它们随时间变得较无效；点火温度在催化转化器老化时开始升高，且排放水平也开始上升。因此，老化效应的降低也是理想的，以延长催化转化器控制排放的效力。
技术实现思路
连同其它优点一起，所述催化剂和修补基面涂层可提供尤其与通过湿化学方法制备的老市售催化剂相比，具有显著降低的点火温度的催化转化器，同时使用相同量或更少的铂系金属。作为选择，所述催化剂和修补基面涂层可降低得到与通过湿化学方法制备的老市售催化剂相同的点火温度所用铂系金属的量。因此，可得到与使用先前湿化学方法制备的催化转化器相比改进的排放控制系统性能(即降低的一种或多种管制污染物排放)和/或降低的排放控制系统成本。如本文所述，具有降低的点火温度和/或降低的铂系金属负载要求的催化转化器可通过使用催化活性粉末，并通过将催化活性粉末与高浓度的沸石分离而制备，其中高浓度的沸石在与催化活性粉末不同的涂层中。例如一个实施方案为多层修补基面涂层，其中高浓度的沸石用于第一涂层中，而催化活性粉末用于第二涂层中。任选将角落填充(corner-fill)修补基面涂层在施涂随后修补基面涂层以前施涂于基质上。在一些实施方案中，本专利技术包括涂覆基质，所述涂覆基质包含基质；包含沸石颗粒的修补基面涂层；和包含催化活性颗粒的修补基面涂层；其中催化活性颗粒包含结合在微米级载体颗粒上的复合纳米颗粒，且复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。在涂覆基质的另一实施方案中，包含沸石颗粒的修补基面涂层在包含催化活性颗粒的修补基面涂层上形成。在涂覆基质的另一实施方案中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层在包含沸石颗粒的修补基面涂层上形成。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒包含至少一种铂系金属。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒可包含铂和钯，例如铂:钯重量比为2:1的铂和钯。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，载体纳米颗粒可具有10-20nm的平均直径。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒可具有1-5nm的平均直径。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，修补基面涂层可包含含有金属氧化物颗粒和勃姆石颗粒的沸石颗粒。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，金属氧化物颗粒可以为氧化铝颗粒。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，沸石颗粒可占包含沸石颗粒的修补基面涂层中沸石颗粒、金属氧化物颗粒和勃姆石颗粒的混合物的60-80重量％。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，勃姆石颗粒可占包含沸石颗粒的修补基面涂层中沸石颗粒、金属氧化物颗粒和勃姆石颗粒的混合物的2-5重量％。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，金属氧化物颗粒可占包含沸石颗粒的修补基面涂层中沸石颗粒、金属氧化物颗粒和勃姆石颗粒的混合物的15-38重量％。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，包含沸石颗粒的修补基面涂层不包含或者基本不含铂系金属。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，修补基面涂层中的沸石颗粒具有0.2-8μm的直径。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层可进一步包含勃姆石颗粒和二氧化硅颗粒。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层可基本不含沸石。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化活性颗粒可占包含催化活性颗粒的修补基面涂层中催化活性颗粒、勃姆石颗粒和二氧化硅颗粒的组合的35-95重量％。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，二氧化硅颗粒可以以包含催化活性颗粒的修补基面涂层中催化活性颗粒、勃姆石颗粒和二氧化硅颗粒的组合的至多20重量％的量存在。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，勃姆石颗粒占包含催化活性颗粒的修补基面涂层中催化活性颗粒、勃姆石颗粒和二氧化硅颗粒的组合的2-5重量％。在涂覆基质的一个实施方案中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层包含92重量％催化活性颗粒、3重量％勃姆石颗粒和5重量％二氧化硅颗粒。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，基质包含堇青石。基质可包含蜂窝结构。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，包含沸石颗粒的修补基面涂层可具有25-90g/l的厚度。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层可具有50-250g/l的厚度。涂覆基质的前述实施方案中任一个可进一步包含直接沉积于基质上的角落填充层。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，涂覆基质可具有4g/l或更小的铂系金属负载和比通过湿化学方法沉积的相同铂系金属负载的基质的点火温度低至少5℃的一氧化碳点火温度。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，涂覆基质具有约3.0至约4.0g/l的铂系金属负载。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，涂覆基质可具有约3.0至约5.5g/l的铂系金属负载，其中在车辆催化转化器中操作125,000英里以后，涂覆基质具有比在车辆催化转化器中操作125,000英里以后通过湿化学方法沉积铂系金属而制备且具有相同铂系金属负载的涂覆基质低至少5℃的一氧化碳点火温度。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，涂覆基质可具有约3.0至约5.5g/l的铂系金属负载，其中在800℃下老化16小时以后，涂覆基质具有比在800℃下老化16小时以后通过湿化学方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆基质，其包含：基质；包含沸石颗粒的修补基面涂层；和包含催化活性颗粒的修补基面涂层；其中催化活性颗粒包含结合在微米级载体颗粒上的复合纳米颗粒，且复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。

【技术特征摘要】
2011.08.19 US 61/525,661;2012.05.25 US 61/652,0981.一种涂覆基质，其包含：基质；包含沸石颗粒的修补基面涂层；和包含催化活性颗粒的修补基面涂层；其中催化活性颗粒包含结合在微米级载体颗粒上的复合纳米颗粒，且复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。2.根据权利要求1的涂覆基质，其中包含沸石颗粒的修补基面涂层在包含催化活性颗粒的修补基面涂层上。3.根据权利要求1的涂覆基质，其中包含催化活性颗粒的修补基面涂层在包含沸石颗粒的修补基面涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q·尹，X·齐，M·A·比博格，J·萨卡尔，
申请(专利权)人：SDC材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US