CN107206316B - 排气净化催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能够实现高净化性能同时抑制H2S排放的排气净化催化剂。该目的通过以下所述的排气净化催化剂来实现，其中催化剂涂层的顶层包含具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈‑氧化锆复合氧化物，其中，所述氧化铈‑氧化锆复合氧化物包含相对于阳离子总量0.5摩尔％至5.0摩尔％的选自镨、镧和钇中的至少一种另外元素，并且(铈+另外元素):(锆)的摩尔比在43:57至48:52的范围内。

Description

排气净化催化剂
技术领域
本发明涉及一种排气净化催化剂。更具体而言，本发明涉及一种具有多个催化剂涂层的排气净化催化剂，其中顶层包括含预定的另外元素的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物。
背景技术
从如汽车发动机的内燃机中排放的排气包含有害气体，如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)以及未燃烧的碳氢化合物(HC)。能分解这些有害气体的排气净化催化剂(即，所谓的三元催化剂)包括氧化铈-氧化锆复合氧化物等作为具有储氧能力(OSC)的助催化剂。具有储氧能力的材料(OSC材料)通过吸附/释放氧从而控制微空间内的空燃比(A/F)而具有抑制由排气组成变化引起的净化率降低的效果。
为了提高排气净化催化剂的净化性能，要求OSC材料长期具有期望的氧吸附/释放速率来响应由A/F比变化引起的气氛突然变化以及期望的储氧容量来保持氧吸附/释放能力。针对该要求，例如，专利文献1提出了即使在耐久试验后仍具有高的NOx净化能力的排气净化催化剂，其包含不负载贵金属并且具有烧绿石相型规则阵列结构的第一储氧材料；以及具有比所述第一储氧材料更高的储氧速率以及更低的储氧容量的第二储氧材料，其中在所述第二储氧材料上负载有铂族贵金属。
同时，例如，鉴于NOx储存-还原排气净化催化剂中由于金属的固溶体形成引起的催化活性问题性劣化，已提出具有分别单独包含Pt和Rh的两个催化剂层(即，上层和下层)的催化剂，所述NOx储存-还原排气净化催化剂在氧气过量的稀薄气氛中储存NOx，并通过将排气气氛变为可还原组分过量的化学计量气氛或浓气氛来释放所储存的NOx，并利用贵金属的还原效应使NOx与如HC和CO的可还原组分反应来净化NOx(专利文献2和3)。
引用列表
专利文献
PTL 1：JP专利公开(公开)第2012-024701A号
PTL 2：专利文献2：JP专利公开(公开)第2010-201284A号
PTL 3：专利文献3：JP专利公开(公开)第2009-285604A号
发明内容
技术问题
即使如汽油的燃料的硫组分的量少于常规的燃料中其含量，但其仍含有少量的硫组分。通常，燃料中的硫组分被排气净化催化剂转化为二氧化硫并排放。然而，当排气气氛变为富含HC、CO等的还原气氛时，排气中的二氧化硫被还原成硫化氢(H2S)而被排放。此外，由于OSC材料(如氧化铈)易于吸附氧化硫，因此对氧吸附/释放能力的提高和H2S排放的抑制是相互排斥的方面。由于即使微量的H2S也具有臭味，优选地尽可能抑制H2S的排放。然而，使用常规材料很难同时实现高的氧吸附/释放能力以及对H2S排放的抑制。本发明的目的是提供一种具有高净化性能同时抑制H2S排放的排气净化催化剂。
解决问题的方案
本发明人对上述问题进行研究并发现可通过在催化剂涂层的顶层中使用新开发的含预定的另外元素的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物作为OSC材料，提供实现高净化性能同时抑制H2S排放的排气净化催化剂。将本发明总结如下。
(1)一种排气净化催化剂，其包括基材和在所述基材上形成的催化剂涂层，其中
所述催化剂涂层至少具有下层和上层，其中所述上层在所述下层上形成并与流入所述催化剂的排气直接接触，
所述下层包括载体以及由所述载体负载的第一贵金属催化剂，其中所述第一贵金属催化剂至少包含Pt或Pd，
所述上层包括载体、由所述载体负载的第二贵金属催化剂以及具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物，其中所述第二贵金属催化剂至少包含Rh，
其中所述氧化铈-氧化锆复合氧化物包含相对于阳离子总量0.5摩尔％至5.0摩尔％的选自镨、镧和钇中的至少一种另外元素，并且(铈+另外元素):(锆)的摩尔比在43:57至48:52的范围内。
(2)根据(1)所述的排气净化催化剂，其中，在所述氧化铈-氧化锆复合氧化物中包含的所述另外元素是镨。
(3)根据(1)或(2)所述的排气净化催化剂，其中，所述上层以相对于所述基材体积1g/L至20g/L范围内的量包含所述氧化铈-氧化锆复合氧化物。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的排气净化催化剂，其中所述催化剂涂层具有：
在所述排气净化催化剂的上游侧端未形成所述上层的一部分；以及
在所述排气净化催化剂的下游侧端未形成所述下层的另一部分。
(5)根据(4)所述的排气净化催化剂，其中，
所述下层是在自所述排气净化催化剂的所述上游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成，并且
所述上层是在自所述排气净化催化剂的所述下游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成。
发明的有益效果
根据本发明的排气净化催化剂，将包含预定的另外元素的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物用于催化剂涂层的顶层。这使得氧吸附/释放能力以及H2S排放的抑制(本来相互排斥的方面)均得到改善，由此使得即使在相对低的温度下也可实现高的净化性能同时抑制H2S排放。
本说明书并入了日本专利申请第2014-251878号(本申请要求其优先权)的说明书的内容。
附图说明
[图1]图1示意性地示出了在一个实施方式中本发明的排气净化催化剂的催化剂涂层的截面图。
[图2]图2为示出将添加了Pr的烧绿石ZC加到下层的情形与将其加到上层的情形之间的效果差异的图表。
[图3]图3为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与A/F比变化时的NOx净化率之间的关系的图。
[图4]图4为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与H2S排放量之间的关系的图。
[图5]图5为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与A/F比稳定且浓时的NOx净化率之间的关系的图。
[图6]图6为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与压力损失之间的关系的图。
具体实施方式
本发明的排气净化催化剂包括基材以及在所述基材上形成的催化剂涂层，其中所述催化剂涂层至少具有下层以及在所述下层上形成的上层，并且所述上层包括：包含选自镨(Pr)、镧(La)和钇(Y)中的至少一种另外元素并具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物。所述催化剂涂层至少由两层构成，即，上层和下层；然而，必要时，其可由三层以上的层构成。
(在所述催化剂涂层的所述上层中包含的氧化铈-氧化锆复合氧化物)
在本发明的排气净化催化剂的催化剂涂层的所述上层(如果所述催化剂涂层具有三层以上的层，则是顶层)中包含的氧化铈-氧化锆复合氧化物的特征在于，其具有烧绿石型规则阵列结构并以相对于阳离子总量0.5摩尔％至5.0摩尔％，更优选1.0摩尔％至3.0摩尔％包含选自镨、镧和钇中的至少一种另外元素，并且(铈+另外元素):(锆)的摩尔比在43:57至48:52的范围内。
所述氧化铈-氧化锆复合氧化物是一种由本发明人开发的新型OSC材料。其特征在于抑制热引起的劣化并且可在低至大约400℃的温度下发挥充分的氧吸附/释放能力。其进一步的特征在于在氧吸附/释放速率相对低的同时氧吸附/释放容量大，并且比表面积和体积密度均很小。关于所述氧化铈-氧化锆复合氧化物的比表面积，使用BET等温吸附式由吸附等温线计算的BET比表面积优选在0.1m2/g至2m2/g，特别是在0.2m2/g至1m2/g的范围内。
通常，氧化铈-氧化锆复合氧化物“具有烧绿石型规则阵列结构”的表述是指形成了由铈离子和锆离子构成的具有烧绿石型规则阵列的晶相(烧绿石相)。所述烧绿石相的阵列结构可在采用CuKα射线得到的X-射线衍射图案中以14.5°、28°、37°、44.5°以及51°位置处的2θ角峰得到确认。本文中使用的术语“峰”指的是具有自基线到峰顶30cps以上高度的峰。此外，当获得衍射线强度时，用各个衍射线强度的值减去作为背景的θ＝10°至12°的平均衍射线强度来进行计算。
在具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物中，具有烧绿石型规则阵列结构的晶相的含量比(由X-射线衍射图案的峰强比来计算)优选为整个晶相的50％以上，特别是80％以上。用于制备具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物的方法对本领域的技术人员来说是已知的。
氧化铈-氧化锆复合氧化物的所述烧绿石相(Ce2Zr2O7)具有氧缺陷位点。当氧原子进入所述位点时，所述烧绿石相变为κ相(Ce2Zr2O8)。同时，所述κ相可通过释放所述氧原子变为烧绿石相。氧化铈-氧化锆复合氧化物的储氧能力归因于造成氧吸附/释放的所述烧绿石相和所述κ相之间的相互相变。
在采用CuKα射线的氧化铈-氧化锆复合氧化物晶相的X-射线衍射(XRD)测量中，2θ＝14.5°的衍射线衍生自规则相(κ相)的(111)面，而2θ＝29°的衍射线是衍生自规则相的(222)面的衍射线以及衍生自不具有烧绿石相的氧化铈-氧化锆固溶体的(111)面的衍射线的重叠。因此，可用两条衍射线的强度比I(14/29)值作为表明所述规则相的丰度比的指数。此外，由于2θ＝28.5°的衍射线衍生自CeO2自身的(111)面，因此可将2θ＝28.5°的衍射线和2θ＝29°的衍射线的强度比I(28/29)值用作表明CeO2与所述复合氧化物相分离度的指数。本文中，基于κ相的PDF卡(PDF2:01-070-4048)和烧绿石相的PDF卡(PDF2:01-075-2694)，完整的κ相和完整的烧绿石相的I(14/29)值分别计算为0.04和0.05。
如下对本发明中使用的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物由于包含选自镨、镧和钇中的至少一种另外元素而具有以上性质的原因进行假设。在镨的情形中，由于由式：Pr6O11→3Pr2O3+O2表示的还原反应的ΔG(吉布斯自由能)为负，很可能发生由式：2CeO2→Ce2O3+0.5O2表示的ΔG为正的CeO2的还原反应。在镧和钇的情形中，由于它们3价态稳定，根据电荷补偿原理它们稳定了晶内氧缺陷。
关于耐久性，在本发明中使用的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物特征在于，当在1100℃的空气中加热5小时时，通过采用CuKα射线的X-射线衍射测量所得到的I(14/29)和I(28/29)值分别为0.02以上以及0.08以下。
(所述催化剂涂层的下层)
本发明的排气净化催化剂的催化剂涂层的下层包含Pt或Pd作为第一贵金属催化剂。所述第一贵金属催化剂可以仅为Pt或仅为Pd，或仅为Pt和Pd的混合物。Pt和Pd主要通过氧化CO和HC来净化。所述第一贵金属催化剂被负载在载体上并以该形式被包含。所述载体不受特别限制。所述载体的实例包括通常被用作催化剂载体的任意金属氧化物，例如，氧化铝(Al2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)和氧化钛(TiO2)，以及它们的任意组合。优选将氧化铝用作在所述催化剂涂层的下层中含Pt或Pd的第一贵金属催化剂的载体。氧化铝载体可以是添加了氧化镧(添加了镧氧化物)的氧化铝载体。
所述催化剂涂层的下层优选地包括氧化铈-氧化锆复合氧化物，特别优选具有相对于氧化铈而言更大的氧化锆含量的氧化铈-氧化锆复合氧化物(ZC)作为OSC材料。此处所用的表述“相对于氧化铈而言更大的氧化锆含量”是指在复合氧化物中包含的氧化锆的重量比大于在所述复合氧化物中包含的氧化铈的重量比。关于所述丰度比，在所述ZC材料中氧化铈:氧化锆的重量比优选在1:1.1至1:5，特别在1:1.5至1:3的范围内。所述ZC材料的特征在于其氧吸附/释放效率大于CZ材料的氧吸附/释放效率，因此其不太可能影响贵金属的活性。
(所述催化剂涂层的上层)
在本发明的排气净化催化剂中，所述催化剂涂层的上层包含Rh作为第二贵金属催化剂，并且其可进一步包含Pt或Pd。第二贵金属催化剂可以仅是Rh、仅Rh和Pt的混合物、仅Rh和Pd的混合物，或仅Rh、Pt和Pd的混合物。Rh主要用于NOx的还原和净化。如在所述下层的情形中，第二贵金属催化剂被负载在载体上。可使用的载体的实例包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)以及它们的任意组合。作为用于所述催化剂涂层的上层中含Rh的第二贵金属催化剂的载体，优选的是由于比热低而容易被加热的氧化锆，并且特别优选的是不含氧化铈的氧化锆，因为其防止氧化硫的吸附。此外，除了所述载体以外，可通过将具有高热稳定性的氧化铝混进所述催化剂涂层中以改善所述催化剂涂层的耐久性。
如上所述，所述催化剂涂层的上层包括含选自镨(Pr)、镧(La)和钇(Y)中的至少一种另外元素并且具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物。为了使所述氧化铈-氧化锆复合氧化物充分发挥其性质，所述氧化铈-氧化锆复合氧化物相对基材体积优选以1g/L以上，特别优选2g/L以上，并且更优选4g/L以上的量存在于所述催化剂涂层的上层。由于与流入催化剂的排气直接接触的上层包含所述氧化铈-氧化锆复合氧化物，这有助于所述氧化铈-氧化锆复合氧化物发挥其性质。如上所述，在本发明中使用的氧化铈-氧化锆复合氧化物具有小的比表面积，因此其不太可能吸附氧化硫。因此，这有助于减少H2S的产生量。就对NOx等的净化力(其与所述氧化铈-氧化锆复合氧化物的含量成比例提高)与催化转化剂中的压力损失以及H2S排放量(其与所述氧化铈-氧化锆复合氧化物的含量成比例增加)之间的平衡而言，所述氧化铈-氧化锆复合氧化物相对基材体积优选以20g/L以下，特别优选以16g/L以下，并且更优选以12g/L以下的量存在于所述催化剂涂层的上层。通常，所述氧化铈-氧化锆复合氧化物相对基材体积优选以1g/L至20g/L的量存在于所述催化剂涂层的上层。
(基材和催化剂涂层)
用于本发明的排气净化催化剂的基材不受到特别限制，并且可将常用的具有很多小室的蜂窝结构的材料用作该基材。该材料的实例包括：具有热稳定性的陶瓷材料，如堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、氧化铝、氧化锆和碳化硅；以及金属箔形式的金属材料，如不锈钢。可通过熟知的方法在基材上形成催化剂涂层，所述方法例如包括，将在蒸馏水中悬浮材料而制备的浆料和粘合剂倒入基材中并使用吹风机吹除不需要的污点部分。
如图1所示，在本发明的排气净化催化剂中，优选的是所述催化剂涂层具有在排气流的上游侧(Fr侧)的排气净化催化剂的一端未形成所述上层的一部分以及在排气流的下游侧(Rr侧)的排气净化催化剂的另一端未形成所述下层的另一部分。通过在排气流的上游侧上设置未形成所述上层的部分，可以通过含Pt以及Pd作为第一贵金属催化剂的下层促进对排气中的HC和CO的氧化和净化。在所述上游侧的HC和CO的氧化和净化的结果是，可以避免还原气氛产生，该还原气氛会造成排气中的二氧化硫变为硫化氢(H2S)，由此可以抑制H2S的产生。此外，通过在排气流的下游侧上设置未形成所述下层的部分，可以减少上面容易堆积硫的催化剂的下游侧上涂层的量，由此可进一步抑制H2S的产生。优选形成所述下层以使得其区域自所述排气净化催化剂的上游侧端起具有占所述基材全长75％至85％，特别是78％至82％的长度(图1中的“a”)，并且优选形成所述上层以使得其区域自所述排气净化催化剂的下游侧端起具有占所述基材全长75％至85％，特别是78％至82％的长度(图1中的“b”)。
(本发明的排气净化催化剂的性质)
在近几年广泛使用的结合启动催化剂(S/C，也被称为启动转化剂)和底置催化剂(UF/C，也被称为底置转化剂或底置式催化剂)的双催化剂体系中，本发明的排气净化催化剂特别适合被用作UF/C。在该双催化剂体系中，S/C靠近内燃机安装因此暴露在高温排气中。同时，由于UF/C设置在S/C的下游，其中进入的排气浓度低并且温度相对低，常规的OSC材料(如，烧绿石型ZC材料)不能充分发挥氧吸附/释放作用。此外，如果S/C由于劣化或损坏而变得不能充分作用，则需要UF/C自身发挥充分的排气净化能力。本发明的排气净化催化剂在所述催化剂涂层的上层包括含预定的另外元素的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物，由此充分利用所述氧化铈-氧化锆复合氧化物即使在低温下也发挥充分的储氧能力以及抑制H2S产生的性质。本发明的排气净化催化剂由此同时实现储氧能力以及H2S气味的减少，这本来是相互排斥的方面。而且，由于本发明的排气净化催化剂具有热稳定性，其特别优选被用作UF/C。
实施例
参照以下实施例更详细地解释本发明。然而，本发明不限于这些实施例。
1.添加了Pr的烧绿石ZC的制备
首先，将以下组分以1.2倍中和当量的量添加到1217g的含氨的水溶液中得到共沉物：442g的硝酸铈水溶液(就CeO2来讲按质量计28％)、590g的硝酸氧锆水溶液(就ZrO2来讲按质量计18％)、100g含硝酸镨(对应1.2g的Pr6O11的量)的水溶液以及197g的含过氧化氢(对应所含铈的摩尔量1.1倍的量)的水溶液。将得到的共沉物离心并用离子交换水洗涤。将得到的共沉物在110℃下干燥10小时以上并使其在400℃下空气中烧结5小时。由此，得到含铈、锆和镨的固溶体(CeO2-ZrO2-Pr6O11固溶体)。用粉碎机(产品名称：Wonder-Blender；ASONE公司)粉碎所得到的固溶体，使其在筛分后具有等于或小于75μm的粒径，得到氧化铈-氧化锆-镨固溶体粉末。
接下来，将20g得到的固溶体粉末装进聚乙烯袋(体积：0.05L)中，对所述袋脱气，并且热封所述袋的开口。随后，使用冷等静压机(产品名称：CK4-22-60，Nikkiso有限公司)在2000kgf/cm2的压力(成型压力)下使所述袋经受冷等静压(CIP)1分钟以成型，得到所述氧化铈-氧化锆-镨固溶体粉末的成型制品。所述成型制品的尺寸和重量如下：长度：4cm；宽度：4cm；平均厚度：7mm；以及重量：大约20g。
接下来，将得到的成型制品(2片)放置在装有70g活性炭的坩埚(内部体积：直径8cm，高度7cm)内。用盖封闭所述坩埚并将其放置在高速加热电炉中，之后在1小时的升温期内加热至1000℃并在4小时的升温期内加热至1700℃(还原处理温度)。将温度保持5小时。然后，在4小时的冷却期内将温度降至1000℃然后通过自然散热使其冷却至室温。将得到的还原处理制品在500℃下空气中加热5小时氧化以得到铈:锆:镨的含量比(摩尔比)为45:54:1的添加了镨的烧绿石型氧化铈-氧化锆复合氧化物(添加了Pr的烧绿石ZC)。通过筛分将得到的添加了Pr的烧绿石ZC粉碎至75μm以下的粒径。
将得到的添加了Pr的烧绿石ZC在1100℃下空气中加热5小时(高温耐久性试验)。然后，为了确认是否该烧绿石结构得以保持，用X-射线衍射分析处理过的添加了Pr的烧绿石ZC的晶相。使用X-射线衍射仪(产品名称：RINT-2100；Rigaku公司)在以下条件下测量X射线衍射图案以得到I(14/29)和I(28/29)值：CuKα射线：40KV；30mA；2θ＝2°/分钟。
制备具有不同铈:锆:镨的摩尔比的添加了Pr的烧绿石ZC的样品A至E并使它们经历高温耐久性试验，然后按照上述方式测量X射线衍射图案以得到I(14/29)和I(28/29)值。在表1中总结这些结果。
[表1]
Figure BDA0001311854700000081
2.催化剂的制备
(1)对比实施例1：不含添加了Pr的烧绿石ZC的双层催化剂
(a)Pt下层(Pt(0.2)/Al2O3(25)+ZC(30))
通过浸渍法使用含La2O3(按质量计1％)的Al2O3载体和硝酸铂来制备由Al2O3负载的Pt材料(材料1)。接下来，将材料1、将具有46:54的铈:锆摩尔比的氧化铈-氧化锆复合氧化物(ZC)以及Al2O3粘合剂在搅拌悬浮下添加到蒸馏水中，得到浆料1。
将浆料1倒入蜂窝结构的堇青石基材中以涂布基材壁表面，然后使用吹风机吹除浆料1不需要的部分。从排气流的上游侧(Fr侧)开始涂布使得在自所述上游侧端起区域长度在所述基材全长的80％以内的区域上形成涂层(参见图1，a＝80％)。控制所述涂布使得相对于所述基材的体积，在所述涂层中的材料1以及ZC的含量分别为25g/L(Pt：0.2g/L)以及30g/L。涂布之后，使用烘干机在120℃下去除水分2小时，并使生成物在电炉内500℃下烧结2小时。
(b)Rh上层(Rh(0.12)/ZrO2(40)+Al2O3(20))
通过浸渍法使用ZrO2载体和硝酸铑来制备由ZrO2负载的Rh/ZrO2材料(材料2)。接下来，将材料2、Al2O3以及Al2O3粘合剂在搅拌悬浮下添加到蒸馏水中，得到浆料2。
将浆料2倒入蜂窝结构的基材中，其中，根据以上(a)形成涂层，然后使用吹风机吹除浆料2的不需要的部分。从排气流的下游侧(Rr侧)开始涂布使得在自所述下游侧端起所述基材全长的80％以内的区域上形成涂层(参见图1，b＝80％)。控制所述涂布使得相对于所述基材的体积在所述涂层中的材料2和Al2O3的含量分别为40g/L(Rh：0.12g/L)以及20g/L。涂布之后，使用烘干机在120℃下除去水分2小时，并使生成物在电炉内500℃下烧结2小时。
(2)实施例1至5
除了在制备浆料2时进一步加入添加了Pr的烧绿石ZC以外，以对比实施例1中所述的方式制备催化剂。相对于所述基材的体积，在实施例1、2、3、4和5中分别将涂层中添加了Pr的烧绿石ZC的含量调整为4g/L、8g/L、12g/L、16g/L以及20g/L。
(3)对比实施例2
除了在制备浆料1时进一步加入铈:锆:镨摩尔比为45:54:1(表1，A)的添加了Pr的烧绿石ZC以外，以对比实施例1中所述的方式制备催化剂。相对于所述基材的体积，将涂层中的添加了Pr的烧绿石ZC的含量调整为4g/L。
(4)对比实施例3至6
除了在制备浆料2时加入铈:锆摩尔比为46:54的氧化铈-氧化锆复合氧化物(ZC)以外，以对比实施例1中所述的方式制备催化剂。相对于所述基材的体积，在对比实施例3、4、5和6中分别将涂层中ZC含量调整为8g/L、12g/L、16g/L以及20g/L。
表2列出了实施例1至5以及对比实施例1至6中催化剂的下层和上层的组成。
[表2]
Figure BDA0001311854700000101
3.评价
(1)耐久性试验
将各个催化剂附着到V-型8缸汽油发动机(4.3L)的排气系统并使其在950℃的催化床温度下经历50小时的耐久性试验，条件包括在1分钟内转换反馈、断油、浓和稀。
(2)A/F比变化时的NOx净化率的评价
在设有劣化的S/C(Pd/Rh催化剂)的实际发动机中将经历耐久性试验的各个催化剂安装为UF/C。将进气温度设置为400℃。测量造成进气气氛的A/F在浓区和稀区之间(14.0-15.0)周期性摆动时的NOx的排放量。
(3)加速期间H2S排放量的评价
在供给具有高硫含量燃料的发动机中安装各个催化剂使得所述催化剂吸附硫。接下来，测量发动机加速期间硫化氢的排放量。评价是基于相对于其中未加入添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC的对比实施例1中水平的比率。
(4)A/F比稳定且浓时的NOx净化率的评价
在设有质量下降的S/C的实际发动机中将经历耐久性试验的各个催化剂安装为UF/C。将进气温度设置为400℃。测量进气气氛的A/F保持在浓状态时的NOx排放量以计算净化率。
(5)压力损失的评价
测量在以恒定的流速(6m3/分钟)将空气引入各个催化剂时的压力损失(对应25℃下的值)并评价相对于对比实施例1的值的压力损失百分比。
4.结果
图2为示出将添加了Pr的烧绿石ZC加到下层的情形与将其加到上层的情形之间的差异比较的图表。除了将涂层中的添加了Pr的烧绿石ZC的含量设置为5g/L以外，分别以实施例1以及对比实施例2中所述的方式制备实施例1a和对比实施例2a的催化剂。发现仅在将添加了Pr的烧绿石ZC加到上层时NOx净化率得到提高。设想这是因为，由于被S/C净化的气体流入UF/C中并且流入UF/C中的气体浓度低，向更可能与所述气体反应的上层加入添加了Pr的烧绿石ZC更加有效。
图3为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与A/F比变化时的NOx净化率之间的关系的图。当加入常规ZC材料时，即使加入特定量或更多的该材料，NOx净化率也没有变化。同时，当加入添加了Pr的烧绿石ZC时，NOx净化率随着加入量成比例提高。
图4为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与H2S排放量之间的关系的图。当添加常规ZC材料时，H2S排放量随着加入量成比例增加。同时，当加入添加了Pr的烧绿石ZC时，虽然H2S排放量随着加入量的增加趋于增加；然而，增加的H2S排放量远远少于常规ZC材料的情形中增加的H2S排放量。
图5为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与A/F比稳定且浓时的NOx净化率之间的关系的图。当加入常规ZC材料时，NOx净化率趋于响应于所述添加而降低。同时，当加入添加了Pr的烧绿石ZC时，至少在当加入量为12g/L以下时没有观察到该趋势。
图6为示出添加了Pr的烧绿石ZC或常规ZC材料的加入量与压力损失之间的关系的图。当加入常规ZC材料时，压力损失的程度随着加入量成比例增加。同时，当加入添加了Pr的烧绿石ZC时，虽然压力损失的程度随着加入量的增加趋于增加；然而，压力损失增加的程度远远小于常规ZC材料情形中压力损失增加的程度。
在本说明书中引用的所有参考文献，包括公开、专利或专利申请以其全部内容通过引用并入本文。

Claims (5)

1.一种排气净化催化剂，其包括基材和在所述基材上形成的催化剂涂层，其中
所述催化剂涂层至少具有下层和上层，其中所述上层在所述下层上形成并与流入所述排气净化催化剂的排气直接接触，
所述下层包括第一载体以及由所述第一载体负载的第一贵金属催化剂，其中所述第一贵金属催化剂至少包含Pt或Pd，
所述上层包括第二载体、由所述第二载体负载的第二贵金属催化剂以及具有烧绿石型规则阵列结构的氧化铈-氧化锆复合氧化物，其中所述第二贵金属催化剂至少包含Rh，
其中所述氧化铈-氧化锆复合氧化物包含相对于阳离子总量0.5摩尔％至5.0摩尔％的选自镨、镧和钇中的至少一种另外元素，并且(铈+另外元素):(锆)的摩尔比在43:57至48:52的范围内，并且
其中，所述催化剂涂层具有：
在所述排气净化催化剂的上游侧端未形成所述上层的一部分；以及
在所述排气净化催化剂的下游侧端未形成所述下层的另一部分。
2.根据权利要求1所述的排气净化催化剂，其中，在所述氧化铈-氧化锆复合氧化物中包含的所述另外元素是镨。
3.根据权利要求1或2所述的排气净化催化剂，其中，所述上层以相对于所述基材体积1g/L至20g/L范围内的量包含所述氧化铈-氧化锆复合氧化物。
4.根据权利要求1或2所述的排气净化催化剂，其中，
所述下层在自所述排气净化催化剂的所述上游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成，并且
所述上层在自所述排气净化催化剂的所述下游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成。
5.根据权利要求3所述的排气净化催化剂，其中，
所述下层在自所述排气净化催化剂的所述上游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成，并且
所述上层在自所述排气净化催化剂的所述下游侧端起区域长度在所述基材全长的75％至85％的范围内的区域上形成。
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