[发明专利]用于TWC转化器系统的铑‑铁催化剂

说明书

技术领域

本公开总体涉及三元催化剂(TWC)系统应用，并且更具体地涉及包括用于减少来自发动机排气系统的排放的Rh-Fe材料组合物的TWC系统。

背景技术

三元催化剂(TWC)系统位于内燃式燃气发动机的排气系统内，以促进未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化，并且减少排气流内的氮氧化物(NO_X)。用于控制/减少HC、CO和NO_X排放的常规TWC系统的成本上升主要是由于(a)在催化剂系统内存在复杂的金属化合物组和(b)获得所述金属的成本。

TWC系统内的催化剂通常含有铂族金属(PGM)，例如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)等等。Pt和Pd通常用于HC和CO的转化，而Rh对NO_X的还原更有效。尽管Rh的价格趋于波动，但其在NO_X转化中更高的性能使Rh成为TWC系统中最常用的元素。

有三个因素影响用于减少汽车尾气排放的PGM消耗的增长趋势。第一个因素是与世界人口增长部分有关的汽车制造不断增加，要求满足其个人交通需求。第二个因素是全球排放标准的收紧，因为政府采用更严格的NO_X、碳氢化合物和颗粒物排放法规。通过美国环境保护局(EPA)的加强Tier 3排放标准和加州空气资源委员会实施的低排放车辆(LEV III)计划，在美国对车辆排放标准的最近修订确认了这一因素。第三个因素是当前减少二氧化碳排放的动力，这将引导汽车制造商采用因为发动机热效率提高而降低发动机排气温度的发动机技术。

由于PGM的供应有限，需求增加可能导致供应中断，以及PGM及依赖其独特性质的技术的定价过高。因此，一直需要提供一种TWC系统，其中每单位质量的PGM的催化性能被最大化并且能够提供改进的转化水平，从而可以经济有效地实现排放限制。

发明内容

本公开描述了根据不同的材料组成和催化剂构造制造的紧耦合(CC)和地板下(UF)三元催化剂。在一些实施例中，PGM组合物包括铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)和铑(Rh)本身或其采用不同加载量的组合。在一个实例中，PGM组合物包含单独地或与Ba加载量组合的约10g/ft³至约100g/ft³范围内的Pd加载量。在另一个实例中，PGM组合物包含单独地或者用Fe₂O₃活化的约1g/ft³至约10g/ft³的范围内的Rh加载量。

在一些实施例中，根据美国联邦测试程序(FTP-75)和美国附加FTPUS06(SFTP-US06)测试协议，通过测量中间床和尾管排放物来构造各种TWC系统以评估其催化性能。在这些实施例中，TWC系统被构造成包括CC催化剂和UF催化剂或仅包括CC催化剂。进一步对于这些实施例，所构造的TWC系统机械地耦合到内燃机(诸如，例如Tier 2bin 4型涡轮汽油直接喷射(TGDI)发动机等)并且与其流体连通，用于根据FTP-75和SFTP-US06协议的排放认证测试。

在其它实施例中，常规TWC系统构造有市售的基于高PGM的原始设备制造商(OEM)CC催化剂和OEM UF催化剂作为参考催化剂系统。在这些实施例中，常规的TWC系统机械地耦合到用于根据FTP-75和SFTP-US06协议测试上述TWC系统的基本上类似的发动机并且与其流体连通。

在进一步的实施例中并且在根据FTP-75和SFTP-US06协议的排放测试之前，使用改进的快速老化测试(RAT)循环协议对TWC系统内的上述CC催化剂和UF催化剂进行老化。在这些实施例中，CC催化剂使用改进的RAT循环协议在约1000℃的床温下老化约50小时。进一步对于这些实施例，使用改进的RAT循环协议在约900℃的床温下将UF催化剂老化约50小时。

在一些实施例中，根据FTP-75和SFTP-US06协议评估在TWC系统的中间床和尾管处测量的前述CC催化剂和UF催化剂的催化效率(加权袋结果)，并进一步与对基于高PGM的OEM CC催化剂和UF催化剂测的量的加权排放进行比较。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于处理燃烧发动机的排气流的催化剂系统，包括：燃烧发动机；紧耦合催化转化器，其被构造为接收来自所述燃烧发动机的至少一个排气流，所述紧耦合催化转化器包括：

基材；

活化涂层，其覆盖在所述基材上；