[发明专利]氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种制备催化剂的方法，所述方法包括：(i)提供任选涂有一个或多个涂层的基材；(ii)用一种或多种铂族元素浸渍一种或多种颗粒状载体材料；(iii)将一种或多种碱土金属元素和一种或多种溶剂加入在步骤(ii)中得到的产物中，得到淤浆；(iv)当在步骤(iii)中得到的淤浆的pH不在7‑10的范围内时，将其pH调节至该范围内的值；(v)将所述淤浆的pH调节至2‑6范围内的值；(vi)任选研磨在步骤(v)中得到的淤浆；(vii)在一个或多个涂敷步骤中将在步骤(vi)中得到的淤浆提供于任选涂敷的基材上，以及可以根据所述方法得到的催化剂及其在废气处理中的用途。

技术领域

本发明涉及一种制备催化剂的方法以及可以根据上述方法得到的催化剂，其包含基材和包含一个或多个载体涂料层(washcoat layer)的催化剂涂层。此外，本发明涉及根据本发明得到或者可以根据本发明方法得到的催化剂的用途。

引言

贫燃发动机，例如柴油机和贫燃汽油机的操作为用户提供优异的燃料经济性并且由于其在高空气/燃料比下在贫燃料条件下操作而具有非常低的气相烃和一氧化碳排放。柴油机尤其与汽油机相比也就其燃料经济性、耐久性及其在低速下产生高扭矩的能力而言提供显著优势。然而，从排放角度看，柴油机所出现的问题比其火花点火对应物更为严重。排放问题涉及颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃烧烃(HC)和一氧化碳(CO)。NO_x是用于描述氮氧化物的各种化学物种的术语，尤其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。

已知包含分散在耐火金属氧化物载体上的贵金属如铂族金属(PGM)的氧化催化剂用于处理柴油机废气以将烃和一氧化碳气态污染物二者通过催化这些污染物的氧化而转化成二氧化碳和水。该类催化剂通常含于称为柴油氧化催化剂(DOC)的单元，或更简单地催化转化器中，后者设置在柴油动力发动机的排气流路中以在废气排入大气之前将其处理。通常在陶瓷或金属基材载体上形成柴油氧化催化剂，在载体上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除了转化气态HC、CO和颗粒物的可溶性有机级分(SOF)外，含有分散在耐火氧化物载体上的铂族金属的氧化催化剂促进氧化氮(NO)向二氧化氮(NO₂)的氧化。

正如本领域众所周知的那样，用于处理内燃机废气在较低温操作期间，如发动机操作的初始冷启动期间不太有效，因为发动机废气并不处于高到足以有效催化转化废气中的有害组分的温度。为此，本领域已知将可以为沸石的吸附剂材料作为催化处理体系的一部分引入以吸附气态污染物，通常是烃类，并在最初冷启动期间保留它们。随着废气温度升高，将吸附的烃从该吸附剂驱除并在更高温度下进行催化处理。就此而言，US 5,125,231公开了使用铂族金属掺杂的沸石作为低温烃吸附剂以及氧化催化剂。

如上所讨论的那样，已知包含分散在耐火金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)的氧化催化剂用于处理来自柴油机的废气排放。铂(Pt)在贫燃条件下且在燃料硫存在下高温老化之后仍为在DOC中氧化CO和HC的最有效铂族金属。然而，使用钯(Pd)基催化剂的主要优点之一是与Pt相比Pd的成本更低。但是，Pd基DOC对于氧化CO和HC通常显示更高的熄灯温度，尤其当使用HC储存材料时，这潜在地引起HC和/或CO熄灯延迟。含Pd的DOC可能使Pt转化链烷烃和/或氧化NO的活性中毒并且还可能使该催化剂更易硫中毒。这些特性通常阻止将Pd在尤其用于轻型柴油机应用的贫燃操作中用作氧化催化剂，在这些应用中发动机温度对于大多数操作条件保持低于250℃。随着排放法规变得越来越严格，持续的目标是开发提供改进性能，例如熄灯性能的柴油氧化催化剂(DOC)体系。

一种实现更高废气净化性能的方式是将贵金属的簇尺寸控制为最佳尺寸。尤其根据使用贵金属化合物溶液的现有技术中贵金属承载方法，将贵金属以原子水平吸附在氧化物载体上，其中该贵金属化合物分散到该氧化物载体的表面。然而，贵金属原子在其中贵金属牢固负载的该煅烧方法中移动并诱发晶粒生长。因此，极为困难的是仅将具有所需簇尺寸的贵金属负载在该氧化物载体上。