[发明专利]汽车尾气处理催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明提供一种汽车尾气处理催化剂，属于催化剂领域。该催化剂依次包括基质层、涂覆层和负载层，所述基质层是蜂窝陶瓷；所述涂覆层包括La₂O₃/Al₂O₃和铈锆复合金属氧化物；所述负载层为贵金属，所述贵金属是Pt、Rh和Pd中的一种或多种；所述铈锆复合金属氧化物在300℃的动态储氧量为30‑40μmol/g，400℃的动态储氧量为205‑285μmol/g，500℃的动态储氧量为621‑723μmol/g；所述蜂窝陶瓷的孔隙率38‑45%，吸水率23‑32%。所述催化剂具有良好的催化效果，且具有成本低廉，易于工业化应用的特点。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种汽车尾气处理催化剂的制备方法和应用。

背景技术

2019年，全国机动车四项污染物排放总量为1603.8万吨。其中，一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）、颗粒物（PM）排放量分别为771.6万吨、189.2万吨、635.6万吨、7.4万吨。其中，一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）占到了排放总量的近60%。汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）超过90%。

1978年首先推出了能同时有效净化CO、HC和NO_x的Pt-Pd-Rh贵金属三效催化剂，其催化转化效率达90%以上。但贵金属催化剂具有明显的缺陷。（1）受空燃比的影响大，只有当空燃比稳定在理想的控制范围内（14.5-14.7）时，才能使催化剂对CO、HC和NO_x的净化能力同时达到最佳值，在此范围以外，其催化净化效果很差。（2）成本高且用量大。

CeO₂有着良好的储放氧能力，作为助催化剂添加到汽车尾气三效催化剂中可以充当氧气缓冲器的作用，当氧气富余的时候通过Ce³⁺转变为Ce⁴⁺吸收氧，以保证NO_x被CO和HC还原，当氧气不足时CeO₂释放氧，以氧化CO和HC，从而达到有效净化CO、HC和NO_x的目的。但是由于汽车排放的尾气温度很高（1000℃），二氧化铈催化剂容易老化烧结导致储氧能力降低。锆离子引入铈晶体形成铈锆固溶体能提高耐温性，现在催化剂中普遍添加铈锆固溶体作为助催化剂。

CO是汽车尾气的重要污染物，以CO为还原剂的动态储氧量(DOSC）的测试结果能够间接反映出催化剂的氧化性能。因此，铈锆固溶体的动态储放氧性能是能够使催化剂保持在理论空燃比(A/F=14.6)附近工作，高效去除汽油车尾气中的CO、NO_x和HC的关键因素之一。

蜂窝陶瓷作为TWC催化剂的载体，其物化性能对催化活性有着关键影响。蜂窝陶瓷的孔隙率、吸水率、几何内表面积、开孔率等都会影响催化活性。

基于上述情况，催化氧化效果优异的三效催化剂仍是当前研究的热点。

发明内容

本发明基于现有三效催化体系的缺陷，提出一种低成本的汽车尾气处理催化剂的制备方法和应用。具体而言，本申请发明人通过长期的理论推导和实验研究，提出通过改善蜂窝陶瓷的孔道结构分布，调整孔隙率和吸收率，并结合铈锆复合氧化物的动态储氧量来提升催化剂的性能，突破了常规的改善贵金属等催化活性组分来提升催化性能的桎梏，取得了一定的技术突破。

所述铈锆复合氧化物是采用水热法制备，优选对所述铈、锆进行氧化预处理。更优选的所述铈锆复合氧化物包括铈、锆和稀土金属，且所述铈锆复合氧化物的制备方法是采用CN110327909A记载的方法制备的。