催化剂组合物制造技术

提供了催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含选自钯组分的贵金属和储氧组分，储氧组分以至少１０重量％的量存在，其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈－氧化锆复合载体，二氧化铈以１０至７０重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触。还提供制造和使用这些催化剂的方法以及含有这些催化剂的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请是2007年8月9日提交的美国专利申请No.11/836,476的部分继续申请案，并要求2008年1月15日提交的美国专利申请No.12/014,295的优先权，两者均全文经此引用并入本文。
本专利技术大体上涉及用于处理含烃、一氧化碳和氮氧化物的气态蒸汽的催化剂。更具体地，本专利技术涉及三效催化剂(TWC)。背景三效转化(TWC)催化剂已用于许多领域，包括处理来自内燃机，如汽车、卡车和其它以汽油为燃料的发动机的排气流。各政府已经设定未燃烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准，且新旧车辆都必须符合该标准。为了符合这类标准，在内燃机排气管线中设置含TWC催化剂的催化转化器。这类催化剂促进排气流中未燃烃和一氧化碳被氧氧化以及氮氧化物还原成氮。表现出良好活性和长寿命的已知TWC催化剂包含沉积于高表面积耐火金属氧化物载体(support)，例如高表面积氧化铝涂层上的一种或多种铂族金属(例如，铂、钯、铑、铼和铱)。该载体被负载在合适的支承体(carrier)或基底，如包含耐火陶瓷或金属蜂窝结构的整料支承体或耐火粒子(如合适的耐火材料的球体或短挤出片段)上。TWC催化剂可以以许多方式制造。美国专利No.6,478,874例如阐述了基底的催化涂布系统。TWC催化剂的详情可见于例如美国专利Nos.4,714,694和4,923,842。美国专利No.5,057,483；5,597,771；7,022,646和WO95/35152公开了具有两个含贵金属的层的TWC催化剂。美国专利No.6,764,665公开了具有三层的TWC催化剂，包括基本不含储氧组分的钯层。美国专利No.5,898,014公开了含有储氧组分的催化剂组合物。美国专利No.5,597,771提供了两层催化剂，其中一层具有与储氧组分紧密接触的铂族金属，在第二层中，至关重要的是二氧化铈不与铂族金属紧密接触。高表面积氧化铝载体材料，也被称作“γ氧化铝”或“活性氧化铝”通常表现出超过60平方米/克(“m2/g”)，通常最多大约200m2/g或更高的BET表面积。这类活性氧化铝通常是γ相氧化铝和δ相氧化铝的混合物，但也可以含有显著量的η、κ和θ氧化铝相。可以使用活性氧化铝以外的耐火金属氧化物作为给定催化剂中至少一些催化组分的载体。例如，本体二氧化铈、氧化锆、α氧化铝和其它材料已知用于这类用途。尽管许多这些材料具有BET表面积明显低于活性氧化铝的缺点，但该缺点往往由所得催化剂的更高耐用性弥补。在运行车辆中，废气温度可达1000℃，这种高温使活性氧化铝(或其它)载体材料发生由相变引起的热降解并伴随着体积收缩，尤其是在蒸汽存在下，由此催化金属被禁锢在收缩的载体介质中，暴露的催化剂表面积损失和催化活性相应降低。本领域中已知的权宜之计是使用如氧化锆、二氧化钛、碱土金属氧化物(如氧化钡、氧化钙或氧化锶)或稀土-->金属氧化物(如二氧化铈、氧化镧和两种或更多稀土金属氧化物的混合物)之类的材料稳定氧化铝载体以防止这类热降解。例如，参见C.D.Keith等人，美国专利No.4,171,288，其整个内容经此引用并入本文。本体二氧化铈(铈土)已知为铑以外的铂族金属提供优异的耐火氧化物载体，并且能够获得在二氧化铈粒子上的铂的高度分散的小微晶，且本体二氧化铈可以通过用铝化合物溶液浸渍然后煅烧来稳定化。以C.Z.Wan等人为专利技术人并经此引用并入本文的美国专利No.4,714,694公开了任选与活性氧化铝结合的铝稳定化的本体二氧化铈，以充当浸渍到其上的铂族金属组分的耐火氧化物载体。在各自经此引用并入本文的美国专利Nos.4,727,052和4,708,946中也公开了本体二氧化铈作为铑以外的铂族金属催化剂的催化剂载体的用途。多层催化剂广泛用在TWC中。开发能够在将氮氧化物还原成氮的同时地氧化烃和一氧化碳的三效转化催化剂体系是持续的目标。另一目标是尽可能有效地利用TWC催化剂的组分，尤其是贵金属。此外，始终需要开发在冷启动和富燃(rich)瞬态(transient)过程中有效的三效催化剂。概述提供使用钯组分和储氧组分(OSC)如二氧化铈，其中基本所有储氧组分与钯紧密接触的三效催化剂。过去，至少一部分OSC与钯保持分离。本专利技术的催化剂与在相同washcoat(洗涂层)中具有OSC和钯且其中OSC未与钯紧密混合的催化剂相比表现出改进的NOx、HC和CO转化。还提供了与具有低量存在的铑组分的第二催化剂复合材料一起使用这些钯和OSC催化剂的体系。在第一方面中，催化剂复合材料包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈-氧化锆复合载体，二氧化铈以10至70重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。另一些方面提供了处理包含烃、一氧化碳和氮氧化物的气体的方法，该方法包括：使汽油机的排气流中的所述气体与在支承体上的催化材料接触，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈-氧化锆复合载体，二氧化铈以10至70重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。另一方面，提供了催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含选自钯组分的贵金属和储氧组分，储氧组分以至少10重量％的量存在，其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。另一方面，提供了处理包含烃、一氧化碳和氮氧化物的气体的方法，该方法包括：使汽油机的排气流中的所述气体与在支承体上的催化材料接触，所述催化材料包含选自钯组分的贵金属和储氧组分，储氧组分以至少10重量％的量存在，其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。由一方面提供了制造催化剂复合材料的方法，该方法包括：通过使一定量的选自-->钯组分的贵金属结合到包含储氧组分和一种或多种助催化剂、稳定剂或粘结剂的载体上而形成催化材料，以使该催化材料包含至少10％的量的储氧组分；在支承体上沉积所述催化材料；和干燥所述催化材料和支承体以形成催化剂复合材料；其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。另一方面提供了有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物的排气系统，该系统包含第一复合材料和第二复合材料的组合，其中第一复合材料包含选自钯组分的贵金属和储氧组分，储氧组分以至少10重量％的量存在，其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触；且第二复合材料包含具有低量铑组分的催化材料。详述本专利技术涉及能够同时地催化烃和一氧化碳的氧化和氮氧化物的还原的通常被称作三效转化催化剂的那类催化材料、使用该催化材料的催化剂复合材料和复合材料系统。已经发现，钯与储氧组分联用为NOx和烃转化提供协同作用。在这方面，可以用与OSC组合的钯实现传统上用铑实现的NOx转化率。在一个或多个实施方案中，所述催化材料含有钯作为其主要贵金属，所述催化材料基本不含其它贵金属。“基本不含其它贵金属”是指钯以外的贵金属，如铂和铑可以以小于或等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈－氧化锆复合载体，二氧化铈以１０至７０重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-9 11/836,476;US 2008-1-15 12/014,2951.催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈-氧化锆复合载体，二氧化铈以10至70重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。2.权利要求1的复合材料，其中所述二氧化铈以20至50％的量存在。3.权利要求1或2的复合材料，其中紧密接触的钯与铈的摩尔比为1∶3000至1∶30。4.权利要求1至3任一项的复合材料，其中所述二氧化铈-氧化锆复合材料以二氧化铈-氧化锆复合材料的至少5重量％的量包含二氧化铈。5.权利要求1至4任一项的复合材料，其中所述二氧化铈-氧化锆复合材料进一步包含氧化镧、氧化钕、氧化镨、钐、氧化钇或其组合。6.权利要求1至5任一项的复合材料，其中所述钯组分以所述二氧化铈-氧化锆复合材料的至少0.1重量％的量结合到二氧化铈-氧化锆复合材料上。7.处理包含烃、一氧化碳和氮氧化物的气体的方法，该方法包括：使汽油机的排气流中的所述气体与在支承体上的催化材料接触，所述催化材料包含钯组分和二氧化铈-氧化锆复合载体，二氧化铈以10至70重量％的量存在，其中基本所有二氧化铈与至少一部分所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。8.催化剂复合材料，其包含：在支承体上的催化材料，所述催化材料包含选自钯组分的贵金属和储氧组分，储氧组分以至少10重量％的量存在，其中基本所有储氧组分与所述钯组分紧密接触，且所述催化材料有效地基本同时地氧化一氧化碳及烃和还原氮氧化物。9.权利要求8的复合材料，其中所述催化材料基本不含其它贵金属组分。10.权利要求8或9的复合材料，其中与包含钯组分和至少10重量％的量的储氧组分且其中一部分储氧组分未与钯组分紧密接触的对比复合材料相比，一氧化碳、烃和氮氧化物的排放减少。11.权利要求8至10任一项的复合材料，其包含在支承体上的三层催化材料，所述催化材料包含：沉积在支承体上的内层，其包含该层的10至50重量％的量的高表面积氧化铝载体、给予该层20至40重量％的储氧组分含量的量的至少一种二氧化铈-氧化锆复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：K瓦塞尔曼，S西蒙德，M迪巴，H拉比诺维茨，
申请(专利权)人：巴斯夫催化剂公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]