高度稳定铂族金属（PGM）催化剂体系制造技术

一种稳定催化剂体系的方法包含在有水存在的情况下通过加热至约800℃至约1200℃的温度，对具有≥约95体积％的γ‑Al2O3相的氧化铝催化剂载体进行水热处理。大部分的γ‑Al2O3转化为从θ‑Al2O3、δ‑Al2O3及其组合组成的群组选择的稳定氧化铝相，以形成具有平均表面积≥约50m2/g至≤约150m2/g的稳定多孔氧化铝载体。然后，将铂族金属结合到稳定多孔氧化铝载体的表面以形成稳定催化剂体系。

Highly stable platinum group metal (PGM) catalyst system

A method for stabilizing the catalyst system includes heating up to about 800 C to about 1200 C under the presence of water, and the hydrothermic treatment of the alumina catalyst carrier with about 95% of the Al2O3 phase. Most of the gamma Al2O3 is transformed into a stable alumina phase selected from the group of theta Al2O3, Delta Al2O3 and its combination to form a stable porous alumina carrier with an average surface area of more than 50m2/g to less than 150m2/g. The platinum group metals are then bound to the surface of the stabilized porous alumina support to form a stable catalyst system.

【技术实现步骤摘要】
高度稳定铂族金属(PGM)催化剂体系引言本部分提供与本专利技术相关联的背景信息，其不一定是现有技术。本专利技术涉及在高温下抗失活性的催化剂体系、以及用于制备在高温下抗失活性的催化剂体系的改进方法。金属纳米颗粒可以构成用于各种应用中的催化剂的活性部位，例如用于制造燃料、化学品和药品，以及用于汽车、工厂和发电厂的排放物控制。催化剂体系通常含有多孔催化剂载体材料，一种或多种催化活性化合物在其上分散有一种或多种任选的促进剂。在连续使用之后，特别是在高温下，包含装载金属颗粒的催化剂体系由于烧结而失去催化活性，例如在高温下发生热失活。通过各种机理，烧结导致催化剂体系发生一些变化。例如，在高温暴露时，载体上的催化剂金属颗粒尺寸会增加；因此导致活性催化剂部件的表面积减小。这种颗粒尺寸的增加可以通过“奥斯特瓦尔德熟化”机理发生，其中从金属纳米颗粒发射的原子物质在载体表面上移动或扩散，或者通过气相与另一纳米颗粒聚结，导致纳米颗粒生长。催化剂载体中的结构变化也可能导致失活，其中催化剂载体的孔可能塌陷并潜在地包封或包裹分散在表面上的催化剂颗粒。在烧结或失活过程之后，催化剂活性可能降低。因此，催化剂体系通常装载有足够量的活性金属/部件，以补偿随时间推移的催化活性的损失，并且继续具有在高温下长期运行时满足例如排放标准的能力。因此，仍然需要在高温下稳定且抗失活性的改进的催化剂。
技术实现思路
本部分提供了对本专利技术的一般概述，而并非其全部范围或其全部特征的全面公开。在某些方面，本专利技术涉及一种稳定催化剂体系的方法，包含在水存在的情况下通过将载体加热至高于或等于约700℃至低于或等于约1200℃的温度，对具有大于或等于约95体积％的γ-Al2O3相的氧化铝催化剂载体进行水热处理。该方法进一步包含将大部分的γ-Al2O3转化成从θ-Al2O3、δ-Al2O3及其组合组成的群组中选择的稳定氧化铝相，以形成稳定多孔氧化铝载体，其具有的平均表面积大于或等于约50m2/g至小于或等于约150m2/g。铂族金属结合到稳定多孔氧化铝载体的表面，以形成催化剂体系。在某些变型中，温度高于或等于约850℃且低于或等于约1000℃。在某些变型中，该方法进一步包含在高于或等于约300℃且低于或等于约650℃的第二温度下煅烧含有铂族金属和催化剂载体的催化剂体系。在某些变型中，铂族金属包含从铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、金(Au)及其组合组成的群组中选择的金属。铂族金属与稳定多孔氧化铝载体的结合可以包含用催化剂前驱体溶液浸渍稳定多孔氧化铝载体的一个或多个孔，使金属前驱体溶液和稳定多孔氧化铝载体干燥，并在高于或等于约550℃的温度下在空气中对稳定多孔氧化铝载体进行煅烧。在某些变型中，在结合之后，稳定多孔氧化铝载体上的铂族金属的装载密度小于或等于约20％(重量百分比)。在某些变型中，稳定多孔氧化铝载体任选地具有大于或等于约5nm的平均孔径，以及任选地具有小于或等于约1cm3/g的平均孔体积。在某些变型中，与具有与对比多孔氧化铝载体结合的相同量的铂族金属的对比催化剂体系相比，催化剂体系的起燃温度降低大于或等于约25℃。在某些变型中，与具有与对比多孔氧化铝载体结合的相同量的铂族金属的对比催化剂体系相比，催化剂体系的起燃温度降低大于或等于约30℃。在某些其它方面，本专利技术涉及一种催化剂体系，其包含结合到稳定多孔氧化铝载体的铂族金属，该稳定多孔氧化铝载体包含大于或等于约70体积％的从θ-Al2O3、δ-Al2O3及其组合组成的群组中选择的稳定氧化铝相。稳定多孔氧化铝载体具有大于或等于约50m2/g到小于或等于约150m2/g的平均表面积。在某些变型中，铂族金属包含从铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、金(Au)及其组合组成的群组中选择的金属。在某些变型中，铂族金属是在煅烧之后最大直径大于或等于约1nm至小于或等于约20nm的纳米粒子。在某些变型中，稳定多孔氧化铝载体任选地具有大于或等于约5nm的平均孔径。在某些变型中，稳定多孔氧化铝载体任选地具有小于或等于约1cm3/g的平均孔体积。在某些变型中，平均表面积小于或等于约115m2/g。在某些变型中，与具有与对比多孔氧化铝载体结合的相同量的铂族金属的对比催化剂体系相比，催化剂体系的起燃温度降低大于或等于约25℃。在某些变型中，与具有与对比多孔氧化铝载体结合的相同量的铂族金属的对比催化剂体系相比，催化剂体系的起燃温度降低大于或等于约30℃。在某些变型中，稳定多孔氧化铝载体上的铂族金属的装载密度小于或等于约20％(重量百分比)。在某些变型中，稳定氧化铝相在稳定多孔氧化铝载体中的含量大于或等于约90体积％。在又一些其它方面，本专利技术涉及一种催化剂体系，其包含结合到稳定多孔氧化铝载体的铂族金属，该稳定多孔氧化铝载体包含大于或等于约50体积％的从θAl2O3、δ-Al2O3及其组合组成的群组中选择的稳定氧化铝相。稳定多孔氧化铝载体具有大于或等于约50m2/g至小于或等于约150m2/g的平均表面积，并且稳定多孔氧化铝载体上的铂族金属颗粒的装载密度小于或等于约20％(重量百分比)。根据本文提供的描述，可以得知更多其它领域的应用。本
技术实现思路
中的描述和具体实例仅用于说明的目的，并非旨在限制本专利技术的范围。附图说明本文描述的附图仅用于选定实施例的说明目的，而不是用于所有可能的实施方式，并非旨在限制本专利技术的范围。图1示出了代表具有新鲜多孔催化剂载体的催化剂体系的示意图，该新鲜多孔催化剂载体包含在发生任何热诱导过程之前分散在表面上的催化剂颗粒。图2示出了代表包含在图1的表面上分散有催化剂颗粒的新鲜多孔催化剂载体的催化剂体系在高温暴露后的示意图，其中通过烧结使得热量导致催化剂粒径增加，并且由于包封一部分催化剂颗粒的不稳定催化剂载体的孔塌陷，使得热量也导致失活，因此限制了废气进入活性位点。图3示出了代表根据本专利技术的某些方面的催化剂体系的示意图，其包含在任何热处理之前在表面上分散有铂族金属(PGM)颗粒的稳定多孔催化剂载体。图4示出了代表图3中的催化剂体系在烧结之后的示意图，其导致催化剂粒径增大，但是催化剂颗粒依然暴露于可能包含废气的空气。图5是示出了与含有1.5重量％铂的具有德尔塔(δ)和西塔(θ)相的稳定氧化铝载体和含有0.75重量％铂的具有德尔塔(δ)和西塔(θ)相的稳定氧化铝载体相比，在γ-相新鲜氧化铝载体上具有1.5重量％铂(Pt)催化剂的对比催化剂体系中与一氧化碳和丙烯发生反应的起燃温度的图表。在评估之前，所有铂催化剂在空气中在650℃下老化2小时。图6是示出了与含有0.75重量％钯的具有德尔塔(δ)和西塔(θ)相的稳定氧化铝载体相比，在γ-相新鲜氧化铝载体上具有1.5重量％钯(Pd)催化剂的对比催化剂体系中与一氧化碳和丙烯发生反应的起燃温度的图表。对照物和稳定氧化铝载体样品在10体积％水和90体积％空气中在950℃下老化48小时。在整个附图中，对应的附图标记指示对应的部分。具体实施方式提供了示例性实施例，使得本专利技术更加充分，并且将专利技术范围完全传达给本领域的技术人员。阐述了许多具体细节，诸如具体组成、部件、装置和方法的实例，以提供对本专利技术的实施例的透彻理解。对于本领域的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定催化剂体系的方法，包括：在有水存在的情况下，通过在空气中将包括大于或等于约95体积％的γ‑Al2O3相的氧化铝催化剂载体加热到高于或等于约700℃至低于或等于约1200℃的温度，从而对所述载体进行水热处理；将大部分的所述γ‑Al2O3转化成从θ‑Al2O3、δ‑Al2O3及其组合组成的群组中选择的稳定氧化铝相，以形成稳定多孔氧化铝载体，其平均表面积大于或等于约50m2/g至小于或等于约150m2/g；以及将铂族金属结合到所述稳定多孔氧化铝载体的表面以形成所述催化剂体系。

【技术特征摘要】
2017.01.30 US 15/4192631.一种稳定催化剂体系的方法，包括：在有水存在的情况下，通过在空气中将包括大于或等于约95体积％的γ-Al2O3相的氧化铝催化剂载体加热到高于或等于约700℃至低于或等于约1200℃的温度，从而对所述载体进行水热处理；将大部分的所述γ-Al2O3转化成从θ-Al2O3、δ-Al2O3及其组合组成的群组中选择的稳定氧化铝相，以形成稳定多孔氧化铝载体，其平均表面积大于或等于约50m2/g至小于或等于约150m2/g；以及将铂族金属结合到所述稳定多孔氧化铝载体的表面以形成所述催化剂体系。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度高于或等于约850℃且低于或等于约1100℃。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在高于或等于约300℃且低于或等于约650°的第二温度下煅烧包括分散在所述稳定多孔氧化铝载体上的所述铂族金属的所述催化剂体系。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述铂族金属包含从铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、金(Au)及其组合组成的群组中所选的金属，并且所述铂族金属与所述稳定多孔氧化铝载体的结合包含用催化剂前驱体溶液浸渍所述稳定多孔氧化铝载体的一个或多个孔，将所述催化剂前...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·齐，S·H·欧，杨铭，R·J·戴，李伟，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US