描述了用于净化内燃机废气的双层三元催化剂,该催化剂具有优异的活性和温度稳定性。该催化剂在涂敷到催化剂载体上的第一层中包含活性氧化铝和第一铈/锆混合氧化物,其二者均用钯进行催化活化。在与废气直接接触的第二层中,催化剂同样包含活性氧化铝和第二铈/锆混合氧化物,其二者均用铑进行催化活化。第二铈/锆混合氧化物比第一混合氧化物具有更高的氧化锆含量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三元催化剂駄领域本专利技术涉及用于内燃机废气净化的具有优异催化活性和老化稳定性 的三元催化剂。
技术介绍
三元催化剂被大量使用,以用于净化基本以化学计量运转的内燃机 的废气。它们能够将发动机的三种主要污染物即烃类、 一氧化碳和氮氧 化物同吋转化成非污染性组分。经常使用的是双层催化剂,该催化剂将 各催化过程分开,从而使得两个层中的催化活性能够最佳匹配。这种类型的催化剂例如描述于EP 0 885 650和EP 1 046 423中。对减少内燃机排放的不断增加的要求使得需要对催化剂进行持续进 一步的开发。用于污染物转化的催化剂的起燃温度(light-off temperature) 及其热稳定性特别重要。污染物的起燃温度表示将例如多于50%的该污 染物转化时的温度。这些温度越低,冷起动后就可越早地将污染物转化。 在全负荷下,在发动机的出口可直接产生高达1150'C的废气温度。催化 剂的热稳定性越好,其就可以靠发动机越近。这同样可以在冷起动后改 善废气净化。如EP0 885 650和EP 1 046 423中所述的催化剂在起燃温度和热稳定 性方面具有非常良好的性能。然而,增加的法律义务使得必须寻求更好 的催化剂。因此,本专利技术的目的是提供与现有技术的催化剂相比具有进 一步降低的起燃温度和改善的热稳定性的催化剂。
技术实现思路
该目的通过根据权利要求书的催化剂得以实现。该催化剂具有在由 陶瓷或金属构成的惰性催化剂载体上的两个叠置的催化活性涂层。该催 化剂的特征在于,这两个层各含有活性氧化铝和铈/锆混合氧化物,并且第一层的两种氧化物材料通过钯进行催化活化,而第二层的两种氧化物 材料通过铑进行活化,第二层的铈/锆混合氧化物具有比第一层的铈/锆混 合氧化物更高的氧化锆含量。出于本专利技术的目的,措辞"第一层"在各种情形中是指直接涂敷到 蜂窝体的层。第二层沉积在第一层上,并且与待净化的废气直接接触。出人意料地发现,通过结合所述性能,可获得有关起燃行为和热稳 定性的显著改善。将第一层和第二层的活性氧化铝和铈-锆混合氧化物以粉状固体引入 到涂层中,并且将钯和铑均沉积在各自层的氧化铝上和铈/锆混合氧化物 上。此外,第二层中的铈/锆混合氧化物具有比第一层中的钸/锆混合氧化 物更高的氧化锆含量。可以用选自以下组中元素的至少一种及其混合物的氧化物来稳定两 种混合氧化物铁、锰、锡、钛、硅、钇、镧、镨、钕、钐,以便改善 它们的热稳定性。基于经稳定的混合氧化物的总重量计,掺杂元素的量以氧化物计优选为1-15重量%、特别为5-10重量%。优选第一铈/锆混合氧化物的氧化铈与氧化锆重量比为0.8-1.2,而第 二铈/锆混合氧化物的氧化铈与氧化锆重量比为0.5-0.1。这些材料的比表 面积有利地为50-100 m2/g。第一层和第二层的活性氧化铝优选还通过掺以氧化铝的总重量计 1-10重量%的氧化镧进行稳定化。可以通过另外用氧化锶和/或氧化钡浸 渍第一层的活性氧化铝和铈/锆混合氧化物,以进一步改善催化剂的热稳 定性。催化剂载体通常是蜂窝体,该蜂窝体具有体积V,并且具有用于内 燃机废气的平行流动通道,这些流动通道的壁涂覆有两个催化剂层,在 第一层中钯的含量为基于蜂窝体体积的0.1-10 g,在第二层中铑的含量为 0.01-1 g。在该催化剂的特定实施方案中,第二层中的活性氧化铝和第二铈/锆 混合氧化物除用铑外还可用铂进行催化活化,铂的含量为基于蜂窝体体积的0.01-1 g。实际要使用的贵金属含量取决于所需的污染物转化率。这里给出的最高含量值是满足SULEV车辆(超低排放车辆(Super Ultra-Low Emission Vehicles))的严格废气标准所需要的。为了用两种催化活性层涂覆催化剂载体,将为各自层提供的固体悬 浮在例如水中。对于第一层,所述固体是活性氧化铝和第一铈/锆混合氧 化物。通过US 6,103,660中描述的方法,使用氢氧化钡或氢氧化锶作为 碱,优选将钯从硝酸钯沉淀在这些材料上。可立刻用以这种方式获得的 悬浮体涂覆催化剂载体。随后干燥所涂敷的层,如果合适,则进行煅烧。 然后涂敷第二涂层。为此,将活性氧化铝和第二铈/锆混合氧化物再次悬 浮在水中,并且通过引入硝酸铑而将铑沉淀在它们上面。由于使用氢氧化钡或氢氧化锶作为用于使硝酸钯沉淀的碱,在最终 煅烧后,氧化钡或氧化锶残留在第一涂层上。作为上述工序的替代方式,还可在催化剂的各个固体组分上分开沉 积贵金属。举例来说,可以仅在此时将钯活化的氧化铝和钯活化的铈/锆 混合氧化物一起悬浮在水中,并且涂敷到催化剂载体上。这种工序使得 可以将氧化铝上催化活性贵金属的含量、和铈/锆混合氧化物上催化活性 贵金属的含量按照目标方法进行设定。优选使用EP957064中描述的方法 在氧化铝和铈/锆混合氧化物上分开沉积贵金属。附图说明下面借助于实施例和附图来说明本专利技术。附图显示图1:根据本专利技术的催化剂与现有技术的催化剂的起燃温度的对比。图2:在40(TC下的CO/NOx交叉点U交点)。 图3:在FTP75测试中的相对排放。具体实施方式 实施例l通过涂覆堇青石蜂窝体来制备根据本专利技术的催化剂。所述蜂窝体胞 密度(cell density)为93 cm-2、直径为10.16 cm,长度为15.24 cm。它们 的胞壁厚度为0.11mm。用两种不同的涂覆悬浮体相继分别涂覆蜂窝体。第一层的制备如US 6,103,660中所述,使用氢氧化铈作为碱,将用3重量%氧化镧 稳定化的氧化铝(比表面积为140 m2/g)和具有50重量%氧化锆含量的 第一铈/锆混合氧化物一起用钯活化,所述钯源于硝酸钯。将所得悬浮体 直接用于蜂窝体的涂覆。在涂覆后,将蜂窝体干燥和煅烧。制成的第一 层含有如下量的涂层组分80g/l镧稳定化的氧化铝55 g/1第一铈/锆混合氧化物10g/l氧化锶(在所有组分上)0.88 g/l钯(在所有组分上)第二层的制备将用氧化镧稳定化的氧化铝和具有70重量%氧化锆含量的第二铈/ 锆混合氧化物悬浮在水中。然后在连续搅拌下将硝酸铑的水溶液引入悬 浮体中,用第二涂覆悬浮体涂覆提供有第一层的蜂窝体,再进行干燥和 煅烧。制成的第二层含有如下量的涂层组分-70g/l镧稳定化的氧化铝65 g/1第二铈/锆混合氧化物0.25 g/l铑(在所有组分上)催化剂的总贵金属载量为1.13 g/1,钯与铑的重量比为25:7。 对比例l按上面实施例制备在蜂窝体上的对比催化剂。与实施例1不同的是, 第一层中的第一铈/锆混合氧化物用纯氧化铈替代,第二层中的铑仅选择 性地沉积在稳定化的氧化铝上。对比例2按上面实施例制备在蜂窝体上的另外的对比催化剂。与对比例1不 同的是,在两个层中均使用具有50重量%氧化锆含量的铈/锆混合氧化物。催化剂测试在发动机测试床上测量实施例1与对比例1和2的催化剂的起燃温 度。实施例1的催化剂对于所有污染物的起燃温度要比对比例1和2催 化剂的起燃温度低20-30°C。实施例2以类似于实施例1的方式制备根据本专利技术的两种另外的催化剂。与 实施例1不同的是,在第一层中使用具有50重量%的氧化锆含量、并且 用10重量%氧化镧和氧化钇另外进行稳定化的铈/锆混合氧化物,其中在各种情形中的百分数都是基于经稳定化的混合氧化物的总重量。与实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于净化内燃机的废气的、在由陶瓷或金属构成的惰性催化剂载体上的双层三元催化剂,其特征在于,该两个层各含有活性氧化铝和铈/锆混合氧化物,并且第一层的两种氧化物材料通过钯进行催化活化,第二层的两种氧化物材料通过铑进行催化活化,第二层的铈/锆混合氧化物比第一层的铈/锆混合氧化物具有更高的氧化锆含量。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员:A沃尔夫,D林德纳,JM里希特,M勒施,R克林曼,
申请(专利权)人:乌米科雷股份两合公司,
类型:发明
国别省市:DE[德国]
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