廢氣凈化用催化劑的制作方法
【專利說(shuō)明】廢氣凈化用催化劑
[0001]本申請(qǐng)為一份分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)申請(qǐng)日為2010年3月4日，申請(qǐng)?zhí)枮?01080009883.2，發(fā)明名稱為“廢氣凈化用催化劑”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種廢氣凈化用催化劑。尤其是，本發(fā)明涉及一種即使被暴露于高溫的廢氣中，也能夠維持優(yōu)異的催化劑性能的廢氣凈化用催化劑。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來(lái)，提出了大量有關(guān)于廢氣凈化的技術(shù)，尤其是關(guān)于對(duì)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、以及使用生物燃料或含有甲醇的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)等的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣的處理技術(shù)的提案較多。
[0004]作為用于對(duì)由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化的催化劑，提出了可以同時(shí)去除氮氧化物(以下，也稱為“NOx”)、一氧化碳(以下，也稱為“CO”)、以及碳?xì)浠衔?以下，也稱為“HC”)的三元催化劑，或在由于稀薄燃料的燃燒而導(dǎo)致的氧氣過(guò)剩狀態(tài)下，可以同時(shí)去除NOx, CO以及HC的催化劑等。即，為兼具將CO及HC氧化成C02，而且將NOx還原成N 2的功能的催化劑。這些催化劑多數(shù)具有，當(dāng)廢氣處于氧過(guò)剩的狀態(tài)(氧化氣體環(huán)境)時(shí)，催化劑本身儲(chǔ)存氧氣，且在廢氣處于貧氧的狀態(tài)(還原氣體環(huán)境)時(shí)，釋放所儲(chǔ)存的氧氣的儲(chǔ)氧能力(Oxygen Storage Capacity，以下，也稱為“OSC”)。將具有這種OSC的助催化劑組分稱為儲(chǔ)氧材料(以下，也稱為“0SC材料”)，由此，即使在貧氧狀態(tài)下也能夠有效地將CO以及HC氧化成C02。作為OSC材料，已知氧化鐘(CeO2;也稱為“二氧化鐘”)、二氧化鐘-氧化錯(cuò)復(fù)合氧化物(CeO2-Zr O2復(fù)合氧化物)的性能較優(yōu)異。
[0005]為了提高OSC材料的性能以及耐久性，而開(kāi)發(fā)出了一種在0602或CeO 2_Zr02復(fù)合氧化物等中添加鐵等的金屬元素的技術(shù)。
[0006]例如，在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種OSC材料，其在鋯、鈰、以及作為穩(wěn)定劑的稀土類金屬中，含有0.0I?0.25mo I %的選自鐵、銅、鈷、鎳、銀、錳以及鉍中的至少一種金屬。而且，這些金屬在OSC材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中作為固溶體而存在。
[0007]此外，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種OSC材料，其由含有二氧化鈰((CeO2)的載體和作為該載體所含有的活性種的氧化鐵構(gòu)成。并且，含有CeO2的載體優(yōu)選為CeO2-ZrO2固溶體。而且，相對(duì)于OSC材料的重量，氧化鐵的含量?jī)?yōu)選為，作為Fe2O3而在2?30重量％的范圍內(nèi)，并且，當(dāng)脫離此范圍時(shí)，將無(wú)法得到實(shí)質(zhì)性的0SC。
[0008]雖然含有鈰的OSC材料作為氧化還原反應(yīng)的助催化劑而發(fā)揮功能，但是在上述專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，為了促進(jìn)該鈰的催化劑性能，而使鐵存在于鈰的附近。
[0009]此外，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了一種廢氣凈化用催化劑，其通過(guò)在主要由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的耐火性載體上，負(fù)載鐵氧化物、鈰氧化物以及至少兩種貴金屬元素而構(gòu)成。該催化劑的特征在于，將至少一種貴金屬元素化合物、有機(jī)酸鈰、含有水溶性鐵鹽的水溶液A以及含有其它貴金屬元素化合物的水溶液B作為浸漬液而使用，并使催化劑組分負(fù)載在該耐火性載體上。
[0010]此外，在非專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了如下內(nèi)容，即，通過(guò)在質(zhì)量百分比20 %的CeO2-Al2O3上負(fù)載了質(zhì)量百分比1%的Pd-Rh的三元催化劑中，添加質(zhì)量百分比0.1?0.3%的鐵，從而提尚OSC0
[0011]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:美國(guó)專利第6585944號(hào)說(shuō)明書
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2005 - 125317號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)昭59 - 82946號(hào)公報(bào)
[0015]非專利文獻(xiàn)
[0016]非專利文獻(xiàn)1:Panay1ta S.Lambrou 以及 Angelos Μ.Efstat1u, Journal ofCatalysis, 2006年6月10日發(fā)行，第240卷，第2卷，第182?193頁(yè)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明所要解決的課題
[0018]但是，上述的催化劑存在如下問(wèn)題，S卩，一旦將OSC材料暴露于高溫(800°C以上)的廢氣中，則OSC將降低，結(jié)果導(dǎo)致催化劑整體的氧化還原性能明顯降低。認(rèn)為該OSC的降低的原因之一為，由于高溫的廢氣而使構(gòu)成OSC材料的母材的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，從而比表面積減小。
[0019]尤其是，廢氣中的氧濃度根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況而發(fā)生變化，但當(dāng)如上文所述這樣由于暴露于高溫的廢氣中從而OSC降低時(shí)，廢氣的凈化性能將明顯降低。
[0020]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使被暴露于800°C以上的高溫的廢氣中，也能夠維持優(yōu)異的催化劑性能的廢氣凈化用催化劑。
[0021]用于解決課題的方法
[0022]本發(fā)明人為了解決上述問(wèn)題而進(jìn)行了專心研宄。在其過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將含有鈰以及鋯的OSC材料中的鐵的含量設(shè)為大于等于質(zhì)量百分比0.01%，且小于質(zhì)量百分比0.70%，從而可以獲得即使被暴露于高溫中之后也具有顯著的廢氣凈化性能的催化劑，由此完成了本發(fā)明。
[0023]S卩，本發(fā)明的廢氣凈化用催化劑通過(guò)在載體上負(fù)載有包含貴金屬的催化劑活性組分、和包含儲(chǔ)氧材料的助催化劑組分而形成。所述儲(chǔ)氧材料含有鈰、鋯以及鐵，并且，相對(duì)于儲(chǔ)氧材料的總質(zhì)量，所述儲(chǔ)氧材料中的鐵的含量為大于等于質(zhì)量百分比0.01%，且小于質(zhì)量百分比0.70% (Fe2O3換算)。而且，所述儲(chǔ)氧材料為，(a)鐵和含有鈰以及鋯的金屬的、復(fù)合氧化物或固溶體，或者，(b)在含有鈰和鋯的金屬的復(fù)合氧化物或固溶體的表面上，負(fù)載有鐵的材料。
[0024]發(fā)明的效果
[0025]本發(fā)明的廢氣凈化用催化劑即使被暴露于800°C以上的高溫的廢氣中也能夠維持優(yōu)異的催化劑性能。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為模式化地表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的廢氣凈化用催化劑中的、催化劑層的層疊結(jié)構(gòu)的一部分的剖視圖。
[0027]圖2為表示催化劑A?F的空燃比特性試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
[0028]圖3為表示催化劑A?F的起燃特性試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
[0029]圖4為表示催化劑A、G?I的空燃比特性試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
[0030]圖5為表示催化劑A、G?I的起燃特性試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
[0031]符號(hào)說(shuō)明
[0032]I 載體；
[0033]3催化劑層；
[0034]3a 上層；
[0035]3b 下層。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行說(shuō)明。本方式的廢氣凈化用催化劑(以下，也簡(jiǎn)稱為“催化劑”)，通過(guò)在載體上負(fù)載有含有貴金屬的催化劑活性組分、和含有儲(chǔ)氧材料的助催化劑組分而形成。所述儲(chǔ)氧材料含有鈰、鋯以及鐵，且相對(duì)于儲(chǔ)氧材料的總質(zhì)量，所述儲(chǔ)氧材料中的鐵的含量為大于等于質(zhì)量百分比0.01%，且小于質(zhì)量百分比0.70% (Fe2O3換算)。而且，所述儲(chǔ)氧材料為，(a)鐵與含有鈰以及鋯的金屬的、復(fù)合氧化物或固溶體(以下，也將“復(fù)合氧化物或固溶體”簡(jiǎn)單地稱為“復(fù)合氧化物等”)，或者，(b)在含有鈰和鋯的金屬的復(fù)合氧化物或固溶體的表面上，負(fù)載有鐵的材料。以下，參照附圖對(duì)本方式進(jìn)行說(shuō)明，但是，本發(fā)明的技術(shù)范圍應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求書中的記載而被規(guī)定，而并不僅限定于以下的方式。另外，附圖的尺寸比率有時(shí)會(huì)根據(jù)說(shuō)明的情況而被夸張，從而與實(shí)際的比率不同。
[0037]<廢氣凈化用催化劑>
[0038]圖1為，模式化地表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的廢氣凈化用催化劑中的、催化劑層的層疊結(jié)構(gòu)的一部分的剖視圖。如圖1所示，本方式通過(guò)在載體I上形成催化劑層3而構(gòu)成。催化劑層3具有層疊了下層3a和上層3b的結(jié)構(gòu)，載體I由三維結(jié)構(gòu)體(未圖示)構(gòu)成，在圖1中僅圖示了其表面的一部分。下層3a含有作為貴金屬的Pd以作為催化劑活性組分，并含有La203、BaO,以及作為OSC材料的CeO2-ZrO2-Y2O3以作為助催化劑組分，且含有La2O3-Al2O3以作為耐火性無(wú)機(jī)氧化物。此外，上層3b含有作為貴金屬的Pt以及Rh以作為催化劑活性組分，并含有作為OSC材料的Fe2O3-CeO2-ZrO2-La2O3以作為助催化劑組分，且含有La2O3-Al2O3以作為耐火性無(wú)機(jī)氧化物。以下，對(duì)本方式的廢氣凈化用催化劑所含有的各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明。
[0039]【催化劑活性組分】
[0040]催化劑活性組分為，直接對(duì)用于凈化廢氣的化學(xué)反應(yīng)(氧化還原反應(yīng))進(jìn)行催化的組分。本方式的廢氣凈化用催化劑必須含有貴金屬以作為催化劑活性組分。
[0041]雖然對(duì)于作為催化劑活性組分而使用的貴金屬的種類沒(méi)有特別的限定，但優(yōu)選為含有選自鉑(Pt)、鈀(Pd)以及銠(Rh