[发明专利]用于排气系统的一氧化二氮脱除催化剂

说明书

本发明提供一种一氧化二氮(N₂O)脱除催化剂复合材料，其包含在基底上的N₂O脱除催化材料，所述催化材料包含负载在二氧化铈基载体上的铑(Rh)组分，其中所述催化剂复合材料具有如通过氢气程序升温还原(H₂‑TPR)测得的大约100℃或更低的H₂‑消耗峰。还提供其制造和使用方法。

发明领域

本发明涉及用于内燃机排气系统的净化催化剂及其使用方法。本发明更特别涉及包含负载在二氧化铈基载体上的铑(Rh)组分的催化剂，其中所述催化剂在内燃机排气流的条件下有效除去一氧化二氮(N₂O)。例如，该N₂O脱除催化剂有效地将N₂O分解成氮气(N₂)和氧气(O₂)和/或将N₂O还原成氮气和水和/或二氧化碳(取决于存在的还原剂)。

发明背景

一氧化二氮(N₂O)是全球变暖潜势为CO₂的310倍且大气寿命为114年的温室气体。汽车排气是一种N₂O排放源——作为燃料燃烧的副产物和在氮氧化物(NO_x)的催化还原过程中形成的副产物。在所有主要类型的排放控制催化剂，包括用于传统/化学计量汽油车和用于汽油直喷式(GDI)汽油车的三元转化(three-way conversion，TWC)催化剂、柴油氧化催化剂(DOCs)、催化滤烟器(CSFs)、稀燃NO_x捕集器(LNTs)、用脲还原NO_x的选择性催化还原催化剂(SCRs)和用于柴油车辆的选择性氨氧化催化剂(AMOx)上在瞬态条件下形成N₂O。

由于认识到其全球变暖潜势，US EPA已设定从MY2012开始在FTP循环中对轻型车辆而言10毫克/英里的N₂O排放限值和从MY2014开始在重型FTP循环中对重型车辆而言0.1g/bhp-h的N₂O排放限值。过去，为最大限度减少NOx(管制污染物)而优化汽车催化剂系统，没有考虑N₂O水平。当前对N₂O排放的更严格规定要求不仅为高NOx转化性能，还为低N₂O排放优化排放控制系统设计。在现行标准下，如果N₂O超过10毫克/英里限值，会对CAFE燃料经济性要求作出处罚。

通常要理解的是，N₂O可以工业分解，例如在处理来自硝酸和己二酸生产的废气的情况下。用于这些操作的温度比典型汽车排气的温度高得多(550℃，例如大约800-900℃)，并且不同于典型的排气料流，这些操作的工艺料流含有极少水(1％)。许多文献报道描述了N₂O分解催化剂，大多可分成三类：(1)负载型铑(Rh)，(2)具有尖晶石结构的金属氧化物和(3)离子交换沸石。此类催化剂通常为粉末或丸粒形式。在DE102008048159中，用包含负载在任选被铈(Ce)或金(Au)掺杂的γ-氧化铝上的铑的催化剂进行气体料流中的N₂O的分解。

KR20060019035涉及使用双催化剂床除去氮氧化物的方法，其中使用氮氧化物还原催化剂Pt/V_X-P_Y-(含羟基的材料)_Z的床将氮氧化物分解成氮气和一氧化二氮，然后使用包含Rh和银(Ag)的一氧化二氮分解催化剂(即Rh-Ag/CeO₂/M1-M2-M3)的床将由此形成的一氧化二氮进一步分解成氮气和氧化物，其中M1是镁(Mg)、钡(Ba)或锶(Sr)，M2是铝(Al)、铁(Fe)、钒(V)、镓(Ga)或铬(Cr)，且M3是锌(Zn)、镍(Ni)或铜(Cu)。在本领域中仍然需要提供特别在排气条件下高效和有力除去一氧化二氮(N₂O)的催化制品。

发明概述