專利名稱：汽車尾氣凈化催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車尾氣凈化催化劑及其制備方法。
隨著工業(yè)化的進(jìn)程汽車成倍地增長(zhǎng)，汽車廢氣已成為污染環(huán)境的一個(gè)主要來源。近年來，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到汽車排出的廢氣對(duì)環(huán)境所造成的危害性。據(jù)估計(jì)在美國(guó)空氣污染60％來自各種汽車，17％來自工業(yè)污染。汽車排出的廢氣主要是一氧化碳(CO)，未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)。氮氧化物主要是NO和NO2。氮氧化物是眾所周知的破壞大氣臭氧(O3)層的物質(zhì)，而臭氧層是太陽(yáng)紫外線過濾器。臭氧層的破壞會(huì)導(dǎo)致地球接受更多的紫外線。據(jù)信皮膚癌與過多的接收紫外線輻照有關(guān)。正因?yàn)槠囄矚鈱?duì)環(huán)境的污染是如此的嚴(yán)重，因此世界各國(guó)對(duì)汽車尾氣中的有害物質(zhì)含量的排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高。例如，歐洲ECE-8301標(biāo)準(zhǔn)要求汽車行駛每千米CO排放量不得高于3.16克，總碳?xì)浠衔锖偷趸锱欧帕坎坏酶哂?.13克，ECE-8302標(biāo)準(zhǔn)要求汽車行駛每千米CO排放量不得高于2.50克，總碳?xì)浠衔锖偷趸锱欧帕坎坏酶哂?.50克。采用裝有催化劑的汽車尾氣凈化器是目前普遍采用的減少或消除汽車尾氣污染的方法之一，而該方法的關(guān)鍵是催化劑。
對(duì)于用于汽車尾氣凈化的催化劑，人們已進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，已經(jīng)有大量的專利文獻(xiàn)見諸報(bào)道。在現(xiàn)有的汽車尾氣凈化催化劑一般是使用陶瓷類物質(zhì)作為催化劑的載體，使用貴金屬(如鉑、銠、鈀)、過渡金屬元素和稀土金屬作為活性組分。
中國(guó)專利申請(qǐng)97120101.3公開了“一種用于汽車排氣凈化的三元復(fù)合金屬氧化物催化劑及其制備方法”，該催化劑包括蜂窩陶瓷載體，氧化鋁涂層和催化活性成分，其中附著在蜂窩陶瓷載體孔壁表面上的γ-Al2O3涂層含有Y2O3和ZrO2，催化劑活性結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外二層，均含有貴金屬鈀。按照該催化劑，其中貴金屬(氧化物)的用量以每千克的陶瓷載體計(jì)，在8-75克之間。
中國(guó)專利申請(qǐng)92113299.9公開了一種“內(nèi)燃機(jī)排氣凈化貴金屬催化劑及制備”，該催化劑采用蜂窩陶瓷和α-Al2O3作為載體，采用Pt，Pd，Rh和Ru中的至少一種作為催化劑的活性組分，活性組分的用量以每升陶瓷載體計(jì)，在0.4-2.0克之間。據(jù)該專利申請(qǐng)稱，其催化劑對(duì)CO的凈化效果為90-98％，對(duì)碳?xì)浠衔?CH)的凈化效果在85-95％，使用壽命在4萬公里以上。但該申請(qǐng)的說明書中并沒有顯示出該催化劑的上述性能的測(cè)試數(shù)據(jù)，而且該申請(qǐng)的催化劑對(duì)氮氧化物沒有凈化效果。
中國(guó)專利申請(qǐng)96119452.9公開了一種“負(fù)載貴金屬顆粒的大氣凈化催化劑及制法”，該催化劑以多孔蜂窩陶瓷作為載體，在該載體之上涂敷有含有貴金屬氧化物的Al2O3涂層，每升所述的催化劑中，含貴金屬和金屬氧化物的Al2O3涂層的重量為60-180克，貴金屬Pt和Pd的用量為0.8-1.4克。該催化劑中不使用稀土金屬和過渡金屬元素，因?yàn)樵搶＠暾?qǐng)的申請(qǐng)人認(rèn)為含有稀土金屬和過渡金屬元素的ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)催化劑抗硫性能及耐高熱老化性能差。盡管該申請(qǐng)的催化劑中貴金屬的含量以每升催化劑計(jì)，在0.8-1.4克的范圍內(nèi)，但該申請(qǐng)文件中僅給出了催化劑的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)。而且該催化劑的制備方法比較復(fù)雜。
上述催化劑都使用了貴金屬作為催化劑的活性組分。隨著貴金屬資源的短缺，近來人們對(duì)不使用貴金屬的凈化汽車尾氣的催化劑進(jìn)行了研究。
中國(guó)專利申請(qǐng)85109694.8公開了非貴金屬蜂窩狀燃燒催化劑，它包括使用雙載體和銅、釩、錳、鈷、鎳的氧化物或上述元素中的幾種組成的混合氧化物，同時(shí)含稀土元素如鑭、鈰、鐠、釤、釹、釔的氧化物或其混合物作為活性組分。
中國(guó)專利申請(qǐng)93105063.9也公開了與中國(guó)專利申請(qǐng)85109694.8相近似的汽車廢氣凈化催化劑。它包括蜂狀瓷質(zhì)材料和氧化鋁涂層的復(fù)合載體，過渡金屬元素鋯、鈷、鎳、錳、銅、鉻的氧化物中的一種或幾種的混合物及稀土元素的氧化物的活性組分，對(duì)活性氧化物用氫，一氧化碳、烴類化合物進(jìn)行了還原處理。這樣可以認(rèn)為一些金屬元素活性氧化物很可能轉(zhuǎn)化為金屬元素。
EP0393517A2公開了用于轉(zhuǎn)化內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的催化氧化和還原轉(zhuǎn)化器，它能將未燃燒的烴和一氧化碳完全燃燒并將氮氧化物還原成元素氮和氧。作為催化劑，所述轉(zhuǎn)化器使用選自Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Sn，Ba，La和Ce的金屬氧化物，說明書僅給出了一個(gè)化學(xué)組成(重量％)為Cu26％，Cr21％；BaO＝11％的催化劑。但該轉(zhuǎn)化器裝在汽車消音器出口處時(shí)，必須使用加熱器，以便使該轉(zhuǎn)化器在200-400℃下使欲轉(zhuǎn)化的廢氣進(jìn)行反應(yīng)。
但這些非貴金屬催化劑在低溫啟動(dòng)性能、去除尾氣中有害氣體成分的效率以及催化劑的壽命等方面較差，不能滿足作為汽車尾氣凈化催化劑的需要。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)提供一種貴金屬含量低、壽命長(zhǎng)而且一氧化碳、碳?xì)浠衔镆约暗趸?NOx)轉(zhuǎn)化效率高的汽車尾氣凈化催化劑。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供制備上述催化劑的方法。
本發(fā)明提供了一種用于汽車尾氣凈化的催化劑，包括用γ-Al2O3和稀土金屬改性的多孔性陶瓷載體和催化活性組分，其特征在于所述的改性陶瓷載體包括陶瓷載體基體和基體之上涂敷的一層γ-Al2O3涂層以及在所述的γ-Al2O3涂層之上涂敷的一層選自鑭或鈰或其混合物的稀土金屬氧化物涂層；所述的催化活性組分為過渡金屬元素的氧化物和貴金屬，其中所述的過渡金屬元素為鈷、鎳、錳、鋇和鋯，所述的貴金屬為鈀；其中過渡金屬的混合氧化物涂敷于所述的稀土金屬氧化物涂層之上，所述的貴金屬涂敷于所述的過渡金屬的混合氧化物涂層之上。
本發(fā)明還提供了制備以上所述的催化劑的方法，包括以下步驟1)攪拌下將鋁溶膠與去離子水以1∶7-10的重量比混合均勻，制得鋁溶膠的水溶液；2)選擇選擇一種多孔性的陶瓷載體基體，在步驟1)制得的水溶液中浸泡5-15分鐘，取出后吹除陶瓷載體基體中多余的水分，然后在120-300℃的溫度下使其干燥；3)將步驟2)重復(fù)至少兩次，然后將載體在400-700℃的溫度焙燒3-8小時(shí)，得到具有γ-Al2O3涂層的載體；4)將鑭或鈰或其混合物的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟3)得到的載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在500-900℃焙燒4-8小時(shí)得到改性陶瓷載體；5)將過渡金屬的可溶性鹽的混合物溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟4)得到的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃焙燒6-8小時(shí)；
6)將鈀的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟5)得到的具有過渡金屬氧化物涂層的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃的氫氣氛中還原2-4小時(shí)，得到催化劑。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例3制得的催化劑老化前的空燃比特性試驗(yàn)結(jié)果。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例3制得的催化劑老化前的起燃溫度特性試驗(yàn)結(jié)果。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制得的催化劑老化后(相當(dāng)于行駛5萬千米)的空燃比特性試驗(yàn)結(jié)果。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制得的催化劑老化后(相當(dāng)于行駛5萬千米)的起燃溫度特性試驗(yàn)結(jié)果。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種用于汽車尾氣凈化的催化劑，包括用γ-Al2O3和稀土金屬改性的多孔性陶瓷載體和催化活性組分，其特征在于所述的改性陶瓷載體包括陶瓷載體基體和基體之上涂敷的一層γ-Al2O3涂層以及在所述的γ-Al2O3涂層之上涂敷的一層選自鑭或鈰或其混合物的稀土金屬氧化物涂層；所述的催化活性組分為過渡金屬元素的氧化物和貴金屬，其中所述的過渡金屬元素為鈷、鎳、錳、鋇和鋯，所述的貴金屬為鈀；其中過渡金屬的混合氧化物涂敷于所述的稀土金屬氧化物涂層之上，所述的貴金屬涂敷于所述的過渡金屬的混合氧化物涂層之上。
按照本發(fā)明的催化劑，其中所述的載體基體可以是本領(lǐng)域中公知的任意的載體，優(yōu)選采用多孔性陶瓷，例如孔密度為200-600孔/平方英寸、含量大于或等于92％，吸水率為20-30％的堇青石陶瓷。
本發(fā)明的催化劑中，以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，γ-Al2O3涂層的量為3.5-7克，優(yōu)選為4.5-6克；以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的稀土金屬氧化物涂層的量為17.5-35克，優(yōu)選為22-30克。
本發(fā)明的催化劑中，所使用的稀土金屬氧化物可以是為單獨(dú)的鑭的氧化物，或者是鈰的氧化物，或者是鑭和鈰的混合氧化物。本發(fā)明的發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，稀土金屬元素鑭和鈰的使用不僅可以起到穩(wěn)定γ-Al2O3的晶型和提高其高溫穩(wěn)定性的作用，還可以使催化劑在使用過程中能迅速達(dá)到其“閃點(diǎn)”溫度，亦即能夠使催化劑在很低的溫度下迅速啟動(dòng)。此外，鑭和鈰還具有吸收氧和釋放氧的功能，有利于CO和碳?xì)浠衔锏倪€原以及氮氧化物的還原。在這些方面，鑭的作用更明顯。因此，本發(fā)明的催化劑中，作為稀土金屬元素的氧化物，優(yōu)選使用鑭的氧化物，特別優(yōu)選使用鑭和鈰的混合氧化物。當(dāng)使用鑭和鈰的混合氧化物時(shí)，混合物中鑭與鈰的重量比為4-1∶1。
本發(fā)明的催化劑中，以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的氧化鈷的用量為3-6克，優(yōu)選為4-5克，氧化錳的用量為1-2.5克，優(yōu)選為1.5-2克，氧化鋇的用量為1.5-2.5克，優(yōu)選為1.8-2.3克，氧化鋯的用量為1.5-2.5克，優(yōu)選為1.8-2.3克，氧化鎳的用量為0.1-1.0克，優(yōu)選為0.5-0.8克。
本發(fā)明的催化劑中，以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的鈀的用量為0.3-2.0克，優(yōu)選為0.6-1.6克。
對(duì)于汽車尾氣凈化催化劑，一般都含有γ-Al2O3和稀土金屬元素，人們都認(rèn)為稀土金屬元素本身也是一種催化活性成分。本發(fā)明的發(fā)明人通過多年的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于含有γ-Al2O3和稀土金屬元素的催化劑，尤其是當(dāng)其用于汽車尾氣凈化催化劑時(shí)，稀土金屬元素僅僅是起到穩(wěn)定γ-Al2O3并使其在高溫下仍保持其原有的晶型結(jié)構(gòu)和活性的作用。此外，本發(fā)明的催化劑中，過渡金屬元素涂層通過稀土金屬元素涂層與γ-Al2O3隔離開來，因此，在催化劑的制備過程中，過渡金屬元素不會(huì)與Al2O3發(fā)生反應(yīng)，從而使過渡金屬元素充分發(fā)揮其催化活性，從而大大降低了貴金屬的用量。因此，按照本發(fā)明的催化劑，以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的鈀的用量為0.3-2.0克，優(yōu)選為0.6-1.6克。
本發(fā)明還提供了上述催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟1)攪拌下將鋁溶膠與去離子水以1∶7-10的重量比混合均勻，制得鋁溶膠的水溶液；2)選擇選擇一種多孔性的陶瓷載體基體，在步驟1)制得的水溶液中浸泡5-15分鐘，取出后吹除陶瓷載體基體中多余的水分，然后在120-300℃的溫度下使其干燥；3)將步驟2)重復(fù)至少兩次，然后將載體在400-700℃的溫度焙燒3-8小時(shí)，得到具有γ-Al2O3涂層的載體；4)將鑭或鈰或其混合物的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟3)得到的載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在500-900℃焙燒4-8小時(shí)得到改性陶瓷載體；5)將過渡金屬的可溶性鹽的混合物溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟4)得到的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃焙燒6-8小時(shí)；6)將鈀的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟5)得到的具有過渡金屬氧化物涂層的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃的氫氣氛中還原2-4小時(shí)，得到催化劑。
按照本發(fā)明的方法，其中所選用的多孔性陶瓷載體基體為孔密度為200-600個(gè)孔/平方英寸的堇青石陶瓷。
本發(fā)明的方法中，所述的鑭或鈰的可溶性鹽可以為其任意的可溶性鹽，但優(yōu)選為其硝酸鹽或其醋酸鹽?？煞謩e使用鑭或鈰的可溶性鹽，或者是使用鑭和鈰的可溶性鹽的混合物，但優(yōu)選使用鑭和鈰的可溶性鹽的混合物。當(dāng)使用鑭和鈰的可溶性鹽的混合物時(shí)，鑭與鈰的重量比為4-1∶1。
本發(fā)明的方法中，所述的可溶性鈀鹽為鈀的硝酸鹽或醋酸鹽。
按照本發(fā)明的方法，采用微波加熱、高頻射頻加熱或遠(yuǎn)紅外線加熱的方法將浸泡有γ-Al2O3的陶瓷載體基體在120-300℃進(jìn)行干燥。
下面用非限制性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1在一個(gè)5升帶攪拌容器中，加入2100ml去離子水、300克鋁溶膠，攪拌均勻得到均勻的鋁溶膠水溶液。將500g多孔性陶瓷載體(山西凈土實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，孔密度為300-400孔/平方英寸，比重為650克/升，吸水率為30％(重量))在所得到的鋁溶膠水溶液中浸泡10分鐘，然后吹除載體中多余的水溶液；用微波干燥爐在120℃干燥2小時(shí)。將干燥后的載體再次浸泡于前述的鋁溶膠水溶液中10分鐘，用微波干燥爐在120℃干燥1小時(shí)。所述的浸泡-干燥過程再重復(fù)一次。將干燥后的載體加熱到650℃，保溫3小時(shí)，得到具有γ-Al2O3涂層的載體，以每升載體基體計(jì)，γ-Al2O3涂層的量為5克。
在一個(gè)500毫升帶攪拌容器中，加入150ml去離子水、21.9克硝酸鑭、5.8克硝酸鈰，攪拌均勻得到其均勻的水溶液。將以上得到的帶有γ-Al2O3涂層的載體浸泡于所述的稀土金屬的硝酸鹽水溶液，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體升溫至800℃，保溫5小時(shí)，得到改性的催化劑活性載體。
將6.0克硝酸鈷、2.2克硝酸錳、2.1克硝酸鋇、4.8克硝酸鋯和1.8克硝酸鎳溶于100毫升去離子水中，攪拌均勻得到其均勻的混合物溶液。將上述得到的改性的催化劑活性載體浸泡于所述的水溶液中5-10分鐘，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體升溫至500℃，保溫5小時(shí)。
將1.17克硝酸鈀充分溶于100毫升去離子水中得到硝酸鈀的均勻的水溶液。將上述得到的具有過渡金屬氧化物涂層的改性的催化劑活性載體浸泡于所述的水溶液中5-10分鐘，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體在氫氣氛中在500℃還原3小時(shí)，得到本發(fā)明的催化劑。
實(shí)施例2在一個(gè)5升帶攪拌容器中，加入2850ml去離子水、300克鋁溶膠，攪拌均勻得到均勻的鋁溶膠水溶液。將500g多孔性陶瓷載體(山西凈土實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，孔密度為300-400孔/平方英寸，比重為650克/升，吸水率為30％(重量))在所得到的鋁溶膠水溶液中浸泡15分鐘，然后吹除載體中多余的水溶液；用微波干燥爐在120℃干燥1小時(shí)。將干燥后的載體再次浸泡于前述的鋁溶膠水溶液中10分鐘，用微波干燥爐在150℃干燥1小時(shí)。所述的浸泡-干燥再重復(fù)二次。將干燥后的載體加熱到650℃，保溫4小時(shí)，得到具有γ-Al2O3涂層的載體，以每升載體基體計(jì)，γ-Al2O3涂層的量為5.5克。
在一個(gè)500毫升帶攪拌容器中，加入150ml去離子水、23.9克硝酸鑭、11.9克硝酸鈰，攪拌均勻得到其均勻的水溶液。將以上得到的帶有γ-Al2O3涂層的載體浸泡于所述的稀土金屬的硝酸鹽水溶液中，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體升溫至700℃，保溫5小時(shí)，得到本發(fā)明的改性的催化劑活性載體。
將7.5克硝酸鈷、2.8克硝酸錳、2.3克硝酸鋇、4.6克硝酸鋯和1.6克硝酸鎳溶于100毫升去離子水中，攪拌均勻得到其均勻的混合物溶液。將上述得到的改性的催化劑活性載體浸泡于所述的水溶液中5-10分鐘，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體升溫至500℃，保溫5小時(shí)。
將1.67克硝酸鈀充分溶于100毫升去離子水中得到硝酸鈀的均勻的水溶液。將上述得到的具有過渡金屬氧化物涂層的改性的催化劑活性載體浸泡于所述的水溶液中5-10分鐘，并使所述的水溶液被所述的載體均勻地吸收完全。然后在130℃使其完全干燥，將干燥后的載體在氫氣氛中在500℃還原3小時(shí)，得到本發(fā)明的催化劑。
實(shí)施例3重復(fù)與實(shí)施例1相同的步驟，只是硝酸鑭的用量為31.9克，硝酸鈰的用量為15.9克，硝酸鈷的用量為8.0克，硝酸錳的用量為3.3克，硝酸鋇的用量為2.6克，硝酸鋯的用量為4.3克，硝酸鎳的用量為1.4克，硝酸鈀的用量為2.00克。
實(shí)施例4重復(fù)與實(shí)施例1相同的步驟，只是硝酸鑭的用量為37.9克，硝酸鈰的用量為13.9克，硝酸鈷的用量為9.0克，硝酸錳的用量為3.8克，硝酸鋇的用量為2.8克，硝酸鋯的用量為4.0克，硝酸鎳的用量為1.2克，硝酸鈀的用量為2.33克。
實(shí)施例5重復(fù)與實(shí)施例2相同的步驟，只是硝酸鑭的用量為29.9克，硝酸鈰的用量為11.9克，硝酸鈷的用量為9.5克，硝酸錳的用量為4.2克，硝酸鋇的用量為3.0克，硝酸鋯的用量為3.8克，硝酸鎳的用量為0.7克，硝酸鈀的用量為2.66克。
實(shí)施例6重復(fù)與實(shí)施例2相同的步驟，只是硝酸鑭的用量為49.9克，硝酸鈰的用量為0，硝酸鈷的用量為11.0克，硝酸錳的用量為4.7克，硝酸鋇的用量為3.1克，硝酸鋯的用量為3.5克，硝酸鎳的用量為0.5克，硝酸鈀的用量為3.00克。
試驗(yàn)例1將1.4升實(shí)施例3制備的催化劑制得汽車尾氣凈化用催化轉(zhuǎn)化器，在下述試驗(yàn)條件下在清華大學(xué)汽車研究所的車用催化劑性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試1、起燃溫度試驗(yàn)催化轉(zhuǎn)化器入口溫度為200-550℃，空燃比A/F＝14.55，空速SV＝40,000/h2、空燃比特性催化轉(zhuǎn)化器入口溫度535℃，空燃比A/F＝12.5-16.0，空速SV＝40,000/h3、快速老化催化轉(zhuǎn)化器入口溫度760℃，60秒勻速，5秒斷油，空速SV＝60,000/h(相當(dāng)于行車5萬千米)4、試驗(yàn)順序?yàn)橄葘?duì)新催化劑進(jìn)行催化活性評(píng)價(jià)，并進(jìn)行起燃溫度特性試驗(yàn)和空燃比特性試驗(yàn)，然后進(jìn)行快速老化(62.5小時(shí)，相當(dāng)于行車5萬千米)，再對(duì)老化后的催化劑的催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行起燃溫度特性試驗(yàn)和空燃比特性試驗(yàn)。
試驗(yàn)所采用的主要儀器為1、汽車排氣分析儀為日本柳本公司生產(chǎn)的EIFC-40892、空燃比儀為日本NGK公司生產(chǎn)的TL-7113-A13、測(cè)功機(jī)為湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器廠生產(chǎn)的CW1604、試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為北內(nèi)集團(tuán)生產(chǎn)的492/100Q5、試驗(yàn)用燃料為90號(hào)無鉛汽油，其RON法辛烷值為91.2，MON法辛烷值為79.3，鉛含量小于2.5mg/L試驗(yàn)結(jié)果1、老化前的催化轉(zhuǎn)化器空燃比特性試驗(yàn)結(jié)果見圖12、老化前的催化轉(zhuǎn)化器起燃溫度特性試驗(yàn)結(jié)果見圖23、老化后的催化轉(zhuǎn)化器(相當(dāng)于行駛5萬千米)空燃比特性試驗(yàn)結(jié)果見圖34、老化后的催化轉(zhuǎn)化器(相當(dāng)于行駛5萬千米)起燃溫度特性試驗(yàn)結(jié)果見圖45、老化前后主要性能對(duì)比見下表
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的催化劑對(duì)CO、碳?xì)浠衔镆约暗趸锏钠鹑紲囟容^低，催化劑老化前后的劣化系數(shù)較低，而且對(duì)三種有害氣體的凈化效率也比較高。滿足現(xiàn)有的對(duì)汽車尾氣凈化的標(biāo)準(zhǔn)。此外，還使用本發(fā)明的催化劑進(jìn)行了行車試驗(yàn)，在行駛3萬千米時(shí)，CO、HC的凈化效率都在98％以上，NOx的凈化效率在90％以上，行駛8萬千米時(shí)，CO、HC的凈化效率都在90％以上，NOx的凈化效率在85％以上。表明本發(fā)明的催化劑具有良好的廢氣凈化效果和較長(zhǎng)的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車尾氣凈化的催化劑，包括用γ-Al2O3和稀土金屬改性的多孔性陶瓷載體和催化活性組分，其特征在于所述的改性陶瓷載體包括陶瓷載體基體和基體之上涂敷的一層γ-Al2O3涂層以及在所述的γ-Al2O3涂層之上涂敷的一層選自鑭或鈰或其混合物的稀土金屬氧化物涂層；所述的催化活性組分為過渡金屬元素的氧化物和貴金屬，其中所述的過渡金屬元素為鈷、鎳、錳、鋇和鋯，所述的貴金屬為鈀；其中過渡金屬的混合氧化物涂敷于所述的稀土金屬氧化物涂層之上，所述的貴金屬涂敷于所述的過渡金屬的混合氧化物涂層之上。
2.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于所述的多孔性陶瓷載體基體為孔密度為200-600孔/平方英寸的堇青石陶瓷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的γ-Al2O3涂層的量為3.5-7克，所述的稀土金屬氧化物涂層的量為17.5-35克。
4.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的γ-Al2O3涂層的量為4.5-6克，所述的稀土金屬氧化物涂層的量為20-30克。
5.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于所述的稀土金屬氧化物為鑭和鈰的混合氧化物，其中鑭與鈰的重量比為4-1∶1。
6.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的氧化鈷的用量為3-6克，氧化錳的用量為1-2.5克，氧化鋇的用量為1.5-2.5克，氧化鋯的用量為1.5-2.5克，氧化鎳的用量為0.1-1.0克。
7.如權(quán)利要求6所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的氧化鈷的用量為4-5克，氧化錳的用量為1.5-2克，氧化鋇的用量為1.8-2.3克，氧化鋯的用量為1.8-2.3克，氧化鎳的用量為0.5-0.8克。
8.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的鈀的用量為0.3-2.0克。
9.如權(quán)利要求8所述的催化劑，其特征在于以每升所述的多孔性陶瓷載體基體計(jì)，所述的鈀的用量為0.6-1.6克。
10.制備權(quán)利要求1所述的催化劑的方法，包括以下步驟(1)攪拌下將鋁溶膠與去離子水以1∶7-10的重量比混合均勻，制得鋁溶膠的水溶液；(2)選擇選擇一種多孔性的陶瓷載體基體，在步驟1)制得的水溶液中浸泡5-15分鐘，取出后吹除陶瓷載體基體中多余的水分，然后在120-300℃的溫度下使其干燥；(3)將步驟2)重復(fù)至少兩次，然后將載體在400-700℃的溫度焙燒3-8小時(shí)，得到具有γ-Al2O3涂層的載體；(4)將鑭或鈰或其混合物的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟3)得到的載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在500-900℃焙燒4-8小時(shí)得到改性陶瓷載體；(5)將過渡金屬的可溶性鹽的混合物溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟4)得到的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃焙燒6-8小時(shí)；(6)將鈀的可溶性鹽溶于去離子水中制得其可溶性鹽的水溶液，然后將步驟5)得到的具有過渡金屬氧化物涂層的改性陶瓷載體在所述的水溶液中浸泡5-10分鐘，在120-180℃使其完全干燥后在400-600℃的氫氣氛中還原2-4小時(shí)，得到催化劑。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述的多孔性陶瓷載體基體為每平方英寸具有200-600個(gè)孔的堇青石陶瓷。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述的可溶性鹽為硝酸鹽或醋酸鹽。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟4)所述的可溶性鹽為鑭和鈰的混合物鹽，其中鑭與鈰的重量比為4-1∶1。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于將浸漬有鋁溶膠的陶瓷載體基體用微波加熱、高頻射頻加熱或遠(yuǎn)紅外線加熱的方法進(jìn)行干燥。
全文摘要
一種用于汽車尾氣凈化的催化劑,包括用γ－Al
文檔編號(hào)B01J37/00GK1272400SQ99105250
公開日2000年11月8日 申請(qǐng)日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者程鳳岐 申請(qǐng)人:山西凈土實(shí)業(yè)有限公司