RU2738984C1 - Method for production of automotive three-way catalyst - Google Patents

Method for production of automotive three-way catalyst Download PDF

Info

Publication number
RU2738984C1
RU2738984C1 RU2019139657A RU2019139657A RU2738984C1 RU 2738984 C1 RU2738984 C1 RU 2738984C1 RU 2019139657 A RU2019139657 A RU 2019139657A RU 2019139657 A RU2019139657 A RU 2019139657A RU 2738984 C1 RU2738984 C1 RU 2738984C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
modifier
solution
units
salt
Prior art date
Application number
RU2019139657A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Рычков
Максим Алексеевич Машковцев
Евгений Олегович Бакшеев
Полина Анатольевна Берескина
Максим Сергеевич Боталов
Денис Валерьевич Смышляев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2019139657A priority Critical patent/RU2738984C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738984C1 publication Critical patent/RU2738984C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/18Exhaust 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 methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust 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 methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: disclosed is a method of producing automotive three-way catalyst. Method comprises steps of preparing an aqueous suspension containing a composition based on cerium and zirconium oxides, aluminium oxide, a modifier salt and a solution of a salt of precious metals; application of suspension onto substrate, drying and annealing. At the stage of preparing an aqueous suspension for grinding powders, compositions based on cerium and zirconium oxides and aluminium oxide are combined. Modifier salt used is barium nitrate or acetate. Addition of modifier to suspension is carried out before addition of precious metals. Addition of modifiers is carried out while stirring and maintaining the pH of the suspension in range of 4 to 7 units. PH is adjusted by adding an acetic acid solution if the pH is greater than 7 units and adding a solution of tetraethylammonium hydroxide in case the pH value is less than 4 units. Precious metals are added to the suspension after holding the suspension with modifier for at least 120 s.
EFFECT: invention discloses a method of producing automotive three-way catalyst.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способу производства автомобильного трехмаршрутного катализатора с повышенной каталитической активностью, предназначенного для очистки выхлопных газов автомобилей с бензиновыми двигателями.The invention relates to a method for the production of an automobile three-way catalyst with increased catalytic activity, intended for cleaning the exhaust gases of cars with gasoline engines.

В результате сгорания бензинового топлива образуется три основные группы загрязнителей: несгоревшие углеводороды, оксид углерода и оксиды азота. Для обеспечения одновременного окисления угарного газа, углеводородов и восстановления оксидов азота применяется трехмаршрутный катализатор (TWC). Такой тип катализаторов функционирует в очень жестких условиях, характеризующихся высокой температурой (>1000 C) и постоянными флуктуациями состава газовой фазы. В этих условиях наибольшую эффективность показали системы, каталитически активными компонентами, которых являются платиновые металлы, такие как Pt, Pd и Rh.The combustion of gasoline fuels produces three main groups of pollutants: unburned hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides. A three-way catalyst (TWC) is used to ensure the simultaneous oxidation of carbon monoxide, hydrocarbons and the reduction of nitrogen oxides. This type of catalyst operates under very harsh conditions, characterized by high temperatures (> 1000 C) and constant fluctuations in the composition of the gas phase. Under these conditions, systems with catalytically active components, which are platinum metals such as Pt, Pd and Rh, have shown the greatest efficiency.

Существенную роль играют носители платиновых металлов, а также различные добавки, служащие в качестве промоторов. В качестве носителей драгоценных металлов используются ©-Al2O3 стабилизированный ZrO2, La2O3, и другими оксидными добавками, а также композиции на основе оксидов церия и циркония. Применение композиций на основе оксидов церия и циркония в TWC связанно с их способностью накапливать и высвобождать кислород из кристаллической решетки. Это свойство позволяет компенсировать колебания концентрации кислорода в отработавших газах, связанных с особенностями работы двигателя и поддерживать содержание кислорода на поверхности катализатора близким к стехиометрии. Благодаря этому достигается одновременное эффективное протекание окислительных и восстановительных реакций.Supports of platinum metals, as well as various additives serving as promoters, play an essential role. As carriers of precious metals are used © -Al 2 O 3 stabilized ZrO 2 , La 2 O 3, and other oxide additives, as well as compositions based on cerium and zirconium oxides. The use of compositions based on cerium and zirconium oxides in TWC is associated with their ability to accumulate and release oxygen from the crystal lattice. This property makes it possible to compensate for fluctuations in the oxygen concentration in the exhaust gases associated with the peculiarities of the engine operation and to maintain the oxygen content on the catalyst surface close to stoichiometry. This achieves the simultaneous efficient flow of oxidative and reduction reactions.

При синтезе катализаторов на основе платиновых металлов используются дополнительные модификаторы. Так, например, в [T.Y. Chou, C.H. Leu, C.T. Yeh. Effects of the addition of lanthana on the thermal stability of alumina-supported palladium // Catalysis Today 26 (1995) 53-58.] обнаружили, что добавление оксида лантана к Pd/Al2O3 к катализатору не только улучшает термическую стабильность г-Al2O3, но и смещает температуру перехода PdO – Pd в область выше 800 оC, что является барьером к образованию и спеканию металлического палладия при высокой температуре работы катализатора.When synthesizing catalysts based on platinum metals, additional modifiers are used. For example, in [TY Chou, CH Leu, CT Yeh. Effects of the addition of lanthana on the thermal stability of alumina-supported palladium // Catalysis Today 26 (1995) 53-58.] Found that the addition of lanthanum oxide to Pd / Al 2 O 3 to the catalyst not only improves the thermal stability of r- Al 2 O 3 , but also shifts the PdO - Pd transition temperature to the region above 800 o C, which is a barrier to the formation and sintering of metallic palladium at a high catalyst operating temperature.

Кроме того, считается, что путем использования модифицирующих добавок, в частности щелочноземельных и редкоземельных d – элементов можно изменить каталитические свойства Pd так, чтобы он восстанавливал NOx также хорошо, как окислял CO и углеводороды. [T. Kobayashi, T. Yamada, K. Kayano. Applied Catalysis B: Environmental 30 (2001) 287–292]. С помощью метода РФЭС сделано предположение, что добавка Ba увеличивает электронную плотность вокруг Pd, который вероятно начинает обладать электронной конфигурацией, подобной Rh, и это придает палладию каталитические свойства сходные с родием.In addition, it is believed that by using modifying additives, in particular alkaline earth and rare earth d - elements, it is possible to change the catalytic properties of Pd so that it reduces NO x as well as oxidizes CO and hydrocarbons. [T. Kobayashi, T. Yamada, K. Kayano. Applied Catalysis B: Environmental 30 (2001) 287-292]. Using the XPS method, it was suggested that the addition of Ba increases the electron density around Pd, which probably begins to have an electronic configuration similar to Rh, and this gives palladium similar catalytic properties to rhodium.

Таким образом, свойства TWC, а именно свойства активных компонентов Pd и Rh, меняются после введения модификаторов. Наиболее перспективным и используемым на данный момент модификатором является барий. Однако в литературе комплексно не рассмотрен вопрос влияния способа и порядка введения бария и других модификаторов на свойства носителей и активных компонентов.Thus, the properties of TWC, namely the properties of the active components Pd and Rh, change after the introduction of modifiers. The most promising and currently used modifier is barium. However, the literature does not comprehensively consider the question of the influence of the method and order of introduction of barium and other modifiers on the properties of carriers and active components.

Известен способ [US20140241964A1, приор. от 26.02.2013, опубл. 28.08.2014, МПК B01J23/44, B01D53/945, F01N3/101] получения катализатора для очистки выхлопных газов внутреннего сгорания, который состоит из подложки и слоя с активным компонентом на частицах носителя, который имеет неравномерное распределение благородного металла или нескольких благородных металлов. Создание градиента концентраций благородных металлов осуществляется за счет того, что отсутствует дополнительная стадия пропитки одним из металлов частиц оксида (возможно, обоих металлов), а в суспензии присутствует их растворимые соли. Из данной суспензии на кордиеритовом субстрате формируется покрытие и во время сушки разные металлы обладают разной мобильностью, которую также можно контролировать введением солей с различными анионами (например, нитрат-ионом и карбоксилат-ионом). Преимуществом данного способа является возможность сконцентрировать благородные металлы на поверхности слоя за счет разной сорбционной способности соединений благородных металлов. Недостатком данного метода является отсутствие возможности контролируемого внесения модифицирующих добавок, ввиду чего в восстановительных условиях газовой среды возможно образование на поверхности оксидных носителей частиц металлического палладия склонного к спеканию при высокой температуре, что приводит к термической дезактивации катализатора.The known method [US20140241964A1, prior. from 26.02.2013, publ. 08/28/2014, IPC B01J23 / 44, B01D53 / 945, F01N3 / 101] for obtaining a catalyst for cleaning exhaust gases of internal combustion, which consists of a substrate and a layer with an active component on carrier particles, which has an uneven distribution of a noble metal or several noble metals. The creation of a concentration gradient of noble metals is carried out due to the fact that there is no additional stage of impregnation of oxide particles with one of the metals (possibly both metals), and their soluble salts are present in the suspension. A coating is formed from this suspension on a cordierite substrate, and during drying, different metals have different mobility, which can also be controlled by the introduction of salts with different anions (for example, nitrate ion and carboxylate ion). The advantage of this method is the ability to concentrate noble metals on the surface of the layer due to the different sorption capacity of the noble metal compounds. The disadvantage of this method is the lack of the possibility of controlled introduction of modifying additives, as a result of which, under reducing conditions of the gaseous environment, the formation of palladium metal particles prone to sintering at high temperatures on the surface of oxide carriers is possible, which leads to thermal deactivation of the catalyst.

Наиболее близким к данному изобретению является способ [WO2013022958A1, приор. от 10.08.2011, опубл. 14.02.2014, МПК B01D53/945, Y02T10/22, B01J37/0215] получения катализатора, способного одновременно перерабатывать оксиды азота, монооксид углерода и углеводороды в выбросах выхлопных газов в менее токсичные соединения.Closest to this invention is the method [WO2013022958A1, prior. from 08/10/2011, publ. 02/14/2014, IPC B01D53 / 945, Y02T10 / 22, B01J37 / 0215] for obtaining a catalyst capable of simultaneously processing nitrogen oxides, carbon monoxide and hydrocarbons in exhaust emissions into less toxic compounds.

Результат достигается тем, что покрытие катализатора содержит композицию на основе оксидов церия и циркония, металл платиновой подгруппы, оксид алюминия, стабилизированный оксидом лантана, соединения бария. Способ производства таких катализаторов состоит из нескольких стадий: приготовления водной суспензии, содержащей композицию на основе оксидов церия и циркония, оксид алюминия, соль модификатора и раствор соли драгоценных металлов; нанесение суспензии на субстрат, сушку и обжиг.The result is achieved by the fact that the catalyst coating contains a composition based on cerium and zirconium oxides, a platinum subgroup metal, aluminum oxide stabilized with lanthanum oxide, and barium compounds. The method for the production of such catalysts consists of several stages: preparation of an aqueous suspension containing a composition based on cerium and zirconium oxides, aluminum oxide, a modifier salt and a solution of a salt of precious metals; application of the suspension to the substrate, drying and firing.

Стадия приготовления водной суспензии содержит следующие технологические операции: приготовление водной суспензии порошка композиции на основе оксидов церия и циркония, приготовление водной суспензии порошка оксида алюминия, смешение полученных суспензий с получением общей суспензии. Приготовление водной суспензии порошка композиции на основе оксидов церия и циркония осуществляют смешением воды, основания (например, гидроксида тетраэтиламмония, гидроксида тетраметиламмония, гидроксида тетрапропиламмония, гидроксида тетрабутиламмония) и порошка композиции на основе оксидов церия и циркония, измельчением полученной суспензии, добавлением соли переходного металла (например, Pd, Cu, Mn или Ni) к суспензии. Приготовление водной суспензии порошка оксида алюминия осуществляют смешением воды и порошка оксида алюминия, измельчением полученной суспензии в присутствии уксусной кислоты, добавлением соли карбоната бария или карбоната кальция.The stage of preparing an aqueous suspension contains the following technological operations: preparing an aqueous suspension of a powder of a composition based on cerium and zirconium oxides, preparing an aqueous suspension of aluminum oxide powder, mixing the resulting suspensions to obtain a total suspension. An aqueous suspension of a powder of a composition based on cerium and zirconium oxides is prepared by mixing water, a base (for example, tetraethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide) and a powder of a composition based on cerium and zirconium oxides, grinding the resulting suspension (adding a transition metal salt for example Pd, Cu, Mn or Ni) to the slurry. An aqueous suspension of alumina powder is prepared by mixing water and alumina powder, grinding the resulting suspension in the presence of acetic acid, adding a salt of barium carbonate or calcium carbonate.

Преимущество способа - высокая каталитическая активность в реакциях восстановления оксидов азота при отсутствии родия в составе катализатора. Недостаток способа - сложность исполнения изобретения, большое количество технологических операций, а также необходимость использования дорогостоящих органических соединений на стадии приготовления суспензии композиции на основе оксидов церия и циркония.The advantage of this method is high catalytic activity in the reactions of nitrogen oxide reduction in the absence of rhodium in the catalyst. The disadvantage of this method is the complexity of the implementation of the invention, a large number of technological operations, as well as the need to use expensive organic compounds at the stage of preparing a suspension of a composition based on cerium and zirconium oxides.

Технической проблемой, на решение которой направленно изобретение, является необходимость повышения каталитической активности, а также сложность процесса производства трехмаршрутных катализаторов.The technical problem to be solved by the invention is the need to increase the catalytic activity, as well as the complexity of the three-way catalyst production process.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении термической стабильности композиции на основе оксидов церия, что приводит к повышению каталитической активности в реакциях конверсии монооксида углерода, углеводородов и оксидов азота. Более того, достигается снижение количества операций процесса производства автомобильного трехмаршрутного катализатора.The technical result achieved during the implementation of the invention consists in increasing the thermal stability of the composition based on cerium oxides, which leads to an increase in catalytic activity in the reactions of conversion of carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides. Moreover, a reduction in the number of steps in the manufacturing process of the automobile three-way catalyst is achieved.

Заявленный способ производства автомобильных трехмаршрутных катализаторов с повышенной каталитической активностью содержит следующие стадии: приготовления водной суспензии, содержащей композицию на основе оксидов церия и циркония, оксид алюминия, соль бария и раствор соли драгоценных металлов; нанесение суспензии на субстрат, сушку и обжиг. Заявленный технический результат достигается за счет модифицирования поверхности оксидных носителей с выдержкой суспензии при поддержании заданного уровня pH до введения солей драгоценных металлов.The claimed method for the production of automobile three-way catalysts with increased catalytic activity contains the following stages: preparation of an aqueous suspension containing a composition based on oxides of cerium and zirconium, aluminum oxide, barium salt and a solution of a salt of precious metals; application of the suspension to the substrate, drying and firing. The claimed technical result is achieved by modifying the surface of oxide carriers with holding the suspension while maintaining a predetermined pH level before introducing precious metal salts.

Известно, что модифицирование оксида алюминия является наиболее распространенным и эффективным способом повышения его термической устойчивости. Так, например, добавка бария в качестве модификатора приводит к повышению удельной поверхности оксида алюминия за счет ингибирования образования корунда при воздействии высоких температур. В то же время, авторами настоящего изобретения было обнаружено, что взаимодействие бария и композиции на основе оксидов церия и циркония приводит к снижению удельной поверхности и пористости последней при воздействии высоких температур. Такое взаимодействие может вызывать образование отдельной фазы цирконата бария на поверхности композиции на основе оксидов церия и циркония, что в свою очередь вызывает скачкообразное повышение коэффициентов диффузии компонентов системы и может приводить к существенному снижению удельной поверхности и объема пор композиции в целом. В свою очередь, существенное снижение удельной поверхности и объема пор композиции в совокупности с образованием на поверхности композиции фазы цирконата бария, затрудняющей поглощение и выделение кислорода, может обуславливать снижение кислородной емкости каталитических систем на основе указанной выше композиции. Наиболее очевидным вариантом снижения негативного влияния бария на свойства композиции на основе оксидов церия и циркония является пространственное разнесение оксида алюминия и композиции на основе оксидов церия и циркония по различным слоям, при этом барий может быть добавлен только в слой, содержащий оксид алюминия. Однако, применение данного способа приводит к значительному усложнению технологического процесса изготовления катализаторов.It is known that the modification of aluminum oxide is the most widespread and effective way to increase its thermal stability. For example, the addition of barium as a modifier leads to an increase in the specific surface area of alumina due to inhibition of corundum formation when exposed to high temperatures. At the same time, the authors of the present invention have found that the interaction of barium and a composition based on cerium and zirconium oxides leads to a decrease in the specific surface area and porosity of the latter when exposed to high temperatures. This interaction can cause the formation of a separate phase of barium zirconate on the surface of the composition based on cerium and zirconium oxides, which in turn causes an abrupt increase in the diffusion coefficients of the components of the system and can lead to a significant decrease in the specific surface area and pore volume of the composition as a whole. In turn, a significant decrease in the specific surface area and pore volume of the composition, together with the formation of a barium zirconate phase on the surface of the composition, which hinders the absorption and evolution of oxygen, can cause a decrease in the oxygen capacity of the catalytic systems based on the above composition. The most obvious option for reducing the negative effect of barium on the properties of the composition based on cerium and zirconium oxides is the spatial separation of alumina and the composition based on cerium and zirconium oxides over different layers, while barium can be added only to the layer containing alumina. However, the use of this method leads to a significant complication of the technological process for the manufacture of catalysts.

Авторами изобретения было обнаружено, что за счет регулирования значения pH суспензии оксида алюминия и композиции на основе оксидов церия и циркония в воде и очередности внесения драгоценных металлов и бария в указанную суспензию может быть обеспечена преимущественная локализация бария на оксиде алюминия. Такая преимущественная локализация бария может быть выполнена благодаря высокому значению удельной поверхности порошков оксида алюминия, обеспечивающих преимущественную сорбцию бария из жидкой фазы суспензии.The inventors have found that by adjusting the pH value of the suspension of alumina and the composition based on cerium and zirconium oxides in water and the order in which precious metals and barium are added to said suspension, preferential localization of barium on alumina can be ensured. This preferential localization of barium can be performed due to the high specific surface area of the alumina powders, which provide preferential sorption of barium from the liquid phase of the suspension.

Реализация настоящего изобретения включает в себя введение бария в водную суспензию, содержащую оксид алюминия и композицию на основе оксидов церия и циркония при поддержании значения pH в диапазоне, при котором сорбция бария происходит преимущественно на поверхности оксида алюминия. Таким образом, становится возможно существенно снизить негативное влияния бария на свойства композиции на основе оксидов церия и циркония. Кроме того, сорбция модификатора на поверхности оксидных носителей до введения драгоценных металлов приводит к уменьшению количества свободных сорбционных центров на поверхности оксидных носителей, предназначенных для драгоценных металлов. В условиях, когда часть сорбционных центров поверхности оксидных носителей занята ионами модификатора, становится возможным с одной стороны, обеспечить повышение равномерности распределения ионов драгоценных металлов на поверхности оксидных носителей, и существенное повышение взаимодействия фазы модификатора с фазой драгоценных металлов, что в совокупности может понижать миграцию драгоценных металлов и спекание в условиях воздействия высоких температур и постоянных флуктуаций состава газовой среды в процессе работы трехмаршрутного катализатора.The implementation of the present invention includes the introduction of barium into an aqueous suspension containing alumina and a composition based on cerium and zirconium oxides while maintaining the pH value in the range in which the sorption of barium occurs predominantly on the surface of the alumina. Thus, it becomes possible to significantly reduce the negative effect of barium on the properties of the composition based on cerium and zirconium oxides. In addition, the sorption of the modifier on the surface of oxide carriers prior to the introduction of precious metals leads to a decrease in the number of free sorption sites on the surface of oxide carriers intended for precious metals. Under conditions when a part of the sorption centers of the surface of the oxide carriers is occupied by the modifier ions, it becomes possible, on the one hand, to ensure an increase in the uniformity of the distribution of precious metal ions on the surface of the oxide carriers, and a significant increase in the interaction of the modifier phase with the precious metal phase, which together can reduce the migration of precious metals. metals and sintering under high temperatures and constant fluctuations in the composition of the gaseous medium during the operation of a three-way catalyst.

Сущность изобретения поясняется таблицей параметров каталитической активности для образцов блоков каталитических.The essence of the invention is illustrated by a table of catalytic activity parameters for samples of catalytic blocks.

На первой стадии производства автомобильного трехмаршрутного катализатора с повышенной каталитической активностью готовят водную суспензию, содержащую композицию на основе оксидов церия и циркония, оксид алюминия, соль бария и раствор соли драгоценных металлов. Эта стадия содержит перечисленные ниже технологические операции.At the first stage of the production of an automobile three-way catalyst with increased catalytic activity, an aqueous suspension is prepared containing a composition based on cerium and zirconium oxides, aluminum oxide, a barium salt and a solution of a salt of precious metals. This stage contains the following technological steps.

Первоначально проводят введение в реакционный объем воды, которая необходима для приготовления суспензии, а также для контроля pH. Количество вводимой в реакционный объем воды не является принципиальным. Однако предпочтительно вводить такое количество воды, чтобы содержание твердого в формируемой суспензии составляло от 15 до 45 мас.%, так как из уровня техники известно, что такое содержание твердого более удобно при формировании покрытия на субстрате. Может быть использована очищенная вода, в том числе дистиллированная или деионизированная вода. Предпочтительно, в качестве жидкой среды использовать дистиллированную воду.Initially, water is introduced into the reaction volume, which is necessary for preparing the suspension, as well as for controlling the pH. The amount of water introduced into the reaction volume is not critical. However, it is preferable to add such an amount of water that the solids content in the formed suspension is from 15 to 45 wt.%, Since it is known from the prior art that such a solids content is more convenient when forming a coating on a substrate. Purified water can be used, including distilled or deionized water. It is preferable to use distilled water as a liquid medium.

Далее проводят смешение порошков оксида алюминия и композиции на основе оксидов церия и циркония с получением смеси порошков. В состав композиции могут входить оксиды церия, циркония, иттрия, лантана и празеодима, предпочтительно использовать композицию состава Ce0.33Zr0.57Y0.06La0.04O2, где подстрочные индексы обозначают мольную долю компонента в композиции. В качестве оксида алюминия предпочтительно использовать оксид алюминия, стабилизированный оксидом циркония или оксидом лантана.Next, mixing of alumina powders and a composition based on cerium and zirconium oxides is carried out to obtain a mixture of powders. The composition may include oxides of cerium, zirconium, yttrium, lanthanum and praseodymium, it is preferable to use a composition of the composition Ce 0.33 Zr 0.57 Y 0.06 La 0.04 O 2 , where subscripts indicate the molar fraction of the component in the composition. As the alumina, it is preferable to use alumina stabilized with zirconium oxide or lanthanum oxide.

После полученную смесь порошков вводят при перемешивании в реакционный объем, заполненный водой, с получением суспензии. After the resulting mixture of powders is introduced with stirring into a reaction volume filled with water to obtain a suspension.

Далее проводят помол суспензии как описано в прототипе. Наиболее предпочтительно проводить помол в бисерной мельнице, обеспечивая достижение значения d90 не более 9,5 мкм. Здесь и далее термин «d90» обозначает диаметр с процентным содержания весовой доли частиц заданного размера менее 90% от общего содержания. Указанная граница размера частиц является общепринятой в технологии производства трехмаршрутных катализаторов, при достижении которой, удается достичь необходимой вязкости суспензии и адгезии покрытия, формируемого на кордиеритовом субстрате. Во время помола возможно использование уксусной кислоты как описано в прототипе.Next, the suspension is milled as described in the prototype. Most preferably, grinding is carried out in a bead mill to achieve a d 90 value of at most 9.5 μm. Hereinafter, the term "d 90 " means a diameter with a percentage by weight of particles of a given size less than 90% of the total content. The specified particle size limit is generally accepted in the technology for the production of three-way catalysts, upon reaching which it is possible to achieve the required suspension viscosity and adhesion of the coating formed on the cordierite substrate. During grinding, it is possible to use acetic acid as described in the prototype.

После проводят введение соли модификатора в помолотую суспензию при постоянном перемешивании. В качестве соли модификатора могут быть использованы нитрат или ацетат бария, предпочтительно использовать нитрат бария. Массовая доля бария в пересчете на оксид бария в каталитически активном покрытии может находиться в диапазоне от 1,5 до 5 мас. %, а еще лучше от 2 до 3 мас. %. Значение pH суспензии при введении соли модификатора необходимо поддерживать на уровне от 4 до 7 ед. включительно, предпочтительно от 4 до 5 ед. включительно. Регулирование значения pH может быть выполнено за счет введения раствора кислоты, если значение pH суспензии превысило верхний допустимый диапазон, и введения водного раствора основания, если значение pH суспензии превысило нижний допустимый диапазон. Наиболее предпочтительно использовать раствор уксусной кислоты, а в качестве основания раствор тетраэтиламмония гидроксида. Суспензию необходимо выдержать не менее 120 секунд, а еще лучше 180 секунд для установления равновесия процесса сорбции.Then the salt of the modifier is introduced into the milled suspension with constant stirring. Barium nitrate or barium acetate can be used as the modifier salt, preferably barium nitrate is used. The mass fraction of barium in terms of barium oxide in the catalytically active coating can be in the range from 1.5 to 5 wt. %, and even better from 2 to 3 wt. %. The pH value of the suspension with the addition of the modifier salt must be maintained at a level of 4 to 7 units. inclusive, preferably from 4 to 5 units. inclusive. Adjustment of the pH value can be performed by introducing an acid solution if the pH of the slurry has exceeded the upper acceptable range, and introducing an aqueous base solution if the pH of the suspension has exceeded the lower acceptable range. It is most preferable to use a solution of acetic acid, and a solution of tetraethylammonium hydroxide as the base. The suspension must be kept for at least 120 seconds, and even better 180 seconds to establish the equilibrium of the sorption process.

Далее проводят введение солей драгоценных металлов в суспензию при постоянном перемешивании. Соли драгоценных металлов предпочтительно вводить в суспензию в виде растворов. В качестве растворов солей драгоценных металлов можно использовать растворы солей нитрата палладия, нитрата родия или их смесь, предпочтительно использовать смесь растворов нитрата палладия и нитрата родия. Содержание драгоценных металлов описано в прототипе, предпочтительно оно должно находится в диапазоне от 5 до 100 г/фт3.Then, precious metal salts are introduced into the suspension with constant stirring. Preferably, precious metal salts are added to the suspension in the form of solutions. As solutions of salts of precious metals, solutions of salts of palladium nitrate, rhodium nitrate or their mixture can be used, it is preferable to use a mixture of solutions of palladium nitrate and rhodium nitrate. The content of precious metals is described in the prototype, preferably it should be in the range from 5 to 100 g / ft 3 .

На второй стадии производства трехмаршрутного катализатора проводят нанесение суспензии на субстрат методом вакуумного всасывания с получением блока каталитического.At the second stage of the production of a three-way catalyst, the suspension is applied to the substrate by the vacuum suction method to obtain a catalytic block.

На третьей стадии осуществления изобретения проводят термическое закрепление каталитически активного покрытия путем сушки и обжига.In the third stage of the invention, the catalytically active coating is thermally cured by drying and firing.

Сущность изобретения может быть проиллюстрирована следующими примерами.The essence of the invention can be illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

В химический стакан при перемешивании вводят 518 г воды с приготовлением реакционного объема. Далее готовят смесь порошков 195,3 г оксида алюминия и 83,7 г Ce0.33Zr0.57Y0.06La0.04O2. Полученную смесь порошков при перемешивании вводят в реакционный объем с получением суспензии. Полученную суспензию размалывают при использовании бисерной мельницы до значения d90 равного 7 мкм. Далее в суспензию вводят 15,9 г соли нитрата бария, причем значение pH в реакционном объеме поддерживают в диапазоне от 4 до 7 ед. Регулирование pH осуществляют за счет добавления раствора уксусной кислоты в случае, если pH больше 7 ед. и добавления раствора тетраэтиламмония гидроксида в случае, если значение pH меньше 4 ед. Затем суспензию выдерживают в течение 120 секунд при перемешивании. Затем смешивают 8,9 г раствора нитрата палладия (массовая концентрация палладия в растворе 15,35%) и 3,0 г раствора нитрата родия (массовая концентрация родия в растворе 9,11%) с получением смеси растворов ДМ. Далее в суспензию вводят смесь растворов ДМ. Полученную суспензию используют для формирования покрытия на кордиеритовом субстрате. Полученный каталитический блок сушат при 120 оС в течение 15 минут и обжигают при 550 оС в течение 40 минут.518 g of water is introduced into a beaker with stirring to prepare a reaction volume. Next, a mixture of powders of 195.3 g of aluminum oxide and 83.7 g of Ce 0.33 Zr 0.57 Y 0.06 La 0.04 O 2 is prepared. The resulting mixture of powders with stirring is introduced into the reaction volume to obtain a suspension. The resulting suspension is milled using a bead mill to a d 90 value of 7 μm. Next, 15.9 g of barium nitrate salt is introduced into the suspension, and the pH value in the reaction volume is maintained in the range from 4 to 7 units. The pH is adjusted by adding an acetic acid solution if the pH is more than 7 units. and adding a solution of tetraethylammonium hydroxide in case the pH value is less than 4 units. Then the suspension is kept for 120 seconds with stirring. Then 8.9 g of a palladium nitrate solution (mass concentration of palladium in the solution of 15.35%) and 3.0 g of a solution of rhodium nitrate (mass concentration of rhodium in the solution of 9.11%) are mixed to obtain a mixture of DM solutions. Next, a mixture of DM solutions is introduced into the suspension. The resulting suspension is used to form a coating on a cordierite substrate. The resulting catalyst unit was dried at 120 ° C for 15 minutes and calcined at 550 ° C for 40 minutes.

Пример 2Example 2

В химический стакан при перемешивании вводят 518 г воды с получением реакционного объема. Далее готовят смесь порошков 195,3 г оксида алюминия и 83,7 г Ce0.33Zr0.57Y0.06La0.04O2. Затем полученную смесь порошков при перемешивании вводят в реакционный объем с получением суспензии. Полученную суспензию размалывают при использовании бисерной мельницы до значения d90 равного 6 мкм. Далее в суспензию вводят 7,74 г соли ацетата бария, причем значение pH в реакционном объеме поддерживают в диапазоне от 4 до 7 ед. Регулирование pH осуществляют за счет добавления раствора уксусной кислоты в случае, если pH больше 7 ед. и добавления раствора тетраэтиламмония гидроксида в случае, если значение pH меньше 4 ед. Затем суспензию выдерживают в течение 180 секунд при перемешивании. Затем смешивают 7,13 г раствора нитрата палладия (массовая концентрация палладия в растворе 15,35%) и 2,4 г раствора нитрата родия (массовая концентрация родия в растворе 9,11%) с получением смеси растворов ДМ. Далее в суспензию вводят смесь растворов ДМ. Полученную суспензию используют для формирования покрытия на кордиеритовом субстрате. Полученный каталитический блок сушат при 120 оС в течение 15 минут и обжигают при 550 оС в течение 40 минут.518 g of water is introduced into a beaker with stirring to obtain a reaction volume. Next, a mixture of powders of 195.3 g of aluminum oxide and 83.7 g of Ce 0.33 Zr 0.57 Y 0.06 La 0.04 O 2 is prepared. Then the resulting mixture of powders with stirring is introduced into the reaction volume to obtain a suspension. The resulting suspension is milled using a bead mill to a d 90 value of 6 μm. Next, 7.74 g of barium acetate salt is introduced into the suspension, and the pH value in the reaction volume is maintained in the range from 4 to 7 units. The pH is adjusted by adding an acetic acid solution if the pH is more than 7 units. and adding a solution of tetraethylammonium hydroxide in case the pH value is less than 4 units. Then the suspension is kept for 180 seconds with stirring. Then 7.13 g of a solution of palladium nitrate (mass concentration of palladium in the solution of 15.35%) and 2.4 g of a solution of rhodium nitrate (mass concentration of rhodium in the solution of 9.11%) are mixed to obtain a mixture of DM solutions. Next, a mixture of DM solutions is introduced into the suspension. The resulting suspension is used to form a coating on a cordierite substrate. The resulting catalyst unit was dried at 120 ° C for 15 minutes and calcined at 550 ° C for 40 minutes.

Пример 3 (сравнительный)Example 3 (comparative)

В химический стакан при перемешивании вводят 518 г воды с приготовлением реакционного объема. Далее готовят смесь порошков 195,3 г оксида алюминия и 83,7 г Ce0.33Zr0.57Y0.06La0.04O2. Полученную смесь порошков при перемешивании вводят в реакционный объем с получением суспензии. Полученную суспензию размалывают при использовании бисерной мельницы до значения d90 равного 10 мкм. Затем смешивают 8,9 г раствора нитрата палладия (массовая концентрация палладия в растворе 15,35%) и 3,0 г раствора нитрата родия (массовая концентрация родия в растворе 9,11%) с получением смеси растворов ДМ. Далее в суспензию вводят смесь растворов ДМ. Затем в суспензию вводят 15,9 г соли нитрата бария. Полученную суспензию используют для формирования покрытия на кордиеритовом субстрате. Полученный каталитический блок сушат при 120 оС в течение 15 минут и обжигают при 550 оС в течение 40 минут.518 g of water is introduced into a beaker with stirring to prepare a reaction volume. Next, a mixture of powders of 195.3 g of aluminum oxide and 83.7 g of Ce 0.33 Zr 0.57 Y 0.06 La 0.04 O 2 is prepared. The resulting mixture of powders with stirring is introduced into the reaction volume to obtain a suspension. The resulting suspension is milled using a bead mill to a d 90 value of 10 μm. Then 8.9 g of a palladium nitrate solution (mass concentration of palladium in the solution of 15.35%) and 3.0 g of a solution of rhodium nitrate (mass concentration of rhodium in the solution of 9.11%) are mixed to obtain a mixture of DM solutions. Next, a mixture of DM solutions is introduced into the suspension. Then, 15.9 g of barium nitrate salt is introduced into the suspension. The resulting suspension is used to form a coating on a cordierite substrate. The resulting catalyst unit was dried at 120 ° C for 15 minutes and calcined at 550 ° C for 40 minutes.

Пример 4 (сравнительный)Example 4 (comparative)

В химический стакан при перемешивании вводят 518 г воды с приготовлением реакционного объема. Далее готовят смесь порошков 195,3 г оксида алюминия и 83,7 г Ce0.33Zr0.57Y0.06La0.04O2. Полученную смесь порошков при перемешивании вводят в реакционный объем с получением суспензии. Полученную суспензию размалывают при использовании бисерной мельницы до значения d90 равного 10 мкм. Затем смешивают 7,13 г раствора нитрата палладия (массовая концентрация палладия в растворе 15,35%) и 2,4 г раствора нитрата родия (массовая концентрация родия в растворе 9,11%) с получением смеси растворов ДМ. Далее в суспензию вводят смесь растворов ДМ. Далее в суспензию вводят 7,74 г соли ацетата бария. Полученную суспензию используют для формирования покрытия на кордиеритовом субстрате. Полученный каталитический блок сушат при 120 оС в течение 15 минут и обжигают при 550 оС в течение 40 минут.518 g of water is introduced into a beaker with stirring to prepare a reaction volume. Next, a mixture of powders of 195.3 g of aluminum oxide and 83.7 g of Ce 0.33 Zr 0.57 Y 0.06 La 0.04 O 2 is prepared. The resulting mixture of powders with stirring is introduced into the reaction volume to obtain a suspension. The resulting suspension is milled using a bead mill to a d 90 value of 10 μm. Then 7.13 g of a solution of palladium nitrate (mass concentration of palladium in the solution of 15.35%) and 2.4 g of a solution of rhodium nitrate (mass concentration of rhodium in the solution of 9.11%) are mixed to obtain a mixture of DM solutions. Next, a mixture of DM solutions is introduced into the suspension. Next, 7.74 g of barium acetate salt is introduced into the suspension. The resulting suspension is used to form a coating on a cordierite substrate. The resulting catalyst unit was dried at 120 ° C for 15 minutes and calcined at 550 ° C for 40 minutes.

Определение параметров каталитической активности всех образцов осуществляли при помощи газоаналитического стенда Horiba CTSJ.2003.12. Было проведено определение температуры начала работы катализатора (температуры 50 % - ой конверсии или «температуры зажигания» – «Light-off» тест) и максимальной конверсии в пульсирующем режиме при температуре 400 ОС («Perturbation» тест). Измерение динамической кислородной емкости (OSC) для всех образцов проводили методом отклика в реакции окисления СО.The parameters of the catalytic activity of all samples were determined using a Horiba CTSJ.2003.12 gas analytical stand. The starting temperature of the catalyst was determined (temperature of 50% conversion or "ignition temperature" - "Light-off" test) and maximum conversion in a pulsed mode at a temperature of 400 ° C ("Perturbation" test). The dynamic oxygen capacity (OSC) was measured for all samples by the response method in the CO oxidation reaction.

Claims (4)

1. Способ производства автомобильного трехмаршрутного катализатора, содержащий стадии приготовления водной суспензии, содержащей композицию на основе оксидов церия и циркония, оксид алюминия, соль модификатора и раствор соли драгоценных металлов; нанесение суспензии на субстрат, сушку и обжиг, отличающийся тем, что на стадии приготовления водной суспензии помол порошков композиции на основе оксидов церия и циркония и оксида алюминия проводят совместно, в качестве соли модификатора используют нитрат или ацетат бария, добавку модификатора к суспензии проводят перед добавкой драгоценных металлов, добавку модификаторов проводят при перемешивании и поддержании уровня рН суспензии в диапазоне от 4 до 7 ед., регулирование pH осуществляют за счет добавления раствора уксусной кислоты в случае, если pH больше 7 ед., и добавления раствора тетраэтиламмония гидроксида в случае, если значение pH меньше 4 ед., добавку драгоценных металлов в суспензию проводят после выдержки суспензии с модификатором не менее чем 120 с.1. A method for the production of an automobile three-way catalyst, containing the stages of preparing an aqueous suspension containing a composition based on oxides of cerium and zirconium, aluminum oxide, a modifier salt and a solution of a salt of precious metals; application of the suspension to the substrate, drying and firing, characterized in that at the stage of preparing the aqueous suspension, the powders of the composition based on cerium and zirconium oxides and alumina are milled together, nitrate or barium acetate is used as the modifier salt, the modifier is added to the suspension before adding precious metals, the addition of modifiers is carried out with stirring and maintaining the pH of the suspension in the range from 4 to 7 units, pH adjustment is carried out by adding a solution of acetic acid in case the pH is more than 7 units, and adding a solution of tetraethylammonium hydroxide in case the pH value is less than 4 units, the addition of precious metals to the suspension is carried out after holding the suspension with the modifier for at least 120 s. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массовая доля бария в пересчете на оксид бария в каталитически активном покрытии находится в диапазоне от 1,5 до 5 мас. %, а еще лучше от 2 до 3 мас. %.2. The method according to p. 1, characterized in that the mass fraction of barium in terms of barium oxide in the catalytically active coating is in the range from 1.5 to 5 wt. %, and even better from 2 to 3 wt. %. 3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что рН суспензии поддерживают в диапазоне от 4 до 5 ед. включительно.3. The method according to PP. 1, 2, characterized in that the pH of the suspension is maintained in the range from 4 to 5 units. inclusive. 4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что помол суспензии проводят в бисерной мельнице, обеспечивая достижение значения диаметра с процентным содержанием весовой доли частиц заданного размера менее 90% от общего содержания (d90) менее 9,5 мкм.4. The method according to PP. 1-3, characterized in that the suspension is milled in a bead mill, ensuring the achievement of the diameter value with the percentage by weight of particles of a given size less than 90% of the total content (d 90 ) less than 9.5 μm.
RU2019139657A 2019-12-05 2019-12-05 Method for production of automotive three-way catalyst RU2738984C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139657A RU2738984C1 (en) 2019-12-05 2019-12-05 Method for production of automotive three-way catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139657A RU2738984C1 (en) 2019-12-05 2019-12-05 Method for production of automotive three-way catalyst

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738984C1 true RU2738984C1 (en) 2020-12-21

Family

ID=74062812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139657A RU2738984C1 (en) 2019-12-05 2019-12-05 Method for production of automotive three-way catalyst

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738984C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010012677A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Basf Se NOx STORAGE MATERIALS AND TRAPS RESISTANT TO THERMAL AGING
WO2013022958A1 (en) * 2011-08-10 2013-02-14 Clean Diesel Technologies, Inc. Palladium solid solution castalyst and methods of making
US20190001304A1 (en) * 2015-12-23 2019-01-03 Heesung Catalysts Corporation Oxidation catalyst for compressed natural gas combustion system exhaust gas
RU2689059C2 (en) * 2014-10-21 2019-05-23 Басф Корпорейшн Emission control system with twc catalysts and scr-hct catalysts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010012677A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Basf Se NOx STORAGE MATERIALS AND TRAPS RESISTANT TO THERMAL AGING
WO2013022958A1 (en) * 2011-08-10 2013-02-14 Clean Diesel Technologies, Inc. Palladium solid solution castalyst and methods of making
RU2689059C2 (en) * 2014-10-21 2019-05-23 Басф Корпорейшн Emission control system with twc catalysts and scr-hct catalysts
US20190001304A1 (en) * 2015-12-23 2019-01-03 Heesung Catalysts Corporation Oxidation catalyst for compressed natural gas combustion system exhaust gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7202194B2 (en) Oxygen storage material, process for its preparation and its application in a catalyst
US9018129B2 (en) Exhaust gas purifying catalyst and production process thereof
EP2861533B1 (en) Composites of mixed metal oxides for oxygen storage
KR101230272B1 (en) Palladium-rhodium single-layer catalyst
KR100989224B1 (en) Exhaust gas purifying catalyst and manufacturing method thereof
CA2562556C (en) Process for producing metal oxide particle and exhaust gas purifying catalyst
EP1464622A1 (en) An oxygen storage material, comprising Cerium oxide and at least one other oxide of a metal, process for its preparation and its application in a catalyst
EP1740307A1 (en) Metal oxide particle, production process thereof and exhaust gas purifying catalyst
EP1742733B1 (en) Production process for an exhaust gas purifying catalyst
EP1771383A2 (en) Zirconia core particles coated with ceria particles, production process thereof and exhaust gas purifying catalyst
US20180071679A1 (en) Automotive Catalysts With Palladium Supported In An Alumina-Free Layer
CN106999921B (en) Titania doped zirconia as platinum group metal support in catalysts for treating exhaust gas streams from combustion engines
US20210197176A1 (en) Exhaust gas purification catalyst
JP2016168586A (en) Core shell carrier and production method therefor, exhaust emission control catalyst using the core shell carrier and production method therefor, and exhaust emission control method using the exhaust emission control catalyst
JP2022061979A (en) Exhaust gas purification catalyst composition and exhaust gas purification catalyst for automobile
RU2738984C1 (en) Method for production of automotive three-way catalyst
WO2019167515A1 (en) Exhaust purification three-way catalyst and manufacturing method therefor, and exhaust purification monolithic catalyst
JP2007301471A (en) Catalyst for cleaning exhaust gas
RU2756178C2 (en) Method for preparing automobile three-way catalyst
JP2008023482A (en) Catalyst for purifying exhaust gas, its manufacturing method and its regenerating method
JP2005021878A (en) Exhaust gas purification catalyst and its production method

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210713