CN116348666A - 感应加热的NOx吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了用于在期望温度下吸附和解吸氮氧化物(NOx)的制品、系统和方法。催化制品包括NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物包括安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，其中所述催化制品进一步包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料。所述催化制品进一步包括与所述催化制品相关联的导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，其中所述导体被定位成使得所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分。此场可以感应地加热所述磁性材料以加热所述NOx吸附剂组合物，从而从所述NOx吸附剂组合物中解吸所述NOx。

Description

感应加热的NOX吸附剂
本申请要求于2020年10月05日提交的美国临时申请第63/087,680号的优先权的权益，所述美国临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及供处理发动机流出物使用的组合物、用于制备和使用此类组合物的方法以及采用此类组合物的催化剂制品和系统。
柴油发动机的排放物包含微粒物质(PM)、氮氧化物(NOx)、未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。NOx是用于描述氮氧化物的各种化学物种的术语，包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。废气微粒物质的两种主要组分是可溶性有机部分(SOF)和烟灰部分。SOF成层地凝结在烟尘上并且总体上源自未燃烧的柴油燃料和润滑油。SOF可以以蒸气或气溶胶(即液体冷凝物的细小液滴)的形式存在于柴油废气中，这取决于废气的温度。烟尘主要由碳颗粒构成。废气的HC含量可以根据发动机类型和运行参数而变化，但通常包含如甲烷、乙烷、丙烷等各种短链烃以及长链基于燃料的烃。
已经使用各种处理方法来处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。用于处理内燃机废气的催化剂在相对低温运行期间，例如发动机运行的初始冷启动期间效果较差，因为发动机废气的温度不够高而不能进行有效的催化转化。例如，这会发生在下游催化剂组分中，尤其是那些放置在高热质量过滤器之后的组分，如SCR催化剂，其可能花费几分钟才能达到适合的操作温度。
已经提出在启动条件期间使用板载电源来加热催化剂制品。各种方法包含，例如，通过以下来预加热气体：加热元件的电阻加热(参见，例如，Gonze等人的美国专利第8,479,496号；Barrientos Betancourt等人的美国专利第10,690,031号；Shimasaki等人的美国专利第6,112,519号；以及Gonze等人的美国专利第8,156,737号)；催化剂基材的直接电阻加热(参见，例如，Achenbach等人的美国专利申请公开第US2011/0072805号和美国专利第10,677,127号)；以及陶瓷基材中的导电元件的电阻加热(参见，例如，Stiglmair等人的美国专利第10,731,534号；Noro的美国专利第10,681,779号；Mori等人的美国专利第9,845,714号；Yoshioka等人的美国专利第8,784,741号；以及Kinoshita等人的美国专利第8,329,110号)。在一个实例中，由电加热器，例如，缠绕在催化剂基材外部的电引线、加热栅格或本身用作加热元件的金属基材产生热。此类系统的成功商业化存在几个挑战，包含需要相对高的能耗和由于需要首先加热催化剂基材而导致的相对低的加热效率。另外，本领域中的大多数电加热设计使用金属基材，并且与在许多系统中用作催化剂载体的更广泛采用的陶瓷基材不兼容。已经提出了各种发动机管理策略来解决初始冷启动时间段期间效率降低的问题(参见，例如，Host等人的美国专利第10,138,781号；Joshi等人的美国专利第10,082,047号；Remes的美国专利第9,506,426号；McQuillen等人的美国专利第10,273,906号；Peters等人的美国专利第6,657,315号；Zhang的美国专利第8,955,473号；以及Glugla等人的美国专利第9,382,857号)。
最近已经探索了对催化剂主体的感应加热(参见，例如，Crawford和Douglas的美国专利第9,488,085号；第10,132,221号；以及第10,352,214号)。当前技术采用嵌入在陶瓷基材中的导电元件，这些导电元件通过感应导体中的涡电流来加热。催化剂的非接触式感应加热有几个优点。不需要与催化剂主体直接电连接。掺入用于催化剂载体涂料的陶瓷载体。但是当前技术受到制造复杂性(例如，合并陶瓷/金属界面)和热分布不均匀的限制。
在本领域一直需要减少来自汽油或柴油发动机的气体污染物的尾管排放物，具体地是出现在具体地发动机冷启动期间的(例如，NOx的)突破性排放物。
本公开提供了适于促进催化材料的感应加热的催化制品、系统和相关方法。在一些实施例中，本公开涉及在指定条件下捕集(吸附)和从其解吸氮氧化物(NOx)，由此提供对吸附和/或从催化制品中解吸的控制的催化制品。例如，这种催化制品可以在低温下捕集NOx并且维持所捕集的NOx直到某个指定事件为止(例如，直到达到某种温度，如下游SCR催化剂被视为是活性的温度为止)。以此方式，可以避免NOx大量穿过未处于高到足以促进NOx还原的温度的下游SCR。
在一些实施例中，本公开提供了一种用于吸附氮氧化物(NOx)并且从催化剂制品中解吸所述NOx的方法，所述催化剂制品用于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流，所述方法包括：使所述废气流与催化制品接触，所述催化制品包括NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物具有安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，并且其中所述催化制品包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料，其中所述催化制品进一步具有与所述催化制品相关联的导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，所述导体被定位成使得所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；通过使电流穿过所述导体来间歇地为所述导体通电以生成交变电磁场并且感应地加热所述磁性材料以将所述NOx吸附剂组合物加热至大于225℃的温度并从所述NOx吸附剂组合物中解吸所述NOx。
在一些实施例中，所述导体是用反馈控制适配的，并且其中所述间歇通电仅在所述基材的温度低于225℃时发生。在一些实施例中，所述间歇通电是按需进行的。
在一些实施例中，所公开的方法进一步包括使所述废气流与位于所述NOx吸附剂组合物下游的选择性催化还原(SCR)催化剂组合物接触。在一些实施例中，所述NOx吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物例如位于同一基材上或者其位于单独的基材上。在一些实施例中，所公开的方法进一步包括监测所述SCR催化剂组合物的温度，其中当所述SCR催化剂组合物的温度上升到预定温度以上时所述间歇通电发生。在一些实施例中，此预定温度变化。在一些实施例中，所述预定温度为约180℃并且在一些实施例中，所述预定温度为约200℃。
在一些实施例中，所述方法进一步包括将所述NOx吸附剂组合物维持在大于225℃的温度下，其中所述SCR催化剂组合物在所述预定温度以上。在一些实施例中，所述方法进一步包括当所述SCR催化剂组合物低于所述预定温度时移除所述电流。
在一些实施例中，本公开提供了一种用于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流的系统，所述系统包括：催化剂制品，所述催化剂制品包括：处于低于225℃的温度下的NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物包括安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，并且其中所述催化制品包括用于响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料；导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，所述导体被定位其中所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；以及位于所述NOx吸附剂组合物下游的SCR催化剂组合物。
通过阅读下面的详细描述以及下面简要描述的附图，本公开的这些和其它特征、方面和优势将变得显而易见。本公开主体包含以上提到的实施例中的两个、三个、四个或更多个实施例的任何组合，以及在本公开中阐述的任何两个、三个、四个或更多个特征或要素的组合，不管这些特征或要素是否在本文的具体实施例描述中明确地组合。本公开旨在整体地理解，使得除非上下文另有明确指示，否则在本公开的各个方面和实施例中的任何一个中，所公开的主题的任何可分离的特征或元件应被视为可组合的。所公开的主题的其它方面和优点将从下面的描述中变得显而易见。
附图说明
为了提供对本公开的实施例的理解，参考附图，所述附图不一定按比例绘制，并且其中附图标记是指所公开的主题的示例性实施例的组成。附图仅为示例性的，并且不应当被解释为限制本公开。
图1是可以包括如本文所述的催化剂组合物的蜂窝型基材的透视图；
图2是相对于图1放大并且沿平行于图1的载体的端面的平面截取的部分横截面视图，其示出了图1中示出的多个气体流动通道的放大视图；
图3A是垂直于沟道方向的催化剂基材的部分横截面视图，其示出了沟道开口10、基材壁12和分散在壁中的磁性颗粒20；
图3B是垂直于沟道方向的催化剂基材的部分横截面视图，其示出了沟道开口10、基材壁12和分散在基材材料的孔中的磁性颗粒20；
图4示出了被功能化为允许如本文所公开的感应加热的催化制品的一实施例的示意描绘；并且
图5示出了其中采用如本文所公开的催化制品的排放物处理系统的一实施例的示意描绘。
现在将在下文更全面地描述本公开。尽管已参考特定实施例描述了本文的主体，但是应当理解，这些实施例仅仅是对本公开的原理和应用的说明。对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开的方法和设备进行各种修改和变化。因此，旨在本主体包含处于所附权利要求及其等效形式的范围内的修改和改变。应当理解，本公开不限于以下描述中阐述的构造或过程步骤的细节。本公开能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或执行。相同的附图标记始终指代相同的元件。除非上下文另外明确规定，否则如本说明书和权利要求书中所用，单数形式“一个/一种(a/an)”和“所述(the)”包含多个指示物。
本公开总体上提供了涉及控制氮氧化物(NOx)的吸附和/或从催化制品中的解吸的催化剂、系统和相关方法。例如，NOx的吸附和/或解吸是通过有意地改变催化剂制品的温度以及具体地与基材相关联的载体涂料形式的催化剂组合物的温度控制的。可以提供参考温度控制，例如，通过采用响应于电流的施加的催化制品，其中电流可以操作以在期望NOx的解吸时(例如，当下游选择性催化还原(SCR)催化剂已达到适合的活性的充足温度时)有效地感应地加热催化制品的载体涂料(催化剂组合物)。
催化制品通常必须包括至少一种响应于电流的施加，使得所述组合物可以表征为在施加电流时“可加热”(例如，可感应地加热)的组分。为了提供这种能力，在一些实施例中，催化剂组合物可以包括催化活性颗粒和能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料的混合物。可以在催化剂组合物内使用以发挥此功能的某些组分，其包含但不限于巴斯夫公司(BASF Corp.)的国际专利申请公开第W0 2017/195107号中所列的那些组分，所述国际专利申请公开通过引用一起整体并入本文。作为另一种替代方案，催化制品可以包括位于基材内的，例如，Caudle等人的于2020年10月5日提交的美国临时专利申请第63/087,640号中所述的磁性材料，所述美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
使用与催化制品相关联的磁性材料的感应加热可以是用于将热引导至催化制品的催化剂组合物的有效手段。“磁性材料”选自铁磁材料、亚铁磁材料和顺磁材料。与根据本公开的催化制品相关联的磁性材料的形式选自微粒形式，如包含表示为超顺磁材料的纳米颗粒磁性材料或纳米线、纳米管、片材或其它形状的形式。
定义
冠词“一个(a)”和“一种(an)”在本文中是指一个或多于一个(例如，至少一个)语法对象。本文所列举的任何范围都包含端值。通篇所使用的术语“约(about)”用于描述和解释小波动。例如，“约”可以意指数值可以被修改±5％、±4％、±3％、±2％、±1％、±0.5％、±0.4％、±0.3％、±0.2％、±0.1％或±0.05％。无论是否明确指示，所有5个数值均由术语“约”修饰。由术语“约”修饰的数值包含特定的鉴定值。举例来说，“约5.0”包含5.0。
术语“减轻”意指以由任何方式引起的量的减少。
“AMOx”是指选择性氨氧化催化剂，其是含有一种或多种金属(通常是Pt，但不限于此)的催化剂和适合于将氨转化为氮的SCR催化剂。
术语“相关联”意指例如“配备有”、“与……连接”或“与……连通”，例如“电连接”或“与……流体连通”或以执行功能的方式另外连接。术语“相关联”可以指例如通过一个或多个其它制品或元件直接相关联或间接相关联。
“平均粒度”与D50同义，意指颗粒群的一半的粒度高于这一点，而一半低于这一点。粒度是指初级颗粒。粒度可以通过激光散射技术，用分散体或干粉，例如根据ASTM方法D4464进行测量。D90粒度分布指示90％的颗粒(按数量计)的费列直径(Feret diameter)低于亚微米级颗粒的如通过扫描电子显微镜法(SEM)或透射电子显微镜法(TEM)测量的某个大小；以及含有载体的颗粒(微米级)的通过粒度分析仪测量的某个大小。
术语“催化剂”是指促进化学反应的材料。催化剂包括“催化活性物质”和携带或支撑活性物质的“载体”。例如，沸石是用于钯活性催化物质的载体。同样，难熔金属氧化物颗粒可以是用于铂族金属催化物质的载体。催化活性物质也被称为“促进剂”，因为其促进化学反应。例如，本发明的含钯稀土金属组分可以被称为Pd促进的稀土金属组分。“促进的稀土金属组分”是指有意向其中添加催化活性物质的稀土金属组分。
本公开中的术语“催化制品”是指包含具有催化剂涂层组合物的基材的制品。
如说明书和权利要求中使用的术语“被配置”旨在是如术语“包含”或“含有”等的开放式术语。术语“被配置”并不意味着排除其它可能的制品或元件。术语“被配置”可以等同于“适用”。
“CSF”是指催化烟灰过滤器，其是壁流式整料。壁流式过滤器包括交替的入口沟道和出口沟道，其中入口沟道堵塞在出口端并且出口沟道堵塞在入口端。进入入口沟道的携带烟尘的废气流在排出出口沟道之前被迫通过过滤器壁。除了烟尘过滤和再生之外，CSF可以携带氧化催化剂以将CO和HC氧化成CO2和H2O，或将NO氧化成NO2，从而加速下游SCR催化或促进烟尘颗粒在较低温度下的氧化。SCR催化剂组合物也可以直接涂覆在称为SCRoF的壁流式过滤器上。
“DOC”是指柴油氧化催化剂，其转化柴油发动机的废气中的烃和一氧化碳。通常，DOC包括一种或多种铂族金属，如钯和/或铂；载体材料，如氧化铝；用于HC储存的沸石；以及任选地促进剂和/或稳定剂。
如本文所用，短语“排放物处理系统”是指两种或更多种催化剂组分的组合，例如本文公开的LNT-LT-NA和一种或多种附加催化剂组分的组合，该催化剂组分可以是例如CSF、DOC或选择性催化还原(SCR)催化制品。
通常，术语“有效”意指关于限定的催化活性或储存/释放活性，按重量计或按摩尔计为例如约35％到100％有效，例如约40％、约45％、约50％或约55％到约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％或约95％。
术语“废气流(exhaust stream)”或“废气流(exhaust gas stream)”是指可能含有固体或液体微粒物质的流动气体的任何组合。该气流包括气体组分，并且例如是稀燃发动机的废气，其可以含有某些非气体组分，如液滴、固体微粒等。内燃发动机的废气流通常进一步包括燃烧产物(CO2和H2O)、不完全燃烧产物(一氧化碳(CO)和烃(HC))、氮氧化物(NOx)、可燃物和/或含碳微粒物质(烟尘)以及未反应的氧和氮。如本文所用，术语“上游”和“下游”是指根据发动机废气流从发动机流向尾管的流动的相对方向，其中发动机位于上游位置，并且尾管和如过滤器和催化剂等任何污染物减轻制品位于发动机下游。基材的入口端与“上游”端或“前”端同义。出口端与“下游”端或“后”端同义。上游区是下游区的上游。上游区可以更靠近发动机或歧管，而下游区可以更远离发动机或歧管。
术语“流体连通”用于指定位在同一排气管线上的制品，即，共同的废气流穿过彼此流体连通的制品。流体连通的制品可以在排气管线中彼此相邻。可替代地，流体连通的制品可以被也称为“载体涂料整料”的一个或多个制品隔开。
本公开中的术语“功能制品”意指包括基材的制品，所述基材具有安置在其上的功能涂料组合物，具体地催化剂和/或吸附剂涂料组合物。
如本文所用，“浸渍的”或“浸渍”是指催化材料渗透到载体材料的多孔结构中。
关于涂层的术语“在……上”和“在……之上”可以同义地使用。术语“直接在……上”表示直接接触。在某些实施例中，所公开的制品被称为包括在第二涂层“上”的一个涂层，并且这种语言旨在涵盖具有中间层的实施例，其中不需要涂层之间的直接接触(即，“在……上”不等同于“直接在……上”)。
如本文所用，术语“促进的”是指有意添加到稀土金属组分中的组分，与稀土金属组分中固有的杂质相反。“促进剂”是增强对期望化学反应或功能的活性的金属。
如本文所用，术语“选择性催化还原”(SCR)是指使用含氮还原剂将氮氧化物还原成二氮(N2)的催化过程。
如本文所使用的，术语“氮氧化物”或“NOx”指代氮的氧化物，如NO、NO2或N2O。
如本文所用，术语“流”广义上是指可能含有固体或液体微粒物质的流动气体的任何组合。术语“气态流”或“废气流”意指气态成分流，如内燃发动机的废气，其可以含有夹带的非气态组分，如液滴、固体微粒等。内燃发动机的废气流通常进一步包括燃烧产物(CO2和H2O)、不完全燃烧产物(一氧化碳(CO)和烃(HC))、氮氧化物(NOx)、可燃物和/或含碳微粒物质(烟尘)以及未反应的氧和氮。
“基本上不含”意味着“很少或没有”或“未有意加入”，并且还只有痕量和/或无意的量。例如，在某些实施例中，“基本上不含”是指基于所指示的总组合物的重量，小于2wt.％(wt.％)、小于1.5wt.％、小于1.0wt.％、小于0.5wt.％、0.25wt.％或小于0.01wt.％。
如本文所用，术语“基材”是指催化剂组合物(也就是说，催化涂层)通常以载体涂料形式涂覆的整体式材料。在一个或多个实施例中，基材是流通式整料和整体壁流式过滤器。例如，在国际申请公开第W02016/070090号中还教导了流通式基材和壁流式基材，所述文献通过引用并入本文。载体涂料是通过在液体中制备含有特定固体含量(例如，按重量计30-90％)的催化剂的浆料，然后将浆料涂覆到基材上并且干燥以提供载体涂料层来形成的。对“整体基材”的引用是指从入口到出口均匀且连续的整体结构。载体涂料是通过在液体媒剂中制备含有一定固体含量(例如，按重量计20％-90％)的颗粒的浆料，然后将浆料涂覆到基材上并且干燥以提供载体涂料层来形成的。
如本文所用，术语“上游”和“下游”是指根据发动机废气流从发动机流向尾管的流动的相对方向，其中发动机位于上游位置，并且尾管和如过滤器和催化剂等任何污染物减轻制品位于发动机下游。
如本文所用，术语“载体涂料”在本领域中具有其通常的含义，即施加到如蜂窝型基材的基材材料的催化材料或其它材料的薄的粘附涂层，其足够多孔以允许被处理的气流通过。如本文所使用和如Heck、Ronald和Farrauto、Robert,《催化空气污染控制(CatalyticAir Pollution Control)》,纽约：威利-国际科学出版社(Wiley-Interscience),2002,第18-19页中所描述的，载体涂料层包含安置在整体基材表面或底层载体涂料层上的组成不同的材料层。基材可以含有一个或多个载体涂料层，并且每个载体涂料层可以以某种方式不同(例如，可以在其物理性质方面不同，例如粒度或微晶相)和/或可以在化学催化功能方面不同。
如果未另外指示，那么重量百分比(wt.％)是按不含任何挥发物的整个组合物计，也就是说，按干燥固体含量计。除非另外指示，否则所有份数和百分比均按重量计。
除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅旨在更好地说明材料和方法并且不对范围构成限制。本说明书中的语言不应解释为指示任何未要求的元件是本公开的材料和方法的实践所必需的。本文提及的所有美国专利申请、授权前出版物和专利据此均通过引用整体并入。
非限制性示例实施例
非限制性地，本公开的一些实施例包含：
1.一种用于吸附氮氧化物(NOx)并且从催化剂制品中解吸所述NOx的方法，所述催化剂制品适于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流，所述方法包括：
使所述废气流与催化制品接触，所述催化制品包括处于低于225℃的温度下的NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物包括安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，并且
其中所述催化制品包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料，并且
其中所述催化制品进一步具有与所述催化制品相关联的导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，所述导体被定位成使得所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；通过使电流穿过所述导体来间歇地为所述导体通电以生成交变电磁场并且感应地加热所述磁性材料以将所述NOx吸附剂组合物加热至大于225℃的温度并从所述NOx吸附剂组合物中解吸所述NOx。
2.根据实施例1所述的方法，其中所述导体是用反馈控制适配的，并且其中所述间歇通电仅在所述基材的温度低于225℃时发生。
3.根据实施例1所述的方法，其进一步包括使所述废气流与位于所述NOx吸附剂组合物下游的选择性催化还原(SCR)催化剂组合物接触。
4.根据实施例3所述的方法，其中所述NOx吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于同一基材上。
5.根据实施例3所述的方法，其中所述NOx吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于单独的基材上。
6.根据实施例3至5中任一项所述的方法，其进一步包括：监测所述SCR催化剂组合物的温度，
其中当所述SCR催化剂组合物的温度上升到预定温度以上时所述间歇通电发生。
7.根据实施例6所述的方法，其中所述预定温度为约180℃或约200℃。
8.根据实施例6至7中任一项所述的方法，其进一步包括将所述NOx吸附剂组合物维持在大于225℃的温度下，只要所述SCR催化剂组合物在所述预定温度以上即可。
9.根据实施例8所述的方法，其进一步包括在所述SCR催化剂组合物低于所述预定温度时移除所述电流。
10.一种用于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流的系统，所述系统包括：
催化剂制品，所述催化剂制品包括：处于低于225℃的温度下的NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物包括安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，并且
其中所述催化制品包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料；以及
导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，所述导体被定位成使得所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；以及
位于所述NOx吸附剂组合物下游的SCR催化剂组合物。
11.根据实施例10所述的系统，其中所述NCR吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于同一基材上。
12.根据实施例11所述的系统，其中所述NCR吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于单独的基材上。
磁性组分
在一些实施例中，磁性材料的大小(例如，粒度)可以直接影响可以使用的磁性材料的类型。换言之，在一些实施例中，磁性颗粒可以总体上包括任何材料，只要颗粒超过某个大小阈值(适于提供期望的效果)即可。尽管在一些实施例中，颗粒可以至少部分地由导电材料形成，但在一些实施例中，包括非导电材料的颗粒(例如，基本上由非导电材料组成的颗粒)是优选的。在一些实施例中，可以通过涡流电感地耦合的任何材料(例如，包含金属颗粒、接线段和其它含金属的材料)可以用于该目的。
磁性材料颗粒的形式(例如，形状和大小)可以变化。在一些实施例中，颗粒是纳米颗粒，但是其不限于此。因此，在一些实施例中，平均粒度为约100nm或更小(例如，约1nm至约100nm)。在一些实施例中，颗粒处于此范围的较小端。例如，在一些实施例中，平均粒度为约60nm或更小(例如，约1nm至约60nm)，或约50nm或更小(例如，约1nm至约50nm)。在一些实施例中，颗粒处于此范围的较大端，例如，约60nm或更大(例如，约60nm至约100nm或约80nm至约100nm)。在一些实施例中，颗粒甚至更大，例如约100nm或更大(例如，约100nm至约500nm、约100nm至约400nm、约100nm至约300nm、约100nm至约200nm或约100nm至约150nm)。在一些实施例中，更大的颗粒提供更好的加热，因此，在这样的实施例中，确保约25nm或更大的平均粒度可能是有利的。
在一些实施例中，颗粒基本上是单分散的，但本公开不限于此。在一些实施例中，颗粒以可表现出双峰粒度分布。在特定实施例中，磁性材料包括表示为超顺磁材料的纳米颗粒磁性材料。然而，在某些实施例中，磁性材料可以以纳米线、纳米管的形式或以片材的形式使用，只要磁性材料在其生产时分散在基材内即可。
尽管可以使用能够在存在交变电磁场的情况下感应加热的任何材料，但是有利的磁性材料包含包括过渡金属或稀土金属的材料，特别是包括此类过渡金属或稀土金属的氧化物。“稀土金属”是指如元素周期表中所限定的钪、钇和镧系列或其氧化物。稀土金属的实例包含镧、铈、钕、钆、钇、镨、钐、铪和其混合物。可以用作磁性材料的组分的过渡金属的实例包含钨、锰、铁、钴、镍、铜和锌。过渡金属和稀土金属的混合物可以用于相同的磁性材料。许多磁性金属的氧化物形式特别有利于在本公开中使用，因为金属氧化物在通常与用于处理来自发动机的排放物的催化剂系统相关联的操作温度下往往是高度稳定的。在某些实施例中，与催化制品相关联的磁性材料包括超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPION颗粒)或含稀土的微粒材料，包括钕-铁-硼或钐-钴颗粒。在一些实施例中，磁性材料包括平均粒度小于约100nm，如约5nm至约50nm或约10nm至约40nm的SPION颗粒(例如，氧化铁(III)颗粒)。
磁性材料可以以各种方式与催化制品相关联，例如，通过在涂覆基材之前与催化剂材料混合以产生包括磁性材料的催化剂组合物(例如，根据巴斯夫公司的国际专利申请公开第W02017/195107号中列出的方法，所述国际专利申请公开通过引用以其整体并入本文)或通过将磁性材料与基础材料组合并由其形成基材(例如，根据Caudle等人于2020年10月5日提交的美国临时专利申请第63/087,640号中列出的方法，所述美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文)。
催化剂组成-NOx吸附剂组合物
关于本文公开的适用于感应加热的催化制品的催化剂材料，所述材料总体上包括至少一种能够在第一温度下吸附NOx并且在第二温度下解吸NOx的组分(在本文被称为“NOx吸附剂组合物”)，通常还称为低温NOx吸附剂(LT-NA)组合物或“被动NOx吸附剂”。此类组分通常对于将NOx储存在低于200℃的温度下，并在更高温度下释放所储存的NOx是有效的。出于本公开的目的，NOx吸附剂适于吸附/储存NOx直到下游SCR催化剂处于足以有效转化NOx的温度下。在这时(如下文将更全面地描述的)，可以向包括NOx吸附剂组合物的催化制品施加电流以将NOx吸附剂组合物加热到适于从其释放NOx的温度(这然后可以通过下游SCR催化剂进行有效处理)。例如，在一些实施例中，NOx吸附剂组合物被设计成将NOx储存在低于约180℃的温度下(并且在高于约180℃的温度下释放NOx)，将NOx储存在低于约190℃的温度下(并且在高于约190℃的温度下释放NOx)，将NOx储存在低于约200℃的温度下(并且在高于约200℃的温度下释放NOx)，将NOx储存在低于约210℃的温度下(并且在高于约210℃的温度下释放NOx)或将NOx储存在低于约225℃的温度下(并且在高于约225℃的温度下释放NOx)。
在一些实施例中，NOx吸附剂组合物被设计成储存NOx并且按需释放NOx。例如，在一些实施例中(例如，在冷启动后情况下)，可以再次向LT-NA催化剂填充NOx直至某种水平，并且可以开启按需接通解吸以将这种额外的NOx清除到催化剂之外。在一些实施例中，这种操作可以是用于调节LT-NA催化剂中的NOx填充水平以确保下一次冷启动的足够的NOx能力的工具。
已知NOx吸附剂的几种变化；然而，NOx吸附剂组合物总体上包括包含铂族金属(PGM)组分的分子筛。
如本文所用，术语“分子筛”，如沸石和其它沸石骨架材料(例如，同晶取代的材料)，是指基于连接到处于通常四面体类型的位点中的金属原子(如Si、Al等)并且具有基本上均匀的孔分布的平均孔径不大于20埃
Figure BDA0004151384910000121
的氧阴离子的广泛三维网络的材料。
分子筛可以主要根据由(SiO4)/AlO4四面体的刚性网络形成的空隙的几何形状来区分。到空隙的入口被包括6个、8个、10个、12个或14个氧原子的环围绕，所述环包括形成入口开口的6个、8个、10个、12个或14个(SiO4)/AlO4四面体。分子筛是具有相当均匀孔径的结晶材料，根据分子筛的类型和分子筛晶格中包含的阳离子的类型和量，其直径范围为约
Figure BDA0004151384910000122
到/>
Figure BDA0004151384910000123
短语“8环”分子筛是指具有8环孔开口和双六环次级结构单元并且具有由双六环结构单元通过4个环连接而产生的笼状结构的分子筛。分子筛包括小孔、中孔和大孔分子筛或其组合。孔径由环大小限定。
小孔分子筛含有由至多八个四面体原子限定的沟道。如本文所使用的，术语“小孔”是指小于约5埃，例如大约-3.8埃的孔开口。示例性小孔分子筛包含骨架类型ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、ZON和其混合物或共生物。
中孔分子筛含有由十元环限定的沟道。示例性中孔分子筛包含骨架类型AEL、AFO、AHT、BOF、BOZ、CGF、CGS、CHI、DAC、EUO、FER、HEU、IMF、ITH、ITR、JRY、JSR、JST、LAU、LOV、MEL、MFI、MFS、MRE、MTT、MVY、MWW、NAB、NAT、NES、OBW、PAR、PCR、PON、PUN、RRO、RSN、SFF、SFG、STF、STI、STT、STW、SVR、SZR、TER、TON、TUN、UOS、VSV、WEI、WEN和其混合物或共生物。
大孔分子筛含有由十二元环限定的沟道。示例性大孔分子筛包含骨架类型AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL4、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFW、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET和其混合物或共生物。
通常可以使用任何骨架类型的分子筛，如骨架类型ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、APC、APD、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOG、BPH、BRE、CAN、CAS、SCO、CFI、SGF、CGS、CHA、CHI、CLO、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、FAU、FER、GIS、GME、GON、GOO、HEU、IFR、IFY、IHW、IRN、ISV、ITE、ITH、ITW、IWR、IWW、JBW、KFI、LAU、LEV、LOV、LTA、LTL、LTN、MAZ、MEI、MEL、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、MTF、MTT、MTW、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OSI、OSO、OWE、PAR、PAU、PHI、PON、RHO、RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RWR、RWY、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBS、SBT、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFW、SOS、SSY、STF、STI、STT、TER、THO、TON、TSC、UEI、UFI、USI、UTL、VET、VFI、VNI、VSV、WIE、WEN、YUG、ZON或其组合。举例来说，在某些实施例中，分子筛可包括选自由以下组成的组的骨架类型：菱沸石(CHA)、镁碱沸石(FER)和插晶菱沸石(LEV)。
如本文所使用的，术语“沸石”是指包含硅和铝原子的分子筛的具体示例。通常，沸石被定义为具有开放3维骨架结构的铝硅酸盐，所述骨架结构由共用角的TO4四面体构成，其中T为Al或Si，或任选地P。平衡阴离子骨架的电荷的阳离子与骨架氧松散相关联，并且其余孔体积充满水分子。非骨架阳离子通常是可交换的，并且水分子是可去除的。铝硅酸盐沸石结构不包含在骨架中同构取代的磷或其它金属。也就是说，“铝硅酸盐沸石”不包括如SAPO、AlPO和MeAlPO材料等铝磷酸盐材料，而更广义的术语“沸石”包含铝硅酸盐和铝磷酸盐。为了本公开的目的，SAPO、AlPO和MeAlPO材料被视为是非沸石分子筛。
沸石可以包括SiO4/AlO4四面体，其通过共同的氧原子连接以形成三维网络。本发明的沸石的二氧化硅与氧化铝的摩尔比(“SAR”)可以在宽范围内变化，但通常为2或更大。例如，本发明的沸石可具有约5至约1000，如约10至约100或约10至约50或约15至约30的SAR。
NOx吸附剂组合物的分子筛浸渍有PGM组分(即，分子筛是PGM组分取代的分子筛)。如本文所使用的，对用PGM组分浸渍的引用包含PGM组分与分子筛的所有形式的相关联，如其中PGM组分位于分子筛的离子交换位点或分子筛内的其它内部位置，或其中PGM存在于分子筛的表面，或上述位置的任何组合。因此，如本文所用，术语“PGM取代的”包含术语“离子交换的”。如本文所用，“离子交换的”或“PGM交换的”是指PGM支撑在分子筛材料上或中。PGM中的至少一些成离子形式，并且在一个或多个实施例中，PGM的一部分可以成零价或金属形式，或者可以成金属氧化物聚集体的形式。在一些实施例中，所公开的NOx吸附剂组合物被描述为包括“包含”第二PGM组分的分子筛(或包含“与”分子筛“相关联”的第二PGM组分)。在此类情况下，“包括”(或“与……相关联”)应理解为意指在分子筛的离子交换位点中、分子筛的表面上或分子筛的离子交换位点中和分子筛的表面上两者的第二PGM组分。在一些实施例中，所公开的NOx吸附剂组合物可以被描述为包括“含有”PGM的分子筛，并且在此类情况下，“含有”类似地被理解为意味着PGM存在于分子筛的离子交换位点中或在表面上，或两者。
术语“PGM组分”是指包含PGM(例如，钌(Ru)、铑(Rh)、锇(Os)、铱(Ir)、钯(Pd)和/或铂(Pt))的任何组分。对“PGM组分”的提及允许存在任何价态的PGM；然而，在所公开的NOx吸附剂组合物的上下文中，PGM通常呈允许NOx吸附的形式(例如，包含但不限于离子交换阳离子形式)。术语“铂(Pt)组分”、“铑(Rh)组分”、“钯(Pd)组分”、“铱(Ir)组分”、“钌(Ru)组分”等是指相应的铂族金属化合物、络合物等，其在煅烧或使用催化剂时分解或以其它方式转化为催化活性形式，通常是金属或金属氧化物。可以特别用于本文公开的NOx吸附剂组合物的某些示例性PGM组分包含钯、铂、铑或其组合。在一些实施例中，作为唯一的PGM组分，PGM组分为钯，但也可使用PGM组分的混合物。在使用混合物的情况下，PGM组分可以包括，例如，重量比为约1:10至约10:1的两种不同的铂族金属。例如，在一些实施例中，PGM组分包括铂和钯。
如本文所公开的NOx吸附剂组合物的分子筛具有至少1重量％的量的位于分子筛的孔内的PGM，举例来说至少5重量％，进一步举例来说至少10重量％，如至少25重量％，并且举例来说，至少50重量％的位于分子筛的孔内的PGM。
在一些实施例中，如本文所公开的NOx吸附剂组合物的分子筛可以被另外的金属，例如碱金属取代。因此，NOx吸附剂组合物的分子筛可以包括分子筛、PGM组分和任选地碱金属。可以说分子筛含有PGM组分和任选的碱金属。碱金属可以选自铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)和锡(Sn)以及其两种或更多种的混合物。在一些实施例中，碱金属选自Fe、Cu、Co以及其混合物。在一些实施例中，分子筛可以基本上不含碱金属。在一些实施例中，分子筛不包括碱金属。在一些实施例中，除PGM组分外，NOx吸附剂组合物基本上不含任何另外的活性金属。
PGM组分的浓度可以变化，但典型地相对于分子筛的总干重将为约0.01wt.％至约6wt.％。PGM组分可存在于分子筛中，例如，按分子筛的总干重计为约0.1重量％、约0.2重量％、约0.5重量％、约0.7重量％、约0.9重量％或约1.0重量％至约1.5重量％、约2.0重量％、约2.5重量％、约3.0重量％、约3.5重量％、约4.0重量％、约4.5重量％、约5.0重量％或约6重量％。PGM组分的重量以金属的形式(例如，钯的重量)进行测量和报告。分子筛的总干重包含任何添加/交换的金属(即，钯)。
如以上所引用的，在一些实施例中，NOx吸附剂催化组合物在一些实施例中包含用于使催化制品能够通过施加电磁场而被感应地加热的磁性材料。然而，在所有实施例中，NOx吸附剂催化剂组合物不包括磁性材料(例如，因为磁性材料可以替代地与基材相关联，如下文进一步详细描述的)。
如本文所公开的NOx吸附剂组合物可以通过本领域众所周知的方法容易地制备。在一些实施例中，所公开的NOx吸附剂可以通过初湿浸渍方法制备。典型地，将金属前体(例如，PGM组分)溶解在水性溶液或有机溶液中，并且然后将含金属的溶液添加到待浸渍的材料(例如，分子筛)中，并且其含有与所添加的溶液的体积相同的孔体积。毛细管作用将溶液吸入材料的孔中。所添加的溶液超过材料孔体积导致溶液的输送从毛细管作用过程变为慢得多的扩散过程。然后可将浸渍材料干燥并且任选地煅烧以去除溶液内的挥发性组分，从而将金属沉积在材料的表面上。最大负载量受前体在溶液中的溶解度限制。浸渍材料的浓度分布取决于在浸渍和干燥期间孔内的传质条件。
举例来说，可通过浸渍、吸附、离子交换、初湿、沉淀等将PGM组分前体(例如硝酸钯)负载在分子筛上。合适的PGM前体的非限制性实例包含硝酸钯、四胺硝酸钯、四胺乙酸铂和硝酸铂。可替代地，可使用如上文所讨论的PGM胶态分散体。在煅烧步骤期间，或至少在使用催化剂的初始阶段期间，将此类化合物转化为金属或其化合物的催化活性形式。
基材
根据一个或多个实施例，用于NOx吸附剂组合物的基材可以由通常用于制备汽车催化剂的任何材料构建，并且将典型地包括金属或陶瓷蜂窝结构。基材通常提供多个壁表面，催化剂组合物施涂并粘附到所述多个壁表面上，从而充当用于催化剂组合物的载体。
示例性金属基材包括耐热金属和金属合金，如钛和不锈钢以及其中铁是实质组分或主要组分的其它合金。这样的合金可以选自镍、铬和/或铝，并且这些金属的总量可以有利地包括至少15wt.％的合金，例如10-25wt.％的铬、3-8wt.％的铝和至多20wt.％的镍。合金还可以含有少量或痕量的其它金属，所述其它金属选自锰、铜、钒、钛等。表面或金属载体可以在高温，例如，1000℃或更高下氧化，以在基材的表面上形成氧化物层，从而提高合金的耐腐蚀性并促进载体涂料层与金属表面的粘附。
用于构造基材的陶瓷材料可以包括选自以下的任何适合的难熔材料：堇青石、莫来石、堇青石-a氧化铝、氮化硅、锆莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、a氧化铝、铝硅酸盐等。
在一些实施例中，如以上提到的，与催化制品相关联的磁性材料包含在基材本身内。在一些这样的实施例中，磁性材料可以与基础材料前体(例如，陶瓷前体)的组合物(例如，溶液或浆料)组合。磁性材料通常(但不总是)呈微粒材料的形式。组合可以包含混合、研磨、摇动等以促进磁性材料在各处的分散。将所产生的混合物形成为基材(例如，通过挤出或倒入到模具中，随后进行煅烧和干燥)。用于产生陶瓷基材的一般方法是已知的并且例如在康铭公司(Coming,Inc.)的美国专利第5,314,650号；第5,403,787号；第6,455,124号；第8,673,206号；以及第9,808,794号中描述，所述美国专利通过引用以其整体并入本文。在其它实施例中，磁性材料可以被引入到预形成的催化剂基材的孔中。图3A和3B提供了基材横截面的示意图，其展示了其中掺入有磁性材料的两种非限制性催化剂基材。如所示出的，示例性基材包含通过壁12形成的流动通道10，所述流动通道从上游端延伸穿过基材到达下游端，在下游端处磁性材料20分散在壁12内或分散在壁12中的孔内。在图3A中，黑色描绘了基材的材料，并且白色点表示磁性材料，在图3B中，黑色描绘了基础材料，白色不规则部分表示基础材料内的孔，并且其中的黑色点表示磁性材料。参见Caudle等人的于2020年10月5日提交的美国临时专利申请第63/087,640号中提供的另外的细节，所述美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
可以采用任何合适的基材，如具有从基材的入口延伸到出口面使得通道向流体流动打开的多个细的平行气体流动通道的整体流通式基材。为从入口到出口的基本上直的路径的通道由壁限定，所述壁上涂覆了作为载体涂料的催化材料，使得流过通道的气体接触催化材料。整体基材的流动通道是薄壁沟道，所述薄壁沟道可以呈选自以下的任何适合的横截面形状：梯形、矩形、正方形、正弦曲线形、六边形、椭圆形、圆形等。此类结构可以含有每平方英寸横截面约60个至约1200个或更多个气体入口开口(即，“单元格”)(cpsi)，更通常地约300cpsi到600cpsi。流通式基材的壁厚可以变化，其中典型范围介于0.002英寸与0.1英寸之间。代表性可商购获得的流通式基材为具有400cpsi和6mil壁厚或具有600cpsi和4mil壁厚的堇青石基材。然而，应当理解的是，本发明不限于特定基材类型、材料或几何形状。
在替代性实施例中，基材可以是壁流式基材，其中在基材主体的一端处用无孔插塞阻塞每个通道，其中在相对的端面处阻塞交替通道。这需要气体流过壁流式基材的多孔壁以到达出口。这样的整体式基材可以含有之多约700或更高的cpsi，如约100cpsi至400cpsi，并且更典型地约200cpsi至约300cpsi。单元格的横截面形状可以如上所述那样变化。壁流式基材的壁厚通常介于0.002英寸与0.1英寸之间。代表性可商购获得的壁流式基材由多孔堇青石构建，所述基材的一实例为200cpsi和10mil壁厚或300cpsi以及8mil壁厚，以及介于40％-70％之间的壁孔隙度。如钛酸铝、碳化硅和氮化硅等其它陶瓷材料也可以用作壁流式过滤器基材。然而，将理解，所公开的主题不限于特定基材类型、材料或几何形状。注意，在基材是壁流式基材的情况下，与其相关联的催化剂组合物(例如，CSF组合物)除了安置在壁的表面上之外，还可以渗透到多孔壁的孔结构中(即，部分或完全堵塞孔开口)。
图1和2展示了呈涂覆有如本文所描述的载体涂料组合物的流通式基材形式的示例性基材2。参照图1，示例性基材2具有圆柱形形状和圆柱形外表面4、上游端面6和对应下游端面8，所述下游端面与端面6相同。基材2具有形成于其中的多个细的平行气流动通道10。如在图2中所见，流动通道10是通过壁12形成的，并且从上游端面6延伸穿过载体2至下游端面8，沟道10是不受阻的，以允许流体(例如，气流)流动，通过其气体流动通道10纵向穿过载体2。如在图2中更容易地看到的，壁12的被尺寸设定并且被配置成气体流动通道10具有基本上规则的多边形形状。如所示出的，如果期望的话，催化剂组合物可以以多个不同的层的形式施涂。在所展示的实施例中，催化剂组合物由粘附到载体构件的壁12上的离散底层14和涂覆在底层14上的第二离散顶层16两者组成。本公开可以以一个或多个(例如，2个、3个或4个)催化剂层来实践，并且不限于图2中所展示的两层实施例。
在描述组合物的载体涂料或催化金属组分或其它组分的量时，使用每单位体积催化剂基材的组分的重量单位是方便的。因此，本文中所使用的单位克每立方英寸(“g/in3”)和克每立方英尺(“g/ft3”)意指每单位体积基材(包含基材的空隙空间的体积)的组分重量。有时也使用其它每体积重量单位，如g/L。催化剂组合物(包含催化金属和载体材料)在催化剂基材，如整体流通基材上的总负载通常为约0.5g/in3至约6g/in3，并且例如为约1g/in3至约5g/in3。不含载体材料的PGM或碱金属组分的总负载通常在约5g/ft3至约200g/ft3(例如10g/ft3至约100g/ft3)的范围内。要注意，这些每单位体积重量通常通过在用催化剂载体涂料组合物处理之前和之后称重催化剂基材来计算，并且由于处理工艺涉及在高温下干燥并煅烧催化剂基材，因此这些重量表示基本上无溶剂的催化剂涂层，因为已经去除了载体涂料浆料的基本上所有的水。
在一些实施例中，本文提供的NOx吸附剂组合物中PGM组分的量可以表达为每单位体积基材的重量。举例来说，在某些实施例中，NOx吸附剂组合物中PGM组分的量为约10g/ft3至140g/ft3或约40g/ft3至约100g/ft3(按催化剂安置在其上的底层基材的体积计)。
按基材的体积计，NOx吸附剂组合物通常以以下浓度存在于基材上，例如约0.3g/in3至5.5g/in3、或约0.4g/in3、约0.5g/in3、约0.6g/in3、约0.7g/in3、约0.8g/in3、约0.9g/in3或约1.0g/in3至约1.5g/in3、约2.0g/in3、约2.5g/in3、约3.0g/in3、约3.5g/in3、约4.0g/in3、约4.5g/in3、约5.0g/in3或约5.5g/in3。
基材涂覆工艺
催化剂组合物可以以粉末、珠粒或挤出颗粒的填充床形式使用。然而，在某些有利的实施例中，催化剂组合物被涂覆在基材上。催化剂组合物可与水混合(如果为干燥形式)以形成用于涂覆催化剂基材的浆料。除了催化剂颗粒之外，浆料可以任选地含有氧化铝作为粘结剂、相关联型增稠剂和/或表面活性剂(包含阴离子、阳离子、非离子或两性表面活性剂)。在一些实施例中，浆料的pH可以被调节到例如约3至约5的酸性pH。
当存在时，氧化铝粘合剂通常以约0.02g/in3至约0.5g/in3的量使用。氧化铝粘结剂可以例如选自勃姆石、γ-氧化铝或δ/θ氧化铝。
可以研磨浆料以增强颗粒的混合和均质材料的形成。研磨可以在球磨机、连续研磨机或其它类似设备中完成，并且浆液的固体含量可以为例如约20wt.％-60wt.％，更具体地约30wt.％-40wt.％。在一个实施例中，研磨后浆料的特征在于D90粒度为约10微米至约50微米(例如，约10微米至约20微米)。D90被定义为约90％的颗粒具有更精细的粒度的粒度。
然后使用本领域已知的载体涂料技术将浆料涂覆在催化剂基材上。如本文所使用的，术语“载体涂料”具有其在本领域中施涂到足够多孔以允许所处理的气流穿过其中的基材，如蜂窝流通式整料基材或过滤器基材等上的材料的薄粘附涂层的通常含义。如本文所使用和如Heck、Ronald和Robert Farrauto,《催化空气污染控制(Catalytic AirPollution Control)》,纽约：威利-国际科学出版社(Wiley-Interscience),2002,第18-19页中所描述的，载体涂料层包含安置在整体基材的表面或底层载体涂料层上的组成上不同的材料层。基材可以含有一个或多个载体涂料层，并且每个载体涂料层可以具有独特的化学催化功能。
在一些实施例中，基材一次或多次浸涂在浆料中或以其它方式涂覆有浆料。此后，经涂覆的基材在升高的温度(例如，100℃-150℃)下干燥一定时间段(例如，1小时-3小时)，并且然后通过例如在400℃-600℃下加热来煅烧，通常持续约10分钟至约3小时。在干燥和煅烧之后，最终的载体涂料涂层可以被视为基本上不含溶剂。
煅烧之后，可以通过计算基材的涂覆重量与未涂覆重量的差值来确定催化剂负载量。如对本领域技术人员显而易见的是，可以通过更改浆料流变性来修改催化剂负载量。另外，可以根据需要重复涂覆/干燥/煅烧工艺以将涂层构造到期望的负载量水平或厚度。
催化剂组合物可以作为单层或以多层施涂。通过重复洗涂相同催化剂材料以增加负载水平而产生的催化剂层通常被视为单层催化剂。在另一实施例中，催化剂组合物以多层施涂，其中每层具有不同组合物。另外，催化剂组合物可以是分区涂覆的，这意味着可以在沿着气体流出物流动路径的不同区域中用不同的催化剂组合物涂覆单个基材。
在将磁性材料掺入在催化剂组合物内的情况下，可以在涂覆基材之前将其添加到催化剂组合物中。例如，将磁性材料方便地添加到载体涂料浆料中，如在研磨步骤之前，使得研磨作用将增强磁性材料在整个浆料中的分散。
排放物处理系统
本公开还提供了一种排放物处理系统，所述排放物处理系统并入了本文所述的催化剂组合物或制品。本文公开的催化制品通常用于包括用于处理汽油或柴油废气排放物的一种或多种另外的组分的集成排放物处理系统中。因此，术语“废气流(exhaust stream)”、“发动机废气流(engine exhaust stream)”、“废气流(exhaust gas stream)”等是指发动机流出物以及如本文所述的一种或多种其它催化剂系统组分下游的流出物。
图4示出了适于感应加热的本公开的NOx吸附剂催化制品40。如所示出的，经适配的催化制品包括催化制品60(包括如上文所述的与基材相关联的NOx吸附剂组合物)，其中催化制品60包括位于基材本身内和/或与其上的催化剂组合物相关联的磁性材料。电线圈62围绕催化制品60，以提供适于对与催化制品60相关联的磁性材料进行感应加热的交变磁场64。电线圈62电连接到电源66，所述电源能够以通常在约5kW至50kW的范围内的输出功率并且以约100kHz-10000kHz的频率向线圈提供交流电流。
一个示例性排放物处理系统在图5中展示，所述图描绘了排放物处理系统50的示意表示，其中箭头52显示发动机流出物(通常含有气态污染物，包含NOx和微粒物质)的行进方向。如所示出的，所述系统包括适于感应加热的如本文所公开的催化制品60(包括位于基材上的NOx吸附剂组合物)。系统50进一步包含与催化制品60流体连通的下游SCR催化剂70。下游SCR催化剂的组成可以变化并且可以包括用于还原NOx的任何组分。某些SCR组合物包括金属促进的分子筛材料(例如，铜或铁促进的沸石)，例如Zones的4,544,538和Zones的6,709,644以及Bull等人的美国专利第8,883,119号中所述，所述文献通过引用以其整体并入本文。然而，SCR组合物不限于此，并且可以替代性地包括例如混合金属氧化物组合物(例如，氧化钒/二氧化钛)；在一个实施例中，其可以包括含有例如在巴斯夫公司的国际专利申请公开第WO2019/069232号中所公开的铌和碱金属氧化物掺杂剂的二氧化铈载体，所述国际专利申请公开通过引用以其整体并入本文。
SCR催化剂70通常对于在存在还原剂，例如氨或尿素的情况下催化NOx的还原有效。在操作中，还原剂通常通过喷射器从SCR制品上游的位置周期性地计量到废气流中，与SCR制品(未示出)流体连通并位于其上游。喷射器也可以与还原剂储存器和泵相关联。氨是用于处理固定发电厂的废气的SCR反应的典型还原剂，而尿素是用于处理移动排放物源的废气的典型SCR还原试剂。尿素在与SCR催化剂接触或位于SCR催化剂上之前分解为氨和二氧化碳，其中氨用作NOx的还原剂。
电线圈62围绕催化制品60，以提供适于对与催化制品60相关联的磁性材料进行感应加热的交变磁场64。电线圈62电连接到电源66，所述电源能够以通常在约5kW至50kW的范围内的输出功率并且以约100kHz-10000kHz的频率向线圈提供交流电流。系统进一步包含任选温度传感器72，所述任选温度传感器被定位成测量进入SCR催化剂70的发动机流出物气体的温度。电源66和温度传感器72两者操作性地连接到控制器68，所述控制器被配置成控制电源并接收来自传感器的温度信号。如将理解的，控制器68可以包括硬件和相关联的软件，所述相关联的软件适于使控制器向电源提供指令，以在期望对磁性材料进行感应加热的任何时间使电线圈66通电。控制器可以基于各种因素选择用于感应加热的时间段，如基于与温度传感器72相关联的特定温度设定点，在基于发动机点火(例如，适于在发动机点火后的设定时间段内感应加热磁性材料的控制系统)的具体时间段或在具体预设时间间隔。
有利地，一旦与SCR催化剂70相关联的温度传感器72处于足以转化NOx的温度下，控制器就可以感应地加热催化制品60，使得NOx可以从催化制品60中解吸并且被SCR催化剂70有效处理。SCR催化剂70有效的温度(通常是在传感器72处感测到的催化制品60的感应加热被处触发，从而释放NOx以进行处理的预定温度)可以变化，这取决于所采用的确切SCR催化剂组成。然而，在一些实施例中，此预定温度可以为约180℃或约200℃。
注意，所展示的实施例仅仅是所公开的主题的一个实例，并且根据本公开的其它配构型是可能的。例如，虽然在单独的“砖块”上进行了说明，但在一些实施例中，MX吸附剂组合物和下游SCR催化剂组合物可以位于同一块砖块上，例如，杂在分区配置构型中。在这样的实施例中，电线圈66可以环绕整个砖块或砖块的仅一部分(例如，只是砖块的NOx吸附剂组合物沉积在其上的部分)。
在一些实施例中，排放物处理系统进一步包括以下的一种或多种：第二选择性催化还原(SCR)催化剂、涂覆在微粒过滤器上的SCR催化剂(SCRoF)、氨或氨前体注射组件、柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟尘过滤器(CSF)或氨氧化(AMOx)催化剂。
DOC或CSF催化剂通常包括浸渍在如氧化铝等金属氧化物载体上的一种或多种PGM组分，任选地进一步包含如二氧化铈或二氧化铈/氧化锆等储氧组分(OSC)，并且提供烃和一氧化碳两者的氧化。
LNT催化剂通常含有一种或多种浸渍在载体上的PGM组分和NOx捕集组分(例如，二氧化铈和/或碱土金属氧化物)。LNT催化剂能够在稀燃条件下吸附NOx，并且在富燃条件下将储存的NOx还原成氮气。
SCR催化剂适于在存在适当量的氧气的情况下用还原剂对氮氧化物进行催化还原。还原剂可以是例如烃、氢和/或氨。SCR催化剂通常包括与促进剂金属，如铜或铁离子交换的分子筛(例如，沸石)，其中示例性SCR催化剂包含FeBEA、FeCHA和CuCHA。
TWC催化剂是指三元转化功能，在三元转化的情况下烃、一氧化碳和氮氧化物基本上同时转化。通常，TWC催化剂包括一种或多种铂族金属，如钯和/或铑和任选地铂，以及储氧组分。在富燃条件下，TWC催化剂通常产生氨。
AMOx催化剂是指氨氧化催化剂，所述氨氧化催化剂是含有适于转化氨的一种或多种金属的催化剂并且通常负载在如氧化铝或二氧化钛等载体材料上。示例性AMOx催化剂包括铜沸石与负载的铂族金属(例如，浸渍在氧化铝上的铂)的结合。
制备这种催化剂组合物的方法通常涉及用PGM或碱金属溶液浸渍多孔载体和/或用金属前体溶液进行分子筛的离子交换过程。此类方法和已知用于制备可以在系统内与本文提供的所公开的NOx吸附催化剂结合使用的催化剂组合物的其它方法通常是本领域已知的，例如，Bull等人的美国专利第9,138,732号和Trukhan等人的美国专利第8,715,618号中所描述的，所述两个专利通过引用以其整体并入本文。
虽然已经借助于具体实施例和其应用描述了本文所公开的本公开，但是本领域的技术人员可以在不脱离权利要求中阐述的本公开的范围的情况下对其进行多种修改和变化。此外，本发明的各个方面可用于除本文具体描述的那些应用之外的其它应用中。

Claims (12)

1.一种用于吸附氮氧化物(NOx)并且从催化剂制品中解吸所述NOx的方法，所述催化剂制品用于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流，所述方法包括：
使所述废气流与催化制品接触，其中所述催化制品包括NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物具有安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，
其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，
其中所述催化制品包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料；并且
其中所述催化制品进一步包括与所述催化制品相关联的导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，并且所述导体被定位成其中所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；以及
通过使电流穿过所述导体来间歇地为所述导体通电以生成交变电磁场并且感应地加热所述磁性材料以将所述NOx吸附剂组合物加热至大于225℃的温度以从所述NOx吸附剂组合物中解吸所述NOx。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导体是用反馈控制适配的，并且其中所述间歇通电仅在所述基材的温度低于225℃时发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使所述废气流与位于所述NOx吸附剂组合物下游的选择性催化还原(SCR)催化剂组合物接触。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述NOx吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于同一基材上。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述NOx吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于单独的基材上。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其进一步包括：
监测所述SCR催化剂组合物的温度，
其中当所述SCR催化剂组合物的温度上升到预定温度以上时所述间歇通电发生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定温度为约180℃或为约200℃。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其进一步包括将所述NOx吸附剂组合物维持在大于225℃的温度下，只要所述SCR催化剂组合物在所述预定温度以上即可。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述SCR催化剂组合物低于所述预定温度时移除所述电流。
10.一种用于处理来自柴油发动机或稀燃汽油发动机的废气流的系统，所述系统包括：
催化剂制品，所述催化剂制品包括：NOx吸附剂组合物和基材，所述NOx吸附剂组合物具有安置在载体材料上或浸渍在所述载体材料中的铂族金属(PGM)组分，
其中所述NOx吸附剂组合物对于将所述NOx储存在低于225℃的温度下是有效的，
其中所述催化制品包括能够响应于所施加的交变电磁场而感应加热的磁性材料；以及
导体，所述导体用于接收电流并且响应于所述电流而生成交变电磁场，并且所述导体被定位成其中所生成的交变电磁场被施加到所述磁性材料的至少一部分；以及
位于所述NOx吸附剂组合物下游的SCR催化剂组合物。
11.根据权利要求10所述的系统，其中NCR吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于同一基材上。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述NCR吸附剂组合物和所述SCR催化剂组合物位于单独的基材上。
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