包含二氧化铈-氧化锆-储氧材料的催化剂与该催化剂的生产方法技术

本发明专利技术的储氧材料(OSM)具有增强的氧化还原特性、发达的介孔性和抗烧结性。该储氧材料具有高储氧能力(即OSC>1.5mmol H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含二氧化铈-氧化锆-储氧材料的催化剂与该催化剂的生产方法
本公开一般涉及可用于催化应用的储氧材料。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与涉及本公开的背景信息，并且不可以构成现有技术。铈锆混合氧化物被广泛作用于处理车辆废气的三效催化剂中的储氧材料(OSM)。OSM成功应用应该满足几个要求。这些要求包括高的热稳定性、抗烧结性以及与贵金属的相容性，从而使这些金属在OSM表面上的高度分散。使用不同的方法来制作传统的二氧化铈-氧化锆基的OSM。这些方法包括如JP-A-5-193948中所述的溶胶-凝胶技术、如JP-A-5-155622中所示的试剂之间的固态反应、以及如美国专利6,139,814中所定义的浸渍法。制造热稳定的OSM的最普遍和广泛使用的方法是基于美国专利No.6,171,572、6,214,306、6,255,242、6,387,338、7,431,910和7,919,429、以及美国公布No.2016/0207027的沉淀/共沉淀法。采用沉淀法/共沉淀法制备的OSM具有很高的抗烧结性，在某些情况下，其在1100℃老化后的表面积可超过15-25m2/g。OSM的高氧化还原活性是一种取决于OSM组成、晶体相、表面面积、孔隙类型和铂族金属(PGM)分散性等特征的协作现象。在美国专利No.6,468,941中，严重老化(＞1100℃)的二氧化铈-氧化锆基的材料的储氧能力取决于CeO2的含量。更具体地，随着CeO2含量增加至30-35重量％，储氧能力(OSC)增加至1.0-1.1mmolH2/g。进一步增加CeO2含量不会导致OSC的增加，这意味着富含氧化铈的混合氧化物中只有一部分CeO2可用于氧气储存。美国专利No.8,187,995和美国公布No.2013/0029840描述了具有特定立方烧绿石结构的二氧化铈-氧化锆混合氧化物，其具有最高达1.3-1.5mmolH2/g的储氧能力。高储氧能力可减少OSM的使用量，最大程度减少涂层的厚度，降低背压，并降低催化转化器的重量和成本。除了高的总储氧能力(OSC)外，混合氧化物的另一个重要特征是发生氧化还原反应的温度。使得能够在低温下进行氧化还原反应的材料(例如，高氧化还原活性材料)对于通过降低催化剂的“点火”温度从而减少未处理废气的量来解决冷启动排放问题非常重要。美国专利No.7,943,104描述了使用铟(In)和锡(Sn)掺杂剂来促进氧移动性。用于操作老化的OSM的最高温度(Tmax)从550-600℃转变为350-450℃。在美国公布No.2015/0375203中公开了通过使用锡作为掺杂剂来促进氧化还原作用的类似效果。在美国专利No.6,585,944中，提出了各种过渡金属，例如镍、铜、铁和锰，以及银和铋，以增强氧化还原性。使用这些促进剂可以使OSC升高至1.5mmolH2/g，Tmax转移至300-350℃。因此，期望满足三效催化剂(TWC)和四效催化剂要求并具有高储氧能力和增强的还原性的储氧材料。
技术实现思路
本公开一般涉及具有增强的氧化还原性、发达的介孔性、和抗烧结性的储氧材料(OSM)。更具体地，本公开一般提供了一种展现出高的储氧能力(即，OSC>1.5mmolH2/g)和增强的还原性(即，在温度范围150℃至550℃具有两个Tmax的双峰TPR-H2曲线)的储氧材料(OSM)。OSM适合用作催化剂和催化剂载体。制备储氧材料的方法包括制备包含锆、铈、稀土金属和过渡金属的盐的溶液，然后将所有组成性金属氢氧化物用碱共沉淀。根据本文提供的描述，适用性的其他领域将变得显而易见。应当理解，本说明书和具体实施例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。附图说明为了本公开可被更好地理解，现在将通过实施例的方式并参考附图描述本公开的各种形式，其中：图1是流程图的示意图，其示出了根据本公开的教导的形成储氧材料(OSM)的方法；图2是实施例1的OSM在1100℃老化4小时后的TPR-H2曲线的图形表示；图3是实施例2的OSM在1100℃老化4小时后的TPR-H2曲线的图形表示；以及图4是实施例3的OSM在1100℃老化4小时后的TPR-H2曲线的图形表示。本文描述的附图仅用于说明的目的，不旨在以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，绝不旨在限制本公开或其应用或使用。例如，在整个本公开内容中，描述了根据本文所包含的教导而制造和使用的与用于减少车辆排放气体的三效催化剂(TWC)相结合的储氧材料(OSM)，以更充分地说明其组成及用途。这样的OSM在其他催化剂例如四效催化剂、柴油氧化催化剂和氧化催化剂中或在其他催化应用中的纳入和使用被认为在本公开的范围内。应当理解，在整个说明书中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。本公开一般提供一种氧存储材料(OSM)，该材料包含锆、铈、铈以外的至少一种稀土金属以及至少一种过渡金属的氧化物、由锆、铈、铈以外的至少一种稀土金属以及至少一种过渡金属的氧化物组成或基本上由锆、铈、铈以外的至少一种稀土金属以及至少一种过渡金属的氧化物组成。相对于该OSM的总重量，该OSM具有含量不小于30重量％的氧化锆和含量不大于8重量％的过渡金属氧化物。该OSM在1100℃老化4小时后，显示出100％的CeO2还原性以及至少为1.5mmolH2/g的储氧能力(OSC)，具有双峰TPR-H2曲线。当需要时，相对于OSM的总重量，该OSM具有的氧化锆的含量可以为30重量％至80重量％，或者，为约40重量％至约70重量％。该OSM中氧化铈的含量也可以为5重量％至50重量％，或者，为约10重量％至约45重量％，或者，为约15重量％至约35重量％。根据本公开的另一方面，存在于该OSM中的稀土金属可以被选择来包括但不仅限于镧、钕、镨、钇或其组合。相对于OSM的总重量，OSM中这些稀土金属的含量可以为0重量％至15重量％；或者，约5重量％至10重量％。存在于OSM中的稀土金属的含量足以稳定该OSM的晶格。在于该OSM中的过渡金属可以选自但不限于铜、铁、镍、钴、锰或其组合。该OSM中存在的过渡金属的含量可以为0重量％至8重量％；或者，约1重量％至约7重量％；或者，约2重量％至约5重量％。根据本公开的另一方面，储氧材料在1100℃老化4小时后显示出100％的CeO2还原性，这显著高于之前对于传统材料的报道。该OSM的其他特征可以为：在1100℃老化4小时后的储氧能力(OSC)至少为1.5mmolH2/g；或者，为约1.5mmolH2/g至约2.5mmolH2/g，同时具有双峰TPR-H2曲线。双峰TPR-H2曲线的特征是在350-400℃和450-550℃具有Tmax的两个不同的峰，或者在150-250℃和350-450℃具有Tmax的两个峰。现在参考图1，提供了用于制造储氧材料(OSM)的方法1。方法1包括以下步骤：(a)制备5包含锆、铈、稀土金属和过渡金属的盐的溶液；b)添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储氧材料(OSM)，由锆、铈、铈以外的至少一种稀土金属以及至少一种过渡金属的氧化物组成；/n其中，相对于所述OSM的总重量，所述OSM具有的氧化锆含量不小于30重量％并且过渡金属氧化物的含量不大于8重量％；/n其中，所述OSM在1100℃老化4小时后，显示出100％的CeO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180108 US 62/614,5941.一种储氧材料(OSM)，由锆、铈、铈以外的至少一种稀土金属以及至少一种过渡金属的氧化物组成；
其中，相对于所述OSM的总重量，所述OSM具有的氧化锆含量不小于30重量％并且过渡金属氧化物的含量不大于8重量％；
其中，所述OSM在1100℃老化4小时后，显示出100％的CeO2还原性以及至少为1.5mmolH2/g的储氧能力(OSC)，具有双峰TPR-H2曲线。


2.根据权利要求1所述的储氧材料，其中，相对于所述OSM的总重量，所述OSM具有的氧化锆含量为30重量％至80重量％。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的储氧材料，其中，相对于所述OSM的总重量，所述OSM具有的氧化铈含量为5重量％至50重量％。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的储氧材料，其中所述稀土金属选自镧、钕、镨、钇或其组合的组。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的储氧材料，其中，相对于所述OSM的总重量，所述稀土金属氧化物的含量为0重量％至15重量％。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的储氧材料，其中所述过渡金属选自铜、铁、镍、钴、锰或其组合的组。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的储氧材料，其中所述过渡金属氧化物的含量为0质量％至8质量％。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的储氧材料，其中所述OSM在1100℃老化4小时后具有100％的CeO2还原性。


9.根据权利要求1-8中任一项所述的储氧材料，其中所述OSM在1100℃老化4小时后具有的储氧能力范围为1.5mmolH2/g至2.5mmolH2/g，具有显示出在350...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·博顿，M·博顿，D·谢泼德，Y·李，J·赵，W·吴，J·拉沙佩尔，
申请(专利权)人：太平洋工业发展公司，
类型：发明
国别省市：美国;US