一种GPF四元催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GPF四元催化剂及其制备方法，包括GPF载体和催化剂涂层。所述催化剂涂层涂覆在GPF载体进气端通口壁面上，以氧化物总质量计，包括如下组分及含量：助催化金属氧化物0‑13%、活性氧化铝30‑60%、稀土‑过渡金属复合氧化物30‑60%、活性组分0‑3%，其余为粘结剂；活性组分包括第一贵金属、Rh的氧化物，第一贵金属选自Pd或Pt；催化剂涂层是由第一贵金属、Rh负载在活性氧化铝、稀土‑过渡金属复合氧化物上形成的第一贵金属、Rh催化剂粉料混合得到的浆料涂覆而成，涂覆量30‑70g/L；活性组分质量比为第一贵金属：Rh=1‑1.5：1，第一贵金属含量为4‑20g/ft³，Rh含量为3‑15g/ft³。本发明专利技术能在不堵塞GPF陶瓷孔道，降低催化剂背压的同时高效净化CO、HC、NOx、颗粒物，实现四元催化。

A GPF four element catalyst and its preparation method

The invention discloses a GPF four element catalyst and a preparation method, including a GPF carrier and a catalyst coating. The catalyst coating port wall in GPF carrier gas inlet end surface, the oxide of the total mass, which comprises the following components and contents: catalytic metal oxide 0 13%, 60%, 30 activated alumina rare earth transition metal composite oxide 60%, 30 active component 0 3%, more than the binder first; active components including precious metals, oxides of Rh, the first noble metal selected from the group consisting of Pd or Pt; the catalyst coating is composed of a first Rh load formed in precious metals, activated alumina, rare earth transition metal oxides on the first noble metal Rh catalyst powder obtained by mixing slurry coating, coating amount of 30 70g/L; active component ratio of the first noble metal: Rh=1 1.5:1, the first noble metal content is 4 20g/ft fand, the content of Rh is 3 fand 15g/ft. The invention can effectively purify CO, HC, NOx and particles without blocking the GPF ceramic channel and reducing the back pressure of the catalyst, so as to achieve four element catalysis.

【技术实现步骤摘要】
一种GPF四元催化剂及其制备方法
本专利技术涉及汽车尾气排放领域，特别涉及一种GPF催化剂及制作方法。
技术介绍
近年来随着汽车工业的快速发展，给人们的生活带来了便利的同时也对生态环境造成了严重的破坏。机动车排放污染物主要包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、颗粒物等。为限制汽车尾气对环境造成的污染，国家出台了一系列的法规对其排放限值进行规定。随着《GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法》(中国第六阶段)的发布，从2020年7月1日起，国六标准将全面实施。相对于《GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法》国五标准来说，国六要求更为严苛，不仅CO和HC在国五的限值基础上加严30％左右，加严了对NOx的控制要求，同时要求直喷汽油机在各个工况都要保持稳定且较低的颗粒物质量(PM)和颗粒物数量(PN)。其中国6a排放标准，PM限值为4.5mg/km，PN限值为6.0×1011个/km；国6b排放标准，PM限值为3mg/km，PN限值为6.0×1011个/km。为了适应国六排放限值的要求，GPF作为表面型颗粒捕集器成为了汽油机后处理系统中的标准配置。其重要性将会相当于柴油机上的柴油机颗粒捕集器(DPF)。GPF的过滤机理与DPF基本相同，即排气以一定的流速通过多孔性的壁面，简称“壁流”。GPF壁流式捕集器的过滤主体是由多个正方形的孔道组成，相邻的孔道之间由薄壁透气的陶瓷相隔，当一个孔道的进口被堵住时，出口必然是敞开的，而且四周相邻的孔道的出口会被堵住。这样的结构就导致尾气从敞开的孔道中进入时必须通过透气的薄壁陶瓷才能从出口敞开的相邻孔道排出，尾气中的颗粒物因此附着在进口通道的壁面上，达到了颗粒物捕集的目的。日本NGK、美国康宁和巴斯夫等国际知名公司对GPF的研究取得了较大的进展，已经出现了一些商业化的产品；CN203702290U是由国内无锡威孚公开的一种堇青石材质的壁流式GPF，能够有效地捕集汽车尾气中的颗粒物。尽管他们对GPF载体的研究已经逐渐步入成熟阶段，但是对于GPF催化剂这一方面所做的研究仍然甚少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述问题，而提出了一种GPF四元催化剂及其制备的方法，通过在GPF载体上负载钯铑催化涂层，组成四元催化。在不堵塞GPF陶瓷孔道，降低催化剂背压的同时能够有效拦截一氧化碳、碳氢、氮氧化合物以及颗粒物。本专利技术的技术方案为：本专利技术所述的一种GPF四元催化剂，包括GPF载体和催化剂涂层，其特征在于：所述催化剂涂层涂覆在GPF载体进气端通口壁面上，以氧化物总质量计，包括如下组分及含量：助催化金属氧化物0-13％、活性氧化铝30-60％、稀土-过渡金属复合氧化物30-60％、活性组分0-3％，其余为粘结剂；活性组分包括第一贵金属的氧化物和贵金属Rh的氧化物，所述第一贵金属选自Pd或Pt；所述催化剂涂层是由第一贵金属负载在活性氧化铝、稀土-过渡金属复合氧化物上形成的第一贵金属催化剂粉料与Rh负载在活性氧化铝、稀土-过渡金属复合氧化物上形成的Rh催化剂粉料充分混合得到的浆料涂覆而成，其涂覆量为30-70g/L；所述活性组分质量比为第一贵金属：Rh＝1-1.5：1，第一贵金属含量为4-20g/ft3，Rh含量为3-15g/ft3。其中，第一贵金属选用Pd或Pt，主要用于转化CO和HC，且具有价格较低、资源丰富、耐热性较好等优点；Rh是控制氮氧化物含量的主要成分，能够有效的处理NOx，且耐久性佳、不易中毒。进一步地，本专利技术所述的GPF四元催化剂中，所述GPF载体为壁流式过滤器，具有50-70％的孔隙率。这使得尾气从GPF载体敞开的孔道中进入时必须通过透气的薄壁陶瓷才能从出口敞开的相邻孔道排出，尾气中的颗粒物因此附着在进口通道的壁面上，能够高效地达到颗粒物捕集及催化转化的目的。进一步地，本专利技术所述的GPF四元催化剂中，所述助催化金属氧化物选自La、Ce、Zr、Fe、Mn、Ni、Ba的氧化物中的一种或几种，其作用是能够提高载体/活性涂层的热稳定性和机械强度，并可以抑制催化剂烧结，促进催化剂的均匀分布。进一步地，本专利技术所述的GPF四元催化剂中，所述活性氧化铝为含有1-20％掺杂物的复合氧化铝，所述掺杂物选自La2O3、ZrO2、CeO2、Y2O3中的其中一种或几种，所述活性氧化铝的比表面积在120-200㎡/g，孔容为0.4-0.8cc/g。上述掺杂物选用稀土-过渡金属，能够有效增加活性氧化铝结构的稳定性及贱金属的催化活性。进一步地，本专利技术所述的GPF四元催化剂中，所述稀土-过渡金属复合氧化物包括如下组分及含量：40-60％ZrO2、20-50％CeO2、10-20％La2O3、0-10％Y2O3、0-10％Pr6O11、0-10％Nd2O3、0-10％MnO2、0-10％Sr2O3、0-10％Co2O3。稀土-过渡金属复合氧化物作为储氧材料，能够达到较好的储氧效果，在空燃比发生变化时能够及时供氧；此外还起到了一定的催化作用，能够降低CO、HC、NOx的排放量。本专利技术还公开了一种GPF四元催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)称取原料与预处理：按照催化剂涂层中各组分含量(以氧化物总质量计)：助催化金属氧化物0-13％、活性氧化铝30-60％、稀土-过渡金属复合氧化物30-60％、活性组分0-3％，其余为粘结剂，活性组分质量比为第一贵金属：Rh＝1-1.5：1，第一贵金属含量为4-20g/ft3，Rh含量为3-15g/ft3，计算并称取助催化金属氧化物可溶盐、活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体、第一贵金属的硝酸盐溶液、Rh的硝酸盐溶液、粘结剂、冰醋酸，其中第一贵金属选自Pd或Pt；将活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体通过马弗炉在800-1050℃下经过1-5小时高温处理，使处理后的材料基本无微孔；(2)制备第一贵金属催化剂粉料：取一定量步骤(1)中的助催化金属氧化物可溶盐、活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体、第一贵金属的硝酸盐溶液，将助催化金属氧化物可溶盐溶解在适量纯水中，将活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉末、助催化金属氧化物可溶盐溶液加入球磨罐球磨3-8min并静置20-60min，再加入第一贵金属的硝酸盐溶液继续球磨1-5min，静置30-90min，形成浆料；将浆料倒出置于100-150℃烘干，粉碎后经500-850℃焙烧1-3h，得到第一贵金属催化剂粉料；(3)制备Rh催化剂粉料：取一定量步骤(1)中的助催化金属氧化物可溶盐、活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体、Rh的硝酸盐溶液，将助催化金属氧化物可溶盐溶解在适量纯水中，将活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉末、助催化金属氧化物可溶盐溶液加入球磨罐球磨3-8min并静置20-60min，再加入Rh的硝酸盐溶液继续球磨1-5min，静置30-90min，形成浆料；将浆料倒出置于100-150℃烘干，粉碎后经500-850℃焙烧1-3h，得到Rh催化剂粉料；(4)制备浆料：按照第一贵金属催化剂粉料：Rh催化剂粉料＝1-1.5:1，取一定量的粘结剂、第一贵金属催化剂粉料、Rh催化剂粉料加入到球磨罐中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GPF四元催化剂，包括GPF载体和催化剂涂层，其特征在于：所述催化剂涂层涂覆在GPF载体进气端通口壁面上，以氧化物总质量计，包括如下组分及含量：助催化金属氧化物0‑13％、活性氧化铝30‑60％、稀土‑过渡金属复合氧化物30‑60％、活性组分0‑3％，其余为粘结剂；活性组分包括第一贵金属的氧化物和贵金属Rh的氧化物，所述第一贵金属选自Pd或Pt；所述催化剂涂层是由第一贵金属负载在活性氧化铝、稀土‑过渡金属复合氧化物上形成的第一贵金属催化剂粉料与Rh负载在活性氧化铝、稀土‑过渡金属复合氧化物上形成的Rh催化剂粉料充分混合得到的浆料涂覆而成，其涂覆量为30‑70g/L；所述活性组分质量比为第一贵金属：Rh＝1‑1.5：1，第一贵金属含量为4‑20g/ft

【技术特征摘要】
1.一种GPF四元催化剂，包括GPF载体和催化剂涂层，其特征在于：所述催化剂涂层涂覆在GPF载体进气端通口壁面上，以氧化物总质量计，包括如下组分及含量：助催化金属氧化物0-13％、活性氧化铝30-60％、稀土-过渡金属复合氧化物30-60％、活性组分0-3％，其余为粘结剂；活性组分包括第一贵金属的氧化物和贵金属Rh的氧化物，所述第一贵金属选自Pd或Pt；所述催化剂涂层是由第一贵金属负载在活性氧化铝、稀土-过渡金属复合氧化物上形成的第一贵金属催化剂粉料与Rh负载在活性氧化铝、稀土-过渡金属复合氧化物上形成的Rh催化剂粉料充分混合得到的浆料涂覆而成，其涂覆量为30-70g/L；所述活性组分质量比为第一贵金属：Rh＝1-1.5：1，第一贵金属含量为4-20g/ft3，Rh含量为3-15g/ft3。2.根据权利要求1所述的GPF四元催化剂，其特征在于：所述GPF载体为壁流式过滤器，具有50-70％的孔隙率。3.根据权利要求1所述的GPF四元催化剂，其特征在于：所述助催化金属氧化物选自La、Ce、Zr、Fe、Mn、Ni、Ba的氧化物中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的GPF四元催化剂，其特征在于：所述活性氧化铝为含有1-20％掺杂物的复合氧化铝，所述掺杂物选自La2O3、ZrO2、CeO2、Y2O3中的其中一种或几种，所述活性氧化铝的比表面积在120-200㎡/g，孔容为0.4-0.8cc/g。5.根据权利要求1所述的GPF四元催化剂，其特征在于：所述稀土-过渡金属复合氧化物包括如下组分及含量：40-60％ZrO2、20-50％CeO2、10-20％La2O3、0-10％Y2O3、0-10％Pr6O11、0-10％Nd2O3、0-10％MnO2、0-10％Sr2O3、0-10％Co2O3。6.一种GPF四元催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)称取原料与预处理：按照催化剂涂层中各组分含量(以氧化物总质量计)：助催化金属氧化物0-13％、活性氧化铝30-60％、稀土-过渡金属复合氧化物30-60％、活性组分0-3％，其余为粘结剂，活性组分质量比为第一贵金属：Rh＝1-1.5：1，第一贵金属含量为4-20g/ft3，Rh含量为3-15g/ft3，计算并称取助催化金属氧化物可溶盐、活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体、第一贵金属的硝酸盐溶液、Rh的硝酸盐溶液、粘结剂、冰醋酸，其中第一贵金属选自Pd或Pt；将活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体通过马弗炉在800-1050℃下经过1-5小时高温处理，使处理后的材料基本无微孔；(2)制备第一贵金属催化剂粉料：取一定量步骤(1)中的助催化金属氧化物可溶盐、活性氧化铝粉体、稀土-过渡金属复合氧化物粉体、第一贵金...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆华，陈雪红，李益建，郭娅青，
申请(专利权)人：台州欧信环保净化器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33