汽油排放处理系统中颗粒物燃烧用催化剂技术方案

本文公开了一种实质上不含铂族金属化合物的颗粒物燃烧用催化剂，并且所述催化剂包括载体和选自氧化铁和氧化锰及其组合的至少一种金属氧化物。种金属氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】汽油排放处理系统中颗粒物燃烧用催化剂
[0001]本申请要求于2020年7月3日提交的20184000.6号欧洲专利申请的优先权；其内容通过引用整体并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种汽油排放处理系统中颗粒物燃烧用催化剂及其制造方法。在一些实施方案中，催化剂被涂覆到汽油颗粒物过滤器上，以将捕集在过滤器中的颗粒物氧化。
[0003]汽油发动机的颗粒物排放受包括欧六(Euro 6)(2014)标准在内的法规约束。一些汽油直喷式发动机会形成细小颗粒物。汽油排放处理系统需要达到颗粒物标准。与柴油稀薄燃烧发动机产生的颗粒物相比，汽油发动机往往会产生更细的颗粒物并且数量更少。这是由于柴油发动机与汽油发动机的燃烧条件不同而造成的。例如，汽油发动机的运行温度高于柴油发动机。此外，与柴油发动机的排放相比，汽油发动机排放物中的碳氢化合物组分也不同。
[0004]未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳以及氮氧化物污染物的排放会继续受到监管。因此，包含三元转化催化剂(TWC)的催化转化器位于内燃发动机的废气管路中。此类催化剂可以促进未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳在废气流中被氧气氧化，以及将氮氧化物还原为氮气。
[0005]来自汽油发动机的废气可以通过涂覆有催化剂载体涂层(washcoat)的汽油颗粒物过滤器(GPF)，以在废气排放到大气中之前将颗粒物去除。
[0006]例如，美国专利8,173,087提供了TWC催化剂或氧化催化剂，它们被涂覆在颗粒物捕集器(诸如，烟尘过滤器)上。更具体地，其涉及具有使用两个涂层(即入口涂层和出口涂层)制备的催化材料的烟尘过滤器。TWC催化剂复合物含有钯和铑或铂和钯。
[0007]此外，例如，美国专利7,977,275涉及一种具有催化涂层的颗粒物过滤器，所述涂层含有前后布置的两种催化剂。第一催化剂位于过滤器的气体入口区域且含有钯/铂催化剂，第二催化剂布置在第一催化剂的下游并且在一些实施方案中仅含有铂作为催化活性组分，其提供了铂和钯的组合，在抗老化和抗硫中毒方面提供了最佳性能。
[0008]然而，使用像铂和/或钯这样的铂族金属(PGM)会使催化剂的成本显著增加。因此，期望提供一种催化剂，其可以将颗粒物从实质上不含PGM的汽油排放物中去除，同时实现与含PGM催化剂相似的性能。
[0009]有趣的是，在本专利技术的框架内，与常规的含PGM催化剂相比，催化剂基本上不含PGM且包括选自氧化铁、氧化锰及其混合物的至少一种金属氧化物，在去除废气流中的颗粒物方面具有特别相似或甚至有利的特性。
[0010]在一些实施方案中，本专利技术提供了一种实质上不含PGM的催化剂，用于去除汽油排放物中的颗粒物。
[0011]在一些实施方案中，本专利技术提供了一种实质上不含PGM的催化剂，用于将汽油排放物中的颗粒物氧化和去除。
[0012]在一些实施方案中，本专利技术提供了一种用于制备涂覆在GPF上的本专利技术催化剂的方法。
[0013]在一些实施方案中，本专利技术提供了一种包括本专利技术催化剂的颗粒物过滤器。
[0014]在一些实施方案中，本专利技术提供了一种包括本专利技术颗粒物过滤器的汽油发动机废气净化系统。
附图说明
[0015]图1显示了实施例1在使用柴油粒子发生器(DPG)进行烟尘负载(柴油烟尘，4.5g/L)后以及使用降到怠速(DTI)测试协议在500℃、550℃、600℃以及650℃的入口触发温度下对汽油发动机进行发动机测试后的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0016]图2显示了实施例2在使用DPG进行烟尘负载(柴油烟尘，4g/L)后以及使用DTI测试协议在500℃和550℃的入口触发温度下对汽油发动机进行发动机测试后的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0017]图3显示了实施例3在使用DPG进行烟尘负载(柴油烟尘，4g/L)后以及使用DTI测试协议在500℃的入口触发温度下对汽油发动机进行发动机测试后在新鲜和烘箱老化(850℃水热法，16小时)条件下的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0018]图4显示了实施例4在使用DPG进行烟尘负载(柴油烟尘，3.5g/L)后以及使用DTI测试协议在500℃和550℃的入口触发温度下对汽油发动机进行发动机测试后在新鲜催化剂条件下和在550℃和600℃的入口触发温度下在烘箱老化(850℃水热法，16小时)催化剂条件下的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0019]图5显示了实施例5在使用2l涡轮汽油直喷(TGDI)发动机进行烟尘负载(汽油烟尘，3.6g/L)随后使用DTI测试协议在600℃和650℃的入口触发温度下对另一台2l TGDI汽油发动机进行测试后的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0020]图6显示了实施例6在使用2l TGDI发动机进行烟尘负载(汽油烟尘，4.3g/L)随后使用DTI测试协议在600℃和650℃的入口触发温度下对另一台2l TGDI汽油发动机进行测试后的颗粒物氧化活性(氧气前管和尾管)。
[0021]本说明书和所附权利要求中使用的以下术语具有以下定义：
[0022]当用于定义术语时，词语“一(a)”、“一(an)”、“所述(the)”包括此术语的复数形式和单数形式。
[0023]除非另有说明，否则所有百分比和比率均按重量计。
[0024]如本文所用，术语“D90”是指粒子群中90％的粒子具有较小直径时的直径。
[0025]如本文所用，术语“约”是指包括终点和列举值在内的列举值的
±
5％。
[0026]如本文所用，术语“TWC”是指可以从汽油发动机废气中基本上消除HC、CO以及NO
x
的三元催化剂。在一些实施方案中，TWC基本上由一种或多种铂族金属(PGM)、作为载体材料的氧化铝以及作为储氧组分和涂覆在陶瓷或金属基材上的载体材料的铈
‑
锆氧化物组成。
[0027]如本文所用，术语“GPF”是指汽油颗粒物过滤器。
[0028]如本文所用，术语“PGM”是指铂族金属，而“Pt”是指铂，“Pd”是指钯，而“Rh”是指铑。应当理解的是，这些术语不仅包含这些PGM的金属形式，还包含对排放物减少具有催化活性的任何金属氧化物形式。
[0029]在一些实施方案中，催化剂实质上不含PGM并且催化剂包括载体和选自氧化铁、氧化锰及其组合的至少一种金属氧化物。
[0030]在一些实施方案中，基于催化剂的煅烧重量，催化剂包括约5重量％至约90重
量％、10重量％至80重量％、30重量％至70重量％或30重量％至60重量％的载体。
[0031]在一些实施方案中，基于催化剂的煅烧重量，催化剂包括约0重量％至约95重量％、5重量％至90重量％、10重量％至70重量％或10重量％至50重量％的氧化铁。
[0032]在一些实施方案中，基于催化剂的煅烧重量，催化剂包括约0重量％至90重量％、0重量％至80重量％、20重量％至60重量％或30重量％至60重量％的氧化锰。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种颗粒物燃烧用催化剂，包括：载体；和选自氧化铁、氧化锰及其组合的至少一种金属氧化物，其中所述催化剂实质上不含铂族金属化合物。2.根据权利要求1所述的颗粒物燃烧用催化剂，其中，基于所述催化剂的煅烧重量，所述催化剂包括5重量％至90重量％、10重量％至80重量％、30重量％至70重量％或30重量％至60重量％的载体。3.根据权利要求1或2所述的颗粒物燃烧用催化剂，其中，基于所述催化剂的煅烧重量，所述催化剂包括0重量％至95重量％、5重量％至90重量％、10重量％至70重量％或10重量％至50重量％的氧化铁。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其中，基于所述催化剂的煅烧重量，所述催化剂包括0重量％至90重量％、0重量％至80重量％、20重量％至60重量％或30重量％至60重量％的氧化锰。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其中，所述载体为选自氧化铝、氧化锆
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氧化铝、氧化硅
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氧化铝、氧化镧、氧化镧
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氧化铝、氧化硅
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氧化锆氧化镧、氧化铝
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氧化锆
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氧化镧、二氧化钛、氧化锆
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二氧化钛、氧化钕、氧化镨、氧化铈
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氧化锆、氧化铈
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氧化铝、氧化钡
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氧化铈
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氧化铝以及氧化铈的一种或多种材料；或选自氧化铝、氧化锆
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氧化铝、氧化铈、氧化铝、氧化锆
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氧化铝的一种或多种材料；以及氧化铝。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其中，基于所述催化剂的煅烧重量，所述催化剂包括10重量％至50重量％的氧化铁、30重量％至60重量％的载体以及20重量％至60重量％的氧化锰。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其制备方法包括以下步骤：通过用包括氧化铁和/或氧化锰的粒子浸渍所述载体的表面来提供载体涂层浆料，可选地稀释一种或多种其他组分和/或与一种或多种其他组分混合；用所述载体涂层浆料涂覆汽油颗粒物过滤器(GFP)的多孔内壁的孔隙和/或表面以获得被涂覆的GFP，且可选地在100℃至150℃的温度下干燥所述被涂覆的GPF；以及在300℃至500℃或350℃至450℃的温度范围内煅烧所述被涂覆的GPF。8.根据权利要求1
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6中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其制备方法包括以下步骤：使用浆料法提供所述载体和包括氧化铁和/或氧化锰的粒子的混合物，可选地与一种或多种其他组分混合；和用提供的混合物干法涂覆汽油颗粒物过滤器(GPF)的多孔内壁的通道和/或孔隙，以获得被涂覆的GFP。9.根据权利要求1
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6中任一项所述的颗粒物燃烧用催化剂，其制备方法包括以下步骤：通过用包括氧化铁和/或氧化锰的粒子浸渍所述载体的表面来提供载体涂层浆料，可选地稀释一种或多种其他组分和/或与一种或多种其他组分混合；用提供的载体涂层浆料涂覆汽油颗粒物过滤器(GPF)的多孔内壁的孔隙和/或表面以获得被涂覆的GFP，且可选地在100℃至150℃的温度下干燥所述被涂覆的GPF；在300℃至500℃或350℃至450℃的温度范围内煅烧所述带涂层的GPF，以获得煅烧的GFP；使用浆料法提供所述载...

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