[发明专利]耐磷三元催化剂

说明书

本发明描述了有效减少来自含磷杂质的发动机废气中的碳氢化合物(HCs)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOsubgt;x/subgt;)的三元转化(TWC)催化制品。所公开的催化制品具有分层催化材料，其中催化材料的第一层直接设置在基材上，且第二层设置在第一层的顶部上。第二层包含耐磷材料，其防止磷杂质使催化制品催化中毒。特别地，第二层包含具有碱土金属组分的磷捕集剂材料和浸渍于耐磷载体材料上的铑组分。

发明领域

本发明涉及催化剂组合物、用于纯化废气排放物的催化制品及其制备和使用方法。更特别地，本发明涉及具有增强耐磷性以实现碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的有效转化的三元转化催化制品。

发明背景

已经使用废气处理系统内的催化转化器中的催化剂来减少由来自内燃机的废气导致的污染。例如，三元转化(TWC)催化剂能够减少发动机排气中存在的污染物如一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物(HCs)和氮氧化物(NO_x)。TWC催化剂通常含有铂系金属(PGM)如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)。Pt和Pd通常用于HC和CO转化，而Rh对于还原NO_x更有效。

有时将添加剂和润滑剂加入机油以在发动机部件上形成抗磨涂层并用作油中的抗氧化剂。这些添加剂和润滑剂包括化合物如硫代磷酸二烷基酯(ZDDP)、二硫代磷酸锌(ZDTP)和二硫代氨基甲酸锌(ZDTC)。对于额外含磷添加剂和润滑剂，参见例如Davis等的美国专利No.4,674,447和Kogyo等的美国专利No.5,696,065，将其通过引用并入本文。尽管发动机的设计使由发动机逸出至废气处理系统中的机油量最小，但不可避免的是将一小部分含有ZDDP和/或其燃烧副产物如磷氧化物(PO_x)的机油释放至废气料流中。例如，通过活塞环泄漏至燃烧室中的油会经历燃烧过程，产生含磷燃烧副产物。作为另一实例，通过排气阀导管和杆泄漏的油可能不会经历燃烧过程，导致在催化剂上形成光滑层的含磷物质。这些释放的含磷物质沉积在催化转化器内部的催化剂组分上，导致这些催化剂组分(例如TWC催化剂)失活。该失活过程通常称为催化剂中毒。尽管可以由油移除添加剂和润滑剂来解决该问题，但发动机的长期耐用性可能变差。

随时间推移，暴露于该类含磷物质的TWC催化剂的催化活性下降。TWC催化剂可能会经历扩散问题、PGM烧结、储氧能力损失、起燃性能下降以及污染物转化率(包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)转化率)降低。为了保护转化器内部的催化剂以防暴露于含磷物质，可以在催化剂组分的前面安装防护装置(例如氧化铝)或过滤器以防止催化剂中毒，例如由PO_x使催化剂中毒。然而，当防护装置或过滤器变得被PO_x饱和时会遇到困难。对于捕集磷的防护装置和过滤器，参见例如Blanchet的美国专利No.5,857,326；Hepburn的美国专利No.7,240,482；Chen的美国专利No.7,749,472；和Ikeda的美国专利No.9,433,927，将其通过引用全部并入本文。

幸运地，发动机和废气处理技术降低了由内燃机通至废气处理系统的包含含磷物质的油量，使得处理系统内的催化剂能够根据各种政府法规在处理废气中保持足够的活性。然而，随着发动机性能的不断提高和环境法规的日益严格，必须提高废气处理催化剂的活性并在更长的发动机寿命内保持。例如，发动机消耗的油通常随着里程数的增加(例如100,000英里)而增加。因此，将存在更大量的由发动机通至排放处理系统催化剂的包含含磷物质的油。

因此，非常需要提供随着发动机性能和使用寿命的增加而保持功能性并且耐受含有含磷物质的发动机废气的催化剂。高度需要提供一种方法，由该方法可以有效地移除或充分耐受发动机排气中的ZDDP及其含磷燃烧副产物而无需提高铂系金属负载以补偿催化剂活性降低。

发明概述