一种与SCR匹配使用的LNT催化剂以及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种与SCR匹配使用的LNT催化剂，所述LNT包括贵金属，所述贵金属包含但不限于Pt、Pd、Rh等贵金属元素中的一种或几种；所述贵金属至少包含Rh；所述LNT催化剂具有分层结构，其表层Rh浓度大于内层的Rh浓度。本发明专利技术通过助剂、贵金属和材料组成的优化设计，在涂层中添加促进HC重整产生H2的功能从而提高LNT的NH3的生成率，产生的NH3存储于下游的SCR中，与逃逸的NOx发生反应从而提高NOx的整体转化率。本发明专利技术制备方法简单，步骤易于操作，成本低。

A LNT catalyst matched with SCR and its preparation method

The present invention relates to a LNT catalyst matched with SCR. The LNT includes precious metals, which include but are not limited to one or more of the precious metal elements such as Pt, Pd, Rh, etc. The precious metals contain at least Rh, and the LNT catalyst has a layered structure with Rh concentration on the surface layer greater than that on the inner layer. By optimizing the composition of additives, precious metals and materials, adding the function of promoting HC reforming to produce H2 in the coating can improve the formation rate of NH3 of LNT, and the NH3 produced is stored in the downstream SCR, reacting with the escaped NOx to improve the overall conversion rate of NOx. The preparation method of the invention is simple, the steps are easy to operate and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种与SCR匹配使用的LNT催化剂以及制备方法
本专利技术涉及一种汽车尾气催化剂，特别是一种与SCR匹配使用的LNT(LeanNOxTrap，稀燃NOx捕集)催化剂，本专利技术同时还公开了该LNT催化剂的制备方法，属于汽车尾气催化剂

技术介绍
在柴油汽车尾气中，氮氧化合物(NOx)是尾气的主要成分之一。传统技术路线是采用选择性还原催化剂(SCR)在还原剂NH3作用下将NOx还原为N2，此处NH3来源于尿素的分解。图1是某柴油发动机WHTC循环的排温曲线，在WHTC测试循环中，低空速段平均温度仅150℃，若采用传统尿素SCR技术路线，在低空速段由于温度过低，尿素无法分解并且易结晶，无法喷射尿素，进而无法有效处理NOx，因此需引入新的后处理技术路线以解决低温时NOx的排放问题。本世纪初，欧洲国家开发出LNT并部分用于市场，该产品可以在稀燃状态(Lean)下对NOx进行捕集，在富燃状态(Rich)下释放NOx并将其还原，工作温度范围200-500℃。英国庄信万丰在SAE2010-01-0302中已经提出了LNT+SCR集成系统，该系统LNT在富燃状态下还原产生的NH3可以存储于下游的SCR中，并作为SCR催化剂与NOx反应时的还原剂，这样在下游的SCR中可以处理掉从上游逃逸的NOx，并且SCR催化剂前不用再额外增加尿素罐作为NH3源。随着汽车尾气排放要求越来越严格，现有的传统尿素SCR后处理技术路线对低温NOx处理能力有限，尤其针对3.0L以下的柴油车发动机，其排温较低，在使用现有的SCR技术路线中会出现尿素结晶无法工作的情况，并且后处理装置安装空间有限，因此针对该类型发动机不能再使用传统尿素SCR技术路线。针对该类型柴油车发动机后处理可以采用能产生NH3的LNT作为SCR的NH3源，该类LNT的最低工作温度可以低至150℃以下，在该类LNT与SCR匹配使用可以解决低温NOx排放问题。专利US6607704介绍了镁铝尖晶石在LNT中的重要作用，含镁铝尖晶石的LNT具有更高的耐久性。庄信在SAE2010-01-0302中研究了储氧材料和贵金属比例对NH3生成量的影响，储氧量低，高Pt低Pd催化剂具有更好的NH3生成能力。虽然，有诸多文献研究LNT的应用，但是关于LNT如何具体的改善低空速段排气温度过低情况下，NOx的净化清除效率提升，依然属于本领域需要深入研究的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中柴油发动机在低空速段排气温度过低，导致尿素喷射失效，无法有效净化尾气中NOx的不足，提供一种与SCR匹配使用的LNT催化剂。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种与SCR匹配使用的LNT催化剂，所述LNT催化剂包括贵金属Rh，以及贵金属Pt、Pd中至少一种。所述LNT催化剂具有分层结构，其表层Rh浓度大于内层的Rh浓度。通过优化设计LNT催化剂的内外层之间的不同贵金属浓度，使得LNT生成H2能力增加，，以提高NH3生成能力，可以更好与下游SCR匹配使用，改善排气温度过低的情况下尾气中NOx净化能力。特别是该LNT下游的SCR在LNT产生的NH3的还原作用下可以实现对逃逸的NOx再次处理，可大大提高系统对NOx的净化效率。优选地，LNT催化剂中，内层Rh浓度可以为0。即内层不含Rh，仅仅在催化剂的表层含有Rh，表层Rh发挥出LNT催化剂的核心作用，增强对于NOx的催化转化及NH3生成作用。进一步，所述贵金属包含Pt；所述LNT表层Pt浓度小于内层Pt浓度。LNT后处理技术路线适用于稀燃(Lean)发动机并辅以富燃(Rich)以还原再生后处理的LNT催化剂，LNT催化剂在正常工作的Lean状态下氧化并吸附NOx，在Rich状态下释放并还原NOx为N2和NH3，同时氧化因富燃而排出的HC、CO。Pt浓度对于内层的催化作用至关重要，具有强烈选择性促进催化作用。进一步，所述贵金属催化剂还包括金属氧化物、贵金属、碱性金属、Ni、Mn元素。优选地，所述贵金属包含但不限于Pt、Pd、Rh等贵金属元素中的一种或几种，优选地，至少包含Rh。其中Pd为可以包括的贵金属元素。优选地，所述金属氧化物包含但不限于氧化铝、铈锆复合氧化物、铈锆铝复合氧化物、硅铝复合氧化物、镁铝尖晶石等金属氧化物中的一种或几种。优选地，所述碱性金属是指碱金属和/或碱土金属和/或稀土碱性元素的一种或几种。优选地，稀土碱性元素可以是铈。本专利技术提供的与SCR匹配使用的LNT，该催化剂涂层主要以金属氧化物和贵金属为基础，加以碱性金属提高其对NOx的吸附能力和耐久能力，添加Ni、Mn等元素增加LNT对HC的重整产H2能力。同时，配合合理的涂层布局、贵金属分布和涂层材料的选用，使得LNT催化剂的核心功效得到大幅度强化提升。最终更好的实现多种原料成分相互配合，促进实现HC重整或水煤气反应的发生，使之产生大量H2，并促进H2与NO反应生成NH3，而提高NH3的生成率。具体而言，本专利技术方法制备的LNT，除了传统的LNT所具备的Lean条件下对NO的氧化和存储，Rich条件下对NOx的释放和还原外，还包括Rich条件下将NOx还原为N2和NH3，并将NH3存储于下游的SCR中，用于与从上游逃逸的NOx反应，将NOx的排放降为最低。LNT在Rich状态下产生NH3，存储于下游的SCR中，当有NOx从上游LNT中逃逸时，NOx便在下游的SCR中与存储的NH3发生选择性还原反应生成N2。所以，本专利技术制备的LNT同时兼具较高的NH3生成能力和较高的NOx去除能力。进一步，所述LNT催化剂具有涂层结构，LNT催化剂涂层包括金属氧化物、镁铝尖晶石、贵金属、碱性元素以及助剂。优选地，所述LNT涂层的主要组成为氧化铝、铈锆复合氧化物、镁铝尖晶石、铈锆铝氧化物、氧化铈和Ba类似碱性金属元素。例如，Ba类碱性金属元素可以是Mg作为替换，或者Ba、Mg混合物。进一步，所述碱性金属是指碱金属、碱土金属和稀土碱性元素中的一种或几种。所述稀土碱性元素是铈。优选地，所述碱性金属是Ba、Mg、Ce、Sr、K、Na等元素中的一种或几种。更优选地，所述碱性金属是Ba、Mg、Ce中的一种或几种。进一步，所述LNT中所述贵金属至少包含Pt和Rh。进一步，LNT催化剂负载在载体上，涂层的涂覆量为120-400g/L。优选地，LNT催化剂中，贵金属的涂覆量为20-120g/ft3。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述LNT催化剂材料的方法，通过制备工艺的调整优化，控制LNT催化剂中各种原料成分相互之间配合作用，以及优化调整催化剂分层结构中贵金属元素的分布，实现更高效率，实现高催化转化效率和还原净化NOx的作用。一种上述催化剂制备方法，包括以下步骤：(1)将第一可溶性金属盐溶液浸渍到第一金属氧化物上，以金属氧化物计，占比为0-20％，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下，空气气氛中焙烧2-8h，得到碱性材料W0。将第二可溶性金属盐溶液浸渍到第二金属氧化物中，以金属氧化物计，占比为0-20％，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下，空气气氛中焙烧2-8h，得到碱性材料WN。(2)将第一贵金属前驱体溶液浸渍到WN中，以贵金属单质计，占比为0.1-5％，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与SCR匹配使用的LNT催化剂，所述LNT催化剂包括贵金属Rh，以及Pt、Pd中至少一种；所述LNT催化剂具有分层结构，其表层Rh浓度大于内层的Rh浓度。

【技术特征摘要】
1.一种与SCR匹配使用的LNT催化剂，所述LNT催化剂包括贵金属Rh，以及Pt、Pd中至少一种；所述LNT催化剂具有分层结构，其表层Rh浓度大于内层的Rh浓度。2.如权利要求1所述LNT催化剂，其特征在于，所述贵金属包含Pt；所述LNT表层Pt浓度小于内层Pt浓度。3.如权利要求1所述LNT催化剂，其特征在于，所述贵金属催化剂还包括金属氧化物、贵金属、碱性金属、Ni、Mn元素。4.如权利要求3所述LNT催化剂，其特征在于，所述碱性金属是指碱金属和/或碱土金属、和/或稀土碱性元素中的一种或几种。5.如权利要求3所述LNT催化剂，其特征在于，所述金属氧化物包含但不限于氧化铝、铈锆复合氧化物、铈锆铝复合氧化物、硅铝复合氧化物、镁铝尖晶石、氧化铈等金属氧化物中的一种或几种。6.一种上述催化剂制备方法，包括以下步骤：（1）将第一可溶性金属盐溶液浸渍到第一金属氧化物上，以金属氧化物计，占比为0-20%，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下，空气气氛中焙烧2-8h，得到碱性材料W0；将第二可溶性金属盐溶液浸渍到第二金属氧化物中，以金属氧化物计，占比为0-20%，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下，空气气氛中焙烧2-8h，得到碱性材料WN；（2）将第一贵金属前驱体溶液浸渍到WN中，以贵金属单质计，占比为0.1-5%，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下，空气气氛中焙烧2-8h，得到贵金属催化剂W1；将第二贵金属前驱体溶液浸渍到W0中，以贵金属单质计，占比为0.1-5%，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下空气气氛中焙烧2-8h，得到贵金属催化剂W2；将第三贵金属前驱体溶液浸渍到第三金属氧化物中，然后60-120℃干燥2-12h，在350-650℃温度下空气气氛中焙烧2-8h，得到贵金属催化剂W3；（3）将W1、W2、W3和第一粘接剂混合，球磨制浆，W1占比5~50%，W2占比5~50%，W3占比0~30%，第一粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞芳，龚国恒，王云，李云，陈启章，
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