[发明专利]NOx存储组分

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的NO_x存储组分和含有其的NO_x吸附催化剂(NAC)，用于处理来自由稀燃内燃机驱动的车辆的排气，包括由例如电动机和稀燃内燃机的混合动力源驱动的车辆。本发明的NO_x吸附催化剂特别应用于处理来自车辆内燃机的排气，比如压缩点火(例如柴油发动机)和强制点火发动机，比如稀燃汽油发动机。

背景技术

NO_x吸附催化剂(NAC)是公知的，例如从美国专利号5,473,887中可知，其用来从贫排气(λ＞1)中吸附氮氧化物(NO_x)，并且当排气中的氧浓度主动地-与被动地相反-降低时解吸NO_x。这样的氧浓度主动降低被称为NAC的NO_x吸附活性″再生″或NAC上吸附的NO_x的″吹扫″。解吸的NO_x可用例如汽油燃料的适当的还原剂由NAC本身的或位于NAC下游的例如铑的催化剂组分促进还原为N₂。实际中，氧浓度可根据计算的NAC剩余NO_x吸附能力间歇地主动调节至要求的氧化还原组成，例如调节至比正常的发动机运转操作含量更高(但仍是贫化学当量的，即λ＝1组成)，至化学当量的或至富化学当量的(λ＜1)。可通过多种手段调节氧浓度，例如节流，例如在排气冲程将额外的烃类燃料注入到发动机气缸中，或直接地将烃类燃料注入到发动机歧管的排气下游。

现有技术中公开的典型的NAC配方包括催化氧化组分例如铂，显著量即显著地超过需要的促进剂的NO_x-存储组分(典型地为碱金属或碱土金属)例如钡以及还原催化剂例如铑。这个配方通常给出的来自贫排气的NO_x-存储的一个机理是：

NO+1/2O₂→NO₂(1)；和

BaO+NO₂+1/2O₂→Ba(NO₃)₂(2)，

其中在反应(1)中，一氧化一氮在铂上的活性氧化点与氧反应形成NO₂。反应(2)涉及由无机硝酸盐形式的存储材料吸附NO₂。

在较低的氧浓度和/或高温时，硝酸盐类变得热力学不稳定并分解，按照以下反应(3)产生NO和/或NO₂。存在适当的还原剂时，这些氮氧化物随后被一氧化碳、氢和烃类还原为N₂，其可在还原催化剂上发生(见反应(4))。

Ba(NO₃)₂→BaO+2NO+3/2O₂或Ba(NO₃)₂→BaO+2NO₂+1/2O₂(3)；和

NO+CO→1/2N₂+CO₂     (4)；

(其他的反应包括Ba(NO₃)₂+8H₂→BaO+2NH₃+5H₂O随后NH₃+NO_x→N₂+yH₂O或2NH₃+2O₂+CO→N₂+3H₂O+CO₂等等)。

在上述反应(1)-(4)中，反应性钡类以氧化物提供。然而，应当理解，在空气存在下，大部分钡以碳酸盐或可能的氢氧化物形式存在。本领域技术人员可按照不同于氧化物的钡类和排气流中的催化涂层序列，或使用其他的碱土金属例如Sr、Mg或Ca，或碱金属例如K或Cs，从而修改上述反应流程。

基于碱金属的NO_x存储组分有较高水平的NO_x存储，因此他们的使用是合意的。然而，其使用有许多缺陷。这包括碱金属从催化剂迁移进入催化剂涂覆的陶瓷单体基底，催化剂使用期间碱金属的气化，例如发动机冷起动期间排气系统中存在的液态水浸出碱金属，碱金属在催化活化涂层和由Pt烃类转化效率降低的层之间的迁移(关于这最后的缺陷，见WO02/22241)。