CN102600721A - 钙钛矿基催化剂、催化剂组合以及制备和使用它们的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下的步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的产品；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。

Description

钙钛矿基催化剂、催化剂组合以及制备和使用它们的方法
技术领域
本发明涉及的领域包括涂布的钙钛矿基催化剂、催化剂组合、以及制备和使用它们的方法。
背景技术
可在铂催化剂存在下用氧气处理上面具有颗粒物质或碳烟(soot)的基材以烧除所述颗粒物质或碳烟。
发明内容
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的产品；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
在另一个实施方案中，所述基材还包含贵金属催化剂。
在另一个实施方案中，所述基材还包含铂。
在一个实施方案中，所述基材不包括除钙钛矿催化剂外的催化剂。
在一个实施方案中，所述产品还可以包含NOx捕集材料。
本发明的一个实施方案包括一种方法，其包含以下步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的颗粒过滤器；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
在一个实施方案中，所述颗粒过滤器位于内燃机废气(exhaust)系统中。
在一个实施方案中，所述钙钛矿催化剂可以具有通式ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3。所述钙钛矿催化剂可以是在基材之中或之上的唯一催化剂，或者第二非钙钛矿催化剂可以包括钯、铂、铑、钌，或者包括它们或它们的合金中的一种或多种的催化剂系统中的至少一种。在一个实施方案中，NOx捕集材料可以包括碱金属、碱土金属(例如钡、钙、钾或钠)中的至少一种。
本发明的一个实施方案可以包括一种产品，其包含颗粒过滤器和NOx贮存(捕集)材料的组合，其中所述颗粒过滤器包含为捕集流入、流过或流经基材的气体流中的颗粒物质所构造和设置的基材，并且还包含在所述基材之内、上面(on)或之上(over)的NOx贮存材料，以及在所述基材之内、上面或之上的钙钛矿催化剂。
在一个实施方案中，钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在相同层中。在另一个实施方案中，钙钛矿催化剂和NOx捕集材料可以在基材或产品的不同层或节段(section)中。
本发明的一个实施方案可以包括一种产品，其包含颗粒过滤器，所述颗粒过滤器包含含有钙钛矿催化剂和不是钙钛矿催化剂的第二催化剂的催化剂组合。在一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有通式ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3。在另一个实施方案中，第二非钙钛矿催化剂可以包含至少一种选自周期表的贵重(precious)金属或贵(noble)金属族的金属。在另一个实施方案中，第二非钙钛矿催化剂可以包含钯、铂、铑或钌、或者包括它们的催化剂体系中的至少一种。在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二非钙钛矿催化剂，其中所述第二非钙钛矿催化剂具有约1-160g/ft3、1-80g/ft3、1-60g/ft3、1-40g/ft3、1-20g/ft3的载量，或在这些范围内的载量。在包含第二非钙钛矿催化剂的催化剂组合的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二非钙钛矿催化剂，其中所述第二非钙钛矿催化剂包含载量为约1-160g/ft3、1-80g/ft3、1-20g/ft3或载量在这些范围内的铂。在包含铂的催化剂组合的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二非钙钛矿催化剂，其中所述第二非钙钛矿催化剂包含载量为约5-100g/ft3或10-60g/ft3、或者载量在这些范围内的钯。在包含钯的催化剂组合的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
在一个实施方案中，可以将用于氧化反应的通式为ABO3的钙钛矿催化剂负载在任意各种基材上，所述基材包括但不限于以下中的至少一种：反应器装填结构体和材料、珠、丸粒、流化床粉末或在气流中可悬浮的其它固体颗粒物质、流通式整料(monolith)、壁流式整料、金属整料、陶瓷整料、金属或陶瓷制备的载体。
在一个实施方案中，用于氧化反应的通式为ABO3的钙钛矿催化剂可以不用基材进行负载，而是可以成形为具有任意各种构造的基材，所述构造包括但不限于平板、珠、丸粒或反应器填充材料形状。
另一个实施方案可以包括在催化氧化反应器中的通式为ABO3的钙钛矿催化剂，该催化剂用于氧化稀燃烃燃料动力源的废气流中的氮氧化物，其中A表示来自镧系的稀土金属和/或碱土金属，并且其中B表示过渡金属。
在另一个实施方案中，上述通式为ABO3的钙钛矿催化剂的催化性能可以通过用少量促进剂材料替代催化配方中元素A或元素B中的至少一种的一部分而得到增强。
另一个实施方案可以包括用于减少NOx排放物的废气系统，该废气系统包括具有通式为ABO3或其中用少量促进剂材料替代元素A或元素B中至少一种的一部分的ABO3的修正式的钙钛矿催化剂的催化氧化反应器。
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下的步骤：提供颗粒过滤器和NOx贮存材料的组合，该组合包含为捕集流入、流过或流经基材的气体流中的颗粒物质所构造和设置的基材，和在所述基材之内、上面或之上的捕集材料，以及在所述基材之内、上面或之上的钙钛矿催化剂；使包含NOx和颗粒物质的气体流流过或流经产品使得颗粒物质被捕获在所述产品中和NOx被贮存在所述产品中；以及然后选择性地使NOx被释放，将该NOx转化为NO2并将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应从而产生气态形式的CO或CO2中的至少一种。
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下的步骤：操作内燃机以产生包括一氧化碳、烃、氮的氧化物和颗粒物质的废气，使所述废气流经包括为促进化学反应所构造和设置的催化剂的催化转化器以将一氧化碳或烃中的一种的至少部分转化为对于向大气排放较为期望的化合物或物质从而提供转化的废气流，然后使所述转化的废气流流经包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的颗粒过滤器使得来自所述转化的废气流的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在所述NOx贮存材料中，以及然后选择性地使NOx被释放，将该NOx转化为NO2并将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应从而产生气态形式的CO或CO2中的至少一种。
一些实施方案可以在可根据需要为捕集颗粒物质所构造和设置的产品中使用钙钛矿催化剂、NOx贮存材料、具有或不具有非钙钛矿催化剂的组合。这类实施方案可以用于处理气体流，所述气体流例如但不限于来自利用汽油、柴油或其它燃料的发动机的废气，来自化学车间或化学工艺设备的操作的气体，或来自化学实验室或医疗装置的气体。
由下文提供的详述，本发明的其它说明性实施方案将变得明显。应理解的是，虽然公开了本发明的说明性实施方案，但详述和具体实施例仅旨在说明目的并且并不意欲限制本发明的范围。
特别地，本发明涉及以下各项：
1.一种产品，其包含：
内燃机和废气处理系统，其中所述内燃机产生包含颗粒物质和NOx的废气，所述系统包含发动机和在该发动机下游的催化转化器；颗粒捕集器和NOx贮存部件的组合；颗粒过滤器包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，所述颗粒过滤器构造和设置成使得来自内燃机废气的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在NOx贮存材料中。
2.如项1中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料在相同层中。
3.如项1中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在所述基材或产品的不同层或节段中。
4.一种产品，其包含颗粒捕集和NOx贮存部件的组合；颗粒过滤器包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，所述颗粒过滤器构造和设置成使得来自内燃机废气的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在NOx贮存材料中。
5.如项4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料在相同层中。
6.如项4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在所述基材或产品的不同层或节段中。
7.如项4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3，其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属，并且其中B包含过渡金属。
8.如项7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式AA’BO3；
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；以及
其中A’包含替代部分A的促进剂材料。
9.如项7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式ABB’O3，
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；以及
其中B’包含替代部分B的促进剂材料。
10.如项7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式AA’BB’O3，
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；
其中A’包含替代部分A的促进剂材料；以及
其中B’包含替代部分B的促进剂材料。
11.如项10中所述的产品，其中A’包含锶。
12如项7中所述的产品，其中A是镧。
13.如项7中所述的产品，其中B包含钴或锰或铁。
14.一种方法，其包括以下的步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的产品；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
15.如项14中所述的方法，其中所述基材还包含贵金属催化剂。
16.如项14中所述的方法，其中所述基材还包含铂。
17.如项14中所述的方法，其中所述基材不包括除钙钛矿催化剂外的催化剂。
18如项14中所述的方法，其中所述产品还可以包含NOx贮存材料。
19.一种方法，其包括以下的步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的颗粒过滤器；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
20.一种包含颗粒过滤器和NOx捕集的组合的产品，其中所述颗粒过滤器包含为捕集流入、流过或流经基材的气体流中的颗粒物质所构造和设置的基材，并且还包含在所述基材之内、上面或之上的捕集材料，以及在所述基材之内、上面或之上的钙钛矿催化剂。
附图说明
本发明的说明性实施方案由详述和附图得以更加充分理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案包括颗粒捕集器和NOx贮存部件的组合的内燃机和废气处理系统的示意性说明。
图2是根据本发明的一个实施方案包括钙钛矿催化剂的过滤器主体(body)的一部分的截面图，其中所述过滤器主体经构造和设置以提供多个废气流过孔(cell)，所述废气流过孔部分由多孔孔壁来限定，其中在至少一些孔中具有封闭塞子(plug)。
图3描述了根据本发明的一个实施方案包括基材、在该基材上的钙钛矿催化剂和氮捕集材料、以及在所述钙钛矿催化剂和NOx捕集材料之上的烃还原和NOx还原催化剂的产品。
图4是根据本发明的一个实施方案的基材的截面图，所述基材的第一部分具有用于烃还原和NOx还原的涂层、在其下游的第二部分包括钙钛矿催化剂。
图5描述了根据本发明的一个实施方案的流通式整料，该流通式整料具有在其中形成的废气通孔，在其上限定出包括烃还原和NOx还原催化剂的第一区、以及包括钙钛矿催化剂的第二区的涂层。
图6描述了根据本发明的一个实施方案的流通式整料的截面，所述流通式整料具有基材、在该基材上的钙钛矿催化剂和NOx捕集材料、以及在该钙钛矿催化剂和NOx捕集材料上的烃还原和NOx还原催化剂。
图7描述了根据本发明的一个实施方案的流通式整料，该流通式整料具有包括涂布在该整料的基材上的烃还原和NOx还原催化剂的第一区，和具有涂布在该整料第二部分上的钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的下游第二区。
图8捕述了根据本发明的一个实施方案用于处理废气流的流化床材料，该流化床材料包括具有涂布在其上的钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，以及覆盖在所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料上的烃还原和NOx还原催化剂的珠或丸粒。
图9是类似于图8的催化剂载体珠材料，其中所述载体珠是多孔的。
图10是根据本发明的一个实施方案包括多孔珠部分的流化床材料，所述多孔珠部分包含钙钛矿和NOx贮存材料，所述钙钛矿和NOx贮存材料在其上具有烃还原和NOx还原涂层。
图11是根据本发明的一个实施方案用于处理废气流的流化床填充材料，所述填充材料包括鞍形基材，该鞍形基材在其上具有包括钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的第一层，以及在所述第一层上的烃还原和NOx还原催化剂。
图12描述了根据本发明的一个实施方案的流化床填充材料的另一个实施方案，所述填充材料包括环状结构体，该环状结构体在其上可以具有包括钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的第一层，和覆盖在第一层上包括烃还原和NOx还原催化剂的第二层。
图13描述了根据本发明的一个实施方案的具有第一表面和第二表面的壁流式过滤器，在所述第一表面上面或之上包括烃还原和NOx还原催化剂，和在所述第二表面上面或之上具有钙钛矿催化剂和NOx贮存材料。
具体实施方式
实施方案的以下描述本质上仅是说明性的并且绝不意欲限制本发明、其应用或用途。
图1是根据本发明的一个实施方案包括颗粒捕集器和NOx贮存部件的组合18的内燃机和废气处理系统10的示意性说明。系统10可以包括产生沿图1中箭头方向流动的废气的内燃机。在下游可以任选提供与废气连通且构造和设置成压缩空气进入内燃机的涡轮增压器14。催化转化器可以提供在发动机10和涡轮增压器14的下游。所述催化转化器可以包括铂和钯以将废气中的一氧化碳和烃转化为二氧化碳和水。颗粒过滤器18可以提供在催化转化器16的下游。颗粒过滤器18可以包括钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，并将构造和设置成使得来自转化的废气流的颗粒物质被颗粒过滤器捕获和NOx被贮存在NOx贮存材料中。
在一个实施方案中，钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在相同层中。在另一个实施方案中，钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在基材或产品的不同层或节段中。
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下的步骤：操作内燃机12以产生包括一氧化碳、烃、氮的氧化物和颗粒物质的废气，使所述废气流经包括为促进化学反应所构造和设置的催化剂的催化转化器16以将一氧化碳或烃中的一种的至少部分转化为对于大气排放较为期望的化合物或物质从而提供转化的废气流，然后使所述转化的废气流流经包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的颗粒过滤器18使得来自所述转化的废气流的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在所述NOx贮存材料中，以及然后选择性地使NOx被释放，并将该NOx与所述颗粒物质中的碳反应从而产生气态形式的CO或CO2中的至少一种。
贮存在NOx捕集中的NOx可以进行吹洗，或者NOx捕集材料可以通过本领域技术人员已知的任意各种方法进行再生，所述方法包括但不限于将燃料或另一种反应物注入NOx捕集材料上游的废气流中从而使贮存的NOx被释放并与颗粒物质中的碳反应。
在一个实施方案中，稀土基氧化物可以用作氮捕集材料，包括CeO2-ZrO2、CeO2-ZrO2-Pr6O11、CeO2-ZrO2-Pd2O3或CeO2-ZrO2-La2O3。
图2描述了本发明的一个实施方案，其可以包括过滤器18，所述过滤器18包括多个由多孔孔壁限定的气体流过孔20用于废气流入和流出，和使废气的流动改变方向的塞子24，它们经构造和设置使得废气中的颗粒物质从气体流降落并被捕获在所述过滤器中。
在一个实施方案中，催化转化器催化剂可以包括在颗粒过滤器和NOx贮存材料部件中或者相同壳体中。图3描述了本发明的一个实施方案，其可以包括如下产品或系统，所述产品或系统包括可以是实心或呈多孔的基材100。可以将包括钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的第一层或区102直接涂布在所述基材上面或所述基材之上，并且可以将包括烃和NOx还原催化剂的第二层或区104直接涂布在第一层上面或覆盖在第一层上。第一层或区102和第二层或区104是多孔的从而使流经它们的废气可以流动通过第一和第二层或区。钙钛矿催化剂、NOx贮存材料、烃和NOx还原催化剂可以各自在分别的层中或者可以合并到一个或两个层中。
图4描述了包括基材100的可供选择的实施方案，所述基材100具有在待处理废气流方向(箭头E表示)的上游位置中直接涂布在其上面或该基材之上的包括烃还原和NOx还原催化剂的第二区104，和在第一层或区104下游的第一层或区102。第二层或区104可以包括直接涂布在基材100上面或在基材100之上的钙钛矿和氮捕集材料。
图5描述了涂布的流通式整料106，其可以包括由陶瓷、金属或其它合适材料制备的具有在其中形成的用于废气流动的多个通孔108的载体材料。如图6中所示，整料106可以包括在所述整料的结构材料基材上形成的第一涂层或区102，和直接涂布在第一层102上面或之上的第二层或区104。
在可供选择的实施方案中，如图7中所示，整料106可以包括具有涂布在其上的烃还原和NOx还原催化剂的第一区104，和第一区104下游的且具有涂布在其上的钙钛矿和NOx捕集材料的第二区102从而使流过所述整料的气体首先流经和/或流过烃还原和NOx还原催化剂，然后流过用于NOx氧化和贮存的钙钛矿和NOx捕集材料。
图8描述了用于处理废气流的流化床材料，其包括可以是实心或呈多孔并且包括涂布在珠或丸粒100上面或之上的第一层102和涂布在第一层102上面或之上的第二层104的珠或丸粒部分100。
在可供选择的实施方案中，如图9中所示，珠或丸粒100可以是多孔的。
在又一个实施方案中，如图10中所示，丸粒或珠部分可以由钙钛矿和氮捕集材料102制成且可以是多孔的，并具有涂布在其上面或在其之上的烃还原和NOx还原催化剂。
图11描述了流化床材料的另一个实施方案，其包括鞍形载体基材100，所述载体基材具有直接涂布在其上面或在该基材100之上的包括钙钛矿催化剂和NOx贮存材料的第一层102，和涂布在第一层上面或在第一层102之上的包括烃还原和NOx还原催化剂的第二层或区104。
图12描述了可供选择的流化床载体材料，例如可以充当钙钛矿催化剂和NOx贮存材料涂层以及烃还原和NOx还原催化剂涂层的载体基材100的环状结构体。
图13描述了壁流式过滤器200，其包括限定出开口204的前板202，所述开口用于使废气流入和流经包括由多孔壁部分101负载的烃还原和NOx还原催化剂的第一层或区，并然后使得废气流经由外壁部分103负载的第二区102并且其中所述第二区102包括用于NOx氧化和贮存的钙钛矿和氮捕集材料。
在一个实施方案中，第二区102可以包括在以下段落中更为详细地描述的钙钛矿催化剂和第二催化剂的组合。
本发明的一个实施方案可以包括钙钛矿催化剂和不是钙钛矿催化剂的第二催化剂的催化剂组合。在一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有通式ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3。在另一个实施方案中，第二非钙钛矿催化剂可以包含至少一种选自周期表的贵重金属或贵金属族的金属。在另一个实施方案中，第二非钙钛矿催化剂可以包含钯、铂、铑或钌、或者包括它们的催化剂体系中的至少一种。在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二催化剂非钙钛矿催化剂，第二催化剂非钙钛矿催化剂具有约1-160g/ft3、1-80g/ft3、10-60g/ft3、1-40g/ft3、1-20g/ft3的载量，或在这些范围内的载量。在包含第二非钙钛矿催化剂的催化剂组合的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二催化剂非钙钛矿催化剂，其中所述第二催化剂非钙钛矿催化剂包含载量为约1-160g/ft3、1-80g/ft3、1-20g/ft3，或载量在这些范围内的铂。在催化剂组合包含铂的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
在一个实施方案中，催化剂组合可以包括钙钛矿催化剂和第二二非钙钛矿催化剂，其中所述第二非钙钛矿催化剂包含载量为约5-100g/ft3或10-60g/ft3，或载量在这些范围内的钯。在包含钯的催化剂组合的一个实施方案中，钙钛矿催化剂可以具有1-120g/L、1-80g/L、1-40g/L、1-20g/L的载量。
一个实施方案可以包括在催化氧化反应中，用具有通式为ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3的钙钛矿催化剂处理包括NOx的气体流以氧化该气体流中的氮氧化物。
在一个实施方案中，可以将用于氧化反应的通式为ABO3的钙钛矿催化剂负载在任意各种基材上，所述基材包括但不限于以下中的至少一种：反应器装填结构体和材料、珠、丸粒、流化床粉末或在气流中可悬浮的其它固体颗粒物质、流通式整料、壁流式整料、金属整料、陶瓷整料、金属或陶瓷制备的载体。
在一个实施方案中，用于氧化反应的通式为ABO3的钙钛矿催化剂可以不用基材进行负载，而是可以成形为具有任意各种构造的基材，所述构造包括但不限于平板、珠、丸粒或反应器填充材料形状。
在选定实施方案中，在还包括钙钛矿催化剂的催化剂组合中第二非钙钛矿催化剂的加入改进了钙钛矿催化剂功能。包含钙钛矿催化剂和非钙钛矿催化剂的催化剂组合可以使气体流中的CO或未燃烧的烃氧化。第二催化剂(例如但不限于铂或钯)的加入可以改善NO氧化并降低催化剂体系的低温结垢。包含钙钛矿催化剂和非钙钛矿催化剂的催化剂组合的使用可以改善NO氧化，并且与仅包括贵金属催化剂的体系相比使用更少的贵金属催化剂。在一个实施方案中，可以将催化剂组合结合(couple)或涂布在任意各种基材上或者可以将催化剂组合成形为基材。包含钙钛矿催化剂和非钙钛矿催化剂的催化剂组合可以用于处理任何气体流。
一个实施方案可以包括通式为ABO3的钙钛矿催化剂，其中A表示选自镧系的稀土金属和/或碱土金属(La、Sr、Ce、Ba、Pr、Nd或Gd)并且其中B表示过渡金属(Co、Ni、Cu、Zn、Cr、V、Pt、Pd、Rh、Ru、Ag、Au、Fe、Mn或Ti)。
但是如上所述，可以将钙钛矿催化剂提供在各种基材上，所述基材包括但不限于以下至少一种：反应器装填结构体和材料、珠、丸粒、流化床粉末或在气流中可悬浮的其它固体颗粒物质、流通式整料、壁流式整料、金属整料、陶瓷整料、金属或陶瓷制备的载体。
在一个实施方案中，可以将用于氧化反应的通式为ABO3的钙钛矿催化剂成形为任意各种构造的基材，所述构造包括但不限于平板、珠、丸粒、流通式或壁流式整料、或反应器填充材料形状。填充材料形状可以包括但不限于环状、鞍状、中空圆柱体或拉西环。
钙钛矿催化剂主要起到将一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO2)的作用。可以用于催化氧化反应器14的通式为ABO3的两种示例性钙钛矿催化剂包括LaCoO和LaMnO3。
在另一个示例性实施方案中，上述通式为ABO3的钙钛矿催化剂的催化性能可以通过用少量促进剂材料替代催化配方中元素A或元素B的一部分而得到增强。可以使用ABO3与ABB’O3或甚至AA’BB’O3的固溶体，其中A’表示替代部分A元素的促进剂材料，并且其中B’表示替代部分B元素的促进剂材料。
一种说明性的促进剂材料是锶(Sr)，示例性的配方是ASrBO3，其中A和B均如上所述。可以用于催化氧化反应器14的包括锶促进剂材料的两种示例性钙钛矿催化剂包括La1-xSrxCoO3和La1-xSrxMnO3。
实施例：
催化剂制备
La1-xSrxCoO3(x＝0、0.1、0.2、0.3)和La1-xSrxMnO3(x＝0、0.1)催化剂通过如下表1中所示的柠檬酸盐方法进行制备。在这类方法中，用一水合柠檬酸将合适量的La(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2溶液和Sr(NO3)2溶解在蒸馏水中。以约10重量％过量加入柠檬酸从而确保金属离子的全部络合。所用水的量为约46.2mL/g La(NO3)3·6H2O。将该溶液置于搅拌加热板上并搅拌1小时，然后在连续搅拌下加热到约80℃。
表1
  LaCoO3   La0.9Sr0.1CoO3   LaMnO3
  La(NO3)3·6H2O   17.61g   35.62g   27.60g
  Sr(NO3)2   -   1.93g   -
  Co(NO3)2·6H2O   11.84g   26.60g   -
  Mn(NO3)2   -   -   14.14g
  C6H8O7·H2O   15.67g   34.51g   24.56g
  去离子H2O   825ml   1820ml   1275ml
在制备期间，使水蒸发直到溶液变成粘性凝胶并且刚开始放出NO2气体。然后将该凝胶放置在设定在约90℃的烘箱中过夜。将所得海绵状(spongy)材料压碎并在静止空气中于约700℃下煅烧约5小时。使温度以每分钟约10℃的速率斜线上升。当温度达到恰好低于约300℃时，柠檬酸盐离子剧烈燃烧，从而产生温度的较大峰值(larger spike)和粉末置换。由于该原因，将所述粉末覆盖若干层ZrO2球(与用于球磨的相同)从而防止粉末置换，但是仍允许气体流动。在煅烧后，用约6.33mL水/g粉末来球磨所述粉末约24小时。然后，连续地搅拌浆料，并将约0.33mL的0.1M HNO3/g粉末和约5mL水/g粉末加入到该浆料中。所得刷涂溶液具有约0.114g催化剂/mL溶液的浓度。
将堇青石基材浸入刷涂溶液中并除去过量的液体，将湿基材水平地放置于设定在约200℃的烘箱中约30分钟。重复该工序直到获得所需载量。最后，用约100sccm的空气流，在约700℃下煅烧催化剂约5小时。
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，其包含以下的步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的产品；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
在另一个实施方案中，所述基材还包含贵金属催化剂。
在另一个实施方案中，所述基材还包含铂。
在一个实施方案中，所述基材不包括除钙钛矿催化剂外的催化剂。
在一个实施方案中，所述产品还可以包含NOx贮存材料。
本发明的一个实施方案包括一种方法，其包含以下的步骤：提供包含含有钙钛矿催化剂的基材，贮存在所述基材之中或之上的NOx，和在所述基材之中或之上的颗粒物质的颗粒过滤器；释放至少一些贮存的NOx并将释放的NOx氧化形成NO2，以及将该NO2与所述颗粒物质中的碳反应形成CO或CO2中的至少一种。
在一个实施方案中，颗粒过滤器位于内燃机废气系统中。
本发明的一个实施方案可以包括一种包含颗粒过滤器和NOx贮存材料的组合的产品，其中所述颗粒过滤器包含为捕集流入、流过或流经基材的气体流中的颗粒物质所构造和设置的基材，并且还包含在所述基材之内、上面或之上的NOx贮存材料，以及在所述基材之内、上面或之上的钙钛矿催化剂。
一些实施方案可以在可根据需要为捕集颗粒物质所构造和设置的产品中使用钙钛矿催化剂、NOx贮存材料、具有或不具有非钙钛矿催化剂的组合。这类实施方案可以用于处理气体流，所述气体流例如但不限于来自利用汽油、柴油或其它燃料的发动机的废气，来自化学车间或化学工艺设备的操作的气体，或来自化学实验室或医疗装置的气体。
本发明实施方案的上述描述本质上仅是示例性的，且因此，其变型不认作是违背本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种产品，其包含：
内燃机和废气处理系统，其中所述内燃机产生包含颗粒物质和NOx的废气，所述系统包含发动机和在该发动机下游的催化转化器；颗粒捕集器和NOx贮存部件的组合；颗粒过滤器包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，该颗粒过滤器构造和设置成使得来自内燃机废气的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在NOx贮存材料中。
2.如权利要求1中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料在相同层中。
3.如权利要求1中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在所述基材或产品的不同层或节段中。
4.一种产品，其包含颗粒捕集和NOx贮存部件的组合；颗粒过滤器包含钙钛矿催化剂和NOx贮存材料，所述颗粒过滤器构造和设置成使得来自内燃机废气的颗粒物质被捕获在所述颗粒过滤器中和NOx被贮存在NOx贮存材料中。
5.如权利要求4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料在相同层中。
6.如权利要求4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂和NOx贮存材料可以在所述基材或产品的不同层或节段中。
7.如权利要求4中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式ABO3、AA’BO3、ABB’O3或AA’BB’O3，其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属，并且其中B包含过渡金属。
8.如权利要求7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式AA’BO3；
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；以及
其中A’包含替代部分A的促进剂材料。
9.如权利要求7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式ABB’O3，
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；以及
其中B’包含替代部分B的促进剂材料。
10.如权利要求7中所述的产品，其中所述钙钛矿催化剂具有通式AA’BB’O3，
其中A包含选自镧系的稀土金属和/或碱土金属；
其中B包含过渡金属；
其中A’包含替代部分A的促进剂材料；以及
其中B’包含替代部分B的促进剂材料。
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