具有非铂族金属NOx捕集层的NOx捕集催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种具有非铂族金属NOx捕集层的NOx捕集催化剂，所述非铂族金属NOx捕集层包含过渡金属，尤其是锰，能够保持NOx捕集性能，同时减少昂贵的铂族金属的量。

NOx capture catalyst with non platinum metal NOx capture layer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有非铂族金属NOx捕集层的NOx捕集催化剂
本专利技术涉及一种具有非铂族金属(非PGM或零PGM)NOx捕集层的NOx捕集催化剂，更具体地讲，涉及一种具有非铂族金属NOx捕集层的NOx捕集催化剂，该非铂族金属NOx捕集层包含过渡金属，尤其是锰，能够保持NOx捕集性能，同时减少昂贵的铂族金属的量。
技术介绍
目前，在使用内燃机燃烧时会不可避免地产生二氧化碳，因此，越来越多人使用柴油机或汽油稀燃发动机，所述柴油机或汽油稀燃发动机的运行使得产生的二氧化碳量尽可能少，并且能够实现燃料的节省。然而，使用柴油机或稀燃发动机的情况是有问题的，因为在稀燃环境下运行时会排放NOx。因此，需要在稀燃发动机运行条件下从废气中捕集NOx，并且在化学计量或浓燃发动机运行条件下排放并还原NOx。根据本专利技术，NOx捕集催化剂基于三效催化剂(TWC)，并且术语“NOx捕集催化剂”和“三效催化剂”在本文中可以互换使用。如本领域中所述，具有NOx捕集功能的三效催化剂可以单层结构或多层结构的形式提供，所述多层结构包括含有铂元素的三效催化剂层和含有铂元素的NOx捕集层。NOx捕集催化剂通过一系列基本步骤起作用，如以下反应方案1至5所示。通常，NOx捕集催化剂必须同时具有氧化活性和还原活性。在氧化环境中，NO被氧化成NO2(反应方案1)，这对于NOx的储存很重要。为了在低温下反应，使用贵金属例如Pt作为催化剂。随后的氧化过程继续进行，并且NO2进一步被氧化成硝酸盐，从而结合氧原子，这被认为是催化反应(反应方案2)。贵金属既负责氧化反应，也负责还原反应，在还原反应中，Pt首先负责使用还原剂诸如CO(一氧化碳)或HC(碳化氢)排放NOx的催化作用(反应方案3)。随后，在浓燃环境中将排放的NOx还原为N2气(反应方案4和5)。即使在纯氧化条件下，也可能因为燃料喷入而引起NOx排放。然而，为了使用CO有效地减少排放的NOx，需要浓燃状态。NOx排放也可能通过温度的快速升高而发生。这是因为贱金属硝酸盐在高温下不稳定。NOx捕集催化剂循环地起作用。贱金属化合物被认为在其稀燃/富燃运行期间的主要途径是碳酸盐/硝酸盐转化。NO氧化成NO2[反应方案1]NO+1/2O2→NO2以硝酸盐形式储存NOx[反应方案2]2NO2+MCO3+1/2O2→M(NO3)2+CO2NOx的排放[反应方案3]M(NO3)2+2CO→MCO3+NO2+NO+CO2NOx还原成N2[反应方案4]NO2+CO→NO+CO2[反应方案5]2NO+2CO→N2+2CO2在反应方案2和3中，M为二价贱金属阳离子，优选为Ba，但也可包含被称为“NOx捕集或吸附材料”的碱土金属诸如Mg、Sr等。
技术实现思路
技术问题目前，已经进行了许多尝试来减少三效催化剂中昂贵的铂族金属的量。另外，为了实现最佳的NOx捕集活性，如图1所示，NOx在稀燃气氛中吸附和储存，然后在富燃气氛下进行NOx脱附和之后的NOx还原。然而，当前可用的NOx捕集材料要求铂族金属储存一定量的NOx，此外还具有弱耐热性，并且其NOx储存能力可能会在暴露于高温时显著降低。因此，本专利技术旨在提供一种在高温下稳定的不含铂族金属的NOx捕集催化剂层。另外，NOx捕集催化剂体系中的铂族金属的量在其总体构成中显著减少高达90％。问题解决方案因此，本专利技术提供了一种NOx捕集催化剂，该NOx捕集催化剂在高温下稳定，并且在其总体构成中铂族金属的量显著减少。具体地讲，NOx捕集层是非PGMNOx捕集层，并且该NOx捕集层不含铂族元素。NOx捕集层被构造成包含掺杂有锰的NOx捕集材料、储氧能力(OSC)材料和作为稳定剂的氧化铝(A12O3)。此外，NOx捕集层不含铜(Cu)。附图说明图1示意性地示出了NOx捕集功能；图2示意性地示出了根据本专利技术的双层NOx捕集催化剂和单层NOx捕集催化剂；图3示出了根据本专利技术的含有低50％的铂族金属的双层NOx捕集催化剂和常规的TWC催化剂体系的性能；图4示出了根据本专利技术的双层NOx捕集催化剂和常规的TWC催化剂体系的排放氨和N2O的结果；以及图5示意性地示出了根据本专利技术的制备NOx捕集催化剂的方法。具体实施方式本专利技术涉及一种具有NOx吸附活性的三效催化剂或NOx捕集催化剂，所述催化剂被构造为多层结构，包括含有铂族元素的三效催化剂层和NOx捕集层，该NOx捕集层被构造成包含掺杂有过渡金属且不含任何铂族元素(非PGM或零PGM)的NOx捕集材料和储氧能力材料。为简洁起见，NOx捕集催化剂以双层结构的形式举例说明，但也可实现包含混合在一起的三效催化剂组分和捕集组分的单层结构。如本文所用，术语“铂族元素”是指选自铂、钯、铑、钌、铱和锇的至少一种金属。在本专利技术中，具有NOx吸附活性的三效催化剂的捕集层被构造成包含掺杂有过渡金属的NOx捕集材料、储氧能力材料和稳定剂。基于捕集层的总重量，过渡金属诸如锰、镍或银可以10重量％至50重量％的量包含在内。NOx捕集材料包含碱土金属诸如Ba、Mg或Sr的氧化物，并且储氧能力材料包含稀土金属氧化物，诸如Ce、Zr、La、Pr或Nd的氧化物。在本专利技术中，稳定剂可以是氧化铝。本专利技术的捕集层还可包含额外组分，所述额外组分包含未掺杂过渡金属(以下称为“辅助组分”)的NOx捕集材料和储氧能力材料。在本专利技术中，具有NOx吸附活性的三效催化剂包括三效催化剂层，并且常规的三效催化剂层包含选自铂、钯和铑的铂族元素。与常规的三效催化剂相比，铂族元素的量可以减少50重量％至90重量％。在本专利技术中，具有NOx吸附活性的三效催化剂在850℃至1050℃的高温下变得稳定，因此与常规的NOx捕集催化剂相比，其NOx储存能力可以显著提高。在下文中，将给出本专利技术的详细描述。根据本专利技术，具有NOx吸附活性的三效催化剂的特征在于，NOx捕集或吸附层不含铂族元素，并且NOx捕集层(或吸附层)被构造成包含掺杂有过渡金属且不含任何铂族元素的NOx捕集材料和储氧能力材料。在本专利技术中，能够同时发生氧化和还原功能的过渡金属选自锰、镍和银，但铜除外，这些过渡金属可以单独或组合使用，并且特别有用的是锰。将这样的过渡金属引入NOx捕集材料、储氧能力材料和氧化铝中。优选地，NOx捕集材料是选自由钡、锶和镁组成的组的金属的氧化物，优选地是氧化镁，并且储氧能力材料是Ce、La、Pr或Nd氧化物，优选地是CeO2。基于捕集层的总重量，引入的过渡金属的量可为10重量％至50重量％。而且，可包含用于进一步促进NOx吸附活性的辅助组分，并且优选地，将复合金属氧化物或者氧化钡和氧化锶的混合物引入二氧化铈或氧化铝中。在本专利技术中，NOx吸附层克服了常规NOx吸附组分的限制。具体地讲，增强了常规NOx捕集组分存在问题的热稳定性，从而在暴露于高温时保持NOx储存能力。不含昂贵的铂族元素的本专利技术催化剂表现出与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双层结构的NOx捕集催化剂，包含：/n含有铂族元素的三效催化剂层；以及/nNOx捕集层，所述NOx捕集层被构造成包含掺杂有除铜之外的过渡金属而不含铂族元素的NOx捕集材料和储氧能力材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170828 KR 10-2017-01083801.一种具有双层结构的NOx捕集催化剂，包含：
含有铂族元素的三效催化剂层；以及
NOx捕集层，所述NOx捕集层被构造成包含掺杂有除铜之外的过渡金属而不含铂族元素的NOx捕集材料和储氧能力材料。


2.一种具有单层结构的NOx捕集催化剂，包含：
含有铂族元素的三效催化剂组分；以及
NOx捕集组分，所述NOx捕集组分被构造成包含掺杂有除铜之外的过渡金属而不含铂族元素的NOx捕集材料和储氧能力材料，
其中所述三效催化剂组分和所述NOx捕集组分混合在一起。

【专利技术属性】
技术研发人员：娜拉亚纳·饶·扣麦特地，宋京武，
申请(专利权)人：喜星触媒株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR