排放物控制催化劑的集成載體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制備排放物處理系統(tǒng)的基材上所用的催化載體涂層的材料以及這些材料的制備方法。還提供了減少廢氣流中污染物的方法。本發(fā)明的實施方案涉及用于排放物控制催化劑的集成載體。具體地，提供了氧化鈰-氧化鋯-氧化鋁和一種或多種第II族金屬氧化物以及任選一種或多種第III族金屬氧化物和過渡金屬氧化物的混合金屬氧化物材料。所述混合金屬氧化物材料是用于三元轉(zhuǎn)化催化的集成載體，其具有除鉑系金屬之外的所有必需的催化組分。
[0002]背景
[0003]三元轉(zhuǎn)化(TWC)催化劑用于發(fā)動機廢氣流中以催化未燃燒烴(HC)和一氧化碳(C0)的氧化以及氮氧化物(NOx)至氮氣的還原。儲氧組分(0SC)在TWC催化劑中的存在允許在(燃料)貧燃條件下儲存氧氣以促進吸附在催化劑上的NOx還原，且在(燃料)富燃條件下釋放以促進吸附在催化劑上的HC和C0的氧化。TWC催化劑通常包含一種或多種位于載體上的鉑系金屬(PGM)(例如鉑、鈀、銠和/或銥)，所述載體例如為高表面積耐高溫氧化物載體如高表面積氧化鋁，或復合載體如氧化鈰-氧化鋯復合物。氧化鈰-氧化鋯復合物也可提供儲氧能力。所述載體負載在合適的擔體或基材上，例如包含耐高溫陶瓷或金屬蜂窩結構的整料型擔體，或耐高溫顆粒如球或合適耐高溫材料的擠出短段。
[0004]含PGM的催化轉(zhuǎn)化器通常由多種組分制成。就三元轉(zhuǎn)化(TWC)催化劑而言，例如，摻雜劑穩(wěn)定的氧化鈰-氧化鋯、氧化鋯和氧化鋁是最常用的PGM載體。在常規(guī)配制方法中，將PGM分散至不同載體上，然后在添加劑存在下淤漿化。在通過研磨減小粒度后，所述淤漿通過涂覆整料型擔體而形成載體涂層。在該方法中，淤漿配制步驟具有許多通常不易控制的變量。
[0005]本領域持續(xù)需要有效制備且有效利用其成分的催化材料。
[0006]簡述
[0007]提供了混合金屬氧化物的復合物，連同其制備方法和使用方法。在第一方面中，一種混合金屬氧化物的復合物，其以該復合物的重量計包含:其量為1-50%的氧化鋁；其量為1-50%的氧化鈰；其量為10-70%的氧化鋯；和其量為1-10%的一種多種第II族元素的氧化物；任選存在其量為0-20%的一種或多種第III族元素的氧化物。所述混合金屬氧化物可具有在1050°C下在空氣加10%水蒸汽中陳化12小時后至少24m2/g的BET比表面積。所述混合金屬氧化物可有效地作為儲氧組分和/或貴金屬載體。氧化鈰和氧化鋯可作為氧化鈰-氧化鋯固溶體提供。氧化鋁可由膠態(tài)氧化鋁前體形成。
[0008]在一個或多個實施方案中，所述一種或多種第II族元素的氧化物包括氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣、氧化鎂或其組合。在一個或多個實施方案中，所述一種或多種第III族元素的氧化物包括氧化釔、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹或其組合。
[0009]在詳細的實施方案中，所述混合金屬氧化物以重量計包含:其量為10-35%的氧化鋁；其量為5-35%的氧化鋪；其量為35-55%的氧化錯；其量為1_5%的氧化鋇、氧化鎖、氧化鈣、氧化鎂或其組合；和其量為2-15%的氧化鑭、氧化釔、氧化鐠、氧化釹或其組合。
[0010]另一方面為包含位于擔體上的催化材料的汽車催化劑復合物，所述催化材料包含:負載在第一集成載體上的第一貴金屬。在一個或多個實施方案中，第一集成載體以重量計包含:其量為1-50%的氧化鋁；其量為1-50%的氧化鋪；其量為10-70%的氧化錯；和其量為1-10%的一種或多種第II族元素的氧化物；任選存在其量為0-20%的一種或多種第III族元素的氧化物。
[0011]第一集成載體可有效用作催化材料的唯一貴金屬載體。在一個或多個實施方案中，所述催化材料不含本體氧化鋁和/或氧化鈰和/或氧化鋯。氧化鈰和氧化鋯可作為氧化鈰-氧化鋯固溶體提供。氧化鋁可由膠態(tài)氧化鋁前體形成。在一個實施方案中，第一貴金屬包含鉑、鈀、銠或其組合。
[0012]提供了另一實施方案，其中第一貴金屬包含鈀、鉑或二者且不含銠，且所述催化材料進一步包含位于含氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯和任選的第III族元素的氧化物的第二集成載體上的含銠第二貴金屬。例如，在一個實施方案中，第二集成載體包含:其量為1-50%的氧化鋁；其量為1-50%的氧化鈰；和其量為10-70%的氧化鋯；任選存在其量為0-10%的一種或多種第II族元素的氧化物；任選存在其量為0-20%的一種或多種第III族元素的氧化物。
[0013]提供了詳細的實施方案，其中第一貴金屬包含鈀、鉑或二者，且第一集成載體以第一集成載體重量計包含:其量為1-30%的氧化鋁；其量為25-50%的氧化鈰；其量為10-70%的氧化錯；其量為1-10%的氧化鋇和/或氧化鎖；任選地，其量為0-20%的氧化釔、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹或其組合。
[0014]提供另一詳細的實施方案，其中第一貴金屬包含銠、鉑或二者，且第一集成載體以第一集成載體重量計包含:其量為1-30%的氧化鋁；其量為5-20%的氧化鈰；其量為10-70%的氧化錯；和其量為1-10%的氧化鋇和/或氧化鎖；任選存在其量為0-20%的氧化釔、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹或其組合。
[0015]在一個實施方案中，所述汽車催化劑復合物由單一載體涂料形成。以此方式，將第一貴金屬負載在第一集成載體上，并將第二貴金屬負載在第二集成載體上，其中第二貴金屬和第二集成載體不同于第一貴金屬和第一集成載體。
[0016]在另一實施方案中，所述汽車催化劑復合物由多于一種的載體涂料形成，所述載體涂料各自具有獨特的集成載體和貴金屬組合。例如，第一載體涂料包含負載在第一集成載體上的第一貴金屬，且第二載體涂料包含負載在第二集成載體上的第二貴金屬，其中第二貴金屬和第二集成載體不同于第一貴金屬和第一集成載體。
[0017]在一個詳細的實施方案中，第一載體涂料:第一貴金屬，其包含鈀、鉑或二者，且第一集成載體包含:其量為1-30%的氧化鋁；其量為25-50%的氧化鈰；其量為10-70%的氧化鋯；和其量為1-10%的氧化鋇和/或氧化鍶；任選存在其量為0-20%的氧化釔、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹或其組合；且第二載體涂料包含:第二貴金屬，其包含銠、鉑或二者，且第二集成載體包含:其量為1-30%的氧化鋁；其量為5-20%氧化鈰；和其量為10-70%的氧化錯；任選存在其量為0-10%的氧化鋇和/或氧化鎖；且任選存在其量為0-20%的氧化?乙、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹或其組合。
[0018]在一些實施方案中，第一載體涂料形成擔體上的第一層，且第二載體涂料形成了第一層上的第二層。在其他實施方案中，第二載體涂料形成擔體上的第一層，且第一載體涂料形成第一層上的第二層。在一個實施方案中，第一貴金屬可進一步包含銘，且第二貴金屬可進一步包含鈀。
[0019]在其他實施方案中，第一載體涂料形成擔體上的第一縱向區(qū)域，且第二載體涂料形成第一層上的第二縱向區(qū)域。第一縱向區(qū)域可從擔體的入口端延伸至長度的約50%處，且第二縱向端可從擔體長度的約50%處延伸至出口端。長度變化應理解為長度的0-100%(0-50 %、25-75 %、50-100 % 以及在其間變化)。
[0020]在一些實施方案中，載體涂料可形成整個層和/或區(qū)域化部分的組合。例如，包含負載在第一集成載體上的鈀和銠的第一載體涂料可形成擔體上的第一層，且包含負載在第一集成載體上的鈀第二載體涂料可在第一層上形成區(qū)域。在一個實施方案中，所述區(qū)域可從擔體的入口端延伸至長度的約50%處。提供了另一實施方案，其中包含負載在第一集成載體上的鈀和銠的第一載體涂料形成擔體上的第一層，且包含負載在第二集成載體上的銠的第二載體涂料在第一層上形成區(qū)域，所述區(qū)域從擔體長度的約50%處延伸至出口端。[0021 ] 所述擔體可包括蜂窩通流式基材或壁流式過濾基材。
[0022]其他方面包括用于處理發(fā)動機廢氣流的排放物后處理系統(tǒng)，其包含與所述廢氣流流動連通的本文所公開的任意實施方案的汽車催化劑復合物。
[0023]其他方面包括處理廢氣流的方法，包括使廢氣流通過本文所公開的任一實施方案的汽車催化劑復合物。
[0024]制備復合物的方法包括制備包含氧化