RU2773212C1 - Transition metal-alloyed aluminium oxide with improved oxygen storage capacity (osc) in two conditions - Google Patents
Transition metal-alloyed aluminium oxide with improved oxygen storage capacity (osc) in two conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773212C1 RU2773212C1 RU2021109466A RU2021109466A RU2773212C1 RU 2773212 C1 RU2773212 C1 RU 2773212C1 RU 2021109466 A RU2021109466 A RU 2021109466A RU 2021109466 A RU2021109466 A RU 2021109466A RU 2773212 C1 RU2773212 C1 RU 2773212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst composition
- alumina
- transition metal
- catalyst
- layer
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 115
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 18
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910001884 aluminium oxide Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 119
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 98
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 claims abstract description 25
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 11
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- WPQBNJRIWONKBL-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[Zr+4].[Ce+3] WPQBNJRIWONKBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 11
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 10
- FSFHDWHQJKXOHH-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Zr+4].[Zr+4].[Ce+3].[Ce+3] FSFHDWHQJKXOHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000001603 reducing Effects 0.000 abstract description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 102000008554 lanosterol synthase activity proteins Human genes 0.000 description 27
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 17
- 238000011068 load Methods 0.000 description 14
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- -1 cerium-zirconium Chemical compound 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- OFJATJUUUCAKMK-UHFFFAOYSA-N Cerium(IV) oxide Chemical compound [O-2]=[Ce+4]=[O-2] OFJATJUUUCAKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N aluminum;lithium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Li+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052642 spodumene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018657 Mn—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- WMGSQTMJHBYJMQ-UHFFFAOYSA-N aluminum;magnesium;silicate Chemical compound [Mg+2].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] WMGSQTMJHBYJMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000024881 catalytic activity Effects 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 1
- IKRYMFPTYSUUKF-UHFFFAOYSA-N magnesium;dioxido(oxo)silane;zirconium(4+) Chemical compound [Mg+2].[Zr+4].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O IKRYMFPTYSUUKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
Двигатели внутреннего сгорания производят отработавший газ, содержащий различные загрязняющие вещества, включая углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NOx). Системы управления токсичностью выбросов, в том числе катализаторы отработавших газов, широко используют для сокращения объема таких загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Наиболее часто применяемым для бензиновых двигателей катализатором является тройной катализатор (TWC). Катализаторы TWC выполняют три основные функции: (1) окисление монооксида углерода (CO); (2) окисление несгоревших углеводородов; и (3) восстановление NOx до N2.Internal combustion engines produce exhaust gas containing various pollutants including hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and oxides of nitrogen (NO x ). Emission control systems, including exhaust gas catalysts, are widely used to reduce the amount of such pollutants emitted to the atmosphere. The most commonly used catalyst for gasoline engines is the triple catalytic converter (TWC). TWC catalysts perform three main functions: (1) oxidation of carbon monoxide (CO); (2) oxidation of unburned hydrocarbons; and (3) reduction of NO x to N 2 .
Катализаторы TWC, как правило, функционируют лучше всего, если бензиновый двигатель работает в стехиометрических или близких к стехиометрическим условиях (соотношение компонентов топливно-воздушной смеси, λ = 1). Однако в ходе рабочего цикла двигатели обычно работают по различным сторонам от равенства λ = 1, условия при λ < 1, которые соответствуют низкому содержанию кислорода в отработавшем газе, обычно называют «богатыми» условиями, а условия при λ > 1, которые соответствуют отработавшему газу, имеющему высокое содержание кислорода, называют «бедными» условиями. При работе двигателя на переобогащенной смеси, например, во время ускорения, общая композиция отработавшего газа является не окислительной, а проявляет восстановительные свойства, что затрудняет протекание реакций окисления на поверхности катализатора. По этой причине при разработке катализаторов TWC в них был включен компонент, в котором накапливается кислород в периоды рабочего цикла, когда топливно-воздушная смесь обеднена, и высвобождается кислород в периоды рабочего цикла, когда топливно-воздушная смесь переобогащена, и за счет этого эффективный диапазон рабочих режимов становится шире. Для этих целей в подавляющем большинстве имеющихся в продаже катализаторов TWC в качестве «накопителей» кислорода (OSC) используют материалы на основе оксида церия (например, смешанные оксиды церия-циркония).TWC catalysts generally perform best when the gasoline engine is operated under stoichiometric or near stoichiometric conditions (fuel/air ratio, λ = 1). However, engines typically operate on opposite sides of the equation λ = 1 during a duty cycle, conditions at λ < 1 that correspond to low oxygen content in the exhaust gas are commonly referred to as "rich" conditions, and conditions at λ > 1 that correspond to exhaust gas , which has a high oxygen content, is called "poor" conditions. When the engine is running on a rich mixture, for example, during acceleration, the overall composition of the exhaust gas is not oxidizing, but exhibits reducing properties, which makes it difficult for oxidation reactions to occur on the surface of the catalyst. For this reason, when developing TWC catalysts, they included a component in which oxygen is stored during periods of the operating cycle when the air-fuel mixture is lean, and oxygen is released during periods of the operating cycle when the air-fuel mixture is over-rich, and due to this, the effective range operating modes are becoming wider. For this purpose, the vast majority of commercially available TWC catalysts use cerium oxide-based materials (eg, cerium-zirconium mixed oxides) as oxygen "storage" (OSC) materials.
В передвижной технике, такой как легковые автомобили и грузовики, катализаторы TWC наносят на стенки подложки, которые затем интегрируют в систему очистки отработавшего газа. Как правило, увеличение количества катализатора, нанесенного на подложку, приводит к увеличению каталитической активности систем. Однако высокие нагрузки покрытия из пористого оксида в катализаторе могут вызывать проблемы с противодавлением и тепломассообменом. Таким образом, для удовлетворения строгих требований к выбросам при более низких нагрузках катализатора были предприняты значительные усилия по повышению эффективности каталитических компонентов, включая материал OSC.In mobile applications such as cars and trucks, TWC catalysts are applied to the walls of a support, which is then integrated into the exhaust gas treatment system. As a rule, an increase in the amount of catalyst deposited on a substrate leads to an increase in the catalytic activity of the systems. However, high loads of the porous oxide coating in the catalyst can cause problems with back pressure and heat and mass transfer. Thus, in order to meet stringent emission requirements at lower catalyst loads, significant efforts have been made to improve the performance of catalytic components, including OSC material.
В заявке авторов изобретения WO 02/40151 описаны композиции TWC, включающие марганецсодержащий OSC и по меньшей мере один необязательно легированный оксид алюминия, причем оксид алюминия может быть легирован редкоземельным материалом, кремнием, германием, фосфором, мышьяком, кальцием, стронцием и/или барием. В настоящей заявке описаны преимущества применения марганецсодержащих OSC; в частности, включение марганца в виде свободного оксида обеспечивает лучшую кислород-аккумулирующую способность по сравнению с ситуацией, где он присутствует в виде фазы смешанного оксида. Следует отметить, что в заявке WO 02/40151 описано применение марганецсодержащих OSC в комбинации с легированным оксидом алюминия, т. е. в виде двух отдельных компонентов.The inventors' application WO 02/40151 describes TWC compositions comprising a manganese-containing OSC and at least one optionally doped alumina, where the alumina can be doped with rare earth material, silicon, germanium, phosphorus, arsenic, calcium, strontium and/or barium. This application describes the advantages of using manganese-containing OSC; in particular, the inclusion of manganese as a free oxide provides a better oxygen storage capacity compared to the situation where it is present as a mixed oxide phase. It should be noted that WO 02/40151 describes the use of manganese-containing OSCs in combination with doped alumina, ie as two separate components.
Несмотря на достижения в технологии катализаторов TWC все еще существует потребность в усовершенствованных каталитических нейтрализаторах для определенных платформ двигателей, способных обеспечивать высокий коэффициент конверсии без увеличенной нагрузки покрытия из пористого оксида. Настоящее изобретение, помимо прочего, решает эти задачи.Despite advances in TWC catalyst technology, there is still a need for advanced catalytic converters for certain engine platforms capable of delivering high conversion rates without increased porous oxide coating loading. The present invention, among other things, solves these problems.
Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention
В соответствии с настоящим изобретением композиция тройного катализатора может содержать оксид алюминия, легированный переходным металлом. Переходный металл может представлять собой, например, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni или их комбинации; или Mn, Cu или их комбинации. В некоторых аспектах переходный металл присутствует в количестве от около 2 мас.% до около 8 мас.% в расчете на общую массу легированного оксида алюминия.In accordance with the present invention, the composition of the ternary catalyst may contain alumina doped with a transition metal. The transition metal may be, for example, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni, or combinations thereof; or Mn, Cu, or combinations thereof. In some aspects, the transition metal is present in an amount of from about 2% to about 8% by weight, based on the total weight of the doped alumina.
Тройной катализатор может содержать компонент в виде металла платиновой группы. Компонент в виде металла платиновой группы, может представлять собой, например, Pd, Rh, Pt или их комбинации.The ternary catalyst may contain a platinum group metal component. The platinum group metal component may be, for example, Pd, Rh, Pt, or combinations thereof.
В некоторых аспектах оксид алюминия представляет собой La-стабилизированный оксид алюминия.In some aspects, the alumina is La-stabilized alumina.
В некоторых аспектах легированный оксид алюминия присутствует в количестве от около 0,1 мас.% до около 10 мас.% в расчете на композицию тройного катализатора.In some aspects, doped alumina is present in an amount of from about 0.1% to about 10% by weight, based on the ternary catalyst composition.
В некоторых аспектах композиция тройного катализатора может содержать материал с кислород-аккумулирующей способностью (OSC), содержащий, например, оксид церия, оксид циркония, смешанный оксид церия-циркония, смешанный оксид алюминия-церия-циркония или их комбинации.In some aspects, the triple catalyst composition may comprise an oxygen storage material (OSC) containing, for example, cerium oxide, zirconium oxide, cerium-zirconium mixed oxide, alumina-cerium-zirconium mixed oxide, or combinations thereof.
В некоторых аспектах композиция тройного катализатора может содержать щелочной или щелочноземельный металл. Подходящий щелочной или щелочноземельный металл может представлять собой, например, барий, стронций или их комбинации.In some aspects, the ternary catalyst composition may contain an alkali or alkaline earth metal. Suitable alkali or alkaline earth metal may be, for example, barium, strontium, or combinations thereof.
В соответствии с настоящим изобретением каталитическое изделие для очистки отработавшего газа может содержать (a) подложку; и (b) композицию тройного катализатора, как описано в настоящем документе.According to the present invention, an exhaust gas purification catalyst article may comprise (a) a support; and (b) a ternary catalyst composition as described herein.
В соответствии с настоящим изобретением каталитическое изделие для очистки отработавшего газа может содержать (a) подложку; и (b) композицию тройного катализатора, содержащую оксид алюминия, легированный переходным металлом. В некоторых аспектах каталитическое изделие содержит первый слой и второй слой, расположенные таким образом, чтобы отработавший газ контактировал со вторым слоем до вхождения в контакт с первым слоем, причем первый слой содержит композицию тройного катализатора, содержащую оксид алюминия, легированный переходным металлом. Каталитическое изделие может дополнительно содержать третий слой, расположенный так, чтобы отработавший газ контактировал с третьим слоем до вхождения в контакт со вторым слоем.According to the present invention, an exhaust gas purification catalyst article may comprise (a) a support; and (b) a ternary catalyst composition containing transition metal doped alumina. In some aspects, the catalytic article comprises a first layer and a second layer positioned such that the exhaust gas contacts the second layer prior to contacting the first layer, the first layer comprising a ternary catalyst composition comprising transition metal doped alumina. The catalytic article may further comprise a third layer positioned such that the exhaust gas contacts the third layer prior to coming into contact with the second layer.
В соответствии с настоящим изобретением способ очистки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания может включать приведение отработавшего газа в контакт с каталитическим изделием, как описано в настоящем документе.In accordance with the present invention, a method for purifying exhaust gas from an internal combustion engine may include bringing the exhaust gas into contact with a catalyst article as described herein.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На Фиг. 1 показана конфигурация каталитического изделия настоящего изобретения.On FIG. 1 shows the configuration of the catalyst article of the present invention.
На Фиг. 2 показана эффективность катализатора OSC, составляющего объект изобретения, и катализатора сравнения.On FIG. 2 shows the performance of the inventive OSC catalyst and the comparison catalyst.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Настоящее изобретение относится к каталитической очистке отработавшего газа сгорания, например газа, производимого бензиновым двигателями и другими двигателями, а также к соответствующим катализаторам, каталитическим изделиям и системам. В частности, изобретение относится к одновременному удалению NOx, CO и HC из автомобильной выпускной системы.The present invention relates to the catalytic treatment of combustion exhaust gas, such as gas produced by gasoline engines and other engines, as well as related catalysts, catalytic articles and systems. In particular, the invention relates to the simultaneous removal of NO x , CO and HC from an automobile exhaust system.
Важной характеристикой тройных катализаторов является способность эффективно работать при изменяющихся условиях в контексте отработавшего газа, например, изменяющемся соотношении компонентов топливно-воздушной смеси. Традиционным решением этой проблемы было включение материалов, представляющих собой смешанные оксиды Ce/Zr, в качестве компонента с кислород-аккумулирующей способностью. Однако такое улучшение катализатора в терминах устойчивости к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси может быть ограничено неблагоприятными эффектами, вызванными увеличением нагрузки покрытия из пористого оксида, такими как проблемы с противодавлением и тепломассообменом.An important characteristic of ternary catalysts is the ability to operate efficiently under changing conditions in the context of the exhaust gas, such as changing fuel/air ratios. The traditional solution to this problem has been to include Ce/Zr mixed oxide materials as the oxygen storage component. However, such catalyst improvement in terms of air/fuel ratio stability may be limited by the adverse effects caused by increased loading of the porous oxide coating, such as backpressure and heat and mass transfer problems.
Хотя алюмооксидные материалы и ранее использовали в тройных катализаторах в качестве связующих материалов, неожиданно было обнаружено, что легирование алюмооксидных материалов переходными металлами может повысить устойчивость катализатора к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси. В настоящем документе ниже подробно описаны каталитические композиции, содержащие легированный переходным металлом оксид алюминия, которые можно использовать в качестве тройных катализаторов при очистке отработавшего газа.Although alumina materials have previously been used as binder materials in ternary catalysts, it has surprisingly been found that doping alumina materials with transition metals can improve the stability of the catalyst to fuel/air ratio. Transition metal-doped alumina-containing catalyst compositions which can be used as ternary catalysts in exhaust gas treatment are described in detail herein below.
Компонент на основе легированного оксида алюминияDoped Alumina Component
Каталитические композиции настоящего изобретения содержат легированный переходным металлом оксид алюминия. В некоторых аспектах легированный переходным металлом оксид алюминия настоящего изобретения может выступать и использоваться в качестве компонента с кислород-аккумулирующей способностью, например, в тройном катализаторе TWC. Подходящие модификации оксида алюминия могут включать в себя, например, гамма-, дельта-, тета- и альфа-оксиды алюминия. Для легирования оксида алюминия с обеспечением преимуществ, описанных в настоящем документе, могут применяться редокс-активные переходные металлы. В некоторых аспектах подходящие переходные металлы представляют собой Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni или их комбинации. В некоторых аспектах подходящие переходные металлы представляют собой Ti, Mn, Fe, Cu, Zn или их комбинации. В некоторых аспектах подходящие переходные металлы представляют собой Mn, Cu или их комбинации. Каталитическая композиция может содержать оксид алюминия, легированный более чем одним переходным металлом. Каталитическая композиция катализатора может содержать смесь или компаунд легированных различными переходными металлами оксидов алюминия. Например, каталитическая композиция может содержать легированный Cu оксид алюминия и легированный Mn оксид алюминия; легированный Cu оксид алюминия и легированный Ti оксид алюминия; легированный Cu оксид алюминия и легированный Fe оксид алюминия; легированный Cu оксид алюминия и легированный Zn оксид алюминия; легированный Cu оксид алюминия и легированный Ni оксид алюминия; легированный Mn оксид алюминия и легированный Ti оксид алюминия; легированный Mn оксид алюминия и легированный Fe оксид алюминия; легированный Mn оксид алюминия и легированный Zn оксид алюминия; легированный Mn оксид алюминия и легированный Ni оксид алюминия; легированный Fe оксид алюминия и легированный Ni оксид алюминия; легированный Fe оксид алюминия и легированный Ti оксид алюминия; легированный Fe оксид алюминия и легированный Zn оксид алюминия; легированный Zn оксид алюминия и легированный Ni оксид алюминия; и/или легированный Ni оксид алюминия и легированный Ti оксид алюминия. В некоторых аспектах оксид алюминия легирован переходным металлом в количестве от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%; от около 2 мас.% до около 8 мас.%; от около 3 мас.% до около 7 мас.%; от около 4 мас.% до около 6 мас.%; от около 2 мас.% до около 6 мас.%; менее 10 мас.%; менее 8 мас.%; менее 6 мас.%; менее 5 мас.%; более 1 мас.%; более 2 мас.%; более 3 мас.%; более 4 мас.%; около 1 мас.%; около 2 мас.%; около 3 мас.%; около 4 мас.%; около 5 мас.%; около 6 мас.%; около 7 мас.%; около 8 мас.%; около 9 мас.%; или около 10 мас.% в расчете на общую массу легированного оксида алюминия. Специалистам в данной области будет понятно, что легированный переходным металлом оксид алюминия отличается химически и физически от смешанного оксида переходного металла/алюминия (например, MnAlO4).The catalyst compositions of the present invention comprise transition metal doped alumina. In some aspects, the transition metal doped alumina of the present invention can act and be used as an oxygen storage component, for example, in a TWC ternary catalyst. Suitable modifications of alumina may include, for example, gamma, delta, theta and alpha alumina. Redox active transition metals can be used to dope alumina to provide the benefits described herein. In some aspects, suitable transition metals are Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni, or combinations thereof. In some aspects, suitable transition metals are Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, or combinations thereof. In some aspects, suitable transition metals are Mn, Cu, or combinations thereof. The catalyst composition may contain alumina doped with more than one transition metal. The catalytic composition of the catalyst may contain a mixture or compound of aluminas doped with various transition metals. For example, the catalyst composition may contain Cu-doped alumina and Mn-doped alumina; Cu-doped alumina and Ti-doped alumina; Cu-doped alumina and Fe-doped alumina; Cu-doped alumina and Zn-doped alumina; Cu-doped alumina and Ni-doped alumina; Mn-doped alumina and Ti-doped alumina; Mn-doped alumina and Fe-doped alumina; Mn-doped alumina and Zn-doped alumina; Mn-doped alumina and Ni-doped alumina; Fe-doped alumina and Ni-doped alumina; Fe-doped alumina and Ti-doped alumina; Fe-doped alumina and Zn-doped alumina; Zn-doped alumina and Ni-doped alumina; and/or Ni-doped alumina and Ti-doped alumina. In some aspects, the alumina is alloyed with a transition metal in an amount of from about 0.5 wt.% to about 10 wt.%; from about 2 wt.% to about 8 wt.%; from about 3 wt.% to about 7 wt.%; from about 4 wt.% to about 6 wt.%; from about 2 wt.% to about 6 wt.%; less than 10 wt.%; less than 8 wt.%; less than 6 wt.%; less than 5 wt.%; more than 1 wt.%; more than 2 wt.%; more than 3 wt.%; more than 4 wt.%; about 1 wt.%; about 2 wt.%; about 3 wt.%; about 4 wt.%; about 5 wt.%; about 6 wt.%; about 7 wt.%; about 8 wt.%; about 9 wt.%; or about 10 wt.% based on the total weight of doped alumina. Those skilled in the art will recognize that transition metal doped alumina is chemically and physically different from a mixed transition metal/aluminum oxide (eg, MnAlO 4 ).
В некоторых аспектах переходные металлы могут применяться для легирования La-стабилизированного оксида алюминия. Оксид алюминия может содержать, например, La в количестве от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%; от около 1 мас.% до около 8 мас.%; от около 2 мас.% до около 6 мас.%; от около 3 мас.% до около 5 мас.%; от около 2 мас.% до около 5 мас.%; менее 10 мас.%; менее 8 мас.%; менее 6 мас.%; менее 5 мас.%; менее 4 мас.%; более 0,5 мас.%; более 1 мас.%; более 2 мас.%; более 3 мас.%; более 4 мас.%; около 1 мас.%; около 2 мас.%; около 3 мас.%; около 4 мас.%; около 5 мас.%; около 6 мас.%; около 7 мас.%; около 8 мас.%; около 9 мас.%; или около 10 мас.%.In some aspects, transition metals can be used to dope La-stabilized alumina. The alumina may contain, for example, La in an amount of from about 0.5 wt.% to about 10 wt.%; from about 1 wt.% to about 8 wt.%; from about 2 wt.% to about 6 wt.%; from about 3 wt.% to about 5 wt.%; from about 2 wt.% to about 5 wt.%; less than 10 wt.%; less than 8 wt.%; less than 6 wt.%; less than 5 wt.%; less than 4 wt.%; more than 0.5 wt.%; more than 1 wt.%; more than 2 wt.%; more than 3 wt.%; more than 4 wt.%; about 1 wt.%; about 2 wt.%; about 3 wt.%; about 4 wt.%; about 5 wt.%; about 6 wt.%; about 7 wt.%; about 8 wt.%; about 9 wt.%; or about 10 wt.%.
Легированный переходным металлом оксид алюминия может быть включен в каталитическую композицию в любом подходящем количестве на основании конкретных целевых показателей и контекста. В некоторых аспектах каталитическая композиция включает легированный переходным металлом оксид алюминия, присутствующий в количестве от около 0,1 мас.% до около 10 мас.%; от около 0,1 мас.% до около 8 мас.%; от около 0,1 мас.% до около 6 мас.%; от около 0,1 мас.% до около 4 мас.%; от около 0,1 мас.% до около 2 мас.%; от около 0,1 мас.% до около 1 мас.%; от около 0,2 мас.% до около 0,8 мас.%; от около 0,3 мас.% до около 0,5 мас.%; менее 10 мас.%; менее 8 мас.%; менее 6 мас.%; менее 4 мас.%; менее 2 мас.%; менее 1 мас.%; более 0,1 мас.%; более 0,2 мас.%; более 0,3 мас.%; более 0,5 мас.%; более 1 мас.%; более 2 мас.%; более 4 мас.%; более 6 мас.%; около 0,1 мас.%; около 0,2 мас.%; около 0,3 мас.%; около 0,4 мас.%; около 0,5 мас.%; около 0,6 мас.%; около 0,7 мас.%; около 0,8 мас.%; около 0,9 мас.%; около 1 мас.%; около 2 мас.%; около 3 мас.%; около 4 мас.%; около 5 мас.%; около 6 мас.%; около 8 мас.%; или около 10 мас.%.The transition metal doped alumina may be included in the catalyst composition in any suitable amount based on specific targets and context. In some aspects, the catalyst composition includes transition metal doped alumina present in an amount of from about 0.1 wt.% to about 10 wt.%; from about 0.1 wt.% to about 8 wt.%; from about 0.1 wt.% to about 6 wt.%; from about 0.1 wt.% to about 4 wt.%; from about 0.1 wt.% to about 2 wt.%; from about 0.1 wt.% to about 1 wt.%; from about 0.2 wt.% to about 0.8 wt.%; from about 0.3 wt.% to about 0.5 wt.%; less than 10 wt.%; less than 8 wt.%; less than 6 wt.%; less than 4 wt.%; less than 2 wt.%; less than 1 wt.%; more than 0.1 wt.%; more than 0.2 wt.%; more than 0.3 wt.%; more than 0.5 wt.%; more than 1 wt.%; more than 2 wt.%; more than 4 wt.%; more than 6 wt.%; about 0.1% by weight; about 0.2 wt.%; about 0.3% by weight; about 0.4% by weight; about 0.5% by weight; about 0.6% by weight; about 0.7% by weight; about 0.8 wt.%; about 0.9% by weight; about 1 wt.%; about 2 wt.%; about 3 wt.%; about 4 wt.%; about 5 wt.%; about 6 wt.%; about 8 wt.%; or about 10 wt.%.
ПолучениеReceipt
Легированный оксид алюминия в соответствии с настоящим изобретением можно получить любым подходящим способом, известным в данной области. Например, легированный переходным металлом оксид алюминия может быть получен путем совместного осаждения с использованием предшественника алюминия/La с водным раствором нитрата соответствующего металла (например, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni), например, Mn(NO3)2. После совместного осаждения может следовать сушка, например сушка при температуре 150°C в течение около 2 часов, и прокаливание, например прокаливание при температуре 500°C в течение около 30 минут.Doped alumina in accordance with the present invention can be obtained by any suitable method known in this field. For example, transition metal doped alumina can be prepared by co-deposition using an aluminum/La precursor with an aqueous solution of a suitable metal nitrate (eg Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni), eg Mn(NO 3 ) 2 . Co-precipitation may be followed by drying, eg drying at 150° C. for about 2 hours, and calcining, eg calcining at 500° C. for about 30 minutes.
ПреимуществаAdvantages
Неожиданно было обнаружено, что легирование оксида алюминия одним или более переходными металлами может повысить устойчивость катализатора к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси, что означает, что катализатор будет сохранять эффективность при различных соотношениях компонентов топливно-воздушной смеси. Каталитические композиции настоящего изобретения могут обеспечивать повышенную устойчивость к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси благодаря хорошей кислород-аккумулирующей способности при низкой температуре, обусловленной легированием оксида алюминия переходным металлом. Каталитическая композиция, содержащая легированный переходным металлом оксид алюминия, может обеспечивать повышенную устойчивость к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси по сравнению с каталитической композицией, имеющей тот же состав, но без легированного переходным металлом оксида алюминия. Каталитическая композиция, содержащая легированный переходным металлом оксид алюминия, может обеспечивать улучшенную кислород-аккумулирующую способность по сравнению с каталитической композицией, имеющей тот же состав, но без легированного переходным металлом оксида алюминия. В настоящем документе кислород-аккумулирующая способность может определяться по величине потребления CO композицией. В некоторых аспектах улучшенные характеристики, обусловленные легированием оксида алюминия переходным металлом, были продемонстрированы при низких температурах отработавшего газа, например от около 200°C до около 400°C; от около 250°C до около 350 °C; от около 275 °C до около 325 °C; или около 300 °C.Surprisingly, it has been found that doping alumina with one or more transition metals can improve the air/fuel ratio stability of the catalyst, meaning that the catalyst will remain effective at various air/fuel ratios. The catalyst compositions of the present invention can provide improved air/fuel ratio stability due to good oxygen storage capacity at low temperature due to transition metal doping of alumina. A catalyst composition containing transition metal doped alumina can provide improved air/fuel ratio stability compared to a catalyst composition having the same composition but without transition metal doped alumina. A catalyst composition containing transition metal doped alumina can provide improved oxygen storage capacity compared to a catalyst composition having the same composition but without transition metal doped alumina. As used herein, the oxygen storage capacity may be determined by the CO consumption of the composition. In some aspects, improved performance due to alloying alumina with a transition metal has been demonstrated at low exhaust gas temperatures, for example from about 200°C to about 400°C; from about 250°C to about 350°C; from about 275°C to about 325°C; or around 300°C.
В некоторых аспектах каталитическая композиция, содержащая легированный переходным металлом оксид алюминия, может обеспечивать улучшенную кислород-аккумулирующую способность при температуре 300 °C по сравнению с композицией на основе катализатора, имеющей тот же состав, но без легированного переходным металлом оксида алюминия, причем улучшение составляет от около 25 до около 700%; от около 40% до около 690%; от около 40% до около 650%; от около 40% до около 600%; от около 40% до около 550%; от около 40% до около 500%; от около 40% до около 400%; от около 40% до около 300%; от около 40% до около 200%; от около 40% до около 150%; от около 40% до около 100%; от около 25% до около 50%; от около 40% до около 100%; от около 50% до около 100%; от около 100% до около 150%; от около 150% до около 200%; от около 200% до около 250%; от около 250% до около 300%; от около 300% до около 350%; от около 350% до около 400%; от около 400% до около 450%; от около 450% до около 500%; от около 500% до около 550%; от около 550% до около 600%; от около 600% до около 650%; от около 650% до около 690%; от около 650% до около 700%; более 25%; более 40%; более 50%; более 75%; более 100%; более 150%; более 200%; более 250%; более 300%; более 350%; более 400%; более 450%; более 500%; более 550%; более 600%; или более 650%.In some aspects, a catalyst composition containing transition metal doped alumina can provide improved oxygen storage capacity at 300°C compared to a catalyst composition having the same composition but without transition metal doped alumina, the improvement being from about 25 to about 700%; about 40% to about 690%; about 40% to about 650%; about 40% to about 600%; about 40% to about 550%; about 40% to about 500%; about 40% to about 400%; about 40% to about 300%; about 40% to about 200%; about 40% to about 150%; about 40% to about 100%; about 25% to about 50%; about 40% to about 100%; from about 50% to about 100%; from about 100% to about 150%; about 150% to about 200%; about 200% to about 250%; about 250% to about 300%; about 300% to about 350%; about 350% to about 400%; about 400% to about 450%; about 450% to about 500%; from about 500% to about 550%; about 550% to about 600%; about 600% to about 650%; about 650% to about 690%; about 650% to about 700%; more than 25%; more than 40%; more than 50%; more than 75%; over 100%; over 150%; over 200%; more than 250%; over 300%; more than 350%; over 400%; over 450%; over 500%; over 550%; over 600%; or more than 650%.
Более того, было обнаружено, что легированный переходным металлом оксид алюминия не только обеспечивает функцию компонента с кислород-аккумулирующей способностью и связанную с ним устойчивость к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси, но также может сохранять другие полезные свойства оксида алюминия, такие как высокая удельная площадь поверхности и отсутствие нежелательного взаимодействия с металлами платиновой группы.Moreover, it has been found that transition metal-doped alumina not only provides the function of an oxygen-storage component and the associated resistance to fuel-air ratio, but can also retain other beneficial properties of alumina, such as high specific area surface and the absence of undesirable interaction with platinum group metals.
Материал OSCOSC material
Каталитическая композиция может дополнительно содержать материал с кислород-аккумулирующей способностью (OSC), который следует отличать от легированного переходным металлом оксида алюминия, и/или компонент щелочного или щелочноземельного металла.The catalyst composition may further comprise an oxygen storage material (OSC), which should be distinguished from transition metal doped alumina, and/or an alkali or alkaline earth metal component.
Материал OSC предпочтительно выбран из группы, состоящей из оксида церия, оксида циркония, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида алюминия-церия-циркония. Материал OSC более предпочтительно содержит смешанный оксид церия-циркония. Смешанный оксид церия-циркония может дополнительно содержать некоторые легирующие добавки, такие как La, Nd, Y, Pr и т.д.The OSC material is preferably selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, mixed cerium-zirconium oxide and mixed alumina-cerium-zirconium oxide. The OSC material more preferably contains a mixed cerium-zirconium oxide. The mixed cerium-zirconium oxide may further contain some dopants such as La, Nd, Y, Pr, etc.
Смешанный оксид церия-циркония может иметь молярное соотношение циркония и церия по меньшей мере 50 : 50, предпочтительно более 60 : 40, более предпочтительно более 75 : 25. Кроме того, материал OSC может выступать в качестве материала подложки для компонента PGM.The mixed cerium-zirconium oxide may have a zirconium to cerium molar ratio of at least 50:50, preferably greater than 60:40, more preferably greater than 75:25. In addition, the OSC material may act as a support material for the PGM component.
Материал OSC (например, смешанный оксид церия-циркония) может составлять 10–90 мас.%, предпочтительно 25–75 мас.%, более предпочтительно 35–65 мас.% в расчете на общую массу каталитической композиции.The OSC material (eg cerium-zirconium mixed oxide) may comprise 10-90% by weight, preferably 25-75% by weight, more preferably 35-65% by weight, based on the total weight of the catalyst composition.
В некоторых аспектах материал OSC и легированный переходным металлом оксид алюминия могут иметь массовое соотношение не более 10 : 1; не более 8 : 1 или 5 : 1; не более 4 : 1 или 3 : 1; или не более 2 : 1.In some aspects, the OSC material and the transition metal doped alumina may have a weight ratio of not more than 10:1; no more than 8:1 or 5:1; no more than 4 : 1 or 3 : 1; or not more than 2:1.
В альтернативном варианте осуществления материал OSC и легированный переходным металлом оксид алюминия могут иметь массовое соотношение от 10 : 1 до 1 : 10; от 8 : 1 до 1 : 8; от 5 : 1 до 1 : 5; от 4 : 1 до 1 : 4; от 3 : 1 до 1 : 3; или от 2 : 1 до 1 : 2.In an alternative embodiment, the OSC material and the transition metal doped alumina may have a weight ratio of 10:1 to 1:10; from 8:1 to 1:8; from 5:1 to 1:5; from 4 : 1 to 1 : 4; from 3 : 1 to 1 : 3; or from 2:1 to 1:2.
В некоторых аспектах на материал OSC может быть осажден щелочной или щелочноземельный металл.In some aspects, an alkali or alkaline earth metal may be deposited on the OSC material.
Щелочной или щелочноземельный металл может содержать, например, барий или стронций. В некоторых аспектах барий или стронций, при наличии, присутствует в количестве от около 0,1 мас.% до около 15 мас.%; или от около 3 мас.% до около 10 мас.% в расчете на общую массу каталитической композиции.The alkali or alkaline earth metal may contain, for example, barium or strontium. In some aspects, barium or strontium, if present, is present in an amount of from about 0.1 wt.% to about 15 wt.%; or from about 3% to about 10% by weight, based on the total weight of the catalyst composition.
В некоторых аспектах барий присутствует в виде композитного материала BaCO3 или в виде Ba(OH)2. Композитный материал BaCO3 можно получить любым способом, известным в данной области, например, путем пропитки по влагоемкости или сушки распылением.In some aspects, the barium is present as the composite BaCO 3 or as Ba(OH) 2 . Composite material BaCO 3 can be obtained by any method known in this field, for example, by impregnation for moisture absorption or spray drying.
Компонент PGMPGM component
Каталитические композиции настоящего изобретения могут также содержать компонент металла платиновой группы (PGM). В некоторых аспектах компонент PGM представляет собой Pd, Rh, Pt или их комбинации. В некоторых аспектах компонент PGM представляет собой Pd, Rh или их комбинации. В некоторых аспектах компонент PGM представляет собой Pd.The catalyst compositions of the present invention may also contain a platinum group metal (PGM) component. In some aspects, the PGM component is Pd, Rh, Pt, or combinations thereof. In some aspects, the PGM component is Pd, Rh, or combinations thereof. In some aspects, the PGM component is Pd.
Каталитическая композиция может содержать компонент PGM в количестве до 20 мас.%; от около 0,05 мас.% до около 10 мас.% или от около 0,2 мас.% до около 5 мас.% в расчете на каталитическую композицию.The catalytic composition may contain a PGM component in an amount of up to 20 wt.%; from about 0.05 wt.% to about 10 wt.% or from about 0.2 wt.% to about 5 wt.% based on the catalyst composition.
Дополнительные компонентыAdditional components
Каталитические композиции настоящего изобретения может содержать дополнительные компоненты, известные специалисту в данной области. Например, композиции изобретения могут дополнительно содержать по меньшей мере одно связующее вещество и/или по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество. В некоторых аспектах катализатор может содержать связующее вещество в дополнение к легированному переходным металлом оксиду алюминия.The catalyst compositions of the present invention may contain additional components known to the person skilled in the art. For example, compositions of the invention may further comprise at least one binder and/or at least one surfactant. In some aspects, the catalyst may contain a binder in addition to the transition metal doped alumina.
ПодложкаSubstrate
Каталитические изделия настоящего изобретения могут содержать каталитическую композицию, как описано в настоящем документе, и подложку. Каталитические композиции можно наносить на подложку любыми известными способами, включая нанесение покрытия из пористого оксида. Подходящие подложки могут включать проточный монолит или бензиновый фильтр для улавливания частиц с проточными стенками. Подложка предпочтительно представляет собой проточный монолит.Catalyst articles of the present invention may contain a catalyst composition as described herein and a support. The catalyst compositions can be applied to the support by any known means, including porous oxide coating. Suitable substrates may include a flow-through monolith or a gasoline particle filter with flow walls. The substrate is preferably a flow monolith.
Проточная монолитная подложка может иметь первую грань и вторую грань с образованием продольного направления между ними. Проточная монолитная подложка имеет множество каналов, проходящих между первой гранью и второй гранью. Множество каналов проходят в продольном направлении и обеспечивают множество внутренних поверхностей (например, поверхностей стенок, образующих каждый канал). Каждый из множества каналов имеет отверстие на первой грани и отверстие на второй грани. Для предотвращения путаницы следует отметить, что проточная монолитная подложка не является фильтром с проточными стенками.The flow-through monolithic substrate may have a first face and a second face with the formation of a longitudinal direction between them. The flow-through monolithic substrate has a plurality of channels extending between the first face and the second face. A plurality of channels extend in the longitudinal direction and provide a plurality of interior surfaces (eg, wall surfaces forming each channel). Each of the plurality of channels has an opening on the first face and an opening on the second face. To avoid confusion, it should be noted that the flow-through monolithic substrate is not a flow wall filter.
Первая грань, как правило, находится на впускном конце подложки, а вторая грань находится на выпускном конце подложки.The first face is typically at the inlet end of the substrate and the second face is at the outlet end of the substrate.
Каналы могут иметь постоянную ширину, и каждое множество каналов может иметь равномерную ширину канала.The channels may have a constant width, and each plurality of channels may have a uniform channel width.
В пределах плоскости, перпендикулярной продольному направлению, монолитная подложка предпочтительно имеет от 100 до 900 на квадратный дюйм, предпочтительно от 300 до 750 каналов. Например, на первой грани плотность открытых первых каналов и закрытых вторых каналов составляет от 300 до 750 каналов на квадратный дюйм. Поперечные сечения каналов могут иметь прямоугольную, квадратную, круглую, овальную, треугольную, шестиугольную или другие многоугольные формы.Within a plane perpendicular to the longitudinal direction, the monolithic substrate preferably has 100 to 900 per square inch, preferably 300 to 750 channels. For example, on the first face, the density of open first channels and closed second channels is between 300 and 750 channels per square inch. The cross sections of the channels may be rectangular, square, round, oval, triangular, hexagonal, or other polygonal shapes.
Монолитная подложка выступает в качестве основы для удержания каталитического материала. Подходящие материалы для формирования монолитной подложки включают в себя керамоподобные материалы, такие как кордиерит, карбид кремния, нитрид кремния, оксид циркония, муллит, сподумен, оксид алюминия-кремния-магния или силикат циркония или пористый тугоплавкий металл. Такие материалы и их применение для изготовления пористых монолитных подложек хорошо известны в данной области.The monolithic support acts as a support for holding the catalytic material. Suitable materials for forming the monolithic substrate include ceramic-like materials such as cordierite, silicon carbide, silicon nitride, zirconium oxide, mullite, spodumene, alumina-silicon-magnesium oxide or zirconium silicate, or a porous refractory metal. Such materials and their use in making porous monolithic substrates are well known in the art.
Следует отметить, что проточная монолитная подложка, описанная в настоящем документе, представляет собой один компонент (т. е. один элемент). Тем не менее при формировании системы очистки выбросов используемый монолит может быть сформирован путем склеивания друг с другом множества каналов или путем склеивания друг с другом множества монолитов меньшего размера, как описано в настоящем документе. Такие способы хорошо известны в данной области, как и подходящие корпуса и конфигурации системы очистки выбросов.It should be noted that the flow-through monolithic substrate described herein is one component (i.e., one element). However, when forming an emission treatment system, the monolith used can be formed by gluing a plurality of channels together or by gluing a plurality of smaller monoliths to each other, as described herein. Such methods are well known in the art, as are suitable hulls and configurations for an emission control system.
В аспектах, в которых каталитическое изделие по настоящему изобретению содержит керамическую подложку, керамическая подложка может быть изготовлена из любого подходящего огнеупорного материала, например, оксида алюминия, диоксида кремния, оксида титана, оксида церия, оксида циркония, оксида магния, цеолитов, нитрида кремния, карбида кремния, силикатов циркония, силикатов магния, алюмосиликатов и металлоалюмосиликатов (таких как кордиерит и сподумен) или смеси или смеси оксидов любых двух или более из них. Наиболее предпочтительны кордиерит, алюмосиликат магния и карбид кремния.In aspects in which the catalytic article of the present invention comprises a ceramic support, the ceramic support may be made from any suitable refractory material, e.g. alumina, silica, titanium oxide, cerium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, zeolites, silicon nitride, silicon carbide, zirconium silicates, magnesium silicates, aluminosilicates and metal aluminosilicates (such as cordierite and spodumene), or mixtures or mixtures of oxides of any two or more of these. Most preferred are cordierite, magnesium aluminum silicate and silicon carbide.
В аспектах, в которых каталитическое изделие настоящего изобретения содержит металлическую подложку, металлическая подложка может быть изготовлена из любого подходящего металла и, в частности, из термостойких металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также из ферритных сплавов, содержащих железо, никель, хром и/или алюминий, в дополнение к другим примесям металлов.In aspects in which the catalytic article of the present invention comprises a metal support, the metal support may be made from any suitable metal, and in particular from heat-resistant metals and metal alloys such as titanium and stainless steel, as well as from ferritic alloys containing iron, nickel, chromium and/or aluminium, in addition to other metal impurities.
В некоторых аспектах каталитическую композицию наносят/осаждают непосредственно на подложку.In some aspects, the catalyst composition is applied/deposited directly onto the support.
КонфигурацииConfigurations
Каталитическое изделие настоящего изобретения может включать подложку с одним или более слоями каталитической композиции. В некоторых аспектах каталитическое изделие может содержать подложку, имеющую первый слой, который наносится/осаждается непосредственно на подложку, причем первый слой содержит легированный переходным металлом оксид алюминия. В некоторых аспектах каталитическое изделие содержит только этот первый слой. В некоторых аспектах первый слой может также содержать дополнительные компоненты, описанные в настоящем документе, такие как материал OSC, компонент щелочного или щелочноземельного металла и/или компонент PGM. В некоторых аспектах первый слой содержит легированный переходным металлом оксид алюминия, но не содержит материала OSC, компонента щелочного или щелочноземельного металла и/или компонента PGM.The catalyst article of the present invention may include a support with one or more layers of the catalyst composition. In some aspects, the catalyst article may comprise a support having a first layer that is applied/deposited directly onto the support, the first layer comprising transition metal doped alumina. In some aspects, the catalyst article contains only this first layer. In some aspects, the first layer may also contain additional components described herein, such as an OSC material, an alkali or alkaline earth metal component, and/or a PGM component. In some aspects, the first layer contains transition metal doped alumina, but does not contain an OSC material, an alkali or alkaline earth metal component, and/or a PGM component.
В некоторых аспектах каталитическое изделие может содержать один или более слоев в дополнение к первому слою. Эти один или более дополнительных слоев могут частично или полностью располагаться смежно с первым слоем и/или покрывать этот слой. В некоторых аспектах каталитическое изделие содержит первый слой и второй слой, расположенные так, чтобы отработавший газ контактировал со вторым слоем до вхождения в контакт с первым слоем. В некоторых аспектах каталитическое изделие дополнительно содержит третий слой, расположенный так, чтобы отработавший газ контактировал с третьим слоем до вхождения в контакт со вторым или первым слоями. В некоторых аспектах один или более дополнительных слоев при необходимости могут содержать композицию тройного катализатора или другие каталитические композиции. Если один или более дополнительных слоев содержат композицию тройного катализатора, такая композиция может содержать, например, легированный переходным металлом оксид алюминия, материал OSC, компонент щелочного или щелочноземельного металла и/или компонент PGM.In some aspects, the catalytic article may contain one or more layers in addition to the first layer. These one or more additional layers may partially or completely be adjacent to and/or cover the first layer. In some aspects, the catalytic article comprises a first layer and a second layer positioned such that the exhaust gas contacts the second layer prior to contacting the first layer. In some aspects, the catalytic article further comprises a third layer positioned such that the exhaust gas contacts the third layer prior to contacting the second or first layers. In some aspects, one or more additional layers, if necessary, may contain a triple catalyst composition or other catalyst compositions. If one or more additional layers comprise a ternary catalyst composition, such composition may contain, for example, a transition metal doped alumina, an OSC material, an alkali or alkaline earth metal component, and/or a PGM component.
В конкретном варианте осуществления каталитическое изделие сконфигурировано, как показано на Фиг. 1. На Фиг. 1 показан первый слой, содержащий легированный переходным металлом оксид алюминия; второй слой, содержащий оксид алюминия, материал OSC, компонент PGM (Pd) и компонент щелочного или щелочноземельного металла (Ba); и третий слой, содержащий компонент PGM (Rh), материал OSC и оксид алюминия.In a particular embodiment, the catalyst article is configured as shown in FIG. 1. In FIG. 1 shows a first layer containing transition metal doped alumina; a second layer containing alumina, an OSC material, a PGM component (Pd) and an alkali or alkaline earth metal component (Ba); and a third layer containing a PGM (Rh) component, an OSC material, and alumina.
Используемый в настоящем документе термин «каталитическая композиция» может пониматься как один слой каталитической композиции или может в совокупности относиться к каталитической композиции, которая сконфигурирована в виде множества слоев.As used herein, the term "catalyst composition" may be understood as a single layer of a catalyst composition, or may collectively refer to a catalyst composition that is configured as a plurality of layers.
Способы и системыMethods and systems
Другой аспект настоящего описания относится к способу очистки отработавшего газа автомобиля, содержащего NOx, CO и HC, с применением описанного в настоящем документе каталитического изделия. Способ очистки отработавшего газа транспортного средства, содержащего NOx, CO и HC, может включать приведение отработавшего газа в контакт с каталитической композицией, содержащей легированный переходным металлом оксид алюминия, как описано в настоящем документе. В некоторых аспектах температура отработавшего газа составляет от около 200°C до около 400°C; от около 250°C до около 350°C; от около 275°C до около 325°C; или около 300°C. Каталитические нейтрализаторы, содержащие каталитическую композицию настоящего изобретения, могут обеспечивать улучшенные каталитические характеристики по сравнению с традиционными тройными катализаторами, которые не содержат легированного переходным металлом оксида алюминия.Another aspect of the present disclosure relates to a method for purifying vehicle exhaust gas containing NO x , CO and HC using the catalytic article described herein. A method for purifying a vehicle exhaust gas containing NO x , CO and HC may include contacting the exhaust gas with a transition metal doped alumina catalyst composition as described herein. In some aspects, the temperature of the exhaust gas is from about 200°C to about 400°C; from about 250°C to about 350°C; from about 275°C to about 325°C; or about 300°C. Catalysts containing the catalyst composition of the present invention can provide improved catalytic performance compared to conventional ternary catalysts that do not contain transition metal doped alumina.
Другой аспект настоящего описания относится к системе очистки отработавшего газа автомобиля, содержащей описанное в настоящем документе каталитическое изделие в сочетании с каналом для пропускания отработавшего газа через систему.Another aspect of the present disclosure relates to an automotive exhaust gas treatment system comprising the catalytic article described herein in combination with a conduit for passing exhaust gas through the system.
ТерминыTerms
Термин «покрытие из пористого оксида» хорошо известен в данной области и относится к прикрепленному покрытию, которое обычно наносят на подложку во время изготовления катализатора.The term "porous oxide coating" is well known in the art and refers to an attached coating that is typically applied to a support during catalyst manufacture.
В настоящем документе сокращение PGM обозначает «металл платиновой группы». Термин «металл платиновой группы» по существу относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Os, Ir и Pt, предпочтительно металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Ir и Pt. В общем случае термин PGM предпочтительно относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Rh, Pt и Pd.In this document, the abbreviation PGM stands for "Platinum Group Metal". The term "platinum group metal" essentially refers to a metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt, preferably a metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Ir and Pt. In general, the term PGM preferably refers to a metal selected from the group consisting of Rh, Pt and Pd.
Используемый в настоящем документе термин «смешанный оксид» по существу относится к смеси оксидов в одной фазе, как традиционно известно в данной области. Используемый в настоящем документе термин «композитный оксид» по существу относится к композиции оксидов с более чем одной фазой, как традиционно известно в данной области.As used herein, the term "mixed oxide" essentially refers to a mixture of oxides in one phase, as is conventionally known in the art. As used herein, the term "composite oxide" essentially refers to a composition of oxides with more than one phase, as is conventionally known in the art.
Выражение «по существу не содержит», используемое в настоящем документе со ссылкой на материал, как правило, в контексте содержимого области, слоя или зоны, означает, что данный материал применяют в небольшом количестве, таком как ≤ 5 мас.%, предпочтительно ≤ 2 мас.%, более предпочтительно ≤ 1 мас.%. Выражение «по существу не содержит» включает в себя выражение «не содержит».The expression "substantially free", as used herein with reference to a material, generally in the context of the content of a region, layer or zone, means that the material is used in a small amount, such as ≤ 5 wt.%, preferably ≤ 2 wt.%, more preferably ≤ 1 wt.%. The expression "substantially does not contain" includes the expression "does not contain".
Выражение «почти не содержит», используемое в настоящем документе со ссылкой на материал, как правило, в контексте содержимого области, слоя или зоны, означает, что данный материал применяют в следовом количестве, таком как ≤ 1 мас.%, предпочтительно ≤ 0,5 мас.%, более предпочтительно ≤ 0,1 мас.%. Выражение «почти не содержит» включает в себя выражение «не содержит».The expression "almost free", as used herein with reference to a material, generally in the context of the content of a region, layer or zone, means that the material is used in a trace amount such as ≤ 1 wt%, preferably ≤ 0, 5 wt.%, more preferably ≤ 0.1 wt.%. The expression "almost does not contain" includes the expression "does not contain".
Любая ссылка на какое-либо количество, в частности общее количество легирующей добавки, выраженное в мас.%, в настоящем документе относится к массе материала подложки или его огнеупорному оксиду металла.Any reference to any amount, in particular the total amount of dopant, expressed in wt.%, in this document refers to the mass of the substrate material or its refractory metal oxide.
Используемый в настоящем документе термин «нагрузка» относится к мере, измеряемой в г/фут3 в пересчете на массу металла.Used in this document, the term "load" refers to the measure, measured in g/ft 3 in terms of the mass of metal.
В настоящем описании формы единственного числа включают в себя ссылку на множественное число, а ссылка на конкретное числовое значение включает в себя по меньшей мере это конкретное значение, если контекст явным образом не указывает на иное. Так, например, ссылка на «материал» подразумевает ссылку на по меньшей мере один из таких материалов и их эквивалентов, известных специалистам в данной области, и т. д.In the present description, the singular forms include a reference to a plural, and a reference to a specific numerical value includes at least that specific value, unless the context clearly indicates otherwise. Thus, for example, reference to "material" implies reference to at least one of such materials and their equivalents known to those skilled in the art, etc.
Когда значение указано как приблизительное с использованием характеристики «около», следует понимать, что конкретное значение образует другой вариант осуществления. В общем использование термина «около» указывает на приближения, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые ожидают получить посредством описанного объекта изобретения, и их следует интерпретировать в конкретном контексте, в котором этот термин используется, на основании его функции. Специалист в данной области сможет интерпретировать это в обычном порядке. В некоторых случаях одним из не имеющих ограничительного характера способов определения величины термина «около» может быть число значимых цифр, используемых в конкретном значении. В других случаях для определения целевого диапазона, относящегося к термину «около» для каждого из значений, могут использоваться градации серии значений. Все диапазоны, при наличии, являются включающими и комбинируемыми. Таким образом, ссылки на значения, указанные в диапазонах, включают каждое значение в пределах этого диапазона.When a value is indicated as an approximation using the characteristic "about", it is to be understood that the specific value constitutes another embodiment. In general, the use of the term "about" indicates approximations, which may vary depending on the desired properties that are expected to be obtained by the described subject matter, and should be interpreted in the particular context in which this term is used, based on its function. One of skill in the art will be able to interpret this in the usual way. In some cases, one non-limiting way of defining the amount of the term "about" may be the number of significant digits used in a particular meaning. In other cases, gradations of a series of values may be used to determine the target range related to the term "about" for each of the values. All ranges, if any, are inclusive and combinable. Thus, references to values specified in ranges include every value within that range.
Следует понимать, что определенные элементы настоящего изобретения, которые для ясности описаны в настоящем документе в контексте разных вариантов осуществления или аспектов, также могут использоваться в комбинации в одном варианте осуществления или аспекте. Таким образом, за исключением очевидно несовместимого или специально исключенного, каждый отдельный вариант осуществления считается комбинируемым с любым (-и) другим (-и) вариантом (-ами) или аспектом (-ами), и такая комбинация считается другим вариантом осуществления. С другой стороны, различные элементы изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления или аспекта, также могут быть представлены отдельно или в любой подкомбинации. Наконец, когда вариант осуществления или аспект может быть описан в рамках серии стадий или части более общей структуры, каждая указанная стадия может также рассматриваться в качестве независимого варианта осуществления или аспекта, комбинируемого с другими.It should be understood that certain elements of the present invention, which are described herein for clarity in the context of different embodiments or aspects, can also be used in combination in one embodiment or aspect. Thus, except as manifestly incompatible or specifically excluded, each individual embodiment is considered to be combinable with any other option(s) or aspect(s) and such combination is considered to be another embodiment. On the other hand, various elements of the invention, which for brevity are described in the context of one embodiment or aspect, may also be presented separately or in any subcombination. Finally, when an embodiment or aspect can be described in terms of a series of steps or part of a more general structure, each said step can also be considered as an independent embodiment or aspect combinable with others.
Переходные термины «содержащий», «состоящий по существу из» и «состоящий из» предназначены для обозначения их по существу общепринятых патентных значений; таким образом, (i) термин «содержащий», который является синонимом терминам «включающий», «содержащий» или «характеризующийся», является включающим или неограниченным и не исключает дополнительных неуказанных элементов или стадий способа; (ii) «состоящий из» исключает любой элемент, стадию или ингредиент, не указанный в формуле изобретения; и (iii) «состоящий по существу из» ограничивает объем формулы изобретения конкретными материалами или стадиями «и теми, которые не оказывают существенного влияния на основные и новые характеристики» заявленного изобретения. Варианты осуществления, описанные в отношении выражения «содержащий» (или его эквивалентов), обеспечивают такое же значение, как варианты осуществления, описанные независимо друг от друга в отношении выражения «состоящий по существу из» и «состоящий из». Для тех вариантов осуществления, которые представлены в терминах «состоящий по существу из», основной (-ыми) и новой (-ыми) характеристикой (-ами) является способность каталитических композиций одновременно эффективно очищать NOx, CO и HC в системе отработавших газов транспортного средства при сохранении устойчивости к соотношению компонентов топливно-воздушной смеси. Материалы или стадии, которые не ухудшают указанные эксплуатационные характеристики, считаются входящими в объем таких вариантов осуществления.The transitional terms "comprising", "consisting essentially of" and "consisting of" are intended to denote their essentially conventional patent meanings; thus, (i) the term "comprising", which is synonymous with the terms "comprising", "comprising", or "characterized", is inclusive or non-limiting and does not exclude additional unspecified elements or method steps; (ii) "consisting of" excludes any element, step or ingredient not listed in the claims; and (iii) "consisting essentially of" limits the scope of the claims to specific materials or steps "and those that do not materially affect the essential and novel features" of the claimed invention. The embodiments described with respect to the expression "comprising" (or its equivalents) provide the same meaning as the embodiments described independently with respect to the expression "consisting essentially of" and "consisting of". For those embodiments that are presented in terms of "consisting essentially of", the primary(s) and novel(s) feature(s) is the ability of the catalyst compositions to simultaneously efficiently treat NO x , CO and HC in the vehicle exhaust system. means while maintaining stability to the ratio of the components of the fuel-air mixture. Materials or steps that do not impair said performance are considered to be within the scope of such embodiments.
В случае представления списка, если не указано иное, следует понимать, что каждый отдельный элемент этого списка и каждая комбинация из этого списка является отдельным вариантом осуществления. Например, список вариантов осуществления или аспектов, представленный в виде «A, B или C» следует интерпретировать как список, включающий варианты осуществления «A», «B», «C», «A или B», «A или C», «B или C» или «A, B или C».In the case of a list presentation, unless otherwise indicated, it should be understood that each individual element of this list and each combination of this list is a separate embodiment. For example, a list of embodiments or aspects represented as "A, B, or C" should be interpreted as a list including Embodiments "A", "B", "C", "A or B", "A or C", "B or C" or "A, B or C".
В данном описании слова употребляются в их обычном значении, как они понимаются специалистами в соответствующей области. Однако во избежание неправильного понимания значения некоторых терминов будут конкретно определены или уточнены.In this description, the words are used in their usual sense, as they are understood by specialists in the relevant field. However, in order to avoid misunderstanding, the meanings of some terms will be specifically defined or clarified.
Термин «необязательный» или «необязательно» означает, что описанное далее условие может возникнуть или может не возникнуть и что данное описание включает случаи, в которых это условие возникает, и случаи, в которых оно не возникает. Аналогичным образом, если имеются варианты осуществления, в которых какой-либо компонент или какая-либо стадия указаны как «необязательно включенные», такие варианты осуществления включают в себя отдельные независимые варианты осуществления, в которых соответствующие стадия или компонент присутствуют или отсутствуют. Термин «необязательный» означает, что такое необязательное условие допускается, но не является обязательным.The term "optional" or "optional" means that the condition described below may or may not occur, and that this description includes cases in which the condition occurs and cases in which it does not occur. Similarly, if there are embodiments in which any component or any step is indicated as "optionally included", such embodiments include separate independent embodiments in which the corresponding step or component is present or absent. The term "optional" means that such an optional condition is allowed but not required.
Представленные ниже примеры только иллюстрируют изобретение. Специалистам в данной области будет очевидно множество вариантов, которые находятся в пределах сущности изобретения и объема формулы изобретения.The following examples only illustrate the invention. Those skilled in the art will recognize many variations that are within the spirit of the invention and the scope of the claims.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Материалыmaterials
Если не указано иное, все материалы имеются в продаже и были получены от известных поставщиков.Unless otherwise noted, all materials are commercially available and have been sourced from reputable vendors.
Пример 1Example 1
Каталитические изделия получали путем нанесения каталитической композиции на подложку из кордиерита. Каталитическая композиция содержит Pd в количестве 3 мас.%, нанесенный на оксид алюминия/материал OSC с содержанием Ba = 4,5 мас.%.Catalyst articles were obtained by depositing the catalyst composition on a cordierite support. The catalytic composition contains Pd in an amount of 3 wt.% supported on alumina/OSC material with a Ba content of 4.5 wt.%.
Каталитические изделия получали с использованием приведенной выше рецептуры, содержащей следующие компоненты оксида алюминия:Catalytic articles were prepared using the above formulation containing the following alumina components:
1. традиционный оксид алюминия,1.traditional aluminum oxide,
2. легированный Ti оксид алюминия,2. Ti doped aluminum oxide,
3. легированный Mn оксид алюминия,3. Mn doped aluminum oxide,
4. легированный Cu оксид алюминия,4. Cu doped aluminum oxide,
5. легированный Zn оксид алюминия.5. doped Zn aluminum oxide.
Испытания эффективности OSC проводили на каждом из каталитических изделий путем приведения катализатора в контакт с потоком газа, содержащим газообразные CO и O2, как показано в таблице 1.OSC performance tests were performed on each of the catalyst articles by contacting the catalyst with a gas stream containing CO and O 2 gases as shown in Table 1.
Таблица 1. Газовая композиция для испытания OSCTable 1. Gas composition for OSC test
(%)CO
(%)
(%) O2
(%)
В испытаниях OSC 1 об.% газообразного CO и 0,5 об.% газообразного O2 поочередно пропускали через основной образец катализатора, а величину кислород-аккумулирующей способности оценивали путем расчета величины потребления CO при температуре 300°C.In the OSC test, 1 vol% CO gas and 0.5 vol% O 2 gas were alternately passed through the main catalyst sample, and the oxygen storage capacity value was estimated by calculating the CO consumption value at 300°C.
Как показано на Фиг. 2, для исследуемой системы легированного переходным металлом оксида алюминия было обнаружено значительное улучшение характеристик OSC при температуре 300°C по сравнению с катализатором, содержащим традиционный оксид алюминия. Характеристики OSC при температуре 300 °C улучшались в диапазоне от 40% до 690% по сравнению с катализатором на основе традиционного оксида алюминия.As shown in FIG. 2, a significant improvement in OSC performance at 300°C was found for the test system of transition metal doped alumina compared to a catalyst containing conventional alumina. OSC performance at 300°C improved from 40% to 690% compared to conventional alumina catalyst.
Пример 2Example 2
Катализатор 1 (сравнительный)Catalyst 1 (comparative)
Катализатор 1 представляет собой тройной (Pd-Rh) катализатор с двухслойной структурой. Нижний слой состоит из Pd, нанесенного на покрытие из пористого оксида, состоящего из первого смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного оксида алюминия, промотора Ba. Нагрузка покрытия из пористого оксида в нижнем слое составляла около 2,0 г/дюйм3, нагрузка Pd составляла 160 г/фут3. Верхний слой состоит из Rh, нанесенного на покрытие из пористого оксида, состоящего из второго смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного оксида алюминия. Нагрузка покрытия из пористого оксида в верхнем слое составляла около 2,0 г/дюйм3, нагрузка Rh составляла 26 г/фут3. Общая нагрузка покрытия из пористого оксида в катализаторе 1 составляла около 4,0 г/дюйм3.Catalyst 1 is a ternary (Pd-Rh) catalyst with a two-layer structure. The bottom layer consists of Pd deposited on a porous oxide coating, consisting of the first mixed oxide CeZr, La-stabilized alumina, Ba promoter. The porous oxide coating load in the lower layer was about 2.0 g/in 3 , the Pd load was 160 g/ft 3 . The top layer consists of Rh deposited on a porous oxide coating consisting of a second CeZr mixed oxide, La-stabilized alumina. The porous oxide coating load in the top layer was about 2.0 g/in 3 , the Rh load was 26 g/ft 3 . The total load of the coating of porous oxide in the catalyst 1 was about 4.0 g/in 3 .
Катализатор 2Catalyst 2
Катализатор 2 представляет собой тройной (Pd-Rh) катализатор с трехслойной структурой. Нижний слой включает в себя легированный переходным металлом оксид алюминия. В катализаторе 2a легированный переходным металлом оксид алюминия представляет собой легированный Fe оксид алюминия с 8 мас.% Fe. В катализаторе 2b легированный переходным металлом оксид алюминия представляет собой легированный Mn оксид алюминия с 8 мас.% Mn. Нагрузка покрытия из пористого оксида в нижнем слое составляет около 1,0 г/дюйм3. Средний слой включает Pd, нанесенный на покрытие из пористого оксида, состоящий из первого смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного оксида алюминия, промотора Ba. Нагрузка покрытия из пористого оксида в нижнем слое составляет около 2,0 г/дюйм3, нагрузка Pd составляет 160 г/фут3. Верхний слой состоит из Rh, нанесенного на покрытие из пористого оксида, состоящего из второго смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного оксида алюминия. Нагрузка покрытия из пористого оксида в верхнем слое составляет около 2,0 г/дюйм3, нагрузка Rh составляет 26 г/фут3. Общая нагрузка покрытия из пористого оксида в катализаторе 2 составляет около 4,0 г/дюйм3.Catalyst 2 is a ternary (Pd-Rh) catalyst with a three layer structure. The bottom layer includes transition metal doped alumina. In Catalyst 2a, the transition metal doped alumina is Fe doped alumina with 8 wt % Fe. In Catalyst 2b, the transition metal doped alumina is Mn doped alumina with 8 wt % Mn. The loading of the porous oxide coating in the bottom layer is about 1.0 g/in 3 . The middle layer includes Pd deposited on a porous oxide coating consisting of the first mixed oxide CeZr, La-stabilized alumina, Ba promoter. The porous oxide coating load in the bottom layer is about 2.0 g/in 3 , the Pd load is 160 g/ft 3 . The top layer consists of Rh deposited on a porous oxide coating consisting of a second CeZr mixed oxide, La-stabilized alumina. The porous oxide coating load in the top layer is about 2.0 g/in 3 , the Rh load is 26 g/ft 3 . The total load of the coating of porous oxide in the catalyst 2 is about 4.0 g/in 3 .
Сравнительный катализатор 1 и катализаторы 2 подвергали выдерживанию на стенде в течение 75 часов с циклами выдерживания с отсечкой подачи топлива при максимальной температуре 950°C. Выбросы осуществлялись коммерческим транспортным средством с двигателем объемом 1,5 литра. Выбросы измеряли до и после применения катализатора.Comparative Catalyst 1 and Catalysts 2 were bench aged for 75 hours with fuel cut aging cycles at a maximum temperature of 950°C. Emissions were from a commercial vehicle with a 1.5 liter engine. Emissions were measured before and after catalyst application.
Таблица 2. Анализ эффективности катализаторов по данным анализа выбросов загрязняющих веществ с использованием пробоотборных мешковTable 2. Analysis of the effectiveness of catalysts according to the analysis of pollutant emissions using sampling bags
Как показано в таблице 2, катализаторы 2 демонстрировали значительное снижение выбросов HC и NOx по сравнению со сравнительным катализатором 1.As shown in Table 2, Catalyst 2 showed a significant reduction in HC and NO x emissions compared to Comparative Catalyst 1.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/779,060 | 2018-12-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2773212C1 true RU2773212C1 (en) | 2022-05-31 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3899444A (en) * | 1972-02-07 | 1975-08-12 | Ethyl Corp | Exhaust gas catalyst support |
| WO2002040151A1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-05-23 | Johnson Matthey Public Limited Company | Manganese containing oxygen storage component comprising three-way catalyst composition |
| JP2007313493A (en) * | 2006-04-28 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Catalyst for cleaning exhaust gas and its manufacturing method |
| RU2574404C2 (en) * | 2010-02-01 | 2016-02-10 | Джонсон Мэтти Плс | Triple catalyst, containing extruded solid mass |
| KR20170091969A (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-10 | 주식회사 효성 | Method for manufacturing zinc-doped alumina dehydrogenation catalyst |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3899444A (en) * | 1972-02-07 | 1975-08-12 | Ethyl Corp | Exhaust gas catalyst support |
| WO2002040151A1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-05-23 | Johnson Matthey Public Limited Company | Manganese containing oxygen storage component comprising three-way catalyst composition |
| JP2007313493A (en) * | 2006-04-28 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Catalyst for cleaning exhaust gas and its manufacturing method |
| RU2574404C2 (en) * | 2010-02-01 | 2016-02-10 | Джонсон Мэтти Плс | Triple catalyst, containing extruded solid mass |
| KR20170091969A (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-10 | 주식회사 효성 | Method for manufacturing zinc-doped alumina dehydrogenation catalyst |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11253840B2 (en) | Transition metal doped alumina for improved TWC performance | |
| US8950174B2 (en) | Catalysts for gasoline lean burn engines with improved NH3-formation activity | |
| US9242242B2 (en) | Catalyst for gasoline lean burn engines with improved NO oxidation activity | |
| KR101868176B1 (en) | Catalyst for gasoline lean burn engines with improved no oxidation activity | |
| KR101859786B1 (en) | Catalyst for gasoline lean burn engines with improved nh3-formation activity | |
| JP2022530608A (en) | Catalyst articles, methods and uses | |
| BR112020009925A2 (en) | exhaust catalyst article, emission treatment system to treat a flue exhaust gas flow, and method of treating an exhaust gas from an internal combustion engine | |
| CN114555224A (en) | Novel multi-zone TWC catalyst for gasoline engine exhaust treatment | |
| JP2023519052A (en) | Multi-zone TWC catalyst for gasoline engine exhaust gas treatment with improved H2S dilution | |
| JP2023521941A (en) | A Novel Multi-Regin Catalyst for CNG Engine Exhaust Gas Treatment with Improved Ammonia Leakage Control | |
| RU2773212C1 (en) | Transition metal-alloyed aluminium oxide with improved oxygen storage capacity (osc) in two conditions | |
| KR100665606B1 (en) | Rh solution with Ir impurity of above 400ppm for producing catalystic composition for purification of exhaust gas | |
| US20070123418A1 (en) | Catalyst composition containing gallium for purifying exhaust gases of internal combustion engine | |
| US20210299647A1 (en) | Novel tin incorporated catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments | |
| JP7509764B2 (en) | Transition metal doped alumina for improved OSC and TWC performance - Patents.com | |
| JP2023513989A (en) | Novel TWC Catalyst for Gasoline Engine Exhaust Gas Treatment | |
| RU2780479C2 (en) | New two-layer twc catalyst with three zones in petrol devices generating exhaust gas | |
| US11788450B2 (en) | TWC catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments | |
| US20240110494A1 (en) | Tiny transition metal incorporated catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments | |
| US20230364588A1 (en) | Zoned twc catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments | |
| WO2023141757A1 (en) | Method for producing gasoline particulate filter | |
| CN117797813A (en) | Improved catalyst for gasoline engine exhaust treatment | |
| JPH09122493A (en) | Catalyst and process for removing nitrogen oxide in engine exhaust gas |