CN104588013A - 一种汽车三元催化剂 - Google Patents

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

本发明提出了一种汽车三元催化剂，包括前级催化剂和后级催化剂，所述的前级催化剂包括载体和前级活性材料，所述的前级活性材料由贵金属I和助催化剂I组成；所述的后级催化剂包括载体和后级活性物质，所述的后级活性物质由贵金属II和助催化剂II组成；本申请中提供的三元催化剂，包括前级三元催化剂和后级三元催化剂，对中排量汽车尾气具有优秀的处理效果，较传统催化剂，CO转换率提高4.6％，NOx转换率提高1.3％，HC转换率提高5％。

Description

一种汽车三元催化剂
技术领域
本发明属于汽车尾气处理领域，尤其是涉及具有前级和后级三元催化器汽车的催化剂。
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剂可以将一氧化碳、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，目前这催化剂通常为三元催化剂。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。
三元催化器，安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物经氧化或还原作用完成净化处理。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的催化剂增强一氧化碳、氮气氧化物和碳氢化合物的活性，促进其进行一定的氧化还原的化学反应；但是高温尾气会降低贵金属的活性。目前，汽车催化器包括前级三元催化器(前级三元催化总成)和后级三元催化器(后级三元催化总成)，前级三元催化器位于后级三元催化器的前边(前级更加靠近发动机)；前级三元催化器主要针对于发动机冷启动下尾气的处理，同时也兼有处理发动机启动预热后的尾气处理；后级三元催化器主要是用于后级的尾气处理。汽车发动机冷启动时，废气中碳氢化合物及氮氧化合物含量较高，需要特制的前级三元催化剂；另外，目前的针对中排量汽车的催化剂(排量2.0L)，贵金属铑的使用不合理，存在使用过量的问题，原材料成本较高，这需要用于中排量汽车同时兼具有效尾气处理效果的催化剂。
发明内容
本发明提出的一种汽车三元催化剂，解决现有汽车前级和后级催化剂中，贵金属使用不合理，原材料成本较高的问题，同时处理尾气中有毒化合物效果优秀。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种汽车三元催化剂，包括前级催化剂和后级催化剂，
所述的前级催化剂包括载体和前级活性材料，所述的前级活性材料由贵金属I和助催化剂I组成，所述的贵金属I为钯和铑组成，贵金属I的钯和铑的重量配比为26.2:1，所述的助催化剂I由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水组成；
所述的后级催化剂包括载体和后级活性物质，所述的后级活性物质由贵金属II和助催化剂II组成，所述的贵金属II为钯和铑组成，贵金属II的钯和铑的重量配比为5:1，所述的助催化剂II由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水组成。
进一步优选地，所述的助催化剂I的氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水的重量配比为1:0.52:0.13:2.71。
进一步优选地，所述的助催化剂II的氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水的重量配比为1:0.52:0.12:2.75。
进一步优选地，所述的载体为蜂窝状载体。所述的前级催化剂载体规格为118.4*63.5；所述后级催化剂载体规格为118.4*91；表明前级催化剂载体规格为直径为118.4mm(毫米)，高度为63.4mm(毫米)，后级催化剂载体规格的高度为118.4mm(毫米)，高度为91mm(毫米)。
其中，贵金属I和助催化剂I应用于前级催化剂，贵金属II和助催化剂II应用于后级催化剂。前级催化剂和后级催化剂结构相同，两者采用的活性物质不同。
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
2 NO+2CO＝N2+2CO2
10 NO+4HC＝5N2+2H2O+4CO2。
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，前级三元催化剂选用贵金属钯和铑，钯占有的比例较高，主要是用于处理发动机冷启动时产生的过多的碳氢氧化物和氮氧化合物，贵金属铑主要处理发发动机产生的氮氧化合物。后级三元催化剂也选用贵金属钯和铑，钯和铑之间协同平衡提高后级三元催化剂处理尾气有毒化合物的效率。助催化剂I中选用氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水，储氧材料之前相互平衡，加上拟薄水铝石增加助催化剂I的表面间隙，使前级催化剂I有效辅助提高贵金属的效果；助催化剂II中也选用氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水，但是组分配比中，拟薄水铝石和去离子水与助催化剂I不同，因为前级三元催化剂和后级三元催化剂处理的尾气不同，助催化剂的比例也会不同，去离子水的变化时，会引起助催化剂之间平衡不同；助催化剂II组分之间也会形成一个平衡整体，有效提高后级三元催化剂的处理效果；前级三元催化剂和后级三元催化剂之间相互补充，组成成处理中排量汽车的整体尾气催化剂。
本申请中提供的三元催化剂，包括前级三元催化剂和后级三元催化剂，对中排量汽车尾气具有优秀的处理效果，较传统催化剂，CO转换率提高4.6％，NOx转换率提高1.3％，HC转换率提高5％。
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 一种汽车三元催化剂
具体针对中等排量(2.0L)的汽车，汽车三元催化器采用具有前级和后级的催化器。
一种汽车三元催化剂，包括分别应用于前级和后级催化器的前级催化剂和后级催化剂；其中，前级催化剂包括载体和前级活性材料，前级活性材料由贵金属I和助催化剂I组成，贵金属I为钯和铑组成，贵金属的钯和铑的重量配比为26.2:1，助催化剂I的原料重量配比如下：氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水的配比为1:0.52:0.13:2.71。
后级催化剂包括载体和后级活性物质，后级活性物质由贵金属II和助催化剂II组成，贵金属II为钯和铑组成，贵金属的钯和铑的重量配比为5:1，助催化剂II的重量配比如下：氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、去离子水的配比为1:0.52:0.12:2.75。助催化剂(I和II)和贵金属(I和II)的重量比例为：(1～3)：(2～0.1)。
前级三元催化剂和后级三元催化剂的分别进行制备，制备方法如下：
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 一种汽车三元催化剂
制备方法和原料配比与实施例1中记载内容相同，区别在于，前级催化剂和后级催化剂采用蜂窝状载体。所述的前级催化剂载体规格为118.4*63.5；所述后级催化剂载体规格为118.4*91。
将实施例1和实施例2制备的汽车三元催化剂进行尾气检测，应用于华泰汽车公司的整车排放测试，检测车型为华泰B11(排气量2.0L)，整车测试采用ECE和EUDC的检测模式，检测结果如表1所示；
表1
参照表1所示，实施例1和实施例2中制备的汽车三元催化剂进行汽车尾气处理，其中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，并且CO转换率提高4.6％，NOx转换率提高1.3％，HC转换率提高5％，表明实施例1和实施例2制备的汽车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)

1.一种汽车三元催化剂，包括前级催化剂和后级催化剂，其特征是：
所述的前级催化剂包括载体和前级活性材料，所述的前级活性材料由贵金属I和助催化剂I组成，所述的贵金属I为钯和铑组成，贵金属I的钯和铑的重量配比为26.2:1，所述的助催化剂I由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水组成；
所述的后级催化剂包括载体和后级活性物质，所述的后级活性物质由贵金属II和助催化剂II组成，所述的贵金属II为钯和铑组成，贵金属II的钯和铑的重量配比为5:1，所述的助催化剂II由氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水组成。
2.如权利要求1所述的汽车三元催化剂，其特征是：所述的助催化剂I的氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水的重量配比为1:0.52:0.13:2.71。
3.如权利要求1或2所述的汽车三元催化剂，其特征是：所述的助催化剂II的氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石和去离子水的重量配比为1:0.52:0.12:2.75。
4.如权利要求3任一项所述的汽车三元催化剂，其特征是：所述的载体为蜂窝状载体。
5.如权利要求4所述的汽车三元催化剂，其特征是：所述的前级催化剂载体规格为118.4*63.5；所述后级催化剂载体规格为118.4*91。
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