一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及汽车尾气净化技术领域，尤其涉及一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层及其制备方法。这种涂层涂覆于汽车发动机出气端设置的蜂窝陶瓷载体孔道内壁，所述蜂窝陶瓷载体包括高度壁为1：（1‑4）的前半区和后半区，所述前半区的涂层依次包括内涂层、中涂层以及外涂层，所述后半区的涂层依次包括内涂层和外涂层；所述内涂层、中涂层以及外涂层的组分均包括稀土复合氧化物、改性氧化铝、助剂和贵金属。本发明专利技术通过对载体分区、并对不同区涂覆不同组分、不同厚度、不同贵金属含量的涂层，能够在保证尾气转化效率的前提下，降低整只蜂窝陶瓷载体上贵金属的用量，从而降低汽车尾气净化催化剂的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层及其制备方法
本专利技术涉及汽车尾气净化
，尤其涉及一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层及其制备方法。
技术介绍
汽车给人们的出行带来便利的同时，随之也带来了对大气环境会造成巨大污染的汽车尾气。机动车的尾气排放物对大气的污染日益受到人们的重视，许多国家纷纷制定出各种法规，采取许多措施，包括行政的、技术的手段等对汽车的尾气排放污染加以严格的控制。排放标准主要是针对HC、CO及NOx这三种物质的排放而制定的。目前，在美国及欧洲的国家生产的轿车都安装了催化净化装置，在全世界范围内安装有催化转化器的轿车已超过90%。就中国而言，随着汽车行业的迅猛发展及环保意识的逐步增强，汽车尾气排放催化转化技术越来越受到人们的重视。催化转化技术在汽车尾气处理过程中的应用实现，主要依赖于将催化剂涂层涂覆在蜂窝陶瓷载体上。蜂窝陶瓷载体内含平行约束性气道，具有吸水性，将催化剂材料制成浆料后涂覆在蜂窝陶瓷载体孔道内壁，再将已经涂覆好的蜂窝陶瓷载体包裹上衬垫后封装入金属壳体中，焊接弯管、法兰之后便可作为汽车零部件与发动机出气端及消声器连接。当高温废气通过蜂窝陶瓷载体孔道时，与催化剂涂层接触发生催化反应，将尾气中的CO、HC和NOx等有害物质催化转化成CO2、H2O和N2等无害气体排放入大气中。其中，起催化作用的是催化剂涂层，活性组份则是贵金属Pt、Pd、Rh中的一种或几种。在汽车尾气净化催化剂中，贵金属成本占催化剂成本70%以上。2020年7月1日起，我国关于轻型汽车尾气排放将开始执行第六阶段排放标准，相较于目前的排放标准，允许排放污染物数量显著下降。由于发动机原排净化有限以及排放标准要求较高，国六阶段，汽车尾气净化催化剂中活性组份贵金属用量较现阶段有明显提升，这也意味着满足国六排放标准的汽车尾气净化催化剂成本较国五阶段产品有明显增加。汽车市场竞争已经白热化，作为关键汽车零部件，如果不能有较好的成本控制，产品性能即使满足国六排放标准也难以在市场上推广开来。满足性能前提下具有成本优势的汽车尾气净化催化剂才是适应市场需要的尾气净化产品。因此在满足性能要求的前提下，开发一种成本低廉的催化剂涂层尤为重要。
技术实现思路
本专利技术要解决上述问题，提供一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层及其制备方法。本专利技术解决问题的技术方案是，提供一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，涂覆于汽车发动机出气端设置的蜂窝陶瓷载体孔道内壁，所述蜂窝陶瓷载体包括高度比为1：（1-4）的前半区和后半区，所述前半区的涂层依次包括内涂层、中涂层以及外涂层，所述后半区的涂层依次包括内涂层和外涂层；所述内涂层、中涂层以及外涂层的组分均包括稀土复合氧化物、改性氧化铝、助剂和贵金属。其中，前半区是指靠近发动机出气端的区域，后半区是指远离发动机出气端的区域。本专利技术中，在催化剂涂层长度方向上，催化剂载体前半区和后半区的涂层厚度不同，因此前半区和后半区的贵金属浓度不同，催化剂载体前半区贵金属浓度高，可提高催化剂低温冷启动性能。催化剂载体后半区贵金属浓度低，贵金属活性组份不易烧结，可提升催化剂的耐久性能。这也就使得，在同样的贵金属用量下，催化剂涂层对目标污染物的催化转化效率显著提升。优选地，所述贵金属占内涂层的浓度为0.1-1%；贵金属占中涂层的浓度为1-5%；贵金属占外涂层的浓度为0.5-1.5%。在催化剂涂层厚度方向上，贵金属浓度也不同，外涂层中贵金属浓度较高，可以显著提升催化剂低温冷启动性能，内涂层中贵金属浓度较低，贵金属活性组分不易烧结，可提升催化剂的热稳定性高，以确保催化剂整体的耐久性能。优选地，内涂层和中涂层中，贵金属选用Pd。Pd能够转化一氧化碳和碳氢化合物，且价格低、资源丰富、耐热性能好，有利于降低成本，提高催化剂的使用寿命。外涂层中，贵金属选用Pd和Rh。Rh可以有效解离氮氧化物、对NO2的还原反应有很好的催化活性，且研究发现，Rh能够降低起燃温度，这就解决了传统催化剂最低要在350℃的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降的问题，从而显著提高催化剂低温冷启动性能。同时，在外涂层的制备过程中，将Pd和Rh分别分散，避免了Pd和Rh在高温时生成合金而抑制活性。优选地，所述内涂层的稀土复合氧化物包括Ce1，所述Ce1由90-97%的质量比为（1-2）：1的氧化铈和氧化锆的混合物以及3-10%的镧、钕、镨、钇中的一种或多种元素的氧化物组成；所述中涂层的稀土复合氧化物包括Ce2，所述Ce2由90-97%的质量比为1：（1-2）的氧化铈和氧化锆的混合物以及3-10%的镧、钕、镨、钇中的一种或多种元素的氧化物；所述外涂层的稀土复合氧化物包括Ce1和Ce2的混合物。其中，优选为镧和钇的氧化物。优选地，所述改性氧化铝均包括90-99.9%氧化铝以及0.1-10%稀土氧化物，稀土氧化物包括镧、钇中的一种或多种元素的氧化物。优选地，所述改性氧化铝均包括95-97%氧化铝以及3-5%稀土氧化物。氧化铝可作为催化剂的载体，利用稀土氧化物对氧化铝进行改性可以显著提高其抗烧结性能和高温热稳定性。优选地，所述内涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为（1-5）：1；所述中涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为1：（2-5）；所述外涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为（1-2）：1。内涂层主要是为了使增重量提升，提升涂层的储氧能力。储氧能力来源于稀土复合氧化物，氧化铝没有这个能力。稀土氧化物吸附贵金属后，内涂层的储氧能力会有显著提升，因为贵金属和稀土有一个相互作用，因此内涂层会吸附少量贵金属。内涂层的稀土比例也会比较高，氧化铝没有储氧性能，但是使用氧化铝热稳定性高，所以内涂层不会单独只涂覆稀土复合氧化物，还添加了少量改性氧化铝。外涂层贵金属含量也不高，因为外层直接和废气接触，贵金属含量高不容易均匀分散，且高温条件下贵金属活性组份容易烧结失活。中涂层主要是用来负载贵金属活性组份的，稀土复合氧化物对贵金属的吸附量比较低，只有不到2%，但是氧化铝对贵金属的吸附量可以到5%，所以要想吸附更多的贵金属，必须氧化铝用量多。氧化铝用量多也可以提高热稳定性。优选地，所述助剂均包括粘结剂、增稠剂中的一种或几种。主要用于实现三效催化剂制浆工艺，以便于将三效催化剂涂覆在蜂窝陶瓷载体孔道内，实现其工程应用。所述内涂层助剂含量占涂层含量的8-10%，所述中涂层助剂含量占涂层质量的6-8%，所述外涂层助剂含量占涂层质量的6-8%。由于内涂层涂覆于载体，内涂层中较高的助剂含量能够提高其于载体的覆盖效果。而由于中涂层是与内涂层粘结，内涂层本身已有一定的粘结能力，所以中涂层中可以使用较少的助剂，外涂层同理，从而与汽车尾气接触程度较高的外涂层和中涂层中能够包含较高含量的稀土复合氧化物、贵金属等实质性进行净化的成分，保证涂覆效果的同时还能降低助剂成本、并提高净化效果。粘结剂可以是拟薄水铝石、硝酸铝中的一种或几种。增稠剂可以是聚乙二醇、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种，也可以选用BY本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，涂覆于汽车发动机出气端设置的蜂窝陶瓷载体孔道内壁，其特征在于：所述蜂窝陶瓷载体包括高度比为1：（1-4）的前半区和后半区，所述前半区靠近发动机出气端，所述后半区与前半区相连；所述前半区的涂层依次包括内涂层、中涂层以及外涂层，所述后半区的涂层依次包括内涂层和外涂层；所述内涂层、中涂层以及外涂层的组分均包括稀土复合氧化物、改性氧化铝、助剂和贵金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，涂覆于汽车发动机出气端设置的蜂窝陶瓷载体孔道内壁，其特征在于：所述蜂窝陶瓷载体包括高度比为1：（1-4）的前半区和后半区，所述前半区靠近发动机出气端，所述后半区与前半区相连；所述前半区的涂层依次包括内涂层、中涂层以及外涂层，所述后半区的涂层依次包括内涂层和外涂层；所述内涂层、中涂层以及外涂层的组分均包括稀土复合氧化物、改性氧化铝、助剂和贵金属。


2.根据权利要求1所述的一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，其特征在于：所述贵金属占内涂层的浓度为0.1-1%；贵金属占中涂层的浓度为1-5%；贵金属占外涂层的浓度为0.5-1.5%。


3.根据权利要求1所述的一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，其特征在于：所述内涂层的稀土复合氧化物包括Ce1，所述Ce1由90-97%的质量比为（1-2）：1的氧化铈和氧化锆的混合物以及3-10%的镧、钕、镨、钇中的一种或多种元素的氧化物组成；所述中涂层的稀土复合氧化物包括Ce2，所述Ce2由90-97%的质量比为1：（1-2）的氧化铈和氧化锆的混合物以及3-10%的镧、钕、镨、钇中的一种或多种元素的氧化物；所述外涂层的稀土复合氧化物包括Ce1和Ce2的混合物。


4.根据权利要求1所述的一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，其特征在于：所述改性氧化铝均包括90-99.9%氧化铝以及0.1-10%稀土氧化物，稀土氧化物包括镧、钇中的一种或多种元素的氧化物。


5.根据权利要求1所述的一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，其特征在于：所述内涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为（1-5）：1；所述中涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为1：（2-5）；所述外涂层中，稀土复合氧化物与改性氧化铝质量比为（1-2）：1。


6.根据权利要求1所述的一种汽车尾气净化催化剂定域化涂层，其特征在于：所述助剂均包括粘结剂、增稠剂中的一种或几种；所述内涂层助剂含量占涂层含量的8-10%，所述中涂层助剂含量占涂层质量的6-8%，所述外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋艳，李光凤，乔锋华，张宇鹏，姬欢欢，徐志聪，戈大朋，张汉浪，
申请(专利权)人：浙江达峰汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33