用于改善OSC和TWC性能的过渡金属掺杂的氧化铝制造技术

本发明专利技术公开了涉及三元催化剂组合物的催化剂组合物、制品、系统和方法，所述三元催化剂组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善OSC和TWC性能的过渡金属掺杂的氧化铝

技术介绍

[0001]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是三元催化剂(TWC)。TWC执行三个主要功能：(1)一氧化碳(CO)的氧化；(2)未燃烧烃的氧化；以及(3)NO
x
至N2的还原。
[0002]当汽油引擎在化学计量条件(空气/燃料比，λ＝1)或接近化学计量条件下操作时，TWC催化剂通常表现最好。然而，通常引擎在操作循环期间的各个阶段在λ＝1的任一侧上操作，当λ<1时通常称为“富油”条件，其对应于具有低氧含量的废气，并且当λ>1时通常称为“贫油”条件，其对应于具有高氧含量的废气。当引擎富油运行时，例如在加速期间，总废气组合物不是氧化的，而是本质上还原的，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)。
[0003]对于移动应用，诸如汽车和卡车，将TWC催化剂涂覆到基底的壁上，然后将其集成到废气处理系统中。一般来讲，增加涂覆到基底上的催化剂的量将增加系统的催化活性。然而，高催化剂载体涂层载量可引起背压和热质量问题。因此，为了以较低催化剂载量满足强排放目标，已付出了相当大的努力来提高催化剂组分(包括OSC材料)的效率。
[0004]在我们的申请WO 02/40151中，我们描述了包括含锰OSC和至少一种任选掺杂的氧化铝的TWC组合物，其中氧化铝可掺杂有稀土材料、硅、锗、磷、砷、钙、锶和/或钡。本申请公开了使用含锰OSC的有益效果；具体地讲，与锰作为混合氧化物相存在的情况相比，包括作为游离氧化物的锰提供优异的储氧特性。值得注意的是，WO 02/40151公开了含锰OSC与掺杂的氧化铝的组合的用途，即作为两种单独的组分。
[0005]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，该催化转化器在不增加载体涂层载量的情况下产生高转化率。本专利技术尤其解决了这些需求。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术，三元催化剂组合物可包括掺杂有过渡金属的氧化铝。过渡金属可包括例如Ti、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni或它们的组合；或Mn、Cu或它们的组合。在一些方面，过渡金属以相对于掺杂的氧化铝的总重量计约2重量％至约8重量％的量存在。
[0007]三元催化剂可包括铂族金属组分。铂族金属组分可包括例如Pd、Rh、Pt或它们的组合。
[0008]在一些方面，氧化铝是La稳定的氧化铝。
[0009]在一些方面，掺杂的氧化铝以三元催化剂组合物的约0.1重量％至约10重量％的量存在。
[0010]在一些方面，三元催化剂组合物可包括储氧组分(OSC)材料，该储氧组分(OSC)材
料包括例如铈氧化物、锆氧化物、氧化铈
‑
氧化锆混合氧化物、氧化铝
‑
氧化铈
‑
氧化锆混合氧化物或它们的组合。
[0011]在一些方面，三元催化剂组合物可包括碱金属或碱土金属。合适的碱金属或碱土金属可包括例如钡、锶或它们的组合。
[0012]根据本专利技术，用于处理废气的催化剂制品可包括(a)基底；和(b)如本文所述的三元催化剂组合物。
[0013]根据本专利技术，用于处理废气的催化剂制品可包括(a)基底；和(b)三元催化剂组合物，所述三元催化剂组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。在一些方面，催化剂制品包括第一层和第二层，该第一层和第二层被布置成使得废气将在接触该第一层之前接触该第二层，其中该第一层包含三元催化剂组合物，该三元催化剂组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。催化剂制品还可包括第三层，该第三层被布置成使得废气将在接触第二层之前接触第三层。
[0014]根据本专利技术，处理来自内燃式引擎的废气的方法可包括使废气与如本文所述的催化剂制品接触。
附图说明
[0015]图1示出了本专利技术的催化剂制品的构造。
[0016]图2示出了本专利技术催化剂和参考催化剂的OSC性能。
具体实施方式
[0017]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剂、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。
[0018]三元催化剂的一个重要特征是在废气的变化条件下(诸如变化的空气/燃料比)有效操作的能力。对这一挑战的传统反应是包含Ce/Zr混合氧化物材料作为储氧组分。然而，此类催化剂在空气/燃料比稳健性方面的改善可能受到载体涂层载量增加的不利影响(诸如背压和热质量)的限制。
[0019]虽然氧化铝材料已在三元催化剂中用作粘结剂材料，但已令人惊讶地发现，当氧化铝材料掺杂有过渡金属时，它们可改善催化剂的空气/燃料比稳健性。本文进一步详细描述了包括过渡金属掺杂的氧化铝的催化剂组合物，其可用作处理废气的三元催化剂。
[0020]掺杂的氧化铝组分
[0021]本专利技术的催化剂组合物包括过渡金属掺杂的氧化铝。在一些方面，本专利技术的过渡金属掺杂的氧化铝可充当和用作例如TWC中的储氧组分。合适类型的氧化铝可包括例如γ
‑
δ
‑
氧化铝、θ
‑
氧化铝和α
‑
氧化铝。氧化还原活性过渡金属可掺杂到氧化铝上以提供本文所述的有益效果。在一些方面，合适的过渡金属包括Ti、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni或它们的组合。在一些方面，合适的过渡金属包括Ti、Mn、Fe、Cu、Zn或它们的组合。在一些方面，合适的过渡金属包括Mn、Cu或它们的组合。催化剂组合物可包括掺杂有多于一种过渡金属的氧化铝。催化剂组合物可包括不同过渡金属掺杂的氧化铝的混合物或共混物。例如，催化剂组合物可包括Cu掺杂的氧化铝和Mn掺杂的氧化铝；Cu掺杂的氧化铝和Ti掺杂的氧化铝；Cu掺杂的氧化铝
和Fe掺杂的氧化铝；Cu掺杂的氧化铝和Zn掺杂的氧化铝；Cu掺杂的氧化铝和Ni掺杂的氧化铝；Mn掺杂的氧化铝和Ti掺杂的氧化铝；Mn掺杂的氧化铝和Fe掺杂的氧化铝；Mn掺杂的氧化铝和Zn掺杂的氧化铝；Mn掺杂的氧化铝和Ni掺杂的氧化铝；Fe掺杂的氧化铝和Ni掺杂的氧化铝；Fe掺杂的氧化铝和Ti掺杂的氧化铝；Fe掺杂的氧化铝和Zn掺杂的氧化铝；Zn掺杂的氧化铝和Ni掺杂的氧化铝；和/或Ni掺杂的氧化铝和Ti掺杂的氧化铝。在一些方面，氧化铝掺杂有相对于掺杂的氧化铝的总重量计以下量的过渡金属：约0.5重量％至约10重量％；约2重量％至约8重量％；约3重量％至约7重量％；约4重量％至约6重量％；约2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】1.一种三元催化剂组合物，所述三元催化剂组合物包含掺杂有过渡金属的氧化铝。2.根据权利要求1所述的三元催化剂组合物，其中所述过渡金属包括Ti、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni或它们的组合。3.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，其中所述过渡金属包括Mn、Cu或它们的组合。4.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，其中所述过渡金属以相对于所述掺杂的氧化铝的总重量计约2重量％至约8重量％的量存在。5.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，所述三元催化剂组合物包含铂族金属组分。6.根据权利要求5所述的三元催化剂组合物，其中所述铂族金属组分包括Pd、Rh、Pt或它们的组合。7.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，其中所述氧化铝是La稳定的氧化铝。8.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，其中所述氧化铝以所述三元催化剂组合物的约0.1重量％至约10重量％的量存在。9.根据前述权利要求中任一项所述的三元催化剂组合物，所述三元催化剂组合物还包含储氧组分(OSC)材料。10.根据权利要求9所述的三元催化剂组合物，其中所述OSC包括铈氧化物、锆氧化物、氧化铈
‑
氧化锆混合氧化物、氧化铝<...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林真之，长冈修平，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：