CN104368372A - 一种应用于前级三元催化器的催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于前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；所述的贵金属为硝酸钯、硝酸铑组成，所述硝酸钯和硝酸铑重量配比为14:1；所述的助催化剂为氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水、硝酸组成。本发明提供的应用于前级三元催化器的催化剂，对净化汽车冷启动时废气的具有优秀的净化效果。

Description

一种应用于前级三元催化器的催化剂

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化的催化剂领域，尤其是涉及用于汽车三元催化器前级的催化剂。

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，利用安装在排气系统的催化器可以将一氧化碳、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，是安装在汽车排气系统中较为重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害气体通过氧化和还原的作用转变为无害气体。其中，发动机通过排气管排气时，CO、HC、和NOx三种气体通过三元催化反应器中的三元催化剂时，增强了三种气体的活性，进行氧化----还原化学反应。其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在高温下氧化成水和(H2O)和CO2，NOx还原成氮气(N2)和(O2)，三种有害气体变成无害气体，使排气得以净化。

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。发动机冷启动时会产生的废气成分会与热启动后的废气成分存在不同，发动机冷启动(发动机空燃)时，废气中碳氢化合物或氮氧化合物含量较高；目前针对汽车两种阶段尾气的不同，将三元催化器分为前级和后级，三元催化器前级部分耦合在发动机排气歧管上，主要是用于处理冷启动产生尾气，前级三元催化器也需要不同于后级三元催化器的活性催化剂，应对尾气中污染化合物的不同；目前对于不同排量的汽车尾气，缺乏有效的应用于前级催化器的三元催化剂。

发明内容

本发明提出一种应用于前级三元催化器的催化剂，解决了目前缺乏有效的前级三元催化剂的问题，并主要应用于中等排量(如1.8L)汽车尾气的处理；同时本发明的前级三元催化剂能够处理尾气氮氢氧化物、碳氢化合物及一氧化碳等具有优秀的效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于前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；所述的贵金属为硝酸钯、硝酸铑组成，所述硝酸钯和硝酸铑重量配比为14:1；所述的助催化剂为氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水、硝酸组成。

进一步优选地，所述的助催化剂氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水、硝酸重量配比为1:0.4:0.1:4:0.07。

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600目载体。所述的蜂窝状载体规格为85*74.5，表明载体的直径为85mm(毫米)，高度为74.5mm(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NO_X(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，eZr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。

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。

本申请中，采用硝酸钯和硝酸铑作为主要的氧化还原剂，同时添加氧化铝等化合物的助催化剂，汽车冷启动时处于稀燃阶段，氮氧化合物被氧化硝酸盐，形成硝酸根的平衡，富燃条件下，硝酸盐分解；贵金属钯和铑催化氮氧化物等化合物；储氧材料氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石等提高贵金属钯和铑的氧化能力，单独使用的氧化铝(储氧材料)的储放氧功能使其负载的Rh更容易处于氧化态，氧化态的Rh和Pd催化氮氧化合物还原的活性较低，铈锆粉的复合储氧材料显著提高Rh催化还原氮氧化合物的活性；拟薄水铝孔容较大，有利于大分子化合物向催化剂颗粒内部扩散，高比表面积有利于活性金属的分散，提高催化剂的反应性能。助催化剂的加入硝酸(纯硝酸)，形成催化剂与氧化产物之间的硝酸根的动态平衡。助催化剂之间的比例也可以形成催化组分之间的动态平衡，储氧材料之间相互补充，提高助催化剂整体对贵金属辅助能力。硝酸钯和硝酸铑的比例为14/1，以钯为主导的催化贵金属，针对前级催化器中未充分燃烧的碳氢化合物进行处理；尤其针对中等排量的汽车尾气的处理，硝酸钯和硝酸铑之间的配比，再配合助催化剂之间配比，可以降低尾气中废气化合物的起燃温度；硝酸作为还原剂，浓硝酸平均每分子硝酸得到的电子数较少，浓硝酸的还原产物主要为二氧化氮等，硝酸可以作为尾气氮氧化合物氧化还原过程中的中间平衡物。

本发明提供的应用于前级三元催化器的催化剂，对净化汽车冷启动时废气的具有优秀的净化效果。

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1一种应用于前级三元催化器的催化剂

一种应用于前级三元催化器的催化剂，包括载体和活性材料，活性材料由贵金属和助催化剂组成；贵金属由硝酸钯、硝酸铑组成，硝酸钯和硝酸铑重量配比为14:1；

助催化剂由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水、硝酸组成；其中氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸的重量配比如下：1:0.4:0.1:4:0.07，其中，助催化剂和贵金属的重量比例为：(1～3)：(2～0.1)。其中，硝酸选用纯硝酸或发烟硝酸，可以选用默克公司(Merck)的发烟硝酸(浓度100％)；铈锆粉可以通过反相微乳法或共沉淀法制备铈锆粉，或购自公司；拟薄水铝石通过碱沉淀、酸沉淀或铝汞齐制备方法，或购自公司。

催化剂制备时，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2一种应用于前级三元催化器的催化剂

采用实施例1中，活性材料的贵金属和助催化剂的原料配比；载体选用600目的蜂窝状载体；载体的直径为85mm(毫米)，高度为74.5mm(毫米)。

将实施例1和实施例2，制备的前级三元催化剂，应用于华泰汽车公司的整车排放测试，整车排放测试按照ECE和EUDC循环进行，测试车辆发动机排量为1.8L，检测汽车冷启动阶段的尾气排放测试；排放测试结果如表1所示；

表1

参照表1，实施例1和实施例2制备的前级三元催化剂对冷启动尾气(碳氢化合物较多)处理时，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国家标准，并远远低于其标准，表现实施例1和实施例2中制备的前级三元催化剂具有优秀的净化尾气的效果。

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 (5)

1.一种应用于前级三元催化器的催化剂，包括载体和活性材料，其特征是：所述的活性材料由贵金属和助催化剂组成；所述的贵金属为硝酸钯、硝酸铑组成，所述硝酸钯和硝酸铑重量配比为14:1；所述的助催化剂由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水、硝酸组成。

2.如权利要求1所述的一种应用于前级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的助催化剂氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水和硝酸重量配比为1:0.4:0.1:4:0.07。

3.如权利要求1或2所述的一种应用于前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。

4.如权利要求3所述的一种应用于前级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的蜂窝状载体为600目载体。

5.如权利要求4所述的一种应用于前级三元催化器的催化剂，其特征是：所述的蜂窝状载体规格为85*74.5。