用于汽车用途的先进催化剂制造技术

本发明专利技术的实施方案涉及先进催化剂。该先进催化剂包括蜂窝结构，在所述蜂窝结构上具有至少一种纳米粒子。柴油机中所用的该先进催化剂是二元催化剂。煤气发动机中所用的该先进催化剂是三元催化剂。在二元催化剂和三元催化剂中，所述至少一种纳米粒子包括纳米活性材料和纳米载体。纳米载体通常是氧化铝。在二元催化剂中，纳米活性材料是铂。在三元催化剂中，纳米活性材料是铂、钯、铑或合金。该合金是铂、钯和铑的合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于汽车用途的先进催化剂对相关_请的交叉引用本申请要求2009年12月15日提交的名称为“材料加工”的美国临时专利申请序号No. 61/284，329的优先权，其全文经此引用并入本文，如本文中所述。
技术介绍
汽车的催化转化器使用催化剂将汽车废气中的例如三种有害化合物转化成不那么有害的化合物。这三种有害化合物包括未燃汽油形式的烃、通过汽油燃烧形成的ー氧化碳和在发动机中的热迫使空气中的氮与氧结合时产生的氮氧化物。在催化转化器中使用两种主要结构——蜂窝和陶瓷珠。目前大多数汽车使用蜂窝结构。该蜂窝结构装在位于排气管之前的类似消音器的包装中。催化剂有助于将ー氧化碳转化成ニ氧化碳，将烃转化成ニ氧化碳和水和将氮氧化物转化回氮和氧。 在本领域中存在多种制造在催化转化器中使用的催化剂的方法。图IA显示了制造催化剂的第一常规方法。所述第一方法被称作一浸法。在步骤105，使微米级钼(Pt)离子滲透到微米级氧化铝(Al2O3)离子中，从而产生微粒子。该微粒子具有在氧化铝离子上的钼原子。在步骤110，使用包括小尺寸氧化铝和小尺寸ニ氧化硅(SiO2)的微米级氧化物、一定量的氧化铝的稳定剂和一定量的助催化剂制造洗涂料(wash coat)。在步骤115，将微粒子与洗涂料混合在一起。在步骤120，获得圆柱形陶瓷整料。该整料的横截面含有300-600个通道/平方英寸。这些通道是从整料正面到背面的直线四方通道。在步骤125，用洗涂料涂布该整料。这可以通过将整料浸在洗涂料中来实现。由此该整料的通道被洗涂料层涂布。在步骤130，将整料干燥。该洗涂料层具有不规则表面，其表面积远大于平的表面。此夕卜，该洗涂料在干燥时是多孔结构。不规则表面和多孔结构是合意的，因为它们提供了大约100-250平方米/克的高的表面积和因此更多的供微粒子结合到其上的位置。随着整料干燥，微粒子沉积在整料的表面和孔隙上。在步骤135，煅烧整料。煅烧使洗涂料的组分通过氧化物-氧化物偶联结合到整料上。形成催化剂。图IB显示了整料140通道的显微视附图说明图145，所述通道涂有具有钼原子155的洗涂料层150。图2A显示了制造催化剂的第二常规方法。所述第二方法被称作ニ浸法。在步骤205，使用包括小尺寸氧化铝和小尺寸ニ氧化硅的微米级氧化物、一定量的氧化铝的稳定剂和一定量的助催化剂制造洗涂料。在步骤210，获得圆柱形陶瓷整料。在步骤215，例如通过浸溃用该洗涂料涂布整料。由此通道也被洗涂料层涂布。通常，该洗涂料层具有不规则表面，其表面积远大于平的表面。图2B显示了涂有洗涂料层255的整料245通道的显微视图250。回到图2A，在步骤220，将整料干燥。该洗涂料在干燥时是多孔结构。在步骤225，煅烧整料。煅烧使洗涂料的组分通过氧化物-氧化物偶联结合到整料上。然后使用本领域中公知的方法用微米级钼离子和其它助催化剂浸溃微米级氧化铝。具体而言，在步骤230中，将钼硝酸化以形成盐(PtN03)。将PtNO3溶解在溶剤(例如水)中，由此产生分散体。在步骤235中，将整料浸到该溶液中。在步骤240中，将整料干燥。在步骤245中，煅烧整料。形成催化剂。图2C显示了整料245’通道的另ー显微视图250’，所述通道涂有具有钼原子260的洗涂料层255’。图3A显示了洗涂料层的表面在煅烧后的显微视图305。钼原子310连接到氧化铝的氧原子上。在废气经过催化转化器时，钼原子310通过将有害化合物转化成不那么有害的化合物而有助于减少有害化合物。但是，这些制造催化转化器中所用的催化剂的各种方法具有许多缺点。例如，钼原子310没有固定到它们键合的氧化铝氧原子上，井能如图3B-3C中所示移向其它可用的氧原子。随着钼原子310移动，钼原子310开始与其它钼原子聚结，以产生如图3D中所示的较大粒子315和更积极的状态。可以理解的是，随着钼粒子变大，其不利地影响催化剂，因为钼原子的表面积降低。在高温用途中，例如在老化催化转化测试中，钼原子的移动增強。此外，由于钼的成本极昂贵，不希望过度使用钼。本专利技术致力于解决现有技术中的至少这些局限。专利技术概沭一方面，催化转化器包括蜂窝结构，在所述蜂窝结构上具有至少ー种纳米粒子。在一些实施方案中，所述至少ー种纳米粒子包括纳米活性材料和纳米载体。纳米活性材料通常在纳米载体上。该纳米活性材料是钼、钯、铑或合金。该合金是钼、钯和铑的合金。该纳 米载体是氧化铝。在另ー些实施方案中，纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。另ー方面，催化转化器中的堇青石基底包括第一类型的纳米粒子、第二类型的纳米粒子和第三类型的纳米粒子。在一些实施方案中，第一类型的纳米粒子包括纳米活性材料和纳米载体。纳米活性材料是钼且纳米载体是氧化铝。该纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。在另ー些实施方案中，第二类型的纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。纳米活性材料是钯且纳米载体是氧化铝。该纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。在另ー些实施方案中，第三类型的纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。纳米活性材料是铑且纳米载体是氧化铝。该纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。再一方面，制造催化转化器的方法包括使用至少ー种纳米粒子制造分散体和获得洗涂料。在一些实施方案中，所述至少ー种纳米粒子包括纳米活性材料和纳米载体。该纳米活性材料是钼、钯、铑或合金。该纳米载体是氧化铝。该纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。在另ー些实施方案中，所述制造步骤包括在高温冷凝技术中将担载材料和不同的催化剂材料混合，由此产生所述至少一种纳米粒子，并将其与液体合井。该担载材料是氧化铝。所述不同的催化剂材料包括钼、钯和铑。通常，该高温冷凝技术是等离子体。或者，所述制造步骤包括在高温冷凝技术中混合担载材料和第一催化剂材料，由此产生第一类型的纳米粒子，在高温冷凝技术中混合担载材料和第二催化剂材料，由此产生第二类型的纳米粒子，在高温冷凝技术中混合担载材料和第三催化剂材料，由此产生第三类型的纳米粒子，将第一类型的纳米粒子、第二类型的纳米粒子和第三类型的纳米粒子收集在一起，并与液体合井。该担载材料是氧化铝。第一催化剂材料是钼。第二催化剂材料是钯。第三催化剂材料是铑。在再一些实施方案中，所述制造催化转化器的方法进ー步包括将所述分散体与所述洗涂料混合、将所述混合物施用到整料上、干燥所述整料和煅烧所述整料。或者，所述制造催化转化器的方法进ー步包括将所述洗涂料施用到整料上、干燥所述整料、煅烧所述整料、将所述分散体施用到所述整料上、干燥所述整料和煅烧所述整料。再一方面，制造三元催化转化器的方法包括使用不同类型的纳米粒子制造分散体、获得洗涂料、将所述分散体与所述洗涂料混合、将所述混合物施用到整料上、干燥所述整料和煅烧所述整料。所述制造步骤包括使用高温冷凝技木。在一些实施方案中，该高温冷凝技术是等离子体。所述不同类型的纳米粒子各自包含纳米活性材料和纳米载体。该纳米活性材料是钼、钯、铑或合金。该纳米载体是氧化铝。该纳米载体包括部分还原的氧化铝表面，其限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。再一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.15 US 61/284,329;2010.12.07 US 12/962,4901.催化转化器，其包含蜂窝结构，在所述蜂窝结构上具有至少ー种纳米粒子。2.权利要求I的催化转化器，其中所述至少ー种纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。3.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米活性材料是钼。4.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米活性材料是钯。5.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米活性材料是铑。6.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米活性材料是合金。7.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米载体是氧化铝。8.权利要求2的催化转化器，其中所述纳米载体包含部分还原的氧化铝表面，所述部分还原的氧化铝表面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。9.催化转化器中的堇青石基底，其包含 a.第一类型的纳米粒子； b.第二类型的纳米粒子；和 c.第三类型的纳米粒子。10.权利要求9的堇青石基底，其中第一类型的纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。11.权利要求10的堇青石基底，其中所述纳米活性材料是钼。12.权利要求10的堇青石基底，其中所述纳米载体是氧化铝。13.权利要求10的堇青石基底，其中所述纳米载体包含部分还原的氧化铝表面，所述部分还原的氧化铝表面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。14.权利要求9的堇青石基底,其中第二类型的纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。15.权利要求14的堇青石基底，其中所述纳米活性材料是钯。16.权利要求14的堇青石基底，其中所述纳米载体是氧化铝。17.权利要求14的堇青石基底，其中所述纳米载体包含部分还原的氧化铝表面，所述部分还原的氧化铝表面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。18.权利要求9的堇青石基底，其中第三类型的纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。19.权利要求18的堇青石基底，其中所述纳米活性材料是铑。20.权利要求18的堇青石基底，其中所述纳米载体是氧化铝。21.权利要求18的堇青石基底，其中所述纳米载体包含部分还原的氧化铝表面，所述部分还原的氧化铝表面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。22.制造催化转化器的方法，其包括 a.使用至少ー种纳米粒子制造分散体；和 b.获得洗涂料。23.权利要求22的方法，其中所述至少ー种纳米粒子包含纳米活性材料和纳米载体。24.权利要求23的方法，其中所述纳米活性材料是钼。25.权利要求23的方法，其中所述纳米活性材料是钯。26.权利要求23的方法，其中所述纳米活性材料是铑。27.权利要求23的方法，其中所述纳米活性材料是合金。28.权利要求23的方法，其中所述纳米载体是氧化铝。29.权利要求23的方法，其中所述纳米载体包含部分还原的氧化铝表面，所述部分还原的氧化铝表面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。30.权利要求22的方法，其中所述制造包括 a.在高温冷凝技术中将担载材料和不同的催化剂材料混合，由此产生所述至少ー种纳米粒子；和 b.与液体合井。31.权利要求30的方法，其中所述担载材料是氧化铝。32.权利要求30的方法，其中所述不同的催化剂材料包括钼、钯和铑。33.权利要求30的方法，其中所述高温冷凝技术是等离子体。34.权利要求22的方法，其中所述制造包括 a.在高温冷凝技术中将担载材料和第一催化剂材料混合，由此产生第一类型的纳米粒子; b.在高温冷凝技术中将担载材料和第二催化剂材料混合，由此产生第二类型的纳米粒子; c.在高温冷凝技术中将担载材料和第三催化剂材料混合，由此产生第三类型的纳米粒子; d.将第一类型的纳米粒子、第二类型的纳米粒子和第三类型的纳米粒子收集在一起；和 e.与液体合并。35.权利要求34的方法，其中所述担载材料是氧化铝。36.权利要求34的方法，其中第一催化剂材料是钼。37.权利要求34的方法，其中第二催化剂材料是钯。38.权利要求34的方法，其中第三催化剂材料是铑。39.权利要求34的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q·尹，X·齐，M·A·比博格，
申请(专利权)人：SDC材料公司，
类型：
国别省市：