[发明专利]溶胶－凝胶法在蜂窝陶瓷载体上原位制备三效催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气净化技术领域，特别涉及用于去除汽车尾气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC)的一种溶胶-凝胶法在蜂窝陶瓷载体上原位制备三效催化剂的方法。

背景技术

减少汽车尾气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC)等污染物最有效的措施是安装机外汽车尾气催化净化器，其中最关键的技术是三效催化剂的制备及涂覆技术。常用的三效催化剂主要由载体、涂层材料和贵金属组成。载体一般为陶瓷蜂窝。涂层材料的主要成分为活性氧化铝(Al₂O₃)和一些铈基复合氧化物，如铈锆复合氧化物(CeO₂-ZrO₂)等。涂层涂覆在载体表面，其作用是提供大的比表面来担载贵金属、过渡金属或其他催化活性组分。对活性涂层的基本要求是：对陶瓷载体的粘附性好，不易脱落，且易附着均匀；比表面积大；高温稳定性好。一般涂层材料选用高比表面的活性Al₂O₃，为防止Al₂O₃在高温发生相变而劣化，通常加入铈(Ce)、镧(La)等稀土元素或碱土金属作为Al₂O₃的稳定剂；CeO₂基复合氧化物的另一个重要作用是利用Ce³⁺/Ce⁴⁺的相互转化而储存/释放氧，调节汽车尾气的氧化/还原比，使CO、HC和NOx同时达到较高的转化率，CeO₂基复合氧化物因这种储存/释放氧的能力而被称为储氧材料(OSM)。目前的三效催化剂中常用的贵金属有铂(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)等，其中Pd最为廉价。因此，为降低催化剂成本，开发以Pd为主要活性组元的三效催化剂已经成为汽车尾气催化净化的一个热点。

目前，工业化生产采用的三效催化剂的制备方法主要是以涂层材料的氧化物粉末为原料，将CeO₂-ZrO₂、Al₂O₃等粉末与水混合，通过机械搅拌或者球磨的方法制成具有一定黏度的浆料，以浸渍的方法将浆料粘附在蜂窝陶瓷载体表面，再以高温焙烧除去水分，同时使浆料中所含的氧化物在载体表面发生化学反应或者固态相变而形成涂层。将带有涂层的载体浸渍在含有贵金属离子的溶液中，吹扫后进行烘干和焙烧，实现贵金属的担载。由于球磨和机械搅拌难以保证氧化物粉末在外力作用下均匀混合，而且球磨设备易引入杂质，这种方法制得的涂层粉末通常成分并不均匀。溶胶-凝胶法是目前低温制备氧化物超细粉末最常用的方法之一，该法在实施过程中能使原料前驱体呈现较高的黏度，同时能够保证所制备氧化物的成分均匀性和纯度，因而在催化剂涂层涂覆技术中具有产业化应用的潜力。

发明内容

本发明目的在于提供一种溶胶-凝胶法在蜂窝陶瓷载体上原位制备三效催化剂的方法。是一种用于去除汽车尾气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC)的三效催化剂活性涂层的原位制备方法。实现上述目的的技术方案如下：

(1)取适量铈、锆和改性元素RE的可溶性盐，分别配制成离子浓度为0.5～1.5mol/L的水溶液，按离子摩尔浓度比Ce∶Zr∶RE＝1∶(0.33～1.25)∶(0.05～0.1)，配制成溶液，混合均匀；

(2)往步骤1所得的混合溶液中添加柠檬酸，使柠檬酸的摩尔浓度为(Ce+Zr+RE)总摩尔浓度的3～6倍，滴入相当于柠檬酸质量1～10％的聚乙二醇作为增稠剂，充分搅拌；

(3)往步骤2所得溶液中加入活性γ-Al₂O₃粉末，使质量比γ-Al₂O₃∶(CeO₂+ZrO₂+RE₂O₃)＝0.5∶1～3∶1，剧烈搅拌，使γ-Al₂O₃均匀分散在溶液中形成悬浊液，其中CeO₂、ZrO₂和RE₂O₃由步骤1的Ce、Zr、RE的离子摩尔浓度分别折算成；

(4)对步骤3所得悬浊液在100～220℃进行持续加热搅拌，直至溶液变色生成淡黄色溶胶，到溶胶不再放出黄棕色气体时停止加热搅拌，得到粘稠的湿凝胶，待湿凝胶冷却后加入适量水调节，使湿凝胶的黏度保持在200～300mPa s；