一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于净化中重型柴油车尾气的，在低温下冷启动阶段具有高NO氧化能力的氧化型催化剂，即将NO氧化转化为NO2，为下游催化单元DPF、SCR的催化反应提供NO2，最终使NOx转变为N2，实现NOx的净化，该催化剂涂层由分段区域涂覆构成，主要目的是提高低温段的NO转化为NO2的能力，促使NO转化为NO2的转化温度向低温方向移动。载体材料由氧化铈及其复合氧化物组成，涂层进行分区域涂覆，单层结构，活性组分含贵金属Pt和Pd，总含量在5‑15g/ft3范围内；本发明专利技术制备工艺简单，成本低，催化剂性能稳定，具有良好的低温NO转化为NO2的能力，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统及其制备方法
本专利技术属于催化剂研究制备
，尤其属于机动车尾气处理催化剂研究制备
，特别涉及一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统及其制备方法。
技术介绍
柴油机具有热效率高，经济性好的显著优点，在稀燃条件下，会产生大量的NOx，NOx主要包括NO和NO2，对人类的健康造成严重的危害；随着汽车业的不断发展，各类机动车量急剧增加，也导致空气污染严重，因此对柴油发动机尾气中碳氢烃类化合物(HC)、一氧化碳(CO)以及大量的氮氧化物(NOx)的催化净化吸引了全世界的广泛关注。NO、NO2之所以受到如此高度的关注，还主要因为其在阳光的照射下，参与了与光化学烟雾有关的一系列的化学反应，更严重的是，NO2还将促使酸雨的形成，对环境及土壤造成严重的污染。同时，对人体的呼吸系统，尤其是肺部会造成严重的伤害。在提高发动机或内燃机的燃烧效率的同时，降低原排的污染量，同时，通过机动车废气后处理系统，加强对废气的净化作用，尤其是在稀燃条件下，加强HC、CO及NOx的氧化转化，要求提高氧化型催化剂(DOC)具备良好的低温起燃、氧化转化能力。传统的柴油氧化型催化剂(DOC)对HC和CO能起到良好的转化作用，但是随着法律法规的越来越严苛，要求DOC对NO的转化能力越来越高，其主要目的是为位于废气后处理系统的DOC下游的柴油颗粒过滤器(Dieselparticulatefilter-DPF)或者/和选择性催化还原反应(Selectivecatalyticreductioncatalysts-SCR)提供适当量的NO2，针对DPF而言，则是在280-350℃之间，位于上游的DOC为其提供适量的NO2，与被铺集到的碳烟发生被动再生，以除去多余的碳烟，针对SCR而言，则是提供适量的NO2，使其与NH3混合，发生还原反应，以便最终净化掉发动机原排中的NOx，实现NOx的净零排放。目前大量文献或者专利报道了相关的处理办法，最典型的是对NOx进行存储处理，进行存储催化还原(NSR)，以便尽可能多的处理原排中的NOx，但是这很难实现NOx的有效转化，这主要是因为需要还原剂的存在。因此在稀燃条件下，通常使用的LNT(LeanNOxTrap)技术，此种技术主要是要求NO转化为NO2，此属于氧化反应类型，通过含贵金属的催化剂即可实现此反应，但是反应的程度需要得到控制，这要根据下游DPF或SCR的反应需要程度来定，根据DOC对HC、CO及部分可溶性有机物(Solubleorganicfraction-SOF)的催化氧化处理,可以在DOC中实现NO较高程度的转化为NO2。DOC中含高含量的贵金属Pt将会明显的加快NO转化为NO2，但是成本将会明显增加，另一方面高含量的Pd将会非常有利于大量的未燃的HC和CO发生氧化反应，但是会明显不利于NO氧化成NO2，另外重要的是Pt和Pd混合使用效果将会好于Pt或者Pd单独使用，Pt的高温稳定性不如Pd，因此综合比较，在富Pt的催化剂中添加一定量的Pd，在提高催化剂性能稳定，保证性能满足要求的情况下，还有利于减少成本。美国专利9138725B2专利中公开一种NO转化为NO2的催化剂，在稀燃条件下，将很有效的促使NO转化为NO2，在温度250℃情况下，NO转化位NO2的量达到30％以上，通过选择合适的Pt、Pd比例以及使用适量的Ce-氧化铝材料为基础，添加适量的Si、Zr、Ba以及Mg，最终表现了良好的NO转化为NO2的能力，但是贵金属含量使用较高，成本较高。美国专利8679434B1专利中公开了一种NO转化为NO2的催化剂，其载体材料主要是包含了Al、Si、Ti、Zr及其氧化物的混合物，尤其是要求高BET及宽的孔径分布载体材料，大孔尺寸约2nm，PGM颗粒平均尺寸在15～20nm范围内。将此催化剂用于柴油车后处理系统DOC+CSF+SCR中，NO氧化为NO2主要是通过CSF来控制，DOC起次要作用，总的目的是为下游的SCR反应提供适量的NO2，以参与其中的Fast-SCR反应，但是针对中重型柴油车，以发生被动再生为主，当CSF发生被动再生时，将消耗大量的NO2，以协助CSF中捕集的碳烟发生催化氧化，而这仍需要上游催化单元DOC提供，因此依靠CSF产生的NO2产生的量，存在导致CSF被动再生效率下降的风险。综合可见，针对中重型柴油废气后处理系统中，位于上游的DOC中，提高NO转化为NO2的能力，尤其是低温阶段的NO转化为NO2的能力，将显得非常重要，这一方面充分利用发动机原排温度，尽可能使下游的SCR在NO2协助下发生催化氧化，另一方面在较低温度温度下，发生催化氧化，释放一定的热量，充分利用热量，以提高NOx被催化还原的效率。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术的不足公开了一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统及其制备方法。本专利技术要解决的问题是提供一种通过优选催化材料，调控涂层结构，优化Pt和Pd比例，在降低催化剂成本的同时，进一步简化、稳定制备工艺，制备得到一种低温下具有高NO氧化能力的氧化型催化系统。本专利技术公开的具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化剂，具有单涂层、分区域涂覆的涂层结构，所需的浆料及其粘接剂用高能球磨工艺球磨而成。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术首先提供了一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，所述催化系统包括载体和涂覆在载体表面的催化剂涂层；所述催化剂涂层在载体表面构成单涂层结构，并沿烟气流动方向在载体表面构成前端的前级涂层和载体表面后端的后级涂层，前级涂层与后级涂层的面积比小于或等于1；所述涂层由涂层材料和浸渍在涂层材料上的活性组分制成，前级涂层的活性组分由含Pt和Pd贵金属的盐制成，后级涂层的活性组分由含Pt贵金属的盐制成，涂层中贵金属总量为5～15g/ft3。本专利技术催化系统主要用于在低温下能具备良好的NO氧化能力，在中重型柴油车尾气中，主要尾气占比以NOx居多，其他主要含HC，CO等尾气，在尾气后处理系统中，对柴油氧化型催化剂(Dieseloxidationcatalyst，简称DOC)需要具备优良的NO氧化能力，尤其是在低温的时候，因为下游的NOx还原催化处理，要处理大量的NOx，需要大量的NO2进行辅助，根据HC与NO氧化动力学特征，当HC和CO同时存在时，将优先对HC进行氧化，即两者之间存在竞争性氧化特征，即当HC存在时，将会抑制NO发生氧化，本专利技术考虑对HC进行优先氧化，结合贵金属Pt、Pd对HC和NO的吸附及其催化能力，Pt和Pd协同应用将更有利于HC尾气的氧化，同时Pt和Pd的协同应用也有利于提高Pt和Pd本身的抗高温烧结的能力，以提高其粒子的稳定性，相反单Pt对NO的氧化能力更强，结合以上原因，设计贵金属的不同分布，及其搭配使用，在后级中以单Pt为主，同时选择对Pt具有较强固定能力的含Ce氧化物，加强贵金属Pt的稳定性和分散性，在高温水热或者热老化情况下，抑制贵金属Pt粒子发生团聚，使其始终保持对NO具有良好的氧化能力。所述涂层材料为无机多孔陶瓷粉体材料的混合物，至少包含氧化铈；其他组分包含单相氧化物、复合氧化物或/和分子筛中的至少一种；单相氧化物包括：氧化硅、氧化锆、γ-氧化铝，氧化铈、氧化镧、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，所述催化系统包括载体和涂覆在载体表面的催化剂涂层，其特征在于：所述催化剂涂层在载体表面构成单涂层结构，并沿尾气流动方向在载体表面构成前端的前级涂层和载体表面后端的后级涂层，前级涂层与后级涂层的面积比小于或等于1；所述涂层由涂层材料和浸渍在涂层材料上的活性组分制成，前级涂层的活性组分由含Pt和Pd贵金属的盐制成，后级涂层的活性组分由含Pt贵金属的盐制成，涂层中贵金属总量为5～15g/ft3。

【技术特征摘要】
1.一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，所述催化系统包括载体和涂覆在载体表面的催化剂涂层，其特征在于：所述催化剂涂层在载体表面构成单涂层结构，并沿尾气流动方向在载体表面构成前端的前级涂层和载体表面后端的后级涂层，前级涂层与后级涂层的面积比小于或等于1；所述涂层由涂层材料和浸渍在涂层材料上的活性组分制成，前级涂层的活性组分由含Pt和Pd贵金属的盐制成，后级涂层的活性组分由含Pt贵金属的盐制成，涂层中贵金属总量为5～15g/ft3。2.根据权利要求1所述的具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，其特征在于：所述涂层材料为无机多孔陶瓷粉体材料的混合物，至少包含氧化铈；其他组分包含单相氧化物、复合氧化物或/和分子筛中的一种；单相氧化物包括：氧化硅、氧化锆、γ-氧化铝，氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钛；复合氧化物包括：氧化铝-氧化硅、氧化铝-氧化锆、氧化铝-氧化钛、氧化铈-氧化锆、氧化铈-氧化镨、氧化铝-氧化铈、氧化铝-氧化镧、氧化铝-氧化镨；分子筛包括：β分子筛、SSZ-3、ZSM-12e、ZSM-5、SAPO-7、SAPO-36。3.根据权利要求2所述的具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，其特征在于：所述涂层材料中前级涂层包含分子筛。4.根据权利要求1所述的具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统，其特征在于：所述前级涂层与后级涂层的面积比1:1～1:4。5.一种具有良好低温NO氧化能力的氧化型催化系统的制备方法，其特征在于包括以下工艺：所述催化系统是权利要求1至4任一项所述的催化系统，所述制备方法包括催化剂涂层制备工艺和分区域涂覆工艺；催化剂涂层制备工艺包括前级涂层和后级涂层制备工艺；前级涂层和后级涂层制备工艺是：将重量比例是去离子水：冰醋酸：粘接剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宽，王瑞芳，王云，龚国恒，程康，李云，陈启章，吴干学，冯锡，张艳华，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51