废气净化催化剂制造技术

本发明专利技术公开了三路催化剂制品以及其在用于内燃式引擎的排气系统中的用途。所述用于处理废气的催化剂制品包含：基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含铂族金属(PGM)组分、氧化物和稀土金属组分；其中所述氧化物为无机氧化物、储氧组分(OSC)材料、或它们的混合物；其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1μmol/m

Waste gas purification catalyst

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】废气净化催化剂
本专利技术涉及可用于处理来自汽油引擎的废气排放物的催化剂。
技术介绍
内燃式引擎产生废气，该废气包含多种污染物，包括烃类(HC)、一氧化碳(CO)、和氮氧化物(“NOx”)。包含废气催化剂的排放控制系统被广泛用于减少排放到大气中的这些污染物的量。用于汽油引擎应用的常用催化剂是三路催化剂(TWC)。TWC执行三个主要功能：(1)一氧化碳(CO)的氧化；(2)未燃烧的烃类的氧化；和(3)NOx至N2的还原。TWC催化剂需要仔细的引擎管理技术，以确保引擎在或接近于化学计量条件(或空气/燃料比，λ＝1)操作。然而，出于技术原因，引擎必须在操作循环期间在各个阶段时在λ＝1的任一侧上操作。当引擎富油运行时，例如在加速期间，总废气组合物实际上减少，并且更难以在催化剂表面上进行氧化反应。因此，已开发了TWC以掺入组分，所述组分在操作循环的贫油阶段期间储存氧气，并且在操作循环的富油阶段释放氧气，因此延长了有效操作窗口。出于此类目的，基于氧化铈(例如，氧化铈-氧化锆混合氧化物)的材料在绝大多数当前商业TWC中用作储氧组分(OSC)。已知贵金属颗粒的聚集是导致用于净化汽油引擎废气的TWC催化剂的劣化的一个因素。具体地讲，已知铑通过在高温/氧化气氛中转化成氧化铑而增加聚集率，并且聚集导致催化剂活化点的表面积变得更小，从而导致催化剂性能的劣化。尽管在TWC技术方面取得了进展，但仍需要用于某些引擎平台的改善的催化转化器，所述催化转化器产生高转化率并具有改善的热稳定性。本专利技术尤其解决了这些需求。
技术实现思路
本公开的一个方面涉及用于处理废气的催化剂制品，所述催化剂制品包含：基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含铂族金属(PGM)组分、氧化物和稀土金属组分；其中所述氧化物为无机氧化物、储氧组分(OSC)材料、或它们的混合物；其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1μmol/m2至20μmol/m2。本专利技术还包括用于内燃式引擎的排气系统，所述排气系统包含本专利技术的三路催化剂组分。本专利技术还包括处理来自内燃式引擎的废气，具体地讲处理来自汽油引擎的废气。该方法包括使废气与本专利技术的三路催化剂组分接触。附图说明图1为示出在实施例1-4和比较例1的废气净化催化剂的耐久测试之后的Rh分散度水平的图。图2示出了在实施例5的废气净化催化剂的耐久测试之后，Rh分散度水平与氧化铈-氧化锆复合氧化物上的表面层浓集的Nd的浓度水平之间的关系。图3示出了在实施例6的废气净化催化剂的耐久测试之后，Rh分散度与镧稳定的氧化铝氧化物上的表面层浓集的Nd的浓度水平之间的关系。图4示出了在实施例1-4和比较例1的废气净化催化剂的催化剂评估测试中，废气组分与净化率之间的关系。图5示出了在实施例5的废气净化催化剂的催化剂评估测试中，氧化铈-氧化锆复合氧化物表面层上的Nd浓度水平与废气组分的净化率之间的关系。图6示出了在实施例6的废气净化催化剂的催化剂评估测试中，镧稳定的氧化铝表面层上的Nd浓度水平与废气组分的净化率之间的关系。图7为示出在实施例6的废气净化催化剂的水热氧化还原耐久测试之后，Rh的形式的电子显微照片，其中氧化物表面层上的Nd浓度水平为10μmol/m2。图8为示出在实施例6的废气净化催化剂的水热氧化还原耐久测试之后，Nd的形式的电子显微照片，其中氧化物表面层上的Nd浓度水平为10μmol/m2。图9为示出在实施例6的废气净化催化剂的水热氧化还原耐久测试之后，Rh的形式的电子显微照片，其中氧化物表面层上的Nd浓度水平为20μmol/m2。图10为示出在实施例6的废气净化催化剂的水热氧化还原耐久测试之后，Nd的形式的电子显微照片，其中氧化物表面层上的Nd浓度水平为20μmol/m2。具体实施方式本专利技术涉及燃烧废气(诸如由汽油引擎和其他引擎产生的废气)的催化处理，并且涉及相关的催化制品和系统。更具体地讲，本专利技术涉及同时处理车辆排气系统中的NOx、CO和HC。令人惊奇的是，本专利技术人已发现，通过将稀土金属组分定位到催化剂中氧化物载体的表面上，本专利技术的催化剂展示出高热耐久性，同时保持高水平的TWC性能。本公开的一个方面涉及用于处理废气的催化剂制品，所述催化剂制品包含：基底；以及在所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含铂族金属(PGM)组分、氧化物和稀土金属组分；其中所述氧化物为无机氧化物、储氧组分(OSC)材料、或它们的混合物；其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1μmol/m2至20μmol/m2。优选地，按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1.5μmol/m2至19μmol/m2；更优选地，按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1.8μmol/m2至18μmol/m2；最优选地，按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为2μmol/m2至15μmol/m2。通过使稀土金属元素以上述浓度存在于氧化物的表面层上，可抑制PGM(例如，Rh)颗粒的聚集并且可甚至在耐久测试之后改善PGM(例如，Rh)颗粒的分散度水平。如果氧化物表面层上的稀土金属元素的浓度水平超过20μmol/m2，则存在以下可能性：在耐久测试期间稀土金属组分(例如，Nd)颗粒移动，稀土金属组分(例如，Nd)颗粒之间碰撞和缔合的频率增加以及抗PGM(例如，Rh)聚集的效果降低。通过使稀土金属元素在氧化物的表面层上浓集，在高温/氧化气氛中产生的PGM氧化物不稳定/分解，并且通过返回到PGM颗粒，甚至在耐久测试之后，也改善PGM分散度水平，并且改善废气净化催化剂的活性。稀土金属组分不受具体限制，并且可选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y、以及它们的混合物。优选地，稀土金属组分选自La、Pr、Nd、以及它们的混合物；并且更优选地为Nd。无论使用两种稀土元素的组合，诸如La-Nd、Pr-Nd和La-Pr的组合，还是使用三种稀土元素的组合，诸如组合La-Pr-Nd，均可获得相同的效果。具体地讲，在La-Nd组合中，La和Nd形成复合颗粒，由于所述复合颗粒，La和Nd变得比单独使用时更稳定，抑制复合颗粒的聚集，并且La和Nd可更均匀地在氧化物的表面层上浓集，并且还可由于与铑颗粒的相互作用而促进氧化铑颗粒的分解，这不同于单独使用La和Nd的情况。PGM优选地选自钯、铂、铑、以及它们的混合物。特别优选地，所述PGM为铑。基于所述催化区域的总重量计，所述催化区域优选地包含0.1重量％至10重量％的PGM，更优选地0.2重量％至7重量％的PGM，并且最优选地0.3重量％至4重量％的PGM。在其中所述PGM为铑的实施方案中，基于所述催化区域的总重量计，所述催化区域优选地包含0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理废气的催化剂制品，包含：/n基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含铂族金属(PGM)组分、氧化物和稀土金属组分；其中所述氧化物为无机氧化物、储氧组分(OSC)材料、或它们的混合物；其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1μmol/m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170926 JP 2017-1842901.一种用于处理废气的催化剂制品，包含：
基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含铂族金属(PGM)组分、氧化物和稀土金属组分；其中所述氧化物为无机氧化物、储氧组分(OSC)材料、或它们的混合物；其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为1μmol/m2至20μmol/m2。


2.根据权利要求1所述的催化剂制品，其中按所述氧化物表面上的元素计，每单位氧化物比表面积的稀土金属组分浓度为2μmol/m2至15μmol/m2。


3.根据权利要求1或2所述的催化剂制品，其中所述稀土金属组分为La、Pr、Nd、或它们的混合物。


4.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂制品，其中所述PGM组分选自铂、钯、铑、和它们的混合物。


5.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂制品，其中所述PGM组分为铑。


6.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂制品，其中基于所述催化区域的总重量计，所述PGM负载在0.1重量％-10重量％的范围内。


7.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂制品，其中所述氧化物为OSC材料。


8.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂制品，其中所述OSC材料选自铈氧化物，氧化铈-氧化锆混合氧化物，氧化铈-氧化锆复合氧化物，包含Ce、Zr和稀土元素的复合氧化物，以及氧化铝-氧化铈-氧化锆混合氧化物。


9.根据权利要求8所述的催化剂制品，其中所述复合氧化物中的稀土元素为La和/或Y。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的催化剂制品，其中当基于所述催化区域的总重量计，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：长冈修平，角屋聪，广田智隆，仓岛康宪，大冢由纪恵，铃木孝行，山田岳，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB