钒酸盐作为氧化催化剂的用途制造技术

式(I)：FexMeIyMeIIzVO4的三元钒酸盐在内燃机中作为催化剂用于氧化含碳化合物的用途，其中MeI和MeII彼此不同，并且各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Al、Bi和Sb所组成的组的元素，并且其中x＝0.05‑0.9；y＝0.05‑0.9；z＝0.05‑0.9；x+y+z＝1。

Application of Vanadate as Oxidation Catalyst

Formula (I): FexMeIyMeIIzVO4 ternary vanadates are used as catalysts for the oxidation of carbon-containing compounds in internal combustion engines, where MeI and MeI I are different from each other and represent elements of the group composed of free Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Er, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y b, Lu, Al, Bi and SB, where x = 0.05 0.9; y = 0.05 z = 0.05 0.9; x + Z = 1; \u3002

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钒酸盐作为氧化催化剂的用途
本专利技术涉及用于在内燃机(特别是柴油发动机)中氧化含碳化合物的新型钒酸盐基催化剂组合物。鉴于它们的热稳定性，以及鉴于它们在氧化反应(特别是碳烟氧化)中的催化效率，这些新型催化剂优于现有技术中的催化剂。在下文中，采用缩写“DPF”表示术语“柴油颗粒物过滤器”。可以将这种催化剂组合物用于移动应用(如机动车)和非道路应用的柴油发动机，但也可用于固定应用。
技术介绍
由于内燃机的操作特性，内燃机产生时伴随着废气和各种颗粒物(大部分是由于不完全燃烧产生的燃料/空气混合物中的碳烟)。已经表明废气对公共健康和自然环境具有各种不良影响，并且采用了多种策略来降低其危害性，包括SCR(选择性催化还原)方法。但是由于新出现的颗粒物也被认为是有害的，因此通常含有碳烟的废气通过能够保留和收集这些颗粒物的适当过滤器输出。然而，在操作过程中，碳烟颗粒物会积聚在过滤器中，导致排气系统的背压不期望地增加，从而降低效率。为了恢复过滤器，需要除去碳烟颗粒物，这可以通过在高温下燃烧碳烟颗粒物而良好实现。该解决方案的一个主要缺点通常是过滤器内催化组分受限的温度稳定性。用钒基催化剂处理内燃机废气的基本概念已被知晓了很长时间。例如，已于1933年提交的GB413.744公开了将氧化钒和金属钒酸盐作为高温催化剂来除去内燃机所产生的一氧化碳和其它废气成分的用途。此外，现有技术的多篇文献还探讨了钒基催化剂用于催化废气还原处理(例如，特别是选择性催化还原(SCR)氮氧化物)的用途。因此，WO2011/127505公开了与钛基载体组合的钒基SCR催化剂，该钒基SCR催化剂具有通式XVO4(其中X表示单独的Bi、Sb、Ga或Al，或与过渡金属和/或稀土元素(REE)的混合物)。在该上下文中，还提及WO2010/121280，其也公开了含有同样与钛基载体组合的XVO4组合物的催化剂，其中X表示过渡金属或过渡金属与REE的混合物。据报道，这类催化剂表现出增强的NOx转化活性和增强的热稳定性。DE102014110937(A1)公开了不含任何REE的基于钒酸盐的SCR催化剂，其具有通式AlxFeyVO4(x+y＝1和x，y>0)。在此报道了含有Al0.5Fe0.5VO4的示例性催化剂与基于V2O5的催化剂相比在一定温度范围内具有更佳的NOx转化率。然而，仍未公开关于所描述的组合物在高温环境中的稳定性的任何信息。同样，用于作为SCR-催化剂在过滤器单元中使用以去除废气污染的催化组合物在现有技术中是已知的，并且例如由WO2013/179129A2公开，该催化组合物具有通式(Ax)(Ty)(Rz)VO4(x+y+z＝1和x，y，z≥0)，其中A是碱土金属，T是过渡金属和R是REE。同样，含有五氧化二钒(V2O5)的混合物作为催化剂用于处理来自柴油发动机的废气的应用是现有技术中已知的。例如，EP0154145公开了采用包含V2O5与Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、Si、Sn、Sb、Bi、Cu、Ag、Zn、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Tb、Ti、Zr、Hf、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Co或Ni组合的催化剂的用于柴油发动机的DPF单元。这类催化剂被认定是可改善颗粒物的点燃和燃烧的。Casanova等人在2013年已经公布了一些研究数据(Preliminaryinvestigationofbi-functionalvanadate-basedcatalystsinNH3-SCRandsootcombustionreactions”,第11届欧洲催化大会(11thEuropeancongressoncatalysis)-EuropaCat-XI,法国，里昂，2013年9月1日至6日)。在这项工作中，描述了对不同SCR催化剂和不同SCR催化剂在SCR和DPF恢复中的潜在双功能应用的载体的研究。该出版物公开了与不同载体组合的包含Fe0.5Er0.5VO4和FeVO4的催化组合物的碳烟氧化活性的对比性数据。在2013年9月2日于里昂举行的EuropaCat会议的展示中，M.Casanova进一步阐述了这一主题。根据这种展示，非常希望将SCR和DPF组合在单一应用中，尽管碳烟氧化反应不被SCR影响，但是SCR却明显受到碳烟氧化的影响。虽然在该展示中大体上提到了化学式为Fe(y)Al(x-y)RE(1-x)VO4的三元钒酸盐(其中RE表示稀土金属)，参见WO2011/127505，但是在该展示中并没有提及将任何这类钒酸盐用于氧化催化。现有技术中的其它文献公开了将碱金属钒酸盐(US4.515.758)、钒酸铈(EP1.515.012)、钒酸银(EP0.077.524)、碱土金属钒酸盐(EP1.368.107)及钒酸铜(US4.711.870)用作催化剂以用于碳烟氧化。可以提及EP2878359A1及US4,137,259A作为其它的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供含有钒酸盐的催化剂组合物，该钒酸盐在氧化反应(如碳烟氧化)中非常有效，并且表现出增加的热稳定性。通过采用式(I)的三元钒酸盐在内燃机中作为催化剂用于氧化含碳化合物来实现该目的，FexMeIyMeIIzVO4(I)，其中MeI和MeII彼此不同，并且各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Al、Bi和Sb所组成的组的元素，并且其中：x是0.05-0.9，y是0.05-0.9，和z是0.05-0.9x+y+z＝1。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。具体实施方式已经令人惊奇地发现，如上定义的三元钒酸盐在(柴油)碳烟的催化氧化中对氧化柴油机废气颗粒物显示出意想不到的积极效果。具体地，与现有技术的材料相比(例如，与可定义为参考材料的FeVO4或CeVO4相比，优选与FeVO4和CeVO4两者相比)，根据本专利技术使用的化合物显示出更优的催化活性(表现为更低的T50值)。将T50值定义为将含有催化剂和碳烟的混合物中50％(w/w)碳烟氧化的温度。此外，与现有技术的老化材料相比，根据本专利技术使用的化合物还显示出更优的热稳定性。根据本专利技术的术语“热稳定性”是指通过热老化后测量的催化剂组合物的T50值表征的催化活性。本专利技术组合物的热老化是在700℃至850℃/10h之间、更优选在750℃至850℃/10h之间、最优选在800℃至850℃/10h之间的范围内进行的。与例如热老化的FeVO4或热老化的CeVO4相比，优选与热老化的FeVO4和热老化的CeVO4两者相比(可以将其定义为参考材料)，本专利技术的这些热老化组合物的热稳定性更优。更优的催化活性(且特别是更优的热稳定性)允许在工业应用中更加安全地使用并且还可以改善催化剂的寿命。根据本专利技术，将式(I)的三元钒酸盐用于氧化催化剂中。氧化催化剂的功能原理依赖于采用氧气或其它氧化剂催化含碳化合物的氧化的氧化催化剂的能力。含碳化合物可以是例如碳烟、一氧化碳、二噁英、甲烷、NMHC(非甲烷烃)、甲醇、NMVOC(非甲烷挥发性有机化合物)、芳香烃，优选为碳烟、二噁英和甲烷，更优选为碳烟和二噁英，且最优选为碳烟。可以将根据本专利技术使用的钒酸盐制备成固-固溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.式(I)的三元钒酸盐在内燃机中作为催化剂用于氧化含碳化合物的用途，FexMeIyMeIIzVO4 (I)，其中MeI和MeII彼此不同，并且各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Al、Bi和Sb所组成的组的元素，并且其中：x＝0.05‑0.9y＝0.05‑0.9z＝0.05‑0.9x+y+z＝1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.15 EP 16188998.51.式(I)的三元钒酸盐在内燃机中作为催化剂用于氧化含碳化合物的用途，FexMeIyMeIIzVO4(I)，其中MeI和MeII彼此不同，并且各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Al、Bi和Sb所组成的组的元素，并且其中：x＝0.05-0.9y＝0.05-0.9z＝0.05-0.9x+y+z＝1。2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：MeI和MeII各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Er、Al、Bi所组成的组的元素。3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于：MeI和MeII各自表示选自由Ce、La、Er、Al和Bi所组成的组的元素。4.根据权利要求1至3所述的用途，其特征在于：MeI和MeII选自以下组合的组：MeI＝La，MeII＝ErMeI＝Ce，MeII＝AlMeI＝Ce，MeII＝BiMeI＝La，MeII＝AlMeI＝Er，MeII＝AlMe...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·施尔曼茨，拉尔斯·汉斯根，阿蒙德·萨加尔，亚历山德罗·特罗瓦雷利，马尔齐亚·卡萨诺瓦，
申请(专利权)人：特莱巴赫工业有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT