钇掺杂催化剂载体制造技术

本文公开了一种氧化催化剂组合物，其包含第一铂族金属(PGM)组分、锰(Mn)组分、第一难熔金属氧化物载体材料、和包含钇、镧、锡、镁、铈、钛或前述的任一种的组合的金属组分，其中，第一PGM组分、Mn组分和金属组分中的每一个被负载在第一难熔金属氧化物载体材料上；涂覆有至少一种这样的催化剂组合物的催化剂制品；和排气处理系统，其包括至少一种这样的催化剂制品。品。品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钇掺杂催化剂载体
[0001]本申请要求于2020年1月27日提交的美国临时申请号62/966,167的优先权，其内容通过引用以其全文并入本文。
[0002]本公开总体上涉及废气处理催化剂领域，特别是包含铂族金属、锰组分和掺杂有金属组分的载体材料的柴油机氧化催化剂组合物、采用这种催化剂组合物的催化剂制品和系统以及使用这种催化剂组合物、制品和系统的方法。
[0003]用于内燃机排放的环境法规在全世界变得越来越严格。由于稀燃发动机(例如，柴油发动机)于稀燃料条件下在高空气/燃料比下运行，因此它的运行为用户提供了优异的燃料经济性。然而，柴油发动机还排放含有颗粒物质(PM)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO
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)的废气排放物，其中NO
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描述了氮氧化物的各种化学物质，其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。废气颗粒物质的两种主要组分是可溶性有机部分(SOF)和碳烟部分。SOF以层的形式凝结在碳烟上并且通常来自未燃烧的柴油和润滑油。取决于废气的温度，SOF可以以蒸气或气溶胶(即液体冷凝物的细小液滴)的形式存在于柴油废气中。碳烟主要由碳颗粒构成。
[0004]包含贵金属的氧化催化剂，诸如分散在难熔金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)，已被用于通过催化碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)气体污染物氧化为二氧化碳和水来处理柴油发动机的废气。柴油氧化催化剂(DOC)可以含有此类催化剂，所述柴油氧化催化剂被放置在来自柴油驱动发动机的废气流动路径中以对废气流进行处理。通常，柴油机氧化催化剂在陶瓷或金属载体基材上制备，在所述基材上沉积有一种或更多种催化剂涂层组合物。
[0005]通过碳烟过滤器的主动或被动再生实现柴油碳烟去除。通过在DOC的入口处注入另外的柴油燃料来进行主动再生，并且燃料燃烧释放的放热显著提高了下游催化碳烟过滤器(CSF)处的温度，根据方程式(C+O2→
CO/CO2)通过O2开始碳烟燃烧。此反应的温度通常需要超过600℃。根据方程式(C+NO2→
CO/CO2+NO)，被动碳烟再生是利用NO2而不是O2来氧化碳烟。此反应在高于300℃的温度下变得非常有效，并且通常可以在正常驾驶期间完成，无需导致燃油经济性损失的燃料喷射。
[0006]除了促进气态HC、CO和颗粒物质的可溶性有机部分的转化，含铂的氧化催化剂促进NO氧化为NO2。铂(Pt)仍然是用于将NO氧化为NO2的最有效的PGM。然而，至少在某种程度上由于Pt颗粒的团聚，在传统的Pt基DOC老化时，观察到显著(通常高达50％)的NO氧化活性的损失。因此，提供包括Pt的催化剂组合物将是有利的，所述催化剂组合物不易受表面积损失的影响，因此允许在高温使用条件下实现持续高催化效率。进一步地，持续需要提供有效利用金属(例如，PGM)并且在长时间段内，特别是在高温条件下，仍然有效地满足HC、NO
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和CO转化的规定的催化组合物。
[0007]随着有关车辆排放的法规变得更加严格，冷启动期间的排放控制变得越来越重要。用于处理内燃机的废气的催化剂在相对低温运行期间的效果较差，因为发动机废气的温度不够高而不能将废气中的有毒组分进行有效的催化转化。例如，诸如SCR催化剂组分等催化组分在高于200℃的温度下非常有效地将NO
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转化为N2，但在较低温度(＜200℃)下(诸
如在冷启动或长时间低速城市行驶期间)未表现出足够的活性。在这些低温(即，低于200℃)下，废气处理系统通常不会表现出足够的催化活性来有效处理碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO
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)和/或一氧化碳(CO)排放物。
[0008]目前在冷启动期间存在DOC和SCR性能之间的脱节(即，在SCR起作用之前的NO
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转化性能)。提高DOC+SCR系统性能的一种方法是通过在低于250℃的温度下提高DOC的NO2/NO
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性能并进一步稳定DOC性能(即，新鲜和老化催化剂之间的一致的NO2/NO
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性能)来提高在低温下SCR性能。当进料气体与SCR催化剂的NO2/NO
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比率足够时，可以观察到性能的提高。
[0009]为了控制柴油发动机排放，轻型(LDD)和重型(HDD)应用都需要在200℃下稳定的NO2/NO
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性能。说明性地，使用掺杂Mn的氧化铝来稳定Pt可以产生良好的NO2/NO
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性能。例如，参见授予BASF的美国专利申请公开号2015/0165422和2015/0165423，其通过引用并入本文。然而，虽然先前公开的掺Mn的氧化铝/Pt催化剂提供稳定的NO2/NO
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性能，但这些催化剂并没有提高低温NO2/NO
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性能。因此，本领域仍然需要具有增强的老化稳定性和增强的低温NO2/NO
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性能的氧化催化剂组合物。
[0010]本公开一般提供催化剂组合物、催化剂制品和包含此类催化剂制品的催化剂体系，其在氧化性能方面表现出增强的老化稳定性和增强的低温NO2/NO
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性能。令人惊讶的是，已经发现根据本公开的包含铂族金属(PGM)和掺杂有锰的难熔金属氧化物和金属组分的氧化催化剂组合物提供了具有优异低温NO2/NO
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氧化性能的催化剂以及关于NO2/NO
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比率的增强的老化稳定性。具体地，包含铂、锰组分和钇组分的氧化催化剂均负载在高表面积氧化铝上，稳定铂以防烧结并在水热老化后保留NO2形成。
[0011]因此，一个方面，本公开提供了一种氧化催化剂组合物，其包含：第一铂族金属(PGM)组分；锰(Mn)成分；第一难熔金属氧化物载体材料；和金属组分，其包含钇、镧、锡、镁、铈、钛、前述任一种的氧化物，或前述的任一种的组合；其中第一PGM组分、锰组分和金属组分负载在第一难熔金属氧化物载体材料上。
[0012]在一些实施方式中，金属组分是钇或其氧化物。
[0013]在一些实施方式中，基于组合物的总重量，并且以氧化物计算，Mn组分以按重量计约0.1％到约10％的范围存在。在一些实施方式中，基于组合物的总重量，并且以氧化物计算，Mn组分以按重量计约3％至约10％的量存在。在一些实施方式中，Mn组分选自由以下组成的组：MnO、Mn2O3、MnO2和前述的任一种的组合。
[0014]在一些实施方式中，基于组合物的重量，第一PGM组分以按重量计约0.1％到约20％的量存在。在一些实施方式中，基于组合物的重量，第一PGM组分以按重量计约1％到约4％的量存在。
[0015]在一些实施方式中，第一PGM组分是铂或铂和钯的组合。在一些实施方式中，第一PGM组分是铂。在一些实施方式中，第一PGM组分是铂和钯的组合，并且其中铂与钯的重量比为约20至约0.1。
[0016]在一些实施方式中，基于组合物的总重量，并且以氧化物计算，钇以按重量计约0.5％到约10％的量存在。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】1.一种氧化催化剂组合物，其包含：第一铂族金属(PGM)组分；锰(Mn)组分；第一难熔金属氧化物载体材料；和金属组分，其包含钇、镧、锡、镁、铈、钛或前述的任一种的组合，其中，所述第一PGM组分、所述锰组分和所述金属组分负载在所述第一难熔金属氧化物载体材料上。2.根据权利要求1所述的氧化催化剂组合物，其中，所述金属组分是钇或其氧化物。3.根据权利要求1或2所述的氧化催化剂组合物，其中，基于所述组合物的总重量，并且以所述氧化物计算，所述Mn组分以按重量计约0.1％到约10％的范围的量存在。4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，基于所述组合物的总重量，并且以所述氧化物计算，所述Mn组分以按重量计约3％到约10％的范围的量存在。5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，所述Mn组分选自MnO、Mn2O3、MnO2及前述的任一种的组合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，基于所述组合物的重量，所述第一PGM组分以按重量计约0.1％到约20％的范围的量存在。7.根据权利要求1至6中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，基于所述组合物的重量，所述第一PGM组分以按重量计约1％到约4％的范围的量存在。8.根据权利要求1至7中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，所述第一PGM组分是铂或铂和钯的组合。9.根据权利要求1至8中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中：第一PGM组分是铂和钯的组合；以及所述铂与钯的重量比为约20至约0.1。10.根据权利要求2至9中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，基于所述组合物的总重量，并且以所述氧化物计算，所述钇组分以按重量计约0.5％到约10％的范围的量存在。11.根据权利要求8所述的氧化催化剂组合物，其中，钇与锰的摩尔比为约0.1至约10。12.根据权利要求8所述的氧化催化剂组合物，其中，钇与锰的摩尔比为约0.5至约3。13.根据权利要求1至12中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，所述第一难熔金属氧化物载体包含氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、二氧化铈或前述的任一种的组合。14.根据权利要求1至13中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，所述第一难熔金属氧化物载体选自γ氧化铝、掺杂有二氧化硅的氧化铝、掺杂有二氧化铈的氧化铝、掺杂有氧化锆的氧化铝和掺杂有二氧化钛的氧化铝。15.根据权利要求1至14中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中，所述第一难熔金属氧化物载体选自γ氧化铝和掺杂有按重量计约1％至约20％的范围的量的SiO2的氧化铝。16.根据权利要求1至15中任一项所述的氧化催化剂组合物，其进一步包含第一沸石。17.根据权利要求16所述的氧化催化剂组合物，其中，所述第一沸石具有选自以下的骨架类型：AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、
SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET和前述的任一种的混合物或共生物。18.根据权利要求16或17的氧化催化剂组合物，其中，所述第一沸石是ZSM
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5、β沸石、丝光沸石、Y沸石、菱沸石、镁碱沸石或前述的任一种的组合。19.一种催化制品，其包含：基材，所述基材具有限定总长度的入口端和出口端；以及催化涂层，其包含布置在所述基材的总长度的至少一部分上的一种或更多种载体涂料，其中所述载体涂料中的至少一种包含权利要求1至18中任一项所述的氧化催化剂组合物。20.根据权利要求19所述的催化制品，其中，所述催化涂层包含：第一载体涂料，其包含权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋庠，M，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：