CN117615836A - 用于汽油发动机废气处理的改进的twc催化剂 - Google Patents

用于汽油发动机废气处理的改进的twc催化剂 Download PDF

Info

Publication number
CN117615836A
CN117615836A CN202280047914.6A CN202280047914A CN117615836A CN 117615836 A CN117615836 A CN 117615836A CN 202280047914 A CN202280047914 A CN 202280047914A CN 117615836 A CN117615836 A CN 117615836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
catalyst article
catalytic region
article
alumina
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280047914.6A
Other languages
English (en)
Inventor
P·米林顿
尼科莱塔·莫雷桑
A·E·帕斯崔
M·C·瓦拉丘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey PLC filed Critical Johnson Matthey PLC
Publication of CN117615836A publication Critical patent/CN117615836A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9463—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9468—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9463—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9472—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1025—Rhodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209—Other metals
    • B01D2255/2092—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/902—Multilayered catalyst
    • B01D2255/9022—Two layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
    • B01D2255/9032—Two zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92—Dimensions
    • B01D2255/9202—Linear dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/014—Stoichiometric gasoline engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F01N2370/04—Zeolitic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

本发明涉及一种催化剂组合物，其包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中该第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在该第一载体材料上；并且其中该第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。

Description

用于汽油发动机废气处理的改进的TWC催化剂
技术领域
本发明涉及一种可用于处理来自汽油发动机的废气排放物的催化制品，并且具体地涉及催化剂组合物、催化剂制品、排放物处理系统、处理废气的方法和制造催化剂制品的方法。
背景技术
内燃机产生废气，该废气包含多种污染物，包括烃(HC)、一氧化碳(CO)、和氮氧化物(“NOx”)。包含废气催化转化催化剂的排放控制系统被广泛用于减少排放到大气中的这些污染物的量。用于汽油发动机排放处理的常用催化剂是TWC(三效催化剂)。TWC执行三个主要功能：(1)CO的氧化；(2)未燃烧HC的氧化；以及(3)NOx的还原。
钯(Pd)和铑(Rh)已广泛用于TWC制剂中以减少汽油车辆中的有害排放。事实上，目前的TWC技术高度依赖于Pd/Rh系统。然而，近年来，由于市场需求日益增加，这些贵金属价格已经攀升到甚至更贵。另一方面，世界范围内越来越严格的环境法规已经迫使汽车行业将甚至更多的贵金属放入它们的催化转化器中。因此，存在由于近期Pd需求超过Pd供应而导致的潜在市场风险。
与此同时，铂(Pt)已经由于其相对便宜的价格而成为用于汽油应用的更有吸引力的候选物。在最近12个月(从2021年7月开始，根据http://www.platinum.matthey.com)中，Pt和Pd的平均价格分别为约1085美元/盎司和2660美元/盎司。因此，对于如何将Pt引入到催化剂制剂中以在希望维持相当的催化剂性能的同时至少部分地替换Pd存在巨大的经济激励。
因此，希望提供一种用于TWC应用的更便宜的催化剂，该催化剂与目前使用的常规TWC催化剂相比仍然可具有相当的或改进的活性。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种催化剂组合物，该催化剂组合物包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中该第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在该第一载体材料上；并且其中该第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
本公开的另一个方面涉及一种用于处理废气的催化剂制品，该催化剂制品包含：基底；以及第一催化区域，该第一催化区域包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中该第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在该第一载体材料上；并且其中该第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
本发明还涵盖包含本文所述的催化剂组合物或催化剂制品的排放物处理系统。
本公开的另一个方面涉及一种处理废气的方法，该方法包括：提供本文所述的催化剂组合物或催化剂制品；以及使该催化剂组合物或催化剂制品与废气接触。
本公开的另一个方面涉及一种制造催化剂制品的方法，该方法包括：提供浆料，该浆料包含：摩尔比为约5:95至约95:5的铂(Pt)和钯(Pd)离子以及载体材料；将所述浆料设置在基底上；以及加热该浆料以在该载体材料上形成该Pt和Pd的纳米粒子。
本发明还涵盖如本文所述的催化剂制品，其中该催化剂制品通过或能够通过本文所述的制造催化剂制品的方法获得。
附图说明
图1a示出了根据本发明的一个实施方案，第一催化区域作为顶层延伸轴向长度L的100％；第二催化区域作为底层延伸轴向长度L的100％。
图1b描绘了图1a的变型。
图2a示出了根据本发明的一个实施方案，第一催化区域从入口端延伸轴向长度L的小于100％；第二催化区域从出口端延伸轴向长度L的小于100％。第二催化区域和第一催化区域的总长度等于或小于轴向长度L。
图2b描绘了图2a的变型。
图2c示出了根据本发明的一个实施方案，第一催化区域从入口端延伸轴向长度L的小于100％；第二催化区域从出口端延伸轴向长度L的小于100％。第二催化区域和第一催化区域的总长度大于轴向长度L。
图2d描绘图2c的变型。
图3a和3b示出了来自实施例1的起燃温度结果。
图4示出了实施例1中不同CO:H2比率的起燃温度结果。
图5a-5c示出了实施例2的排放结果。
具体实施方式
本发明试图解决与现有技术相关联的至少一些问题或至少提供其商业上可接受的替代解决方案。
在第一方面，本发明提供了一种催化剂组合物，该催化剂组合物包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中该第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在该第一载体材料上；并且其中该第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
除非明确指示为相反，否则如本文所定义的每个方面或实施方案可与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。具体地，任何被指示为优选或有利的特征可与任何其他被指示为优选或有利的特征组合。
令人惊讶地，当用于排放物处理系统中时，与包含Pd而没有Pt替换的常规催化剂组合物相比，本发明的催化剂组合物提供相当的或改进的催化(即TWC)活性。对于宽范围的TWC操作条件，已知Pt与Pd相比具有较低的催化(即TWC)活性。因此，令人惊讶的是，用Pt替换催化剂组合物中任何量的Pd不会对其催化活性产生负面影响。然而，本发明人已经令人惊讶地发现，用Pt替换这种催化剂组合物中约5摩尔％至约95摩尔％的Pd(即为了提供理想地更便宜的催化剂组合物)提供了一种具有相当的或甚至改进的催化(即TWC)活性的催化剂组合物。如本文更详细描述的，在Pt与Pd的某些特定比率(即在上述范围内用Pt替换一定量的Pd)下，可以获得与包含Pd而没有Pt替换的催化剂组合物相比实际上可具有改进的催化(即TWC)活性的催化剂组合物。与包含Pd而没有Pt替换的催化剂组合物相比，这种催化剂组合物还可以表现出更低的起燃温度。
此外，还令人惊讶地发现，这种催化剂组合物可以对废气条件的变化(例如从贫燃到富燃条件以及不同的老化条件)更稳健。与提高的催化(即TWC)活性一起，这对于在目前通常使用的排气系统中使用而言可能是特别有利的性质。
特别地，当用于排气系统中时，本发明的催化剂组合物可令人惊讶地导致显著改进的CO排放减少、NOx转化率提高以及相当的或改进的烃(HC)排放减少的组合。因此，本文所述的催化剂组合物不仅可理想地比常规使用的包含Pd而没有Pt替换的催化剂组合物便宜，而且此类催化剂组合物还可表现出理想地改进的催化性能。不希望受理论束缚，假设抗CO排放性能的提高可能是由于Pd受CO的毒害较小，或由于Pt的存在及其与Pd的相互作用而具有更好的CO氧化活性的结果。
不希望受理论束缚，还假设可能在催化剂组合物中形成Pt-Pd合金，其中该合金基本上维持Pd特性(例如由于包含大部分Pd)。据认为，这可有助于可由本文所述的催化剂组合物提供的提高的或相当的性能。换句话说，维持这种合金的Pd特性可能意味着，用活性较低的Pt替换Pd不会降低催化剂组合物的催化(即TWC)活性。例如，Pt的存在可以诱导Pd的电子改性，使得污染物在金属上的吸附能/离解能被改变，同时仍然基本上维持Pd特性。这然后可导致上述有利性质，而不希望受理论束缚。
如本文所用，术语“催化剂组合物”可以涵盖表现出催化活性的组合物，特别是用于处理废气(优选来自汽油发动机的废气)的组合物。换句话说，该催化组合物可以表现出对CO的氧化、未燃烧HC的氧化和NOx的还原中的一者或多者的催化活性。优选地，催化剂组合物用于三效催化。换句话说，催化剂组合物可以是三效催化剂。
除非另有说明，否则本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅为了清楚的目的，并且用作标记以帮助将某些特征彼此区分。例如，这种措辞并不旨在限制特征或组分的任何特定顺序，或者指示某一特征是否优于另一特征。
如本文所用，术语“铂族金属(PGM)”可以涵盖选自由Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt组成的组的金属，优选地选自由Ru、Rh、Pd、Ir和Pt组成的组的金属。一般来讲，术语“PGM”优选地是指选自由Rh、Pt和Pd组成的组的金属。
第一PGM组分包含Pt和Pd。优选地，第一PGM组分基本上由Pt和Pd组成，或者甚至由Pt和Pd组成。除了Pt和Pd之外，第一催化剂组分还可以包含不是Pt和Pd的PGM。
如本文所用，表达“基本由……组成”将特征的范围限制为包括指定的材料或步骤，以及不实质性影响该特征的基本特性的任何其他材料或步骤，例如微量杂质。表达“基本由……组成”涵盖表达“由……组成”。
如本文所用，术语“载体材料”可以涵盖能够在其上或其中承载第一PGM组分的任何材料。载体材料可以采取任何形式，但通常为粉末的形式，更通常为高表面积粉末。例如，当使用本发明的催化剂组合物制备催化过滤器(诸如壁流式过滤器或流通式过滤器)时，载体材料将通常为粉末的形式，该粉末具有例如为0.1μm至30μm、更典型地0.5μm至25μm、甚至更典型地1μm至20μm的D50，如使用TEM所测量的。此类粒度可以有利于用于涂覆过滤器的浆料的期望的流变性。载体材料可以用作载体涂层。载体材料可以为载体涂层或者可以为载体涂层的一部分。
载体材料也可以用作储氧材料，其分别在贫燃料和富燃料条件下储存和释放氧，以促进三效催化转化。
第一PGM组分承载在第一载体材料上。如该上下文所用，术语“承载在……上”可以涵盖其中第一PGM组分负载在载体材料的外表面上(例如在高表面积金属氧化物载体材料的表面上)或包含在载体材料内，诸如其孔内(例如沸石载体材料的孔内)的情况。
第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。换句话说，基于Pt和Pd的总摩尔数，第一PGM组分具有约5摩尔％至约50摩尔％的Pt。当第一PGM组分由Pt和Pd组成时，因此基于第一PGM组分的总摩尔数，第一PGM组分包含约5摩尔％至约50摩尔％的Pt。
Pt:Pd摩尔比优选地为约5:95至约90:10，更优选地约5:95至约75:25，甚至更优选地约10:90至约50:50，仍甚至更优选地约10:90至约35:65，并且最优选地约10:90至约25:75；例如优选地以下中的任一者：约7:93至约15:85、约7:93至约14:86、约7:93至约13:87、约7:93至约12:88、约7:93至约11:89、约8:92至约15:85、约8:92至约14:86、约8:92至约13:87、约8:92至约12:88、约8:92至约11:89、约9:91至约14:86、或约9:91至约13:87。在一些优选的实施方案中，Pt:Pd摩尔比可为约9:91至约11:89。
本发明人已令人惊讶地发现用Pt替换含Pd催化剂(诸如TWC催化剂)中的接近约10摩尔％的Pd可提供如本文所述的改进的催化性能，与此同时由于Pt与Pd之间目前的价格差异还提供更便宜的催化剂组合物。如在下面的实施例中所证实的，当Pt:Pd摩尔比接近约10:90时，显示出最好的优点。然而，在整个所要求保护的范围内(例如，接近95:5的Pt:Pd摩尔比)，仍然可以提供更便宜的催化剂，其可以出乎意料地提供至少相当的但优选改进的催化(即TWC)性能。
Pt和Pd优选至少部分地合金化，更优选基本上合金化，甚至更优选完全地合金化。如本文所用的术语“合金”或“合金化的”采用其在本领域中通常的含义。TEM和XRD表征技术可用于帮助确定是否已经使用本领域技术人员已知的技术形成了Pt-Pd合金。不希望受理论束缚，假设这种合金的形成可有助于实现有利的性质，诸如本文所述和证明的相当的或改进的催化活性、较低的起燃温度和抗老化性。这种Pt和Pd的合金可在催化剂组合物的制造期间形成，诸如在可执行的煅烧和/或加热步骤期间形成。另选地，由于在例如排气系统中经历的高温，这种合金可在催化剂组合物的使用(例如老化)期间形成。也就是说，例如，可在载体材料上紧密接近的Pt和Pd纳米粒子的混合物可在这样的温度下聚结并形成合金。
如本文所用，表述“基本上合金化”是指包含在所关注的催化区域内的PGM的至少75％作为合金相存在。如本文所用，表述“部分地合金化”是指包含在所关注的催化区域内的PGM的至少25％作为合金相存在。
通过例如使用有助于确保Pt和Pd在载体材料上的均质分布的方法，优选还确保具有小粒度(诸如小于50nm、小于30nm或甚至小于20nm，就通过TEM确定的平均粒度而言)的Pt和Pd纳米粒子在载体材料上的均质分布的方法，可以在催化剂组合物的制造期间增加这种潜在有益的合金化发生的可能性。换句话说，小的Pt和Pd纳米粒子在载体材料上的紧密接近可有助于增加第一PGM组分中Pt和Pd合金化的可能性。第一PGM组分优选地由Pt和Pd的合金组成。
第一载体材料优选地包含无机氧化物。无机氧化物优选地选自氧化铈、二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝-二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、镧、钕、镨、氧化钇、以及它们的混合氧化物或复合氧化物、或沸石中的一者或多者。无机氧化物优选地是金属氧化物。第一载体材料优选地选自氧化铝，优选γ-氧化铝，二氧化铈-氧化锆混合氧化物，或它们的组合。换句话说，第一PGM组分优选地承载在氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆上。可以存在任何数量的载体材料，条件是第一PGM组分的Pt和Pd都一起承载在该载体材料上或该载体材料中，以便能够实现Pt与Pd之间的相互作用。
氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物优选地是掺杂的。氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物优选地掺杂有以下项的氧化物：镧、钕、钇、铌、镨、铪、钼、钛、钒、锌、镉、锰、铁、铜、钙、钡、锶、铯、镁、钾和钠中的一者或多者，优选地镧、钕、镨和钇中的一者或多者，更优选地镧。此类掺杂型氧化物作为载体材料是特别有效的。优选地，掺杂物以0.001重量％至20重量％、优选地0.5重量％至10重量％的量存在于氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物中。
第一载体材料或第一载体材料的无机氧化物优选地为粉末的形式，该粉末具有通过TEM测量的0.1μm至25μm、优选地0.5μm至5μm的D90。
如本文所用，术语“混合氧化物”一般是指呈单相形式的氧化物混合物，如本领域通常已知的那样。如本文所用，术语“复合氧化物”一般是指具有多于一个相的氧化物的组合物，如本领域通常已知的那样。
催化剂组合物优选地还包含第二PGM组分和第二载体材料。第二PGM组分优选地包含铑(Rh)、Rh合金、Pt、Pt合金、Rh-Pt合金或它们的混合物。第二PGM组分优选地包含Rh。因此，催化剂组合物优选地是三金属(即Pt、Pd和Rh)催化剂组合物，其优选为TWC。例如，当存在Rh时，这可抵消其中较高百分比的Pd已被Pd替换(例如超过约25摩尔％)的催化剂组合物的性能的任何(尽管是轻微的)劣化。换句话说，在还包含Rh的催化剂组合物中，即使对于第一PGM组分中更高的Pt含量(例如接近95:5摩尔比的Pt:Pd)，也可以实现相当的或改进的催化性能，即使较高量的Pt可能导致催化性能的最小变化。此外，这种催化剂组合物可以具有甚至更低成本的第一PGM组分。
在又一方面，本发明提供了一种用于处理废气的催化剂制品，该催化剂制品包含：
基底；和
第一催化区域，该第一催化区域包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中该第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在该第一载体材料上；并且
其中该第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
本文所用的术语“催化剂制品”可涵盖催化剂负载于其上或其中的制品。该制品可以优选地采取例如蜂窝整料或过滤器，例如优选地壁流式过滤器或流通式过滤器的形式。该催化剂制品可在排放物处理系统中使用，特别是用于汽油发动机，优选地化学计量汽油发动机的排放物处理系统。该催化剂制品可在三效催化中使用。换句话说，该催化剂制品可以是TWC。
如本文所用，术语“基底”可以涵盖例如陶瓷或金属蜂窝体或过滤块(例如优选地壁流式过滤器或流通式过滤器)。该基底可以包括陶瓷单一基底。该基底在其材料组成、尺寸和构造、孔形状和密度以及壁厚方面可以是变化的。合适的基底是本领域已知的。
除非另有说明，否则上述关于第一PGM组分和第一载体材料的第一方面(本文所述的催化剂组合物)的优选、实施方案和定义同样适用于本方面(催化剂制品)。
如本文所用，术语“区域”或“催化区域”是指基底上含有催化剂的区域，该区域通常通过干燥和/或煅烧载体涂层来获得。例如，“区域”可以“层”或“区”的形式设置或承载在基底上。一般在将载体涂层施加到基底的过程中来控制基底上的区域或布置。“区域”通常具有不同的边界或边缘(即，可使用常规的分析技术将一个区域与另一个区域进行区分)。
通常，“区域”具有基本上均匀的长度。在该上下文中，提及“基本上均匀的长度”是指不偏离其平均值(例如，最大长度和最小长度之间的差值)超过10％，优选地不偏离超过5％，更优选地不偏离超过1％的长度。
优选每个“区域”具有基本上均匀的组成(即，当将区域的一部分与该区域的另一部分进行比较时，载体涂层的组成没有显著差异)。在该上下文中，大体上均匀的组成是指其中当将区域的一部分与该区域的另一部分进行比较时，组成的差异为5％或更小，通常为2.5％或更小，并且最通常为1％或更小的材料(例如，区域)。
如本文所用，术语“区”是指长度小于基底的总长度的区域，诸如基底总长度的≤75％。“区”通常具有基底总长度的至少5％(例如，≥5％)的长度(即，基本上均匀的长度)。
催化剂制品优选地还包含第二催化区域。第二催化区域优选地包含第二PGM组分和第二载体材料。第二PGM组分优选地包含铑(Rh)、Rh合金、Pt、Pt合金、Rh-Pt合金或它们的混合物。第二PGM组分优选地包含Rh。因此，催化剂制品优选地是三金属(即Pt、Pd和Rh)催化剂组合物，其优选为TWC。与常规TWC催化剂一样，包含Rh的催化区域是与基于Pd的催化区域(即，本文所述的第一催化区域)不同的催化区域。例如，当存在Rh时，这可抵消其中较高百分比的Pd已被Pd替换(例如超过约25摩尔％)的催化剂组合物的性能的任何劣化。换句话说，在还包含Rh的催化剂组合物中，即使对于第一PGM组分中更高的Pt含量(例如接近95:5摩尔比的Pt:Pd)，也可以实现相当的或改进的催化性能，即使较高量的Pt可能导致催化性能的最小变化。此外，这种催化剂制品将可能具有甚至更低成本的第一PGM组分。
催化剂组合物、第一催化区域和/或第二催化区域可包含额外的组分，诸如例如促进剂、粘结剂和增稠剂中的一者或多者。
促进剂可包括例如非PGM过渡金属元素、稀土元素、碱金属或碱土金属元素和/或周期表中相同或不同族内的上述元素中的两种或更多种元素的组合。促进剂可以是此类元素的盐。特别优选的促进剂是钡，其特别优选的盐是乙酸钡、柠檬酸钡和硫酸钡或它们的组合，更优选地柠檬酸钡。
粘结剂可包含例如具有小粒度的氧化物材料，以将载体涂层浆料中的单独不溶性粒子粘合在一起。载体涂层中粘结剂的使用是本领域中众所周知的。
增稠剂可包括例如具有与载体涂层浆料中的不溶性粒子相互作用的官能羟基基团的天然聚合物。其用于使载体涂层浆料增稠的目的，以改进在将载体涂层涂覆到基底上期间的涂层轮廓。其通常在载体涂层煅烧期间被烧掉。用于载体涂层的特定增稠剂/流变改性剂的示例包括豆胶、瓜尔胶、黄原胶、凝胶多糖、裂皱菌多糖、硬葡聚糖、迪特胶、韦兰胶、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素和乙基羟基纤维素。
优选地，第一催化区域和第二催化区域形成不同的层，其中第二催化区域直接沉积在第一催化区域上，即，第一催化区域夹在第二催化区域与基底(例如过滤器壁)之间。在另一个优选的实施方案中，第一催化区域和第二催化区域形成不同的层，其中第一催化区域直接沉积在第二催化区域上。
第一催化区域可以直接承载/沉积在基底上，即，第一催化区域与基底直接接触。可替代地，第二催化区域可以直接承载/沉积在基底上。
通常，基底包含具有轴向长度L的第一端和第二端。在一些优选的实施方案中，第一催化区域延伸整个轴向长度L和/或第二催化区域延伸整个轴向长度L(例如图1a和1b)。在其他优选的实施方案中，第一催化区域延伸小于轴向长度L和/或第二催化区域延伸小于轴向长度L(例如图2a至2d)。当第一催化区域延伸小于轴向长度L时，第一催化区域可从第一端或第二端延伸。当第二催化区域延伸小于轴向长度L时，第二催化区域可从第一端或第二端延伸。当第一催化区域或第二催化区域延伸小于轴向长度L时，第一催化区域或第二催化区域可延伸例如轴向长度L的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，例如10％至90％、或10％至50％、或10％至30％、或30％至90％、或50％至90％、或70％至90％、或20％至80％、或30％至70％、或40％至60％。第一催化区域和第二催化区域可以完全重叠、至少部分地重叠、部分地重叠或不重叠。取决于催化剂制品的预期用途，每种构造提供某些优点。
在一些优选的实施方案中，第一端是催化剂制品的入口端，并且第二端是催化剂制品的出口端。如本文所用，术语“出口端”和“入口端”相对于当催化剂制品放置在排气系统中时废气流的相对预期方向使用，例如，废气的预期方向为从入口端朝向出口端。
第一催化区域优选地包含20g/ft3至400g/ft3的总Pt和Pd，优选地30g/ft3至250g/ft3或40g/ft3至200g/ft3的总Pt和Pd。第二催化区域优选地包含2g/ft3至200g/ft3的Rh，优选地5g/ft3至100g/ft3的Rh。
在一些优选的实施方案中，本方面的催化剂制品的第一催化区域是根据第一方面所述的催化剂组合物。换句话说，在一些优选的实施方案中，本方面的催化剂制品的第一催化区域由根据第一方面所述的催化剂组合物形成。
在又一方面，本发明提供了一种排放物处理系统，该排放物处理系统包含本文所述的催化剂组合物或催化剂制品。
该排放物处理系统优选地用于汽油发动机。
该汽油发动机优选地在化学计量条件下操作。
在又一方面，本发明提供了一种处理废气的方法，该方法包括：提供本文所述的催化剂组合物或催化剂制品；以及使该催化剂组合物或催化剂制品与废气接触。
废气优选地来自汽油发动机。该催化剂制品特别适用于处理这种废气。此外，来自汽油发动机的废气通常比来自柴油发动机的废气更刺鼻，例如温度更高。因此，本文所述的催化剂制品的有利老化性质对于其是特别有益的。该汽油发动机优选地在化学计量条件下操作。
在又一方面，本发明提供一种制造催化剂制品的方法，该方法包括：
提供浆料，该浆料包含：
摩尔比为约5:95至约95:5的铂(Pt)和钯(Pd)离子，和
载体材料；
将所述浆料设置在基底上；以及
加热该浆料以在该载体材料上形成该Pt和Pd的纳米粒子。
如本文所用的术语“浆料”可涵盖包含不溶性材料(例如不溶性粒子)的液体。该浆料可包含(1)溶剂；(2)可溶性内容物，例如游离的Pt和Pd离子(即，在载体外部)；和(3)不溶性内容物，例如负载粒子。浆料在将材料设置到基底上时特别有效，特别是对于在催化转化期间最大化气体扩散和最小化压降而言。将浆料典型地搅拌，更典型地搅拌至少10分钟，更典型地搅拌至少30分钟，甚至更典型地搅拌至少一个小时。因此，浆料通常包含负载的载体材料(即，载体材料优选地为负载的载体材料)。如本文所用，术语“负载的载体材料”可涵盖具有负载于其上(例如负载于高表面积金属氧化物载体材料的表面上)和/或负载于其中(例如负载于沸石载体材料的孔内)的Pt和Pd离子的载体材料。Pt和Pd离子通常被固定到载体上，例如通过静电力、氢键、配位键、共价键和/或离子键。载体材料优选地是本文所述的第一载体材料。
提供浆料通常包括混合溶剂、载体材料以及Pt和Pd离子(例如来自Pt和/或Pd盐，诸如硝酸Pt或Pd)。
可使用本领域已知的技术将浆料设置在基底上。通常，可以使用特定的模制工具以预定量将浆料倒入基底的入口中，从而将负载的载体材料设置在基底上。可以在该设置步骤期间采用随后的真空和干燥步骤。当载体为过滤块时，负载的载体材料可设置在过滤器壁上、过滤器壁内(如果多孔的话)或两者。
加热浆料通常在烘箱或炉中进行，更通常地在带式或静态烘箱或炉中进行，通常在来自一个方向的特定流动的热空气中进行。该加热可包括煅烧。该加热还可包括干燥。干燥步骤和煅烧步骤可以是连续的或顺序的。例如，单独的载体涂层可以在基底已经用先前的载体涂层涂覆载体涂层并且干燥之后施加。如果涂覆完成，则也可以使用一种连续加热程序来干燥和煅烧已涂覆载体涂层的基底。在加热期间，可能在浆料中形成的任何络合物可至少部分地分解、基本上分解或完全地分解。换句话讲，这种络合物(例如，有机化合物)的配体被至少部分地、基本上或完全地从Pt和Pd中去除或分离，并且从最终催化剂制品中去除。然后此类分离的Pt和Pd的粒子可以开始形成金属-金属键和金属-氧化物键。作为加热(煅烧)的结果，基底通常基本上不含有机化合物，更通常完全不含有机化合物。
如本文中所用的术语“纳米粒子”可涵盖通过TEM测量的直径为0.01nm至100nm的粒子。纳米粒子可为任何形状，例如球形、板形、立方体形、圆柱形、六角形或棒形，但通常是球形的。
在加热步骤之后，通常将基底冷却，更通常地冷却至室温。冷却通常在具有或不具有冷却剂/介质，通常不具有冷却剂的情况下在空气中进行。
浆料优选地包含以下中的一者或多者：乙二肟；乙二肟衍生物；水杨醛亚胺和水杨醛亚胺衍生物。不希望受理论束缚，据认为，可以形成包含这种分子和Pt和/或Pd的络合物。已经令人惊讶地发现，这种化合物有助于使得Pt和Pd能够均匀分布，从而有助于实现例如本文所述和证明的有利性质。
本文所述的催化剂制品优选地通过或能够通过本方面的方法获得。然而，本领域技术人员已知的替代性方法也可用于制造本文所述的催化剂制品，尽管本方面的方法可能是特别合适的。
现在将结合以下非限制性实施例描述本发明。
实施例1：合成催化剂活性测试中的起燃性能
使用Pd(NO3)3和Pt(NO3)3前体通过初湿含浸技术制备具有总1重量％PGM载量的一系列Pd-Pt承载型二氧化铈-氧化锆催化剂。干燥后，将它们在650℃下煅烧2小时。Pd与Pt的摩尔％比率为100:0(仅Pd参考)、95:5、90:10、79:21、65:35、47:53和0:100(仅Pt参考)，示于以下表1中。
表1：实施例1中催化剂的PGM载量
根据表2中的TWC老化条件使催化剂老化，并在具有典型TWC气体组成的连续气体混合物下进行测试。使用10℃/min的升温速率从110℃至500℃测试表1中的催化剂。对于与0.2g堇青石混合的0.2g催化剂，所用的总流量为5L/min，将其置于固定床反应器中。所用的气体及其浓度示于表3中。
表2：实施例1中催化剂的老化条件
表3：实施例1中用于起燃实验的气体混合物组成
结果显示在图3a和3b中，其示出了针对每种催化剂测量的起燃温度(T60)。图3a示出了贫燃关闭之后的老化条件，并且图3b示出了富燃关闭之后的老化条件。与对比催化剂1和7相比，催化剂3(具有90:10的Pd-Pt摩尔比)在老化处理之后的富燃和贫燃关闭条件下均表现更好。
然后在6种另外的TWC气体混合物中测试催化剂3(具有90:10的Pd-Pt摩尔比)，这些气体混合物中的H2:CO比率有所变化，并将结果与对比催化剂1(仅Pd)进行比较。催化剂3在所有情况下表现更好，特别是当H2浓度增加时，这表明H2对Pd-Pt合金的活性有更大的促进作用，如图4所示。该数据表明Pd-Pt合金对变化的TWC气体条件更稳健。
实施例2：车辆测试程序和结果
催化剂制品的一般合成
Pd:Pt为100:0、90:10、50:50和27:73摩尔％的催化剂制品按照标准载体涂层程序(本领域技术人员已知)制备，不同的是将Pd-DMG(二甲基乙二肟)碱性溶液与HNO3溶液以小份添加到载体涂层中以降低并维持pH低于7。完全配制的催化剂含有100g/ft3 Pd或Pd+Pt和16g/ft3 Rh，其结构如下，顶层为Pd：
顶层：掺杂La的氧化铝(0.7g/ft3)、掺杂稀土的二氧化铈氧化锆(0.7g/ft3)、Pd(+Pt)-DMG(100g/ft3)、BaSO4(200g/ft3)；以及底层：掺杂La的氧化铝(0.7g/ft3)、掺杂稀土的二氧化铈氧化锆(0.7g/ft3)、铑(16g/ft3)。
表4：实施例2中催化剂制品的顶层PGM载量
Pd:Pt的摩尔比
对比催化剂制品A 100:0
催化剂制品B 90:10
催化剂制品C 50:50
催化剂制品D 27:73
使用汽油发动机台架老化将表4中的催化剂制品老化，在化学计量的气体混合物下完成。发动机台架老化使用4.6L发动机进行50小时，使用四种模式老化循环，催化剂中的峰值床温度为约1000℃。经由FTP驱动循环在2.4L车辆上测试催化剂，在催化剂(其置于紧密耦合系统中)之后直接测量排放。车辆测试的结果总结在图5a至5c中。
如图5a至5c所示，结果显示出与针对实施例1中的催化剂观察到的趋势类似的趋势。与对比催化剂制品A相比，催化剂制品B在总累积CO排放方面显示出约12％的改进，NOx转化率略有提高(<5％)并且HC性能没有劣化。
在这一系列催化剂制品中，可以用至多50摩尔％的Pt替换Pd而不显著改变总排放，并且对于催化剂制品B(具有90:10的Pd-Pt摩尔比)可以观察到显著的益处。
实施例3：车辆测试过程和结果
对比催化剂制品E
第一催化区域：
第一催化区域由承载在CeZr混合氧化物、La稳定化的氧化铝和Ba促进剂的载体涂层上的Pd组成，在载体涂层浆料制备期间使用硝酸Pd溶液作为Pd源。第一催化区域的载体涂层载量为约1.8g/in3，其中Pd载量为42g/ft3。
然后使用标准涂覆程序从陶瓷基底(600cpsi，壁厚为4.3密耳，直径为118.4mm并且长度为91mm)的入口面涂覆该载体涂层，其中涂覆深度目标为基底长度的80％，于100℃下干燥。
第二催化区域：
第二催化区域由负载在CeZr混合氧化物和La稳定化的氧化铝的载体涂层上的Rh组成。第二催化区域的载体涂层载量为约1.3g/in3，其中Rh载量为8g/ft3。
然后使用标准涂覆程序从含有上述第一催化区域的陶瓷基底的出口面涂覆该第二载体涂层，其中涂覆深度目标为基底长度的80％，在100℃下干燥并在500℃下煅烧45分钟。
催化剂制品F
根据与对比催化剂制品E类似的程序制备根据本发明的催化剂制品F，不同之处在于在第一催化区域中用Pt部分地替换Pd，其中Pd载量为34g/ft3并且Pt载量为8g/ft3，并且Pt:Pd摩尔比为约11:89。
第二催化区域与对比催化剂制品E相同。
在全球轻型汽车测试程序(WLTP)下，在装有1.6L涡轮增压发动机的商用车辆上测试了新的对比催化剂制品E和催化剂制品F，其中砖放置在闭合的耦合位置上。车辆排气稀释袋数据显示在表5中。
除了节省成本之外，令人惊讶的是，与对比催化剂制品E相比，本发明的催化剂制品F在NOx排放控制方面表现出优异的活性(例如，参见NOx性能提高了约37％)。
表5：按车辆稀释袋数据的排放结果
实施例4：车辆测试程序和结果
对比催化剂制品G
第一催化区域：
第一催化区域由承载在掺杂稀土的CeZr混合氧化物、La稳定化的氧化铝和Ba促进剂的载体涂层上的Pd组成，在载体涂层浆料制备期间使用硝酸Pd溶液作为Pd源。第一催化区域的载体涂层载量为约2.0g/in3，其中Pd载量为68g/ft3。
然后使用标准涂覆程序将该载体涂层涂覆在陶瓷基底(600cpsi，壁厚为3密耳，直径为118.4mm并且长度为114.3mm)上，随后在100℃下干燥。
第二催化区域：
第二催化区域由承载在掺杂稀土的CeZr混合氧化物和La稳定化的氧化铝的载体涂层上的Rh组成。第二催化区域的载体涂层载量为约2.0g/in3，其中Rh载量为6g/ft3。
然后使用标准涂覆程序将该第二载体涂层涂覆在含有上述第一催化区域的陶瓷基底上，在100℃下干燥并在500℃下煅烧45分钟。
催化剂制品H
根据与对比催化剂制品G类似的程序制备根据本发明的催化剂制品H，不同之处在于在第一催化区域中用Pt部分地替换Pd，其中Pd载量为51g/ft3并且Pt载量为17g/ft3(Pt:Pd摩尔比为约15:85)，并且使用Pd-DMG和Pt-DMG替换硝酸Pd。
第二催化区域与对比催化剂制品G相同。
催化剂制品I
根据与对比催化剂制品G类似的程序制备根据本发明的催化剂制品I，不同之处在于在第一催化区域中用Pt部分地替换Pd，其中Pd载量为34g/ft3并且Pt载量为34g/ft3(Pt:Pd摩尔比为约35:65)，并且使用Pd-DMG和Pt-DMG替换硝酸Pd。
第二催化区域与对比催化剂制品G相同。
使用汽油发动机台架老化将对比催化剂制品G和催化剂制品H、I老化。发动机台架老化使用4.0L发动机进行100小时，使用贫燃尖峰老化循环，催化剂中的峰值床温度为约1030℃。经由与RDE兼容的驱动循环在2.0L发动机台架上测试催化剂，在催化剂(其置于紧密耦合系统中)之后直接测量排放。车辆废气模态袋数据的总结在表6中示出。
除了节省成本之外，令人惊讶的是，与对比催化剂制品G相比，本发明的催化剂制品H和I在THC、CO和NOx排放控制方面表现出相等的活性。
表6：按车辆模态数据的排放结果
以上详细描述已通过解释和说明的方式提供，并且不旨在限制所附权利要求的范围。本文所示的目前优选的实施方案的许多变型形式对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且保持在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (55)

1.一种催化剂组合物，包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中所述第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在所述第一载体材料上；并且
其中所述第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
2.根据权利要求1所述的催化剂组合物，其中所述Pt:Pd摩尔比为约5:95至约75:25。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的催化剂组合物，其用于三效催化。
4.根据任一前述权利要求所述的催化剂组合物，其中所述第一PGM组分由Pt和Pd组成。
5.根据任一前述权利要求所述的催化剂组合物，其中所述Pt和Pd至少部分地合金化，优选基本上合金化。
6.根据权利要求5所述的催化剂组合物，其中所述第一PGM组分由Pt和Pd的合金组成。
7.根据任一前述权利要求所述的催化剂组合物，其中所述第一载体材料包含无机氧化物。
8.根据权利要求7所述的催化剂组合物，其中所述无机氧化物选自氧化铈、二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝-二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、镧、钕、镨、氧化钇、以及它们的混合氧化物或复合氧化物、或沸石中的一者或多者。
9.根据权利要求8所述的催化剂组合物，其中所述第一载体材料选自氧化铝，优选γ-氧化铝，二氧化铈-氧化锆混合氧化物，或它们的组合。
10.根据权利要求9所述的催化剂组合物，其中所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物是掺杂的。
11.根据权利要求10所述的催化剂组合物，其中所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物掺杂有以下项的氧化物：镧、钕、钇、铌、镨、铪、钼、钛、钒、锌、镉、锰、铁、铜、钙、钡、锶、铯、镁、钾和钠中的一者或多者，优选地镧、钕、镨和钇中的一者或多者，更优选地镧。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的催化剂组合物，其中所述掺杂物以0.001重量％至20重量％、优选地0.5重量％至10重量％的量存在于所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物中。
13.根据任一前述权利要求所述的催化剂组合物，还包含第二PGM组分和第二载体材料。
14.根据权利要求13所述的催化剂组合物，其中所述第二PGM组分包含铑(Rh)、Rh合金、Pt、Pt合金、Rh-Pt合金或它们的混合物。
15.一种用于处理废气的催化剂制品，包含：
基底；和
第一催化区域，所述第一催化区域包含第一铂族金属(PGM)组分和第一载体材料，其中所述第一PGM组分包含铂(Pt)和钯(Pd)并且承载在所述第一载体材料上；并且
其中所述第一PGM组分的Pt:Pd摩尔比为约5:95至约95:5。
16.根据权利要求15所述的催化剂制品，其中所述Pt:Pd摩尔比为约5:95至约25:75，优选约7:93至约20:80，更优选约9:91至约15:85，甚至更优选约9:91至约12:88，并且最优选约10:90。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的催化剂制品，其用于三效催化。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一PGM组分由Pt和Pd组成。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的催化剂制品，其中所述Pt和Pd至少部分地合金化，优选基本上合金化。
20.根据权利要求19所述的催化剂制品，其中所述第一PGM组分由Pt和Pd的合金组成。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一载体材料包含无机氧化物。
22.根据权利要求21所述的催化剂制品，其中所述无机氧化物选自氧化铈、二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝-二氧化铈-氧化锆混合氧化物、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、镧、钕、镨、氧化钇、以及它们的混合氧化物或复合氧化物、或沸石中的一者或多者。
23.根据权利要求22所述的催化剂制品，其中所述第一载体材料选自氧化铝，优选γ-氧化铝，二氧化铈-氧化锆混合氧化物，或它们的组合。
24.根据权利要求23所述的催化剂制品，其中所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物是掺杂的。
25.根据权利要求24所述的催化剂制品，其中所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物掺杂有以下项的氧化物：镧、钕、钇、铌、镨、铪、钼、钛、钒、锌、镉、锰、铁、铜、钙、钡、锶、铯、镁、钾和钠中的一者或多者，优选地镧、钕、镨和钇中的一者或多者，更优选地镧。
26.根据权利要求24或权利要求25所述的催化剂制品，其中所述掺杂物以0.001重量％至20重量％、优选地0.5重量％至10重量％的量存在于所述氧化铝和/或二氧化铈-氧化锆混合氧化物中。
27.根据权利要求15至26中任一项所述的催化剂制品，还包含第二催化区域。
28.根据权利要求27所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域包含第二PGM组分和第二载体材料。
29.根据权利要求28所述的催化剂制品，其中所述第二PGM组分包含铑(Rh)、Rh合金、Pt、Pt合金、Rh-Pt合金或它们的混合物。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域和所述第二催化区域形成不同的层，并且其中所述第二催化区域直接沉积在所述第一催化区域上。
31.根据权利要求27至29中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域和所述第二催化区域形成不同的层，并且其中所述第一催化区域直接沉积在所述第二催化区域上。
32.根据权利要求15至30中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域直接承载/沉积在所述基底上。
33.根据权利要求27至29和31中任一项所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域直接承载/沉积在所述基底上。
34.根据权利要求15至33中任一项所述的催化剂制品，其中所述基底包含具有轴向长度L的第一端和第二端。
35.根据权利要求34所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域延伸整个轴向长度L。
36.根据权利要求34或35所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域延伸整个轴向长度L。
37.根据权利要求34或36所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域延伸小于所述轴向长度L。
38.根据权利要求34、35或37所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域延伸小于所述轴向长度L。
39.根据权利要求37所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域从所述第一端延伸。
40.根据权利要求37所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域从所述第二端延伸。
41.根据权利要求38所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域从所述第一端延伸。
42.根据权利要求38所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域从所述第二端延伸。
43.根据权利要求34至42中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一端是所述催化剂制品的入口端，并且所述第二端是所述催化剂制品的出口端。
44.根据权利要求15至43中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域包含20g/ft3至400g/ft3的总Pt和Pd，优选地30g/ft3至250g/ft3的总Pt和Pd。
45.根据权利要求27至44中任一项所述的催化剂制品，其中所述第二催化区域包含2g/ft3至200g/ft3的Rh，优选地5g/ft3至100g/ft3的Rh。
46.根据权利要求15至45中任一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化区域是根据权利要求1至12中任一项所述的催化剂组合物。
47.一种排放物处理系统，包含根据权利要求1至14中任一项所述的催化剂组合物或根据权利要求15至46中任一项所述的催化剂制品。
48.根据权利要求47所述的排放物处理系统，其用于汽油发动机。
49.根据权利要求48所述的排放物处理系统，其中所述汽油发动机在化学计量条件下操作。
50.一种处理废气的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至14中任一项所述的催化剂组合物或根据权利要求15至46中任一项所述的催化剂制品；以及
使所述催化剂组合物或催化剂制品与废气接触。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述废气来自汽油发动机。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述汽油发动机在化学计量条件下操作。
53.一种制造催化剂制品的方法，所述方法包括：
提供浆料，所述浆料包含：
摩尔比为约5:95至约95:5的铂(Pt)和钯(Pd)离子，和
载体材料；
将所述浆料设置在基底上；以及
加热所述浆料以在所述载体材料上形成所述Pt和Pd的纳米粒子。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述浆料包含以下中的一者或多者：乙二肟；乙二肟衍生物；水杨醛亚胺和水杨醛亚胺衍生物。
55.根据权利要求15至46中任一项所述的催化剂制品，其中所述催化剂制品通过或能够通过根据权利要求53或54所述的方法获得。
CN202280047914.6A 2021-08-20 2022-08-17 用于汽油发动机废气处理的改进的twc催化剂 Pending CN117615836A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163260465P 2021-08-20 2021-08-20
US63/260,465 2021-08-20
PCT/GB2022/052133 WO2023021287A1 (en) 2021-08-20 2022-08-17 Improved twc catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117615836A true CN117615836A (zh) 2024-02-27

Family

ID=83280328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280047914.6A Pending CN117615836A (zh) 2021-08-20 2022-08-17 用于汽油发动机废气处理的改进的twc催化剂

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230070493A1 (zh)
EP (1) EP4137224A1 (zh)
JP (1) JP2024531048A (zh)
CN (1) CN117615836A (zh)
WO (1) WO2023021287A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4140567A3 (en) * 2021-08-31 2023-03-29 Johnson Matthey Public Limited Company Transition metal incorporated alumina for improved three way catalysts

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8080495B2 (en) * 2010-04-01 2011-12-20 Cabot Corporation Diesel oxidation catalysts
GB201811892D0 (en) * 2018-07-20 2018-09-05 Johnson Matthey Plc Nanoparticles and preparation method
US20220088575A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 Johnson Matthey Public Limited Company Catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments and their novel syntheses

Also Published As

Publication number Publication date
EP4137224A1 (en) 2023-02-22
US20230070493A1 (en) 2023-03-09
JP2024531048A (ja) 2024-08-29
WO2023021287A1 (en) 2023-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6991270B2 (ja) 白金族金属および非白金族金属を含有する触媒物品ならびに該触媒物品の製造方法およびその使用
JP4950365B2 (ja) 混合相セラミック酸化物三元合金触媒製剤及びその触媒製造方法
JPS637840A (ja) 触媒組成物の製造方法
JP2010521302A (ja) パラジウム−ロジウム単一層触媒
EP3991839A1 (en) Catalysts, their syntheses using organo-pgm-complexes, system containing those and process for exhaust gas treatment
EP4059590A1 (en) Preparation of supported metal nanoparticles using polyamine for three-way catalysis application
WO2008007628A1 (fr) Particule porteuse catalytique, son procédé de fabrication et catalyseur de purification de gaz d&#39;échappement
JP2022061979A (ja) 排ガス用浄化触媒組成物、及び自動車用排ガス浄化触媒
CN117177813A (zh) 使用铑/铂和鞣酸作为络合和还原剂的改进的twc活性
CN117615836A (zh) 用于汽油发动机废气处理的改进的twc催化剂
EP4173702A1 (en) Polymaleic acid assisted metal nanoparticle synthesis for three-way catalysis application
CN117651608A (zh) 用于三效催化应用的含硫有机化合物辅助的金属纳米粒子合成
CN115608356A (zh) 用于废气处理应用的阴离子pgm羧酸盐辅助的pgm纳米颗粒合成
CN117098601A (zh) 使用鞣酸作为络合和还原剂的钯固定和低新鲜储氧能力
JP4836187B2 (ja) 排ガス浄化用触媒、並びにその製造方法及びその再生方法
KR100494543B1 (ko) 저 백금-팔라듐-로듐 함량의 삼원촉매 제조방법
EP4403258A1 (en) Improved twc activity using rhodium/platinum and gallic acid as a complexing and reducing agent
EP4403257A1 (en) Palladium fixing using gallic acid or its derivative
US20230234040A1 (en) Humic acid assisted metal nanoparticle synthesis for three-way catalysis application
JP2018176106A (ja) 軽油燃焼用ディーゼル酸化触媒、及びこれを用いたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置
KR100488779B1 (ko) 저 팔라듐 함량의 삼원촉매 제조방법
JP2022553892A (ja) ディーゼル酸化触媒
JP4836188B2 (ja) 排ガス浄化用触媒、並びにその製造方法及びその再生方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination