CN104399459A - 一种应用于后级三元催化器的催化剂 - Google Patents

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雷鹏辉
朱晟斌
寇超
傅伟辉
郎开强
汪方毅
潘金金
郑璐
万晓燕
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Abstract

本发明提出了一种应用于后级三元催化器的催化剂，包括载体和活性材料，所述的活性材料由贵金属和助催化剂组成，所述的贵金属由硝酸钯和硝酸铑组成，所述的硝酸钯和硝酸铑的重量配比为(2～3):1；所述的助催化剂由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸组成。本发明提供的后级三元催化剂，贵金属的使用量低，减低原料使用成本，同时催化剂保持优秀的尾气处理效果。

Description

一种应用于后级三元催化器的催化剂
技术领域
本发明汽车尾气净化领域，尤其是涉及适用于汽车后级三元催化器的催化剂。
背景技术
汽车尾气的主要污染物是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物，目前，主要是利用安装在汽车排气***的催化器将一氧化碳、碳氢化合物氧化成二氧化碳和水，同时将氮氧化物还原成无毒的氮气，实现尾气的净化。三元催化器，又叫催化转换器或催化净化器，该装置安在汽车的排气***内，其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物。目前三元催化器可分为前级催化器和后级催化器，其前级催化器主要是针对发动机冷启动阶段的尾气处理，后级催化器应用于冷启动后发动机热启动中的尾气处理；三元催化器由一个金属外壳，一个网底架和三元催化剂(含有铂、铑等贵重金属)组成，可用于除去HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三种主要污染物质(所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应)。三元催化剂由两部分组成：载体和覆于载体上的活性催化物质，活性催化物质通常选用贵金属，如铂、钯和铑的一种或几种，另外添加氧化材料等。三元催化剂的转换效率受到多种因素的影响，最主要的因素是排气中的氧气浓度和催化转换器温度；由于后级催化器的普遍使用，目前后级催化器的催化剂的种类较少，一般是通用类的后级催化剂，如果应用于小排量的汽车催化器中，由于尾气有害物质与大排量汽车的区别，通用类的后级催化剂不能有效的针对小排量汽车尾气的特性，这样会造成催化剂材料的浪费。
发明内容
本发明提出的一种应用于后级三元催化器的催化剂，并且主要应用于小排量(1.3L或1.5L)汽车三元催化器。
本发明采用的技术方案如下：
一种应用于后级三元催化器的催化剂，包括载体和活性材料，所述的活性材料由贵金属和助催化剂组成，所述的贵金属由硝酸钯和硝酸铑组成，所述的硝酸钯和硝酸铑的重量配比为(2～3):1；所述的助催化剂由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸组成。
进一步优选地，所述助催化剂氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸的重量配比为1:0.45:0.09:2.6:0.05。
进一步优选地，所述的硝酸钯和硝酸铑的重量配比为2.3:1。所述助催化剂和贵金属的重量比例为：(1～3)：(2～0.1)。
进一步优选地，所述的载体为蜂窝状载体。
进一步优选地，所述的蜂窝状载体为400目载体。所述的载体规格为101.6*90，表明载体规格的直径为101.6mm(毫米)，高度为90mm(毫米)。
贵金属对CO的氧化都具有很高的活性，Pd对HC(碳氢氧化物)有好高的氧化反应能力，Rh控制NOX(氮氧化合物)，当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化为无色无毒的二氧化碳气体，HC化合物在高温下氧化成水和二氧化碳，NOx还原成氮气和氧气。化学反应的方程式如下：
氧化反应：
4HC+5O2＝4CO2+2H2O
2CO+O2＝2CO2
还原反应
2NO+2CO＝N2+2CO2
10NO+4HC＝5N2+2H2O+4CO2。
在稀燃阶段，NOx经吸附、氧化和扩散等过程，最后以硝酸盐类的形式存储于材料中，在富燃阶段，硝酸盐或亚硝酸盐分解，释放出NOx，在HC、CO等还原剂存在下还原为环境友好的氮气。
其中，氧化铈具有三价铈和四价铈氧化物之间转换能力，能够在稀燃和富燃条件下吸收和释放氧，提高催化剂使用性能；引入Zr元素形成铈锆粉(Ce-Zr，CeZr固溶体)显著提高氧化铈的热稳定性和氧储存能力。
拟薄水铝石，又名一水合氧化铝、假一水软铝石，可以满足氧源和反应混合均匀分散的要求，提供一种有效充足的氧源。
硝酸，为优级纯，100％发烟硝酸。
本申请中，贵金属采用硝酸钯和硝酸铑，硝酸钯和硝酸铑的配比较目前的催化剂配方中，贵金属硝酸钯和硝酸铑的使用量小，一方面可以针对小排量汽车尾气中的有毒成分(如碳氢化合物和氮氧化合物)和含量不同于其它排量汽车尾气的问题，另一方面，因为小排量汽车尾气的总体排量相对较少，在保证尾气处理效果的条件下，采用较少含量贵金属配比可节省贵金属材料，提高贵金属的整体利用率。
同时改变助催化剂的使用配方和比例，其中采用的氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和硝酸等原料，铈锆粉(储氧材料)使用比例较高，去离子水的使用量减少，这样使助催化剂原料形成的匀浆(涂覆之前)，具有较少的水含量，原料浓度相对较大；助催化剂涂覆后，储氧材料补充硝酸钯较少使用量，助催化剂和贵金属之间形成化合物的平衡，提供有效的尾气净化催化剂。
本发明提供的后级三元催化剂，贵金属的使用量低，减低原料使用成本，同时催化剂保持优秀的尾气处理效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1一种应用于后级三元催化器的催化剂
硝酸为纯硝酸或发烟硝酸，可选用默克公司(Merck)的发烟硝酸(浓度100％)；铈锆粉可以通过反向微乳法或共沉淀法制备铈锆粉，或购自化工公司；拟薄水铝石通过碱沉淀、算沉淀或铝汞齐制备方法，或购自气体化工公司。
选用400目的蜂窝状载体，载体规格为101.6*90；使用时，首先进行预处理：以氢卤酸(如盐酸)浸泡载体，再用蒸馏水冲洗至中性，最后烘干。
贵金属中硝酸钯和硝酸铑的重量配比为2.3:1，将硝酸铑和硝酸钯加入适量的水进行混合，然后球磨后，制得催化剂的涂层浆液。
助催化剂中氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸的重量配比为1:0.45:0.09:2.6:0.05；将助催化剂的各个原料进行混合，然后球磨后，制得助催化剂的料浆。其中，助催化剂和贵金属的重量比例为3：1。
后级三元催化剂进行制备时，选用本领域常规选用的制备方法；首先将助催化剂的料浆涂覆于载体上，并于400℃～600℃温度下焙烧1～5小时，完成第一步涂覆的制备；随后，将贵金属的硝酸铑和硝酸钯的料浆涂覆于上述完成第一步涂覆的载体上，在400℃～600℃焙烧1～5小时，完成最终制备。
实施例2一种应用于后级三元催化器的催化剂
制备原料和方法与实施例1相同，不同在于：硝酸钯和硝酸铑的重量配比为2：1。助催化剂和贵金属的重量比例为1：2。
实施例3一种应用于后级三元催化器的催化剂
制备原料和方法与实施例1相同，不同在于：贵金属硝酸钯和硝酸铑的重量配比为3:1；助催化剂和贵金属的重量比例为2：0.5。
实施例4一种应用于后级三元催化器的催化剂
制备原料和方法与实施例1相同，不同在于：助催化剂和贵金属的重量比例为1：0.1。
将实施例1、实施例2和实施例3制备的后级三元催化剂应用于华泰汽车集团的整车排放测试，整车排放测试采用尾气检测标准进行，测试车辆发动机排量为1.3L，检测汽车发动后平衡的尾气排放；排放测试结果如表1所示；
表1
参照表1的检测结果，实施例1-4制备的后级三元催化剂应用于小排量汽车的尾气处理，排出尾气中碳氢化合物、氮氧化合物和一氧化碳的含量达到排放标准，并且远低于现有排放标准和现有催化剂的处理效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于后级三元催化器的催化剂，包括载体和活性材料，所述的活性材料由贵金属和助催化剂组成，其特征是：所述的贵金属由硝酸钯和硝酸铑组成，所述的硝酸钯和硝酸铑的重量配比为(2～3):1；所述的助催化剂由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸组成。
2.如权利要求1所述的一种应用于后级三元催化器的催化剂，其特征是：所述助催化剂氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸的重量配比为1:0.45:0.09:2.6:0.05。
3.如权利要求1所述的一种应用于后级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的助催化剂和贵金属的重量比例为：(1～3)：(2～0.1)。
4.如权利要求1、2或3所述的一种应用于后级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的硝酸钯和硝酸铑的重量配比为2.3:1。
5.如权利要求1所述的一种应用于后级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的载体为蜂窝状载体。
6.如权利要求5所述的一种应用于后级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的蜂窝状载体为400目载体。
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