一种分段式触媒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种分段式触媒包括：基体；在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；所述第一载体层和第二载体层均包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。所述的触媒性能好、性价比高。

A segmented catalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种分段式触媒及其制备方法
本专利技术涉及一种分段式触媒及其制备方法。
技术介绍
随着社会环保意识的普及，环保要求的提高，国家对机动车排放标准持续升级。相对于之前的摩托车国Ⅲ排放标准，现已实行的摩托车国Ⅳ排放标准中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(THC)、氮氧化合物(NOx)三种污染物的排放限值是国Ⅲ排放限值的50％，而耐久里程大约是国Ⅲ排放标准的2倍。常用的摩托车排放的尾气通过触媒处理。触媒最常见催化活性组分为贵金属，主要是铂、钯和铑，其中铂和钯是氧化CO和THC为CO2的活性组分，而铑是还原NOx为N2的活性组分，通过触媒能同时净化CO、THC、NOx使尾气能够达标排放。随着国标对排放限值和耐久里程的要求不断加严，要求触媒具有快速起燃和良好的耐久性能。现有技术中，触媒常用的载体为储氧材料和氧化铝两类。储氧材料具有较好的储/释氧能力，而氧化铝具有较大比表面积为催化反应提供反应场所。此外，一般通过加入稀土助剂和碱土助剂改进贵金属或载体性能，以提高触媒的催化能力以及抗老化能力。专利CN200410093861公开了一种铂铑触媒，其通过将铂铑贵金属溶液同时放入含钇改性的储氧材料和氧化铝浆料中，虽然添加钇改性材料提高涂层的耐久性，但是贵金属铂部分担载在氧化铝材料上，高温易聚集而降低触媒的耐久性能。专利CN200610020143公开了一种铂铑触媒，铂担载在氧化铝材料上，铑担载在钇改性含铈的复合氧化物(Ce0.15Zr0.6Y0.15O2和Ce0.35Zr0.55Y0.10O2)，同样存在铂担载在氧化铝材料导致酶高温易聚集，还因为污染物起燃温度相差太大，导致不能同时净化污染物。专利CN201710028153公开了一种铂钯铑触媒的制造方法，将镨和铈相互混合，掺入钇改性，然后掺入的贵金属，并混入伽马氧化铝，形成混合氧化物；该专利技术中的铈和钇未形成稳定的复合物，贵金属铂放置其中，复合物在高温下易塌陷包裹贵金属铂而使触媒耐久性能差。因此，亟待需要开发一种新型的触媒，满足良好的催化性能以及耐久性能的需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种分段式触媒，通过触媒的分段式布置、在每段中设置不同贵金属含量的贵金属层，以及通过不同的储氧材料与贵金属负载，实现贵金属与储氧材料的协同作用以提高触媒的催化性能和耐久性能。本专利技术采用以下技术方案：一种分段式触媒，包括：基体；在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；所述第一载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第二载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。优选的，该分段式触媒尤其适合用于摩托车中。其中，根据排气的方向上看，后段部分位于前段部分的下游。前段部分的第一载体层和后段部分的第二载体层的组成是完全一致的。第一载体层和第二载体层不含贵金属，具体功能是用于填充金属蜂窝基体的边角或死角。第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层中的贵金属选自铂或铑中的一种或两种。一般来说，第一贵金属层和第三贵金属层中选用的金属的种类是一致的。因此，第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层中的金属可以包括但不限制地设置为：第一贵金属层为铂单层触媒，第二贵金属为铑触媒，第三贵金属层为铂单层触媒；也可以是第一贵金属层为铑单层触媒，第二贵金属层为铂触媒，第三贵金属层为铑单层触媒；也可以是第一贵金属层为铂铑单层触媒，第二贵金属层为铂铑触媒，第三贵金属层为铂铑单层触媒。优选的，所述储氧材料a包括钇，钇的含量为0-5％；所述储氧材料b包括钇，钇的含量为2-5％；所述储氧材料c包括钇，钇的含量为5-15％。其中，上述钇的含量指的是质量百分比含量。在本专利技术中，钇用于提高储氧材料的储氧量和储氧材料的稳定性，其中钇含量较低的储氧材料的储氧量大，钇含量较高的储氧材料的稳定性好。第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属含量相对较低，因此选择钇含量较低的储氧材料b，主要作用是提高涂层的储氧量；第二贵金属层的贵金属含量相对较高，因此选择钇含量较高的储氧材料c来稳定贵金属以保持高活性。本专利技术的铂只负载在储氧材料中的原因是铂和储氧材料中的铈可以形成稳定的Pt-O-Ce化学键，有利于稳定贵金属铂，而其负载在氧化铝上则容易聚集而失活；铑一部分负载于储氧材料上是为了提高催化剂的储氧性能，另一部分负载在含铈的氧化铝中是为了提高铑的分散性能，从而整体提高催化剂性能。铂和/或铑以其可溶性的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐和有机盐溶液中的一种或几种的形式被负载。优选的，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c为采用稀土金属改性的含钇的二氧化铈-氧化锆；所述改性氧化铝为采用稀土金属或碱土金属改性的含铈的氧化铝。用于改性储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的稀土金属包括但不限于镧、镨和钕；用于改性氧化铝的稀土金属包括但不限于铈、镧、钇、镨和钕；用于改性氧化铝的碱土金属包括但不限于钡、锶；此外，改性氧化铝也可以用锆来改性。常用的储氧材料a包括但不限制于Ce40Zr50Y5La5。常用的储氧材料b包括但不限制于Ce40Zr50La8Y2、Ce60Zr30La8Y2、Ce20Zr73La2Y5。常用的储氧材料c包括但不限制于Ce60Zr30La5Y5、Ce24Zr60La3.5Y12.5。常用的改性氧化铝包括但不限制于La4Al96、Ce8.5Al91.5、Ce5Zr5Al90。本专利技术储氧材料和氧化铝是市面上能可以购买，也可以直接合成。优选的，第一载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第二载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第一贵金属层和第三贵金属层中的铂与储氧材料b的质量比为1:64-421；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1：175-355:94-255；第二贵金属层中的铂与储氧材料c的质量比为1:14-37；第二贵金属层中的铑、储氧材料c和改性氧化铝的质量比为1:23-106:12-81。优选的，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的新鲜比表面积为50-100m2/g，1000℃的5小时的劣化率＜10％，2θ在27°-30°范围内。优选的，所述第一贵金属层和第三贵金属层中的总贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的30-60％；所述第二贵金属层中的贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的40-70％；在贵金属中，铂和铑的重量比为1-10:1；在分段式触媒中，贵金属含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段式触媒，其特征在于，包括：/n基体；/n在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和/n在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；/n所述第一载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第二载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；/n所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。/n

【技术特征摘要】
1.一种分段式触媒，其特征在于，包括：
基体；
在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第二载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；
所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。


2.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a包括钇，钇的含量为0-5％；所述储氧材料b包括钇，钇的含量为2-5％；所述储氧材料c包括钇，钇的含量为5-15％。


3.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c为采用稀土金属改性的含钇的二氧化铈-氧化锆；所述改性氧化铝为采用稀土金属或碱土金属改性的含铈的氧化铝。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式触媒，其特征在于，第一载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第二载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；第一贵金属层和第三贵金属层中的铂与储氧材料b的质量比为1:64-421；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255；第二贵金属层中的铂与储氧材料c的质量比为1:14-37；第二贵金属层中的铑、储氧材料c和改性氧化铝的混合物的质量比为1:23-106:12-81。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的新鲜比表面积为50-100m2/g，1000℃的5小时的劣化率＜10％，2θ在27°-30°范围内。


6.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝清超，李建统，代东辉，黄江予，
申请(专利权)人：江门市大长江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44