适用于感应加热的含磁性材料的催化剂组合物制造技术

本发明专利技术提供催化剂组合物，其包含催化活性粒子和能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热的磁性材料的混合物，磁性材料例如是超顺磁性氧化铁纳米粒子。催化活性粒子将通常包括贱金属，铂族金属，贱金属或铂族金属的氧化物，或其组合，并将适用于各种催化体系中，例如柴油氧化催化剂、催化烟灰过滤器、稀燃NOx阱、选择性催化还原催化剂、氨氧化催化剂或三效催化剂。本发明专利技术也包括用于加热催化剂材料的系统和方法，其包括包含催化剂组合物的催化剂制品，和用于接收电流和并根据其响应产生交替电磁场的导体，导体的位置使得所产生的交替电磁场被施加到至少一部分磁性材料上。

Catalyst compositions containing magnetic materials suitable for induction heating

The present invention provides a catalyst composition comprising a mixture of catalytic active particles and magnetic materials that can be inductively heated in response to applied alternating electromagnetic fields, such as superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Catalytic active particles will usually include base metals, platinum group metals, base metals or platinum group metal oxides, or combinations thereof, and will be suitable for various catalytic systems, such as diesel oil oxidation catalysts, catalytic ash filters, lean burning NOx traps, selective catalytic reduction catalysts, ammonia oxidation catalysts or three-way catalysts. The present invention also includes a system and method for heating catalyst materials, including a catalyst product comprising a catalyst composition, and a conductor for receiving current and generating alternating electromagnetic fields according to its response. The position of the conductor causes the alternating electromagnetic fields generated to be applied to at least part of the magnetic materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】适用于感应加热的含磁性材料的催化剂组合物专利
本专利技术涉及用于处理发动机排放物的催化剂组合物，这种催化剂组合物的制备方法及其用途，以及使用这种催化剂组合物的催化剂制品和系统。专利技术背景柴油发动机的排放物包括颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。NOx是用于描述氮氧化物的各种化学物质的术语，其中包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。排放颗粒物的两种主要组分是可溶性有机级分(SOF)和烟灰级分。SOF在层中在烟灰上冷凝，并通常衍生自未燃烧的柴油燃料和润滑油。SOF可以作为蒸气或作为气溶胶(即液体冷凝物的细滴)存在于柴油排放物中，这取决于排气的温度。烟灰主要由碳粒子组成。排放物的HC含量可以根据发动机类型和操作参数而变化，但是通常包括各种短链烃，例如甲烷、乙烯、乙炔、丙烯等等。已经知道含有铂族金属(PGM)的催化剂用于处理柴油发动机的排放物以转化烃和一氧化碳，其中将这些污染物催化氧化成二氧化碳和水。另外，含铂的氧化催化剂能促进NO向NO2的氧化反应。对于重载柴油系统，这种催化剂通常包含在再生柴油氧化催化剂(DOC)体系、催化剂烟灰过滤(CSF)体系或合并的DOC-CSF体系中。这些催化剂体系布置在来自柴油驱动系统的排气流动路径中，从而用于在排气被排放入环境之前处理排气。通常，柴油氧化催化剂沉积在陶瓷或金属基材上。为了NOx物质的额外还原，这种体系也通常包含位于DOC催化剂下游的至少一种选择性催化还原(SCR)催化剂。在轻载和中等负载应用中，此体系可以包含稀燃NOx阱(LNT)，其用于储存和还原NOx，以及从排气流除去一氧化碳和未燃烧的烃。用于处理内燃机排气的催化剂在较低温度操作期间是不太有效的，例如发动机操作的初始冷启动期间，这是因为发动机排气并不是处于足够高以进行有效催化转化的温度下。对于下游催化剂组分而言尤其如此，例如SCR催化剂，其需要数分钟以达到合适的操作温度。已经建议在启动条件期间对催化剂制品进行电加热。参见例如美国专利公开Nos.US2011/0072805、US2014/0033688和US2015/0087497，以及美国专利Nos.8,292,987和8,479,496。在典型的方法中，通过电加热器产生热量，例如绕在催化剂基材或金属基材外部的电线，其本身用作加热元件。这种体系的成功商业化存在多种挑战，包括需要较高的能耗和由于需要先加热催化剂基材而导致加热效率较低。另外，本领域中的大多数电加热设计使用金属基材，并且不能与在许多体系中用作催化剂载体的更广泛使用的陶瓷基材相容。本领域中仍然需要减少来自汽油或柴油发动机的气态污染物的尾气管排放，特别是在发动机冷启动期间出现的突破式排放。专利技术概述本专利技术提供催化剂组合物，其包含催化活性粒子和能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热的磁性材料的混合物。本专利技术可以用于加热催化剂层以改进催化活性效率，特别是在常规催化剂体系需要数分钟以达到能获得催化活性的操作温度的情况下，例如在发动机的冷启动期间。示例性的磁性材料包括铁磁性材料和顺磁性材料。虽然磁性材料的形式可以变化，但在特定实施方案中，磁性材料是颗粒形式，其能分散在催化剂组合物中，尤其包括纳米粒子磁性材料，其归类于超顺磁性材料。虽然可以使用能在交替电磁场存在下感应加热的任何材料，但是有利的磁性材料包括含有过渡金属或稀土金属的材料，特别是包含这种过渡金属或稀土金属的氧化物。在特定实施方案中，磁性材料包含超顺磁性氧化铁纳米粒子，或含稀土元素的颗粒材料，其包含钕-铁-硼或钐-钴粒子。催化剂组合物的催化活性粒子可以在不偏离本专利技术的情况下变化，例如在用于汽油或柴油发动机的排放控制系统中常用的任何催化活性材料。例如，催化活性粒子可以是适用于一种或多种以下应用的组合物的一部分：一氧化碳的氧化，烃的氧化，NOx的氧化，氨的氧化，NOx的选择性催化还原，和NOx储存/还原。这种催化剂材料将通常包括在多孔载体中浸渍或离子交换的一种或多种催化金属，示例性的载体包括耐火金属氧化物和分子筛。在特定实施方案中，催化金属是选自贱金属(basemetal)，铂族金属，贱金属或铂族金属的氧化物，以及它们的组合。可使用本专利技术催化剂组合物的催化剂体系的类型包括柴油氧化催化剂(DOC)，催化烟灰过滤器(CSF)，稀燃NOx阱(LNT)，选择性催化还原(SCR)催化剂，氨氧化(AMOx)催化剂，和三效催化剂(TWC)。其它例子包括催化活性粒子，其适合用作挥发性有机烃(VOC)氧化催化剂或室温烃氧化催化剂。另一方面，本专利技术提供适用于加热催化剂材料的系统，其包含：催化剂制品，其是基材的形式，包含多个适用于气体流动的通道和附着于每个通道的催化剂层，其中催化剂层包含催化活性材料以及分散在其中的磁性材料(例如超顺磁性材料)，所述磁性材料能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热；和导体，其用于接收电流并根据其响应产生交替电磁场，所述导体的位置使得所产生的交替电磁场被施加到至少一部分磁性材料上。导体可以例如是包围至少一部分催化剂制品的导电线圈的形式。该系统还可以包含电源，电源与导体电连接以向导体供应交流电。基材可以例如是流通式基材或壁流式过滤器。另外，该系统还可以包含用于检测进入催化剂制品的气体的温度的温度传感器，以及与温度传感器连通的控制器，所述控制器用于控制导体所接收的电流，使得当需要感应加热催化剂层时，控制器能用电流向导体供应能量。再一方面，本专利技术提供处理来自内燃机的排放物的方法，包括：在内燃机中产生排气；在排放控制系统中处理排气，所述排放控制系统包含本文所述的催化剂制品和导体；和通过使电流从导体通过以产生交替电磁场来间歇性地向导体供应能量，并感应加热磁性材料以将催化剂层加热到所需的温度。本专利技术包括但不限于以下实施方案：实施方案1:催化剂组合物，其包含催化活性粒子和能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热的磁性材料的混合物。实施方案2.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料是超顺磁性的。实施方案3.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料是颗粒形式。实施方案4.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料是纳米粒子的形式。实施方案5.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料包含过渡金属或稀土金属。实施方案6.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料包含超顺磁性氧化铁纳米粒子。实施方案7.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中磁性材料包含含稀土元素的颗粒材料，其包含钕-铁-硼或钐-钴粒子。实施方案8.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中催化活性粒子适用于以下一种或多种过程：一氧化碳的氧化，烃的氧化，NOx的氧化，氨的氧化，NOx的选择性催化还原，以及NOx储存/还原。实施方案9.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中催化活性粒子包含在多孔载体中浸渍或离子交换的一种或多种催化金属。实施方案10.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中多孔载体是耐火金属氧化物或分子筛。实施方案11.根据任何一个在先和随后实施方案的催化剂组合物，其中一种或多种催化金属是选自贱金属，铂族金属，贱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.催化剂组合物，其包含催化活性粒子和能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热的磁性材料的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.11 US 62/334,8111.催化剂组合物，其包含催化活性粒子和能根据对所施加交替电磁场的响应而感应加热的磁性材料的混合物。2.权利要求1的催化剂组合物，其中磁性材料是超顺磁性的。3.权利要求1的催化剂组合物，其中磁性材料是颗粒形式。4.权利要求3的催化剂组合物，其中磁性材料是纳米粒子的形式。5.权利要求1的催化剂组合物，其中磁性材料包含过渡金属或稀土金属。6.权利要求1的催化剂组合物，其中磁性材料包含超顺磁性氧化铁纳米粒子。7.权利要求1的催化剂组合物，其中磁性材料包含含稀土元素的颗粒材料，其包含钕-铁-硼或钐-钴粒子。8.权利要求1的催化剂组合物，其中催化活性粒子适用于以下一种或多种过程：一氧化碳的氧化，烃的氧化，NOx的氧化，氨的氧化，NOx的选择性催化还原，以及NOx储存/还原。9.权利要求1的催化剂组合物，其中催化活性粒子包含在多孔载体中浸渍或离子交换的一种或多种催化金属。10.权利要求9的催化剂组合物，其中多孔载体是耐火金属氧化物或分子筛。11.权利要求9的催化剂组合物，其中一种或多种催化金属是选自贱金属，铂族金属，贱金属或铂族金属的氧化物，以及它们的组合。12.权利要求1的催化剂组合物，其中催化活性粒子适合用作柴油氧化催化剂(DOC)，催化烟灰过滤器(CSF)，稀燃NOx阱(LNT)，选择性催化还原(SCR)催化剂，氨氧化(AMOx)催化剂，或三效催化剂(TWC)。13.权利要求1的催化剂组合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓帆，M·T·考德，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国,US