CN110918092A - 一种分段式触媒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分段式触媒包括：基体；在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；所述第一载体层和第二载体层均包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。所述的触媒性能好、性价比高。

Description

一种分段式触媒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种分段式触媒及其制备方法。
背景技术
随着社会环保意识的普及，环保要求的提高，国家对机动车排放标准持续升级。相对于之前的摩托车国Ⅲ排放标准，现已实行的摩托车国Ⅳ排放标准中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(THC)、氮氧化合物(NOx)三种污染物的排放限值是国Ⅲ排放限值的50％，而耐久里程大约是国Ⅲ排放标准的2倍。
常用的摩托车排放的尾气通过触媒处理。触媒最常见催化活性组分为贵金属，主要是铂、钯和铑，其中铂和钯是氧化CO和THC为CO2的活性组分，而铑是还原NOx为N2的活性组分，通过触媒能同时净化CO、THC、NOx使尾气能够达标排放。随着国标对排放限值和耐久里程的要求不断加严，要求触媒具有快速起燃和良好的耐久性能。
现有技术中，触媒常用的载体为储氧材料和氧化铝两类。储氧材料具有较好的储/释氧能力，而氧化铝具有较大比表面积为催化反应提供反应场所。此外，一般通过加入稀土助剂和碱土助剂改进贵金属或载体性能，以提高触媒的催化能力以及抗老化能力。
专利CN200410093861公开了一种铂铑触媒，其通过将铂铑贵金属溶液同时放入含钇改性的储氧材料和氧化铝浆料中，虽然添加钇改性材料提高涂层的耐久性，但是贵金属铂部分担载在氧化铝材料上，高温易聚集而降低触媒的耐久性能。专利CN200610020143公开了一种铂铑触媒，铂担载在氧化铝材料上，铑担载在钇改性含铈的复合氧化物(Ce0.15Zr0.6Y0.15O2和Ce0.35Zr0.55Y0.10O2)，同样存在铂担载在氧化铝材料导致酶高温易聚集，还因为污染物起燃温度相差太大，导致不能同时净化污染物。专利CN201710028153公开了一种铂钯铑触媒的制造方法，将镨和铈相互混合，掺入钇改性，然后掺入的贵金属，并混入伽马氧化铝，形成混合氧化物；该发明中的铈和钇未形成稳定的复合物，贵金属铂放置其中，复合物在高温下易塌陷包裹贵金属铂而使触媒耐久性能差。
因此，亟待需要开发一种新型的触媒，满足良好的催化性能以及耐久性能的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种分段式触媒，通过触媒的分段式布置、在每段中设置不同贵金属含量的贵金属层，以及通过不同的储氧材料与贵金属负载，实现贵金属与储氧材料的协同作用以提高触媒的催化性能和耐久性能。
本发明采用以下技术方案：
一种分段式触媒，包括：
基体；
在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第二载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；
所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。
优选的，该分段式触媒尤其适合用于摩托车中。
其中，根据排气的方向上看，后段部分位于前段部分的下游。
前段部分的第一载体层和后段部分的第二载体层的组成是完全一致的。
第一载体层和第二载体层不含贵金属，具体功能是用于填充金属蜂窝基体的边角或死角。
第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层中的贵金属选自铂或铑中的一种或两种。一般来说，第一贵金属层和第三贵金属层中选用的金属的种类是一致的。因此，第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层中的金属可以包括但不限制地设置为：第一贵金属层为铂单层触媒，第二贵金属为铑触媒，第三贵金属层为铂单层触媒；也可以是第一贵金属层为铑单层触媒，第二贵金属层为铂触媒，第三贵金属层为铑单层触媒；也可以是第一贵金属层为铂铑单层触媒，第二贵金属层为铂铑触媒，第三贵金属层为铂铑单层触媒。
优选的，所述储氧材料a包括钇，钇的含量为0-5％；所述储氧材料b包括钇，钇的含量为2-5％；所述储氧材料c包括钇，钇的含量为5-15％。其中，上述钇的含量指的是质量百分比含量。
在本发明中，钇用于提高储氧材料的储氧量和储氧材料的稳定性，其中钇含量较低的储氧材料的储氧量大，钇含量较高的储氧材料的稳定性好。第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属含量相对较低，因此选择钇含量较低的储氧材料b，主要作用是提高涂层的储氧量；第二贵金属层的贵金属含量相对较高，因此选择钇含量较高的储氧材料c来稳定贵金属以保持高活性。
本发明的铂只负载在储氧材料中的原因是铂和储氧材料中的铈可以形成稳定的Pt-O-Ce化学键，有利于稳定贵金属铂，而其负载在氧化铝上则容易聚集而失活；铑一部分负载于储氧材料上是为了提高催化剂的储氧性能，另一部分负载在含铈的氧化铝中是为了提高铑的分散性能，从而整体提高催化剂性能。
铂和/或铑以其可溶性的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐和有机盐溶液中的一种或几种的形式被负载。
优选的，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c为采用稀土金属改性的含钇的二氧化铈-氧化锆；所述改性氧化铝为采用稀土金属或碱土金属改性的含铈的氧化铝。
用于改性储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的稀土金属包括但不限于镧、镨和钕；用于改性氧化铝的稀土金属包括但不限于铈、镧、钇、镨和钕；用于改性氧化铝的碱土金属包括但不限于钡、锶；此外，改性氧化铝也可以用锆来改性。
常用的储氧材料a包括但不限制于Ce40Zr50Y5La5。
常用的储氧材料b包括但不限制于Ce40Zr50La8Y2、Ce60Zr30La8Y2、Ce20Zr73La2Y5。
常用的储氧材料c包括但不限制于Ce60Zr30La5Y5、Ce24Zr60La3.5Y12.5。
常用的改性氧化铝包括但不限制于La4Al96、Ce8.5Al91.5、Ce5Zr5Al90。
本发明储氧材料和氧化铝是市面上能可以购买，也可以直接合成。
优选的，第一载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第二载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第一贵金属层和第三贵金属层中的铂与储氧材料b的质量比为1:64-421；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1：175-355:94-255；第二贵金属层中的铂与储氧材料c的质量比为1:14-37；第二贵金属层中的铑、储氧材料c和改性氧化铝的质量比为1:23-106:12-81。
优选的，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的新鲜比表面积为50-100m2/g，1000℃的5小时的劣化率＜10％，2θ在27°-30°范围内。
优选的，所述第一贵金属层和第三贵金属层中的总贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的30-60％；所述第二贵金属层中的贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的40-70％；在贵金属中，铂和铑的重量比为1-10:1；在分段式触媒中，贵金属含量为5-40g/ft3。更优选的，在分段式触媒中，贵金属含量为8-30g/ft3；更优选的，在分段式触媒中，贵金属含量为10-20g/ft3。
本发明中，由于铂比铑单价便宜，铂比重大的目的主要是提高触媒的性价比；优选地，所述第一载体层的厚度为40-100g/L、第一贵金属层的厚度为60-100g/L、第二贵金属层的厚度为20-50g/L、第二载体层的厚度为40-100g/L、第三贵金属层的厚度为60-100g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1:1-5。上述厚度是指在1L基体层上涂覆相应g的第一载体层材料、第二载体层材料、第一贵金属层材料、第二贵金属层材料和第三贵金属层材料所得到的厚度。
优选的，所述基体为单一基体或包含前级基体和后级基体的两段式基体；所述基体为金属蜂窝基体。
当基体为单一基体时，对应的触媒为单级触媒；当基体为包含前级基体和后级基体的两段式基体时，对应的触媒为两级触媒。
本发明还提供了分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a、改性氧化铝、粘接剂在水中混合，然后研磨、涂覆于基体上、干燥、焙烧，在基体上形成第一载体层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料b和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第一载体层上、干燥、焙烧，在第一载体层上形成第一贵金属层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料c和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第一贵金属层上、干燥、焙烧，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a、改性氧化铝、粘接剂在水中混合，然后研磨、涂覆于基体上、干燥、焙烧，在基体上形成第二载体层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料b和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第二载体层上、干燥、焙烧，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
优选的，所述贵金属溶液选自铂和/或铑的可溶性的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐和有机盐溶液中的一种或几种；所述粘接剂选自氧化铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或几种。
更具体的，分段式触媒的制备方法，包括以下步骤：
前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第一载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
(2)在贵金属溶液、储氧材料b和/或改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和/或改性氧化铝的总重量，将贵金属溶液、储氧材料b和/或改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％的粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第一载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
在贵金属溶液、储氧材料c和/或改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料c和/或改性氧化铝的重量，将贵金属溶液、储氧材料c和/或改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，浆液经球磨后涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为20-50g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第二载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10：1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属溶液、储氧材料b和/或改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和/或改性氧化铝的总重量，将贵金属溶液、储氧材料b和/或改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第二载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
更具体的，当第一贵金属层和第三贵金属层为铂，第二贵金属层为铑时，分段式触媒的制备方法包括以下步骤：
前段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第一载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属铂溶液和储氧材料b中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料b和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第一载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；其中，贵金属铂与储氧材料b的总量的质量比为1:64-421；
在贵金属铑溶液、储氧材料c和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料c和改性氧化铝的总重量，将贵金属铑溶液、储氧材料c、改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，浆液经球磨后涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为20-50g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分，其中，铑、储氧材料c和改性氧化铝的质量比为1:23-106:12-81；
后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第二载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10：1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属铂溶液、储氧材料b中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料b和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第二载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分，其中贵金属铂与储氧材料b的总量的质量比为1:64-421。
更具体的，当第一贵金属层和第三贵金属层为铑，第二贵金属层为铂时，分段式触媒的制备方法包括以下步骤：
前段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第一载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10：1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和改性氧化铝的总重量，将贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第一载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；其中，贵金属铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255；
在贵金属铂溶液、储氧材料c中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料c的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料c和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量5-10％的粘接剂，球磨10-15min，浆液经球磨后涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为20-50g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分，其中贵金属铂与储氧材料c的总量的质量比为1:14-37；
后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第二载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10：1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和改性氧化铝的总重量，将贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝和去离子水混合均匀后得到浆料；然后在浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第二载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分，其中铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255。
更具体的，当第一贵金属层和第三贵金属层为铂铑，第二贵金属层为铂铑时，分段式触媒的制备方法包括以下步骤：
前段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第一载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍。
在贵金属铂溶液、储氧材料b中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料b和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得到第一浆料；在贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和改性氧化铝的总重量，将贵金属铑溶液、储氧材料b、改性氧化铝和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得到第二浆料；然后将第一浆料和第二浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，再球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第一载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；其中，贵金属铂与储氧材料b的质量比为1:64-421；贵金属铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255；
在贵金属铂溶液、储氧材料c添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料c的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料c和和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得到第三浆料；在贵金属铑溶液、储氧材料c和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料c和改性氧化铝的重量，将贵金属铑溶液、储氧材料c、改性氧化铝和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得第四到浆料；然后将第三浆料和第四浆料混合均匀后5-10％粘接剂，再球磨10-15min，浆液经球磨后涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为20-50g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；其中，贵金属铂溶液与储氧材料c的质量比为1:14-37；贵金属铑溶液、储氧材料c和改性氧化铝的质量比为1:23-106:12-81；
后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a和改性氧化铝混合加入去离子水中，然后加入投料总重量的5-10％粘接剂，球磨10-15min，得到浆液；将浆液涂覆至金属蜂窝状基体上，涂覆量为40-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在基体上形成第二载体层；其中，储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；添加的去离子水的量是储氧材料a和改性氧化铝总量的0.6-1.5倍；
在贵金属铂溶液、储氧材料b中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b的重量，将贵金属铂溶液、储氧材料b和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得到第一浆料；在贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝中添加去离子水，去离子水的添加量等于储氧材料b和改性氧化铝的总重量，将贵金属铑溶液、储氧材料b、改性氧化铝和去离子水混合均匀，球磨10-15min后得到第二浆料；然后将第一浆料和第二浆料混合均匀后加入投料总重量的5-10％粘接剂，再球磨10-15min，将经球磨后的浆液涂覆至第二载体层上，涂覆量为60-100g/L，将涂覆后的触媒在80-150℃烘箱中干燥1-2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1-2小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分；其中，贵金属铂溶液与储氧材料b的质量比为1:64-421；贵金属铑溶液、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255。
优选的，所述贵金属溶液选自铂和/或铑的可溶性的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐和有机盐溶液中的一种或几种；所述粘接剂选自氧化铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或几种。
常用的贵金属溶液的质量浓度为20-30％。常用的贵金属溶液包括但不限制于硝酸铂、硝酸铑、醋酸铂。
本发明中，粘接剂为本领域常规的粘接剂，其用量为所在层重量的5-10％。
进一步优选地，其中所述干燥在80-150℃进行1-2小时，所述焙烧在空气中500℃进行1-2小时。
本发明的有益效果
(1)本发明通过将触媒的分段式布置、在每段中设置不同贵金属含量的贵金属层，使在贵金属含量有限的情况下，提高前段部分的贵金属含量，提高触媒快速起燃性能，有效满足国Ⅳ标准对触媒催化性能的要求；
(2)本发明通过使用含钇的储氧材料来担载贵金属铂，通过钇与载氧材料中其他稀土金属如铈等协同作用来降低铂的高温，提高铂的高温稳定性，有效满足国Ⅳ标准对触媒耐久性能的要求；
(3)本发明的分段式触媒，具有高性价比以及良好的新鲜性能。
附图说明
图1为实施例1的分段式触媒示意图；
图2为实施例3的分段式触媒示意图；
图3为安装有分段式触媒的圆形外壳。
具体实施方式
实施例1
以单级基体为例：
一种分段式触媒，包括：
金属蜂窝基体；
在所述金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述金属蜂窝基体上的后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
其中，制备的分段式触媒的结构如图1所示。
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铑，所述铑负载于Ce40Zr50La8Y2和Ce8.5Al91.5中；
所述第二贵金属层的贵金属选自铂，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；
所述第一载体层的厚度为60g/L、第一贵金属层的厚度为60g/L、第二贵金属层的厚度为40g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为60g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：1；总体积0.147L。
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％、第二金属层中的铂含量为贵金属总含量的1.7658％，第三贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为60g/l，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第一载体层；
(2)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第一载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铂溶液8.8290g(浓度为28％)中添加去离子水93g，添加93gCe60Zr30La5Y5(新鲜比表面积：52m2/g，1000℃5h比表面积49m2/g，2θ＝28.89°)球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J2。将浆液涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为40g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为60g/l，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第二载体层；
(5)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第二载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
实施例2
以单级基体为例：
一种分段式触媒，包括：
金属蜂窝基体；
在所述金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述金属蜂窝基体上后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铑，所述铑负载于Ce40Zr50La8Y2和Ce8.5Al91.5中；
所述第二贵金属层的贵金属选自铂，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；
所述第一载体层的厚度为60g/L、第一贵金属层的厚度为60g/L、第二贵金属层的厚度为40g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为60g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：1；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％、第二金属层中的铂含量为贵金属总含量的2.943％，第三贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为60g/l，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第一载体层；
(2)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第一载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铂溶液10.5107g(浓度为28％)中添加去离子水93g，添加93gCe60Zr30La5Y5(新鲜比表面积：52m2/g，1000℃5h比表面积49m2/g，2θ＝28.89°)球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J2。将浆液涂覆至第一贵金属层，涂覆量为40g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为60g/l，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第二载体层；
(5)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第二载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
实施例3
以双级基体为例(基体分为前段基体和后段基体)：
一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层。
其中，制备的分段式触媒的结构如图2所示。
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铑，所述铑负载于Ce40Zr50La8Y2和Ce8.5Al91.5中；
所述第二贵金属层的贵金属选自铂，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；
所述第一载体层的厚度为60g/L、第一贵金属层的厚度为60g/L、第二贵金属层的厚度为40g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为60g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：2.63；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％、第二金属层中的铂含量为贵金属总含量的3.2031％，第三贵金属层中的铑含量为贵金属总含量的0.2943％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段基体规格为：孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。后段基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在前段金属基体上，干基上载量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在前段金属基体上形成第一载体层；
(2)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第一载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铂溶液11.4396g(浓度为28％)中添加去离子水93g，添加93gCe60Zr30La5Y5(新鲜比表面积：52m2/g，1000℃5h比表面积49m2/g，2θ＝28.89°)球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J2。将浆液涂覆至第一贵金属层上，涂覆量为40g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段基体规格为：孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。后段基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在后段金属基体上，干基上载量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在后段金属基体上形成第二载体层；
(5)在2.9430g(浓度为10％)硝酸铑溶液中添加去离子水93g，添加65.1gCe40Zr50La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积51m2/g，2θ＝29.27°)和27.9gCe8.5Al91.5，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液通涂至第二载体层上，涂覆量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
实施例4
以双级基体为例：(基体分为前段基体和后段基体)
一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和La4Al96，Ce40Zr50Y5La5和La4Al96的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；
所述第二贵金属层的贵金属选自铑，所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为60g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为50g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：2.63；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铂含量为贵金属总含量的0.2208％、第二金属层中的铑含量为贵金属总含量的2.5624％，第三贵金属层中的铂含量为贵金属总含量的0.2208％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段基体规格为：孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。前段基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在前段金属基体上，干基上载量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在前段金属基体上形成第一载体层；
(2)在硝酸铂溶液0.7886g(浓度为28％)中添加去离子水93g，添加93gCe60Zr30La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液J1涂至第一载体层上，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铑溶液25.6244g(浓度为10％)中添加去离子水93g，添加60gCe24Zr60La3.5Y12.5(新鲜比表面积：60m2/g，1000℃5h比表面积55m2/g，2θ＝29.62°)和33gCe5Zr5Al90球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J2。将浆液J2涂覆第一贵金属层上，涂覆量为50g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g La4Al96添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段基体规格为：孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。后段基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在后段金属基体上，干基上载量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在后段金属基体上形成第二载体层；
(5)在硝酸铂溶液0.7886g(浓度为28％)中添加去离子水93g，添加93gCe60Zr30La8Y2(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液J1涂至第二载体层上，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
实施例5
以双级基体为例：(基体分为前段基体和后段基体)
一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上的后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；所述铑负载于Ce20Zr73La2Y5和Ce5Zr5Al90中；
所述第二贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为100g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为30g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：2.63；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％、第二金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的2.9895％，第三贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将70g Ce40Zr50Y5La5和23g Ce5Zr5Al90添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为74.4g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段金属基体规格为：前级为孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。后段金属基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在前段金属基体上，干基上载量为100g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在前段金属基体上形成第一载体层；
(2)在硝酸铂溶液0.7569g(浓度为28％)中添加去离子水50g，添加50gCe60Zr30La8Y2新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；硝酸铑溶液1.4128g(浓度为10％)中添加去离子水43g，添加25g Ce20Zr73La2Y5(新鲜比表面积：58m2/g，1000℃5h比表面积48m2/g，2θ＝29.32°)和18g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液J1涂至第一载体层，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铂溶液6.4060g(浓度为28％)中添加去离子水40g，添加40gCe60Zr30La5Y5(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；在硝酸铑溶液11.9580g(浓度为10％)中添加去离子水53g，添加30g Ce24Zr60La3.5Y12.5(新鲜比表面积：60m2/g，1000℃5h比表面积55m2/g，2θ＝29.62°)和23g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，将浆液涂覆在第一贵金属层上，涂覆量为30g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将46.5g Ce40Zr50Y5La5和46.5g Ce5Zr5Al90添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为90g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，前段金属基体规格为：孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50.8(芯长)，体积0.043L。后段金属基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ42mm(直径)×90芯长)，体积0.113L。将浆料J0涂覆在后段金属基体上，干基上载量为60g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在后段金属基体上形成第二载体层；
(5)在硝酸铂溶液0.7569g(浓度为28％)中添加去离子水50g，添加50gCe60Zr30La8Y2新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；硝酸铑溶液1.4128g(浓度为10％)中添加去离子水43g，添加25g Ce20Zr73La2Y5(新鲜比表面积：58m2/g，1000℃5h比表面积48m2/g，2θ＝29.32°)和18g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液J1涂至第二载体层，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在后段载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
实施例6
以双级基体为例：(基体分为前段基体和后段基体)
一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上的后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；所述铑负载于Ce20Zr73La2Y5和Ce5Zr5Al90。
所述第二贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为100g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为30g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：2.63；
其中，贵金属总含量为35g/ft3，第一贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.8830％、第二金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的3.1100％，第三贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.8830％。
分段式触媒的制备方法与实施例5中的分段式触媒的制备方法相同。
实施例7
以双级基体为例：(基体分为前段基体和后段基体)一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上的后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；所述铑负载于Ce20Zr73La2Y5和Ce5Zr5Al90。
所述第二贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为100g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为30g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1:2.63；
其中，贵金属总含量为8g/ft3，第一贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.1766％、第二金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的1.7080％，第三贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.1766％。
分段式触媒的制备方法与实施例5中的分段式触媒的制备方法相同。
实施例8
以双级基体为例：(基体分为前段基体和后段基体)
一种分段式触媒，包括：
前段金属蜂窝基体和后段金属蜂窝基体；
在前段金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在后段金属蜂窝基体上的后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；所述铑负载于Ce20Zr73La2Y5和Ce5Zr5Al90。
所述第二贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为100g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为30g/L、第二载体层的厚度为60g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1:3.42；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％、第二金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的2.9895％，第三贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％。
分段式触媒的制备方法与实施例5中的分段式触媒的制备方法相同，除了步骤(1)中选用的金属蜂窝基体规格不一样，实施例8中选用的金属蜂窝基体的规格为：前段金属基体为孔目数200cell/in2，外型尺寸Φ35mm(直径)×50(芯长)，体积0.043L。后段金属基体为孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。
实施例9
以单级基体为例：
一种分段式触媒，包括：
金属蜂窝基体；
在所述金属蜂窝基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述金属蜂窝基体上后段部分，所述后段部分布置于前段部分的下游区域，依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；所述第二载体层包括Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90，Ce40Zr50Y5La5和Ce5Zr5Al90的质量比为1：1；
所述第一贵金属层、第三贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La8Y2中；所述铑负载于Ce20Zr73La2Y5和Ce5Zr5Al90。
所述第二贵金属层的贵金属选自铂和铑，所述铂负载于Ce60Zr30La5Y5中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5和Ce5Zr5Al90中；
所述第一载体层的厚度为50g/L、第一贵金属层的厚度为80g/L、第二贵金属层的厚度为30g/L、第二载体层的厚度为50g/L、第三贵金属层的厚度为80g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1：1；
其中，贵金属总含量为15g/ft3，第一贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％、第二金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的2.9895％，第三贵金属层中的铂、铑含量为贵金属总含量的0.3532％。
上述的分段式触媒的制备方法，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
(1)将40g Ce40Zr50Y5La5和53g Ce5Zr5Al90添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为110.4g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为50g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第一载体层；
(2)在硝酸铂溶液0.7569g(浓度为28％)中添加去离子水50g，添加50gCe60Zr30La8Y2新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；硝酸铑溶液1.4128g(浓度为10％)中添加去离子水43g，添加25g Ce20Zr73La2Y5(新鲜比表面积：58m2/g，1000℃5h比表面积48m2/g，2θ＝29.32°)和18g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。浆液J1涂至第一载体层，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一载体层上形成第一贵金属层；
(3)在硝酸铂溶液6.4060g(浓度为28％)中添加去离子水40g，添加40gCe60Zr30La5Y5(新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；在硝酸铑溶液11.9580g(浓度为10％)中添加去离子水53g，添加30g Ce24Zr60La3.5Y12.5(新鲜比表面积：60m2/g，1000℃5h比表面积55m2/g，2θ＝29.62°)和23g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，将浆液涂覆在第一贵金属层上，涂覆量为30g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
(4)将40g Ce40Zr50Y5La5和53g Ce5Zr5Al90添加到球磨罐中，然后将粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，加水进行球磨，水的加入量为110.4g，球磨10min，制成浆料J0。准备金属基体，基体规格为：孔目数300cell/in2，外型尺寸Φ45mm(直径)×101.6(芯长)中空8.4mm，体积0.147L。将浆料J0涂覆在金属基体上，干基上载量为50g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在金属基体上形成第二载体层；
(5)在硝酸铂溶液0.7569g(浓度为28％)中添加去离子水50g，添加50gCe60Zr30La8Y2新鲜比表面积：56m2/g，1000℃5h比表面积52m2/g，2θ＝28.89°)，球磨10min；硝酸铑溶液1.4128g(浓度为10％)中添加去离子水43g，添加25g Ce24Zr60La3.5Y12.5(新鲜比表面积：60m2/g，1000℃5h比表面积55m2/g，2θ＝29.62°)和18g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，制成浆料J1。将浆液J1涂至第二载体层，涂覆量为80g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
制备得到的分段式触媒安装在外壳内，常用的外壳形状为圆形，如图3所示，其中在图3中，1为壳体，2为蜂窝状的触媒。在本发明中，分段式触媒的形状不限于圆、椭圆、方形等，安装有分段式触媒的外壳不限于圆、椭圆、方形等，各种形式都可以，可以根据发动机内的空间选择合适的形状。
对比例1
一种触媒，包括：
金属蜂窝基体；
和在所述金属蜂窝基体上的贵金属层；
所述贵金属层选自铂和铑，所述铂和铑负载于Ce60Zr30La8Y2、Ce24Zr60La3.5Y12.5、Ce5Zr5Al90中；
所述贵金属层厚度为140g/l；
其中，贵金属总含量为15g/ft3。
上述的触媒的制备方法，包括以下步骤：
在硝酸铂溶液1.6218g(浓度为28％)和硝酸铑溶液3.0272g(浓度为10％)中添加去离子水186g，添加80g Ce60Zr30La8Y2、60g Ce24Zr60La3.5Y12.5和46g Ce5Zr5Al90，然后混合均匀后添加粘接剂氧化铝14g添加到球磨罐中，再球磨10min，浆液涂覆在Φ35×50.8、Φ42×90、Φ45*101.6载体上，涂覆量为140g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，得到触媒成品。
对比例2
一种触媒，包括：
金属蜂窝基体；
和在所述金属蜂窝基体上的贵金属层；
所述贵金属层选自铂和铑，所述铂负载于La4Al96中；所述铑负载于Ce40Zr50La5Y5；
所述金属层厚度为140g/L；
其中，贵金属总含量为15g/ft3。
上述的触媒的制备方法，包括以下步骤：
在硝酸铂溶液0.8109g(浓度为28％)中添加去离子水48g，添加48gLa4Al96，球磨10min；在硝酸铑溶液1.5136g(浓度为10％)中添加去离子水45g，添加45g Ce40Zr50La5Y5球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后，添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，浆液涂覆在Φ35×50.8和Φ42×90载体上，涂覆量为140g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，得到触媒成品。
对比例3
一种触媒，包括：
金属蜂窝基体；和在所述金属蜂窝基体上的贵金属层；
所述贵金属层选自铂和铑，所述铂负载于CeO2中；所述铑负载于Ce24Zr60La3.5Y12.5、Ce5Zr5Al90；
所述金属层厚度为140g/L；
其中，贵金属总含量为15g/ft3。
上述的触媒的制备方法，包括以下步骤：
在硝酸铂溶液0.8109g(浓度为28％)中添加去离子水40g，添加40g CeO2(2θ＝26.21°)，球磨10min；在硝酸铑溶液1.5136g(浓度为10％)中添加去离子水53g，添加30gCe24Zr60La3.5Y12.5和23g Ce5Zr5Al90球磨10min，然后将两个浆料混合均匀后添加粘接剂氧化铝7g添加到球磨罐中，再球磨10min，浆液涂覆在Φ35×50.8、Φ42×90载体上，涂覆量为140g/L，将涂覆后的触媒在120℃烘箱中干燥2小时，并将烘干后的触媒在空气中500℃焙烧1小时，得到触媒成品。
实验例1
台架耐久试验
将实施例1-9和对比例1-3安装在2.2L的发动机台架上进行台架老化，老化条件如下表1：
表1台架老化条件
Figure BDA0002273020440000231
上表的试验条件参照标准HJ T331-2006中“快速老化试验循环A”，根据摩托车特点进行微调整，其中老化时间20h相当于摩托车里程2万公里(原文中160h快速老化对应汽车16万公里)，老化空速为8万h-1更贴近摩托车在实际耐久过程中的空速。
以上触媒安装在我司生产的110ml排量弯梁车、125ml排量踏板车和125ml排量骑式车上，按照国标GB14622-2016《摩托车污染物排放限值及测量方法》的要求，结果如表2、3、4所示。
表2触媒安装在110ml排量弯梁车排放性能的评价结果
Figure BDA0002273020440000241
表3触媒安装在125ml排量踏板车排放性能的评价结果
Figure BDA0002273020440000242
表4触媒安装在125ml排量骑式车排放性能的评价结果
Figure BDA0002273020440000243
由表2-4可知，实施例1-5、8、9与对比例1-3相比，具有较高的新鲜和耐久性能。
实验例2
将实施例5的分段式触媒和对比例3的触媒安装在我司生产的110ml排量弯梁摩托车，按照国标GB14622—2016《摩托车污染物排放限值及测量方法(工况法，中国第Ⅳ阶段)》中污染控制装置耐久性试验(V型试验)的要求，进行整车耐久试验，结果如表5所示。
表5触媒安装在摩托车的整车耐久试验结果
Figure BDA0002273020440000251
由表5可知，当贵金属含量为15g/ft3，对比例3的触媒CO排放值不满足法规要求，而本发明实施例5的触媒耐久性能好，耐久后的排放值满足法规要求，因此本发明的触媒能较好地提高触媒的性价比。

Claims (10)

1.一种分段式触媒，其特征在于，包括：
基体；
在所述基体上的前段部分，所述前段部分依次包括第一载体层、第一贵金属层、第二贵金属层；和
在所述基体上的后段部分，所述后段部分依次包括第二载体层、第三贵金属层；
所述第一载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；所述第二载体层包括储氧材料a和改性氧化铝；
所述第一贵金属层、第二贵金属和第三贵金属层均包括贵金属，所述贵金属选自铂或铑中的一种或两种，其中第一贵金属层和第三贵金属层中的铂负载于储氧材料b中；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑负载于储氧材料b和改性氧化铝的混合物中；第二贵金属层中的铂负载于储氧材料c中；第二贵金属层中的铑负载于储氧材料c和改性氧化铝的混合物中。
2.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a包括钇，钇的含量为0-5％；所述储氧材料b包括钇，钇的含量为2-5％；所述储氧材料c包括钇，钇的含量为5-15％。
3.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c为采用稀土金属改性的含钇的二氧化铈-氧化锆；所述改性氧化铝为采用稀土金属或碱土金属改性的含铈的氧化铝。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式触媒，其特征在于，第一载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1，第二载体层中的储氧材料a和改性氧化铝的质量比为1-10:1；第一贵金属层和第三贵金属层中的铂与储氧材料b的质量比为1:64-421；第一贵金属层和第三贵金属层中的铑、储氧材料b和改性氧化铝的质量比为1:175-355:94-255；第二贵金属层中的铂与储氧材料c的质量比为1:14-37；第二贵金属层中的铑、储氧材料c和改性氧化铝的混合物的质量比为1:23-106:12-81。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式触媒，其特征在于，所述储氧材料a、储氧材料b和储氧材料c的新鲜比表面积为50-100m2/g，1000℃的5小时的劣化率＜10％，2θ在27°-30°范围内。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的分段式触媒，其特征在于，所述第一贵金属层和第三贵金属层中的总贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的30-60％；所述第二贵金属层中的贵金属含量占分段式触媒的贵金属总含量的40-70％；在贵金属中，铂和铑的重量比为1-10:1；在分段式触媒中，第一贵金属层、第二贵金属层和第三贵金属层中总的贵金属含量为5-40g/ft3。
7.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述第一载体层的厚度为40-100g/L、第一贵金属层的厚度为60-100g/L、第二贵金属层的厚度为20-50g/L、第二载体层的厚度为40-100g/L、第三贵金属层的厚度为60-100g/L；所述前段部分与后段部分的体积比为1:1-5。
8.根据权利要求1所述的分段式触媒，其特征在于，所述基体为单一基体或包含前级基体和后级基体的两段式基体；所述基体为金属蜂窝基体。
9.权利要求1-8中任一项所述的分段式触媒的制备方法，其特征在于，包括前段部分的制备和后段部分的制备，所述前段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a、改性氧化铝、粘接剂在水中混合，然后研磨、涂覆于基体上、干燥、焙烧，在基体上形成第一载体层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料b和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第一载体层上、干燥、焙烧，在第一载体层上形成第一贵金属层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料c和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第一贵金属层上、干燥、焙烧，在第一贵金属层上形成第二贵金属层，即得到前段部分；
所述后段部分的制备包括以下步骤：
将储氧材料a、改性氧化铝、粘接剂在水中混合，然后研磨、涂覆于基体上、干燥、焙烧，在基体上形成第二载体层；
将贵金属溶液、粘接剂、储氧材料b和/或改性氧化铝在水中混合，然后研磨、涂覆于第二载体层上、干燥、焙烧，在第二载体层上形成第三贵金属层，即得到后段部分。
10.根据权利要求9所述的制备方法，所述贵金属溶液选自铂和/或铑的可溶性的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐和有机盐溶液中的一种或几种；所述粘接剂选自氧化铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或几种。
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