CN110201668A - 单涂层三效催化剂及其制备方法 - Google Patents

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李卫卫
张艮交
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Abstract

本发明涉及一种单涂层三效催化剂及其制备方法，它包括催化剂载体和涂层材料，涂层材料均匀涂覆在催化剂载体上；涂层材料中包括CeZrLaOx复合氧化物、氧化铝、贵金属Pd和贵金属Rh。其制备方法包括Rh/CeZrLaOx粉末的制备、Pd/Al2O3粉末的制备、Rh/CeZrLaOx粉末与Pd/Al2O3粉末制浆、球磨步骤与涂覆烘干焙烧。本发明通过溶胶‑凝胶法，制备出颗粒粒径分布均匀的三效催化剂，从而有效的提高贵金属分散度，并提高了三效催化剂的活性，本发明避免了钯铑合金的形成；同时该发明采用Pd‑Rh同层的单涂层涂覆技术，降低了三效催化剂的制备成本，具有较大的市场应用价值。

Description

单涂层三效催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种单涂层三效催化剂及其制备方法，本发明属于催化剂制备技术领域。
背景技术
汽油车尾气是环境污染的主要来源之一，包括一氧化碳(CO)，未燃烧的碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)，未燃烧的碳氢烃类吸附在雾霾颗粒表面，吸附到人体内，会对人体健康造成严重伤害，氮氧化合物形成酸雨，直接危害生态环境。
目前，汽油车尾气污染物后处理是控制污染物排放最有效的办法，采用三效催化剂(TWC)，汽车排放的污染物(HC、CO和NOx)催化转化进行生成二氧化碳、氮气和水，排放到大气中。我国机动车污染物排放法规的日益严格，并颁布了国六排放法规，对各污染物的限值要求越来越低，同时对三效催化剂抗老化性能要求提高。传统催化剂通常是通过增加贵金属的用量来满足日益严格的排放法规，但是贵金属资源稀少，价格昂贵，不可再生，因此提高贵金属利用率尤为重要，已成为当下研究的热点。
传统催化剂采用贵金属溶液直接扩散浸渍于涂层材料上，贵金属颗粒分布不均一，容易出现贵金属的团聚，这种状态下的贵金属利用率低，并且高温易烧结。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以提高贵金属分散度并提高活性的单涂层三效催化剂。
本发明的另一目的是提供一种单涂层三效催化剂的制备方法。
按照本发明提供的技术方案，所述单涂层三效催化剂，它包括催化剂载体和涂层材料，涂层材料均匀涂覆在催化剂载体上；所述涂层材料中包括CeZrLaOx复合氧化物、氧化铝、贵金属Pd和贵金属Rh；
所述CeZrLaOx复合氧化物的涂覆量为79～79.99g/L，氧化铝的涂覆量为114～119.9g/L；
所述贵金属Pd的用量为0.01～6.00g/L，贵金属Rh的用量为0.01～1.00g/L。
所述氧化铝为γ-Al2O3。
所述催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷载体。
所述CeZrLaOx复合氧化物中，CeO2、ZrO2与La2O3的重量比为(14.38～53.93):(81.46～162.92):(1.89～10.16)。
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)、称取40～150重量份的六水硝酸铈晶体溶于150～200重量份的去离子水中，搅拌至所有晶体溶解；
(2)、称取含100～200重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取5～27重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含0.01～18.0重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌20～40min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌3-5h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在120-150℃烘干12-24h，在500-600℃下煅烧2-5h，得到Rh/CeZrLaOx粉末，备用；
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含0.01-130重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3-5h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在120-150℃烘干12-24h，分别在500-600℃下煅烧3-5h，得到Pd/Al2O3粉末，备用；
(9)、称取30～70重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到180-200重量份的去离子水中，搅拌20～40min，然后在搅拌条件下，加入30～70重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌2～4h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为15～25μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至24％～27％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量120～180g/L涂覆在陶瓷载体上，在120-150℃烘干，最后在500～600℃下煅烧1～3h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
本发明通过溶胶-凝胶法，制备出颗粒粒径分布均匀的三效催化剂，从而有效的提高贵金属分散度，并提高了三效催化剂的活性，该发明采用钯铑分开预负载，再进行混合的方法，避免了钯铑合金的形成；同时该发明采用Pd-Rh同层的单涂层涂覆技术，降低了三效催化剂的制备成本，具有较大的市场应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
对比例
对比例三效催化剂为圆柱形商用蜂窝状陶瓷催化剂，催化剂尺寸为118.4*114.3mm，600目、壁厚3mil的，体积为1.258L。该商用催化剂采用Pd、Rh双涂层结构，其中Pd在下层，涂覆量为120g/L；Rh在上层，涂覆量为80g/L。Pd和Rh的含量分别为4.24g/L和0.15g/L。
以下实施例均用118.4*114.3mm，600目、壁厚3mil的蜂窝状整体陶瓷载体，Pd采用硝酸钯溶液，Rh采用硝酸铑溶液，其中Pd和Rh的用量与对比例商用三效催化剂相同。
实施例1
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取40重量份的六水硝酸铈晶体溶于150重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含200重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取5重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含1.70重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌5h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在120℃烘干24h，在500℃下煅烧5h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含22.43重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌5h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在120℃烘干24h，分别在500℃下煅烧4h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取30重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到180重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入70重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为22μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至27％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量180g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在500℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
实施例2
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取60重量份的六水硝酸铈晶体溶于160重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含180重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取9重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含1.37重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌3h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在150℃烘干12h，在550℃下煅烧4h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含27.71重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在150℃烘干12h，分别在500℃下煅烧4h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取40重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到180重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入60重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为21μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至27％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量170g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在500℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
实施例3
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取80重量份的六水硝酸铈晶体溶于170重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含160重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取14重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含1.17重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌4h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在140℃烘干16h，在600℃下煅烧3h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含35.33重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在140℃烘干16h，分别在550℃下煅烧3h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取50重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到180重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入50重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为23μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至26％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量160g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在550℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
实施例4
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取100重量份的六水硝酸铈晶体溶于180重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含140重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取18重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含0.98重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌4h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在130℃烘干20h，在550℃下煅烧4h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含42.83重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在130℃烘干20h，分别在550℃下煅烧3h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取60重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到200重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入40重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为16μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至25％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量165g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在550℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
实施例5
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取120重量份的六水硝酸铈晶体溶于190重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含120重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取22重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含0.80重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌3h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在130℃烘干20h，在550℃下煅烧4h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含53.84重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在130℃烘干20h，分别在550℃下煅烧3h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取70重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到195重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入30重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为19μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至26％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量175g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在550℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
实施例6
一种单涂层三效催化剂的制备方法包括如下步骤：
1、Rh/CeZrLaOx粉末的制备：
(1)、称取150重量份的六水硝酸铈晶体溶于200重量份的去离子水中，搅拌5分钟至所有晶体溶解；
(2)、称取含100重量份乙酸锆溶液，加入到步骤(1)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(3)、称取27重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤(2)制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
(4)、称取含1.19重量份浓度为15wt.％的硝酸铑溶液，滴加至步骤(3)制成的溶液中，持续搅拌30min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌4h；
(5)、将步骤(4)中制备的胶体在130℃烘干20h，在550℃下煅烧4h，得到Rh/CeZrLaOx粉末。
2、Pd/Al2O3粉末的制备
(6)、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
(7)、称取含32.30重量份浓度为15wt.％的硝酸钯溶液，滴加入步骤(6)制成的浆料中，持续搅拌3h；
(8)、将步骤(7)中制备的浆料在130℃烘干20h，分别在600℃下煅烧2h，得到Pd/Al2O3粉末。
(9)、称取50重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到200重量份的去离子水中，搅拌30min，然后在搅拌条件下，加入50重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌3h；
(10)、将步骤(9)所制成的浆料球磨至颗粒度D90为17μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至25％；
(11)、将步骤(10)中得到的浆料按照涂覆量175g/L涂覆在陶瓷载体上，在120℃烘干12h，最后在550℃下煅烧2h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
催化剂性能评价
对比例和各实施例制备的催化剂进行新鲜态和老化态性能比较。
评价条件：气氛含有NO(820ppm)、CO2(14％)、H2O(10％)、C3H6(280ppm)、C3H8(140ppm)、CO(1.2％)，载气为氮气，升温速率为10℃/min，最终升至500℃。
老化条件：氧化性气氛(1％O2)和还原性气氛(0.5％CO)交替切换，老化温度1050℃，时间20h。
对比例和各实施例制备的催化剂的新鲜态活性评价结果见表1。
表1
对比例和各实施例制备的催化剂的老化态活性评价结果见表2。
表2

Claims (5)

1.一种单涂层三效催化剂，其特征是它包括催化剂载体和涂层材料，涂层材料均匀涂覆在催化剂载体上；所述涂层材料中包括CeZrLaOx复合氧化物、氧化铝、贵金属Pd和贵金属Rh；
所述CeZrLaOx复合氧化物的涂覆量为79~79.99g/L，氧化铝的涂覆量为114~119.9g/L；
所述贵金属Pd的用量为0.01~6.00g/L，贵金属Rh的用量为0.01~1.00g/L。
2.根据权利要求1所述的单涂层三效催化剂，其特征是：所述氧化铝为γ-Al2O3。
3.根据权利要求1所述的单涂层三效催化剂，其特征是：所述催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷载体。
4.根据权利要求1所述的单涂层三效催化剂，其特征是：所述CeZrLaOx复合氧化物中，CeO2、ZrO2与La2O3的重量比为(14.38~53.93) : ( 81.46~162.92) : ( 1.89~10.16)。
5.一种单涂层三效催化剂的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：
（1）、称取40~150重量份的六水硝酸铈晶体溶于150~200重量份的去离子水中，搅拌至所有晶体溶解；
（2）、称取含100~200重量份乙酸锆溶液，加入到步骤（1）制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
（3）、称取5~27重量份的六水硝酸镧晶体，加入到步骤（2）制成的溶液中，搅拌至所有晶体溶解；
（4）、称取含0.01~18.0重量份浓度为15wt.%的硝酸铑溶液，滴加至步骤（3）制成的溶液中，持续搅拌20~40min，后滴加氨水至浆料成胶体，继续搅拌3-5h；
（5）、将步骤（4）中制备的胶体在120-150℃烘干12-24 h，在500-600℃下煅烧2-5 h，得到Rh/CeZrLaOx粉末，备用；
（6）、称取100重量份的γ-Al2O3粉体，加入到200重量份的去离子水中，搅拌至浆料分散均匀；
（7）、称取含0.01-130重量份浓度为15 wt.%的硝酸钯溶液，滴加入步骤（6）制成的浆料中，持续搅拌3-5h；
（8）、将步骤（7）中制备的浆料在120-150℃烘干12-24 h，分别在500-600℃下煅烧3-5h，得到Pd/Al2O3粉末，备用；
（9）、称取30~70重量份的Rh/CeZrLaOx粉末，加入到180-200重量份的去离子水中，搅拌20~40min，然后在搅拌条件下，加入30~70重量份的Pd/Al2O3粉末，混合浆料继续搅拌2~4h；
（10）、将步骤（9）所制成的浆料球磨至颗粒度D90为15~25μm，然后用去离子水将球磨后的浆料固含量调整至24%~27%；
（11）、将步骤（10）中得到的浆料按照涂覆量120~180g/L涂覆在陶瓷载体上，在120-150℃烘干，最后在500~600℃下煅烧1~3h，得到Pd-Rh/CeZrLaAlOx单涂层三效催化剂。
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