[发明专利]用于汽油机废气后处理的催化剂

说明书

本发明涉及一种用于汽油机废气后处理的催化剂，其包括在涂覆在汽油颗粒过滤器上的水热稳定载体材料上的Pt和任选的至少一种其他铂族金属。催化剂在低温下氧化捕集在汽油颗粒过滤器中的颗粒物，并减少NO_x，CO和HC。还公开了用于制备所述催化剂的方法，以及公开了一种使用所述催化剂对汽油机废气进行后处理的方法。

技术领域

本发明涉及用于汽油机废气后处理的催化剂组合物。将催化剂组合物涂覆在汽油颗粒过滤器上，以在低温下氧化捕集在过滤器中的颗粒物，并减少氮氧化物，一氧化碳和碳氢化合物。

背景

最近，诸如雾霾和烟雾等新出现的环境问题变得越来越具有挑战性。已经需要或将需要更严格的排放标准通过进一步限制来自汽油动力车辆的内燃机的排放，例如氮氧化物(NO_x)，一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和颗粒物(PM)等，来改善环境条件。

废气可以在废气排放到大气中之前通过涂覆有催化剂修补基面涂层的汽油颗粒过滤器(GPF)去除PM。对于在化学计量的空气/燃料条件下运行的汽油动力车辆，通常没有恒定的过量氧气供应来燃烧累积的烟灰。

美国专利8,173,087提供了涂覆在颗粒捕集器如烟尘过滤器上的三效转化(TWC)催化剂或氧化催化剂。更具体地，它涉及具有催化材料的烟灰过滤器，其使用两种涂层制备：入口涂层和出口涂层。三效转化(TWC)催化剂复合材料包含钯和铑或铂和钯，总贵金属负载量为26至68g/ft³。

美国专利7,977,275涉及一种催化涂覆的颗粒过滤器及其在从废气中除去一氧化碳，碳氢化合物和烟灰颗粒的用途。它提供了铂和钯的组合，以提供最佳的抗老化和抗硫中毒性能。为了满足测试循环中碳氢化合物和一氧化碳转化的要求，提供了更高的贵金属浓度，总贵金属负载量为100g/ft³。

但是，累积的PM会阻塞过滤器，导致发动机效率下降。因此，需要通过在600℃以上的GPF上燃烧PM来周期性地进行再生，以始终如一地保持发动机性能，这也伴随着过滤器损坏的副作用。也有必要减少贵金属的使用。

将四效催化剂(FWC)放置在废气温度可能达到≥600℃的一体化(CC)位置，可以在贫A/F条件下用氧气快速燃烧烟灰。但是，这种方法受到发动机舱内可用空间有限以及高温条件下较高的体积流量导致的较高背压的限制。因此，优选将FWC布置在下置式(UF)位置。在这样的布局中，在≤550℃的温度下汽油PM的有效氧化成为要解决的主要问题。

在贫空气/燃料(A/F)条件下，可以采用在CC催化剂和下置式催化剂(UFC)之间诸如增加双层绝缘管的措施来提高UFC的温度，以促进收集的PM的氧化。但是这种措施通过将催化剂温度提高约50℃只能产生有限的改进，同时显著增加成本。

美国专利6,479,023提供了一种用于转换来自化学计量操作的发动机的废气中的PM的系统。该系统包括用于将废气中的水蒸气转化成氧化剂的等离子体发生器和在等离子体发生器下游的过滤器。但是，此方法耗能大，并且等离子体会产生其他污染物，例如NO_x。

因此，期望提供一种催化剂，其在UF位置处的低温(例如，在250至550℃的范围内)下氧化烟灰以去除GPF上收集的PM。优选地，催化剂还将NO_x，CO和HC转化为N₂，CO₂和H₂O。

现已发现，催化剂包括铂和铑的组合，任选地与钯组合，在UF位置上的低温下除去在GPF上收集的PM方面具有特别有利的性能。颗粒过滤器在其整个使用寿命中都具有良好的催化活性，并且可以将大量的NO_x，CO和HC完全转化为N₂，CO₂和H₂O。