包含高掺杂载体的改善TWC催化剂制造技术

本发明专利技术公开了三元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。用于处理废气的催化剂制品包含：基底；以及所述基底上的第一催化区域；其中所述第一催化区域包含第一PGM组分和第一无机氧化物(Pd在La

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含高掺杂载体的改善TWC催化剂


[0001]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制品。

技术介绍

[0002]内燃式引擎产生废气，该废气包含多种污染物，包括烃(HC)、一氧化碳(CO)、和氮氧化物(“NO
x”)。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为TWC。TWC执行三个主要功能：(1)CO的氧化；(2)未燃烧HC的氧化；以及(3)NO
x
至N2的还原。
[0003]在大多数催化转化器中，铂族金属(PGM)(例如Pt、Pd和Rh)已广泛用作具有用于承载体的其他无机化合物(例如氧化铝和氧化铈-氧化锆混合氧化物)的催化转化的活性位点。由于TWC的温度将达到约1000℃，特别是在汽油车的高负载操作下，承载体通常由掺杂元素稳定。就氧化铝材料而言，例如，掺杂的镧(La)显著改善了热耐久性，并且通常已将低于5重量％的较低含量La用于TWC的氧化铝中，因为在约1至2重量％时氧化铝材料的热稳定性达到最大并且至高达5重量％时也几乎未改变(例如，参见Thevenin等人，Journal of Catalysis《催化杂志》，2002,207,139-149；Shinjoh,Journal of Alloys and Compounds《合金和化合物杂志》,2006,408-412,1061-1064)。这种改善的承载体的热稳定性有助于PGM粒子的更高分散，以使TWC具有更高的催化性能。
[0004]另一方面，在汽油引擎的废气中，CO的浓度显著高于HC和NO
x
的其他有害气体的浓度，使得PGM通常被高浓度CO毒害，即，被强烈吸附的CO覆盖PGM活性位点，从而导致失活的催化性能。PGM中毒的对策是保持PGM活性位点并在高浓度CO气体的存在下促进催化转化的另一种技术方法。本专利技术解决了这些减少CO中毒对改善的TWC性能的影响的需求。

技术实现思路

[0005]本公开的一个方面一种催化剂组合物，该催化剂组合物包含铂族金属(PGM)组分和无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的桥CO与顶CO的红外(IR)强度比小于3:1。
[0006]本公开的另一方面涉及一种催化剂组合物，该催化剂组合物包含铂族金属(PGM)组分和无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的偕二羰基CO与顶CO的红外(IR)强度比小于5:1。
[0007]本公开的另一个方面涉及一种用于处理废气的催化剂制品，该催化剂制品包含：基底；以及所述基底上的第一催化区域；其中所述第一催化区域包含第一PGM组分和第一无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的桥CO与顶CO的IR强度比小于3:1。
[0008]本公开的另一个方面涉及一种用于处理废气的催化剂制品，该催化剂制品包含：基底；以及所述基底上的第一催化区域；其中所述第一催化区域包含第一PGM组分和第一无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的偕二羰基CO与顶CO的IR强度比小于5:1。
[0009]本公开的另一个方面涉及一种用于处理废气的催化剂制品，该催化剂制品包含：基底；所述基底上的第一催化区域，其中所述第一催化区域包含第一PGM组分和第一无机氧化物；以及所述基底上的第二催化区域，其中所述第二催化区域包含第二PGM组分和第二无机氧化物；其中所述第一无机氧化物和所述第二无机氧化物中的至少一者掺杂有10至30％的掺杂物。
[0010]本专利技术还包括一种用于内燃式引擎的排气系统，该排气系统包含本专利技术的三元催化剂组分。
[0011]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元催化剂组分或制品接触。
附图说明
[0012]图la示出了具有不同La载量的Pd/La-氧化铝催化剂上的桥Co与顶CO的IR强度比；并且图1b示出了Pd/La-Al2O3催化剂上的桥CO与顶CO的IR光谱。
[0013]图2示出了具有不同La载量的Pd/La-氧化铝涂覆的催化剂的催化剂性能。
[0014]图3a示出了具有不同La载量的Rh/La-Al2O3催化剂上的偕二羰基与顶CO的IR强度比；并且图3b示出了Rh/La-Al2O3催化剂上的偕二羰基与顶CO的IR光谱。
具体实施方式
[0015]本专利技术涉及燃烧废气(诸如由汽油引擎或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NO
x
、CO和HC。
[0016]大部分的TWC技术开发集中于改进热稳定性，以保持更高的PGM分散，从而通过开发具有更高热耐久性的掺杂载体材料来改进性能。用于载体的掺杂物集中于其作为TWC的稳定剂的用途，并且低于5重量％的掺杂物含量足以稳定材料。实际上，在1000℃下热老化之后，La掺杂到氧化铝中使表面积从La＝0重量％时的60m2/g改善到La＝5重量％时的90m2/g，并且进一步掺杂La也未进一步改善表面积，例如La＝20重量％时表面积为67m2/g。令人惊讶的是，专利技术人已发现CO对PGM毒害的有效抑制，该有效抑制仅在高掺杂载体材料的情况下出现。专利技术人已发现掺杂元素在载体材料中即使在高浓度CO气体下也具有有效利用PGM活性位点的新作用。本专利技术的方法可潜在地减少PGM的量并降低催化剂的成本。
[0017]本公开的一个方面一种催化剂组合物，该催化剂组合物包含铂族金属(PGM)组分和无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的桥CO与顶CO的红外(IR)强度比小于3:1。
[0018]所述PGM组分可为Pd、Rh或Pt。在一些实施方案中，所述PGM组分为Pd或Rh。在另外的实施方案中，所述PGM组分为Pd。
[0019]该催化剂组合物可包含至多20重量％的PGM组分。优选地，该催化剂组合物可包含0.05至10重量％、更优选地0.2至5重量％的PGM组分。
[0020]该催化剂组合物还可包含另一种PGM组分。
[0021]标准CO吸附规程可如下。对于预处理，将PGM催化剂粉末氧化(10％O2,100cc/min,He缓冲)以除去有机污染物，然后在3％H2(100cc/min,He缓冲)下还原以形成催化剂的金属
PGM。然后引入CO气体(1％CO,100cc/m,He缓冲)用于吸附，并且在室温(例如，约20至25℃)下采集IR光谱。对于IR测量，粉末样品的量通常可为30mg。
[0022]通常，在IR光谱中出现CO在PGM上的两种主要吸附状态。对于Pd为约2090cm-1
，对于Rh为2070cm-1
，或对于Pt为2090cm-1
的IR吸收峰可归属于其中在粒子表面处CO键合至一个PGM原子的顶位。对于Pd为约1990cm-1
，对于Rh为1870cm-1
，或对于Pt为1850cm-1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化剂组合物，所述催化剂组合物包含铂族金属(PGM)组分和无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的桥CO与顶CO的红外(IR)强度比小于3:1。2.根据权利要求1所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物为氧化铝。3.根据权利要求1或权利要求2所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物掺杂有掺杂物。4.根据权利要求3所述的催化剂组合物，其中所述掺杂物选自La、Sr、Si、Ba、Y、Pr、Nd和Ce。5.根据权利要求3或权利要求4所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物中的掺杂物含量为10重量％至30重量％。6.根据权利要求3至5中任一项所述的催化剂组合物，其中所述掺杂物为La。7.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述PGM为Pd。8.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，还包含储氧能力(OSC)材料、和/或碱金属或碱土金属组分。9.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述PGM组分承载在所述无机氧化物上。10.一种催化剂组合物，所述催化剂组合物包含铂族金属(PGM)组分和无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的偕二羰基CO与顶CO的红外(IR)强度比小于5:1。11.根据权利要求10所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物为氧化铝。12.根据权利要求10或权利要求11所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物掺杂有掺杂物。13.根据权利要求12所述的催化剂组合物，其中所述掺杂物选自La、Sr、Si、Ba、Y、Pr、Nd和Ce。14.根据权利要求12或权利要求13所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物中的掺杂物含量为10重量％至30重量％。15.根据权利要求12至14中任一项所述的催化剂组合物，其中所述掺杂物为La。16.根据权利要求10至15中任一项所述的催化剂组合物，其中所述PGM为Rh。17.根据权利要求10至16中任一项所述的催化剂组合物，还包含储氧能力(OSC)材料、和/或碱金属或碱土金属组分。18.根据权利要求10至17中任一项所述的催化剂组合物，其中所述PGM组分承载在所述无机氧化物上。19.一种用于处理废气的催化剂制品，包含：基底；以及所述基底上的第一催化区域；其中所述第一催化区域包含第一PGM组分和第一无机氧化物，其中在标准CO吸附规程下，所述PGM组分上的桥CO与顶CO的IR强度比小于3:1。20.根据权利要求19所述的催化剂制品，其中所述第一无机氧化物为氧化铝。21.根据权利要求19或权利要求20所述的催化剂制品，其中所述第一无机氧化物掺杂有掺杂物。22.根据权利要求21所述的催化剂制品，其中所述掺杂物选自La、Sr、Si、Ba、Y、Pr、Nd和
Ce。23.根据权利要求21或权利要求22所述的催化剂制品，其中氧化铝中的掺杂物含量为10重量％至30重量％。24.根据权利要求21至23中任一项所述的催化剂制品，其中所述掺杂物为La。25.根据权利要求19至24中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一PGM组分为Pd。26.根据权利要求25所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域基本上不含除Pd之外的PGM。27.根据权利要求19至26中任一项所述的催化剂制品，还包含第一储氧能力(OSC)材料、和/或第一碱金属或碱土金属组分。28.根据权利要求19至27中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一PGM组分承载在所述第一无机氧化物上。29.根据权利要求19至28中任一项所述的催化剂制品，还包含第二催化区域。30.根据权利要求29所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域包含第二PGM组分。31.根据权利要求30所述的催化剂制品，其中所述第二PGM组分选自Pd、Pt、Rh、以及它们的混合物。32.根据权利要求29至31中任一项所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域还包含第二储氧能力(OSC)材料、第二碱金属或碱土金属组分、和/或第二无机氧化物。33.根据权利要求29至32中任一项所述的催化剂制品，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：井元，长冈修平，清水研一，鸟屋尾隆，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：