[发明专利]用于催化和催化转化器中的涂覆基质和将基质用修补基面涂料组合物涂覆的方法

说明书

本申请是申请号为201280051249.4、申请日为2012年8月17日、发明名称为“用于催化和催化转化器中的涂覆基质和将基质用修补基面涂料组合物涂覆的方法”的专利申请的分案申请。

早期申请交叉引用

本专利申请要求2011年8月19日提交的美国临时专利申请No.61/525,661和2012年5月25日提交的美国临时专利申请No.61/652,098的优先权。通过引用将那些专利申请的全部内容并入本文中。

技术领域

本发明涉及催化剂领域。更具体而言，本发明涉及纳米颗粒催化剂、催化转化器修补基面涂层(washcoat)和由这类修补基面涂层形成的催化转化器。

背景技术

内燃机排放的显著部分的污染物气体在发动机最初启动(“冷启动”)时，但在排气系统中的催化转化器变热至它的操作温度以前产生。为降低例如轻型柴油车(例如汽车或轻型卡车)的冷启动阶段期间的有害排放，可使用含有沸石的修补基面涂料涂覆车辆的催化转化器中所用的基质。在催化转化器仍然冷时，这些沸石充当冷启动期间污染物一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NO_x)的临时储存区域。在催化转化器加热至其操作温度，称为点火温度时，储存的气体释放，随后通过基质上的催化活性材料分解。

高点火温度是不理想的，因为许多车辆旅程具有短持续时间，且在催化转化器达到其操作温度(即点火温度)所需的时间期间，必须将污染物未经处理而释放到环境中，或者储存在排气系统中直至达到点火温度。即使污染物在点火以前被有效地捕集，但如果进行多个连续的短旅程，则催化转化器不能达到操作温度，且用于储存的沸石可能变得饱和，再次导致污染物释放到环境中。

市售催化转化器使用通过湿化学方法沉积于基质上的铂系金属(PGM)催化剂，例如铂离子和/或钯离子从溶液中沉淀到基质上。这些PGM催化剂占催化转化器成本的相当大部分。因此，用于生产催化转化器的PGM催化剂的量的任何降低是理想的。市售催化转化器还显示出称为“老化”的现象，其中它们随时间变得较无效；点火温度在催化转化器老化时开始升高，且排放水平也开始上升。因此，老化效应的降低也是理想的，以延长催化转化器控制排放的效力。

发明内容

连同其它优点一起，所述催化剂和修补基面涂层可提供尤其与通过湿化学方法制备的老市售催化剂相比，具有显著降低的点火温度的催化转化器，同时使用相同量或更少的铂系金属。作为选择，所述催化剂和修补基面涂层可降低得到与通过湿化学方法制备的老市售催化剂相同的点火温度所用铂系金属的量。因此，可得到与使用先前湿化学方法制备的催化转化器相比改进的排放控制系统性能(即降低的一种或多种管制污染物排放)和/或降低的排放控制系统成本。

如本文所述，具有降低的点火温度和/或降低的铂系金属负载要求的催化转化器可通过使用催化活性粉末，并通过将催化活性粉末与高浓度的沸石分离而制备，其中高浓度的沸石在与催化活性粉末不同的涂层中。例如一个实施方案为多层修补基面涂层，其中高浓度的沸石用于第一涂层中，而催化活性粉末用于第二涂层中。任选将角落填充(corner-fill)修补基面涂层在施涂随后修补基面涂层以前施涂于基质上。

在一些实施方案中，本发明包括涂覆基质，所述涂覆基质包含基质；包含沸石颗粒的修补基面涂层；和包含催化活性颗粒的修补基面涂层；其中催化活性颗粒包含结合在微米级载体颗粒上的复合纳米颗粒，且复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。在涂覆基质的另一实施方案中，包含沸石颗粒的修补基面涂层在包含催化活性颗粒的修补基面涂层上形成。在涂覆基质的另一实施方案中，包含催化活性颗粒的修补基面涂层在包含沸石颗粒的修补基面涂层上形成。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒包含至少一种铂系金属。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒可包含铂和钯，例如铂:钯重量比为2:1的铂和钯。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，载体纳米颗粒可具有10-20nm的平均直径。在涂覆基质的前述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒可具有1-5nm的平均直径。