CN109876807B - 一种具有高NOx净化能力的三效催化剂制备方法及其催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法及其制备的催化剂。包括:制备钯铈锆铝基复合催化材料,第一涂层制备,第二涂层制备;其中,第一涂层包括铈锆基材料、氧化铝材料和金属钯,第二涂层包括钯铈锆铝基材料、铈锆基材料、氧化铝材料和金属铑。本发明使用钯铈锆铝基复合催化材料取代传统的氧化铝基催化材料作为Rh的载体,铈锆组分和Pd对Rh有促进作用,提高了Rh催化剂的抗老化性能,进而提高了NOx的净化性能,因为Rh和Pd的距离更加靠近,故在纳米尺度上,Pd和Rh之间的催化协调作用更佳;同时Pd和Rh之间分布有铈锆组分,又可以避免Pd和Rh接触形成合金而导致贵金属烧结。
Description
技术领域
本发明涉及具有高NOx净化能力的三效催化剂,属于汽车催化剂及其制备技术领域。
背景技术
汽油机尾气污染物排放已经成为中国城市污染的主要来源之一,为了有效控制汽油机排放,中国出台了轻型车第六阶段排放标准,并计划2020年在全国范围执行。鉴于汽油机排放的区域分布明显,京津冀等区域已经确定将国6法规提前至2019年执行。汽油机发动机排放尾气的气体污染物主要含有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)。为了有效控制汽油机气体污染物排放,一般采用三效催化剂(TWC)。TWC的活性组分主要是Pd和Rh,贵金属载体材料主要是铈锆基催化材料(即含氧化铈和氧化锆的催化材料)和氧化铝基催化材料(即含氧化铝的催化材料)。其中Pd主要氧化CO和HC,Rh主要还原NOx。随着人们对环境要求越来越高,中国汽油车排放法规也逐步加严。2016年,中国出台了世界上最严格的轻型车排放标准,即“18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)”,并计划2020年在全国范围执行。第六阶段排放法规和之前的第五阶段排放法规比较,CO、HC和NOx限值都大幅度下降。
对于国6排放标准,NOx排放限值比国5阶段下降幅度大。对于部分汽油机市场,为了降低油耗,提高燃油经济性,尽可能喷射更少的燃油,由此导致部分工况的NOx排放高。另外,国6排放标准引入RDE道路排放限值,也给动态工况下的NOx排放带来了挑战。对于国5汽油机发动机,NOx排放主要来自于冷启动、动态工况和高速段,且高速段是最重要的排放阶段;而针对国6排放标准汽油机发动机的排放研究表明,NOx排放主要来自于冷启动和动态工况,高速段的排放比例会更低。故提高TWC催化剂在冷启动和动态循环下的NOx排放非常重要。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法及其制备的催化剂。本发明目的是提供一种NOx排放更低、满足国6排放标准的汽油机发动机尾气催化剂及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现:
一种具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备钯铈锆铝基复合催化材料,第一步,取工业氧化铝前驱体,60-150℃1-12h干燥,200-500℃预处理温度下处理1-300min,得预处理氧化铝材料。第二步,加入贵金属钯和助剂混合溶液,继续搅拌0.5-10h。60-150℃1-12h干燥,500-600℃焙烧1-10h得含钯氧化铝前驱体。第三步,所得含钯氧化铝前驱体置于容器中搅拌,另取至少含铈的稀土氧化物、含锆氧化物的胶体溶液,胶体溶液中含氧化物32wt%,继续搅拌1-60min。向其中加入氨水溶液(25wt%),使得pH=9-11。继续搅拌0.5-10h。60-150℃1-12h干燥,500-600℃焙烧1-10h,高温焙烧,得钯铈锆铝基复合催化材料混合粉料;
(2)第一涂层制备,将第一铈锆基催化材料和第一氧化铝基催化材料混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的1-5wt%)和去离子水,球磨搅拌5-30min;加入贵金属钯溶液,球磨搅拌10-60min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50不高于10μm,固含量为30-50wt%;将第一涂层浆料涂覆到载体上,控制第一涂层催化剂涂覆量;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中90-150℃干燥3-10h,然后在马弗炉中500-600℃焙烧1-4h得到含第一涂层的催化剂;
(3)第二涂层制备,将(1)中得到的钯铈锆铝基复合催化材料、第二铈锆基催化材料和第二氧化铝基催化材料混合,然后加入占浆料含量1-5wt%的铝溶胶和去离子水,球磨搅拌5-30min;加入贵金属铑溶液,球磨搅拌10-60min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50不高于5μm,固含量30-50wt%;将第二涂层浆料涂覆到步骤(2)制备的含第一涂层的催化剂上,控制第二涂层催化剂涂覆量;将有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中90-150℃干燥3-10h,然后在马弗炉中500-600℃焙烧1-4h得到制备的催化剂。
所述步骤(1)中工业氧化铝前驱体可含有羟基、醇基、氧基、碳酸根或者碳酸氢根等。比如可以为拟薄水铝石或氢氧化铝等。
所述步骤(1)中得到钯铈锆铝基复合催化材料的焙烧温度为600-1100℃,特别地800-1050℃,更特别地为800-1000℃。
所述步骤(1)中助剂溶液可以为镧、钇、钕、镨、钡、锶等的盐溶液。
所述步骤(1)中贵金属钯盐溶液可以为硝酸盐、盐酸盐、氨盐或醋酸盐或有机可溶性络合盐。
所述步骤(1)中制备的钯铈锆铝基复合催化材料中Pd含量为0.1-5wt%。
所述步骤(2)中第一铈锆基催化材料的组成为CeO2 20-80wt%;ZrO2 10-70wt%和其它氧化物,其他氧化物包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、BaO或SrO中一种或几种,含量5-20wt%;第一铈锆基催化材料涂覆量为10-180g/L。
所述步骤(2)中第一氧化铝基催化材料的组成为Al2O3 70-100wt%。另外可以含有其它氧化物,其他氧化物包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、ZrO2、Pr6O11、BaO或SrO中一种或几种,其含量0-30wt%;第一氧化铝基催化材料涂覆量为10-180g/L。
所述步骤(3)中钯铈锆铝基复合催化材料的组成包括CeO2 1-30wt%;ZrO2 0-30wt%和Al2O3 40-95wt%;另外含Y2O3、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、BaO或SrO等的至少一种,其含量为1-30wt%;钯铈锆铝基复合催化材料涂覆量为10-100g/L。
所述步骤(3)中第二铈锆基催化材料的组成为CeO2 20-80wt%;ZrO2 10-70wt%和其它氧化物,包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、BaO或SrO中至少一种,其含量5-20wt%;第二铈锆基催化材料涂覆量为10-100g/L。
所述步骤(3)中第二氧化铝基催化材料的组成为Al2O3 70-100wt%;另外可以含Y2O3、La2O3、Nd2O3、ZrO2、Pr6O11、BaO或SrO等的至少一种,其含量为1-30wt%;第二氧化铝基催化材料涂覆量为10-100g/L。
所述步骤(3)中贵金属铑盐溶液可以为硝酸盐、盐酸盐、氨盐或含胺基等有机基团的络合盐。
本发明载体可以采用堇青石载体。
现有TWC催化剂技术中,涂层中的催化材料主要是铈锆基催化材料和氧化铝基催化材料的微米混合体。NOx净化的动态储氧量主要来自于含贵金属的储氧材料组分,而对于含贵金属的氧化铝材料,其储氧量非常有限。催化剂涂层中氧化铝含量高,会限制NOx的总体效果。传统的TWC催化剂制备方法中,Pd和Rh分别分布于不同的微米催化材料颗粒上,故Pd和Rh在微观尺度上的距离远,二者彼此之间的协调作用有限。
与现有技术相比,本发明的有益效果:使用钯铈锆铝基复合催化材料取代传统的氧化铝基催化材料作为Rh的载体。铈锆组分和Pd对Rh有促进作用,提高了Rh催化剂的抗老化性能,进而提高了NOx的净化性能。因为Rh和Pd的距离更加靠近,故在纳米尺度上,Pd和Rh之间的催化协调作用更佳;同时Pd和Rh之间分布有铈锆组分,又可以避免Pd和Rh接触形成合金而导致贵金属烧结。
附图说明
图1是本发明的TWC催化剂的结构示意图。
图中:①堇青石载体;②催化剂第一涂层;③催化剂第二涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明,具体实施方式是对本发明原理的进一步说明,不以任何方式限制本发明,与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
实施例1:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)制备钯铈锆铝基复合催化材料,其主要过程为:第一步,取拟薄水铝石,120℃3h干燥,400℃预处理温度下处理3h,得预处理氧化铝材料。第二步,加入贵金属钯和硝酸镧混合溶液,继续搅拌1h。120℃3h干燥,600℃焙烧3h得含钯氧化铝前驱体。第三步,所得含钯氧化铝前驱体置于容器中搅拌,加入铈锆钕胶体溶液,继续搅拌30min。向其中加入氨水溶液(25wt%),使得pH=9。继续搅拌1h。12℃3h干燥,600℃焙烧3h,900℃焙烧3h,得钯铈锆铝基催化材料。钯铈锆铝基复合催化材料的组成为:PdOx1.74%-CeO2 2.95wt%-ZrO211.79wt%-La2O3 4.91wt%-Nd2O3 4.91wt%-Al2O3 73.70wt%。
(2)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 64g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(3)将钯铈锆铝复合催化材料、第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比2:4:6混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌10min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;
将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd10g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
实施例2:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)采用实施例1的方法制备钯铈锆铝基复合催化材料。钯铈锆铝基复合催化材料的组成为:PdOx 1.74%-CeO2 9.83wt%-ZrO2 4.91wt%-La2O3 4.91wt%-Nd2O3 4.91wt%-Al2O3 73.70wt%。
(2)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 64g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(3)将钯铈锆铝基复合催化材料、第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO270wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O34wt%)按质量比2:4:6混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌10-60min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;
将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd10g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
实施例3:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)采用实施例1的方法制备钯铈锆铝基复合催化材料。钯铈锆铝基复合催化材料的组成为:PdOx 1.74%-CeO2 8.84wt%-ZrO2 35.37wt%-La2O3 4.91wt%-Nd2O3 4.91wt%-Al2O3 44.22wt%。
(2)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 64g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(3)将钯铈锆铝复合催化材料、第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比2:4:6混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌10-60min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;
将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd10g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
实施例4:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)采用实施例1的方法制备钯铈锆铝基复合催化材料。钯铈锆铝基复合催化材料的组成为:PdOx 1.74%-CeO2 2.95wt%-ZrO2 11.79wt%-La2O3 4.91wt%-Nd2O3 4.91wt%-Al2O3 73.70wt%。
(2)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 54g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(3)将钯铈锆铝复合催化材料、第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比2:4:6混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌10min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;
将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd20g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
实施例5:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)采用实施例1的方法制备钯铈锆铝基复合催化材料。钯铈锆铝复合催化材料的组成为:PdOx 1.74%-CeO2 2.95wt%-ZrO2 11.79wt%-La2O3 4.91wt%-Nd2O3 4.91wt%-Al2O3 73.70wt%。
(2)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 54g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(3)将钯铈锆铝复合催化材料和第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)按质量比8:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌10min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd 20g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
对比例1:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 64g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(2)将第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O35wt%)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:8混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯(含Pd 10g/ft3)和铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.4μm,固含量为37wt%;将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd10g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到最终的催化剂;
对比例2:
本例制备催化剂所用的TWC载体尺寸为Φ118.4*50,目数和壁厚分别为750cpsi和2mil,体积0.55L。催化剂制备过程如下:
(1)将第一铈锆基催化材料(CeO2 40wt%-ZrO2 50wt%-Y2O3 5wt%-La2O3 5wt%)和第一氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)按质量比4:4混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯溶液(含Pd 64g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为38wt%;将第一涂层浆料涂覆到堇青石载体上,涂覆量80g/L;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到含第一涂层的催化剂;
(2)取第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O3 4wt%)(20g/L),然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸钯(含Pd 10g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到钯浆料。另外取第二铈锆基催化材料(CeO2 20wt%-ZrO2 70wt%-Nd2O3 5wt%-La2O3 5wt%)(40g/L)和第二氧化铝基催化材料(含Al2O3 96wt%-La2O34wt%)(60g/L)混合,然后加入铝溶胶(占浆料含量的2%)和去离子水,球磨搅拌30min;加入硝酸铑溶液(含Rh 5g/ft3),球磨搅拌30min,制备得到铑浆料。混合钯浆料和铑浆料得第二涂层浆料,球磨控制浆料的粒度D50为2.5μm,固含量为37wt%;将第二涂层浆料涂覆到含第一涂层的催化剂上,涂覆量120g/L,第二层中含Pd 10g/ft3,Rh 5g/ft3;将带有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中120℃干燥3h,然后在马弗炉中550℃焙烧3h得到催化剂;
实施例6台架耐久试验:
将实施例和对比例的TWC催化剂作为前级催化剂,另外配置cGPF后级催化剂(Pd=5g/ft3,Rh=5g/ft3,Φ118.4*127,目数和壁厚分别为300cpsi和8mil,体积1.40L),串联安装于6.7L发动机上按“18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)”附件GA的SBC台架老化循环进行老化200h,床层最高温度980℃。
实施例7整车WLTC排放测试试验:
将实施例6得到的TWC+TWC1老化催化剂,在一款1.6TGDI车上进行WLTC排放试验。按照“18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)”进行I型排放试验。催化剂在1800s下的循环排放结果见表1。
表1整车排放结果
实施例 | CO(g/km) | THC(g/km) | NOx(g/km) |
实施例1 | 319 | 36 | 32 |
实施例2 | 315 | 42 | 38 |
实施例3 | 302 | 44 | 42 |
实施例4 | 297 | 32 | 28 |
实施例5 | 288 | 41 | 22 |
对比例1 | 365 | 39 | 45 |
对比例2 | 412 | 37 | 42 |
采用本发明方法制备的催化剂,其经过台架耐久试验后的催化剂的气体污染物排放性能更好,尤其可以显著降低NOx排放。本发明使用的添加铈锆组分和钯贵金属的氧化铝基催化材料部分取代传统的氧化铝基催化材料作为Rh的载体,表面铈锆组分和Pd对Rh有促进作用,提高了Rh催化剂的抗老化性能,进而提高了NOx的净化性能。但是铈锆组分的含量需要控制在合理的范围内,过多的铈锆组分可能会造成Pd被包埋或抑制了Pd对Rh的促进作用,导致Pd和Rh性能不能充分发挥。
Claims (10)
1.一种具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)制备钯铈锆铝基复合催化材料,第一步,取氧化铝前驱体,60-150℃、1-12h干燥,200-500℃预处理温度下处理1-300min,得预处理氧化铝材料;第二步,加入贵金属钯溶液和助剂溶液的混合溶液,继续搅拌0.5-10h;60-150℃、1-12h干燥,500-600℃焙烧1-10h得含钯氧化铝前驱体;第三步,所得含钯氧化铝前驱体置于容器中搅拌,另取至少含铈的稀土氧化物、含锆氧化物的胶体溶液,胶体溶液中含氧化物32wt%,继续搅拌1-60min;向其中加入氨水溶液,含量25wt%,使得pH=9-11;继续搅拌0.5-10h;60-150℃ 1-12h干燥,500-600℃焙烧1-10h,再在600-1100℃高温焙烧,得钯铈锆铝基复合催化材料;其中,所述助剂溶液是包括镧、钇、钕、镨、钡、锶的盐溶液;得到的钯铈锆铝基复合催化材料中Pd含量为0.1-5wt%;还包括CeO2 1-30wt%;ZrO2 0-30wt%和Al2O3 40-95wt%;
(2)第一涂层制备,将第一铈锆基催化材料和第一氧化铝基催化材料混合,然后加入占浆料含量的1-5wt%铝溶胶和去离子水,球磨搅拌5-30min;加入贵金属钯溶液,球磨搅拌10-60min,制备得到第一涂层浆料,控制浆料的粒度D50不高于10μm,固含量为30-50wt%;将第一涂层浆料涂覆到载体上,控制第一涂层催化剂涂覆量;将带有第一涂层浆料的催化剂在马弗炉中90-150℃干燥3-10h,然后在马弗炉中500-600℃焙烧1-4h得到含第一涂层的催化剂;
(3)第二涂层制备,将步骤(1)中得到的钯铈锆铝复合催化材料、第二铈锆基催化材料和第二氧化铝基催化材料混合,然后加入占浆料含量1-5wt%的铝溶胶和去离子水,球磨搅拌5-30min;加入贵金属铑溶液,球磨搅拌10-60min,制备得到涂层浆料,控制浆料的粒度D50不高于5μm,固含量为30-50wt%;将第二涂层浆料涂覆到步骤(2)制备的含第一涂层的催化剂上,控制第二涂层催化剂涂覆量;将有第一涂层和第二涂层浆料的催化剂在马弗炉中90-150℃干燥3-10h,然后在马弗炉中500-600℃焙烧1-4h得到制备的催化剂。
2.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中工业氧化铝前驱体含有羟基、碳酸根或者碳酸氢根。
3.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中得到钯铈锆铝基催化材料的焙烧温度为800-1000℃或1050℃。
4.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:贵金属钯盐溶液包括硝酸盐、盐酸盐、氨盐、可溶性有机络合盐中的一种;贵金属铑盐溶液为硝酸盐、盐酸盐、氨盐或可溶性有机络合盐。
5.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中制备的钯铈锆铝基复合催化材料中Pd含量为0.1-5wt%;还包括CeO2 1-30wt%;ZrO2 0-30wt%和Al2O3 40-95wt%;另外含Y2O3、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、BaO或SrO至少一种,含量为1-30wt%;钯铈锆铝基复合催化材料涂覆量为10-100g/L。
6.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中第一铈锆基催化材料和第二铈锆基催化材料的组成为:CeO2,含量20-80wt%;ZrO2,含量10-70wt%;其它氧化物包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、BaO或SrO中至少一种,含量5-20wt%;第一铈锆基催化材料涂覆量为10-180g/L,第二铈锆基催化材料涂覆量为10-100g/L。
7.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中第一氧化铝基催化材料的组成为Al2O3,含量70-100wt%;还含有其它氧化物,包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、ZrO2、Pr6O11、BaO或SrO中至少一种,含量0-30wt%;第一氧化铝基催化材料涂覆量为10-180g/L。
8.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中第二氧化铝基催化材料的组成为Al2O3,含量70-100wt%;还含有其它氧化物,包括Y2O3、La2O3、Nd2O3、ZrO2、Pr6O11、BaO或SrO中至少一种,含量1-30wt%;第二氧化铝基复合催化材料涂覆量为10-100g/L。
9.根据权利要求1所述的所述具有高NOx净化能力的三效催化剂的制备方法,其特征在于:所述载体是堇青石载体;所述氧化铝前驱体是拟薄水铝石或氢氧化铝。
10.一种具有高NOx净化能力的三效催化剂,其特征在于:所述催化剂是权利要求1至9任一项所述制备方法制备的催化剂。
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