[发明专利]陶瓷催化剂体

说明书

发明领域

本发明涉及一种在汽车发动机等的尾气的净化催化剂中用作催化剂载体的陶瓷催化剂体。

背景技术

通过在成形为蜂窝状形状的且具有贵金属承载其上的堇青石的表面上涂布γ-氧化铝而制得的催化剂被广泛地用作尾气净化催化剂中的催化剂载体。形成所述涂层是因为堇青石的比表面积是太小以致于不能承载所需量的催化剂组分。由此，载体的比表面积是通过利用具有大比表面积的γ-氧化铝而增长。

然而，当载体泡孔壁的表面用γ-氧化铝涂布时，由于质量增长，因而载体的热容量增长。为了更容易地实现催化剂的活化，最近针对通过使蜂窝状载体的泡孔壁更薄而降低热容量的方法曾进行了研究。然而，这种尝试的效果由于涂层的形成被降低。还存在的问题是，载体的热膨胀系数由于涂层的形成而变得更大，且泡孔(cell)的开孔面积的降低增加了压力损失。

已进行了各种研究以实现能够在不形成涂层的情况下承载催化剂组分的陶瓷体。例如，日本审查专利出版号5-503338中已提出了一种通过在刻蚀之后进行热处理而增长堇青石本身的比表面积的方法。但此种方法还未被实践化，因为酸处理或热处理导致堇青石晶格的破坏，由此得到更低的机械强度。

本发明的发明者先前提出一种不形成增加比表面积的涂层就能承载所需量的催化剂组分的陶瓷载体(日本专利申请号2001-82751)。日本专利申请号2001-82751中公开的陶瓷载体包含一种基材陶瓷，其中构成该基材陶瓷的一种或多种元素是由一种构成元素之外的元素取代，且通过将陶瓷载体浸没在贵金属化合物例如六氯铂酸、氯化铂或氯化铑的溶液中、干燥和烧结而可将催化剂组分直接承载在取代元素上。结果，相比于缺损是通过酸处理或热处理形成的常规载体，所得的载体具有高强度和改进的耐久性。

发明内容

本发明的目的是通过使用一种能够直接承载催化剂组分的陶瓷载体而实现提供一种具有更佳催化效能的陶瓷催化剂体。

根据本发明的第一个方面，所述陶瓷催化剂体包含一种能够在基材陶瓷的表面上直接承载催化剂组分的陶瓷载体和承载在该陶瓷载体上的催化剂，其中所述催化剂组分是由在组成中不含氯的化合物作为起始原料而制成的。

在本发明的陶瓷催化剂体中，催化剂组分是直接承载在基材陶瓷的表面上和因此，可在不降低强度的情况下承载所需量的催化剂。已发现，当使用不含有氯的化合物作为催化剂组分的起始原料时催化剂效能得以提高。原因如下。即，当使用含有氯的化合物时，氯保留在催化剂的表面上和抑制了在基材陶瓷的表面上承载的催化剂或抑制了催化剂的催化功能。在本发明中，排除了氯的使用增长了承载的催化剂的量，由此使得可更有效地发挥催化剂效能。因为烧结可在较低的温度下进行，所以催化剂可被高度分散。结果，可实现得到具有低热容量和低压力损失和耐久性也极佳的高效能陶瓷催化剂。

具体地说，胺络合盐、硝基络合盐、硝基胺络合盐、四胺络合盐、硝酸盐或醋酸盐可作为所述化合物。通过使用不含氯的胺络合盐、硝基络合盐、硝基胺络合盐、四胺络合盐、硝酸盐或醋酸盐可容易地得到上述的效果。

优选地，将贵金属用作所述催化剂组分。通过用所述化合物的溶液浸渍陶瓷载体并烧结，则催化剂组分就与取代元素化学键合，由此使其能够直接承载在取代元素上。通过使用所述溶液，催化剂组分可均匀地分散在陶瓷载体的表面上。

优选地，在所述化合物的溶液中的氯含量是低于14.8克/升，且当所述含量低于上述范围时，可得到上述的效果。含量越低，改进催化剂效能的效果越高。

作为所述陶瓷载体，通过用一种构成元素之外的元素取代构成基材陶瓷的一种或多种元素而可使用能够直接在取代元素上直接承载催化剂组分的载体。

在这种情况下，催化剂金属优选通过化学键合而承载在取代元素上。催化剂金属的化学键合提高了催化剂的保持性和降低了长时间使用后恶化的可能性，因为催化剂组分沿载体均匀分布并更少可能凝聚。

在其电子轨道中具有d或f轨道的一种或多种元素可用作上述的取代元素。在其电子轨道中具有d或f轨道的元素具有与催化剂金属键合的更高倾向，因此是优选的。

所述陶瓷载体具有大量的能够在基材陶瓷表面上直接承载催化剂的细孔，以致于催化剂金属可直接承载在这些细孔中。

具体地说，上述的细孔包含选自陶瓷晶格中的缺陷、陶瓷表面的微细的裂纹和构成陶瓷的元素的缺失缺陷组成的组中的至少一种。

为了确保载体的机械强度，微细的裂纹的宽度优选为100纳米以下。