[发明专利]用于汽车催化剂并包含氧化铝和氧化锆以及可选地氧化铈和/或稀土氧化物的复合氧化物或氢氧化物及制造方法

说明书

背景技术

用于削减汽车尾气的传统三效催化(TWC)转化器一般是用多层底涂的堇青石蜂窝整料加上氧化铝、掺铈氧化锆等具有储氧能力(OSC)的氧化物成分、以及铂族金属制成的。

近来，有一种新的复合材料受到了广泛关注。这种材料成分特殊，含重量百分比为40-70％的Al₂O₃，其余的部分一般由CeO₂、ZrO₂构成，有时候还会加一点稳定剂(即储氧成分)。而且，对于这种复合材料，储氧成分和Al₂O₃成分应该混合得尽量均匀，因此，制造这些材料的最初几个步骤，亦即涉及到复合氢氧化物共沉淀以及随后的处理的步骤，在决定材料的最终性能方面有着至关重要的作用。

例如，一般制作最终含有CeO₂、ZrO₂和Al₂O₃的复合材料的共沉淀步骤是先取一定量含有硝酸铈、硝酸氧锆和硝酸铝的酸性金属盐水溶液，缓慢加入一种碱性水溶液，例如氢氧化钠水溶液，提高金属盐溶液的pH值，产生氢氧化铈、氢氧化锆和氢氧化铝的混合沉淀物。在这种由酸变碱的共沉淀过程中，由于这些氢氧化物分别在达到不同的pH值时形成，因此最终得到的共同沉淀物的均匀程度一般要低于由碱变酸的共沉淀过程产生的混合物，因为后者的pH值一直够高，能使所有氢氧化物同时沉淀。

在含锆、铝和稀土氢氧化物的复合物由碱变酸的共沉淀过程中，酸性金属盐水溶液被缓慢添加到定量的碱性水溶液中，如氢氧化钠水溶液。pH值应保持在9.0以上，确保所有元素都能沉淀析出。不过，在上述含AlOOH的材料由碱变酸的共沉淀过程中，pH值还不能高于10.5。pH值高于10.5时，已形成的AlOOH会重新分解。为了将定量的碱性水溶液保持在这样的pH值范围(9.0＜pH＜10.5)以内，通常会使最终形成的浆料中合成氢氧化物的浓度过低，从而造成产品的产量过低，无法用于工业规模的实际用途。

除上述办法外，还可以将定量的酸性金属盐水溶液与经过计算的适量碱性水溶液快速混合。虽然这两种溶液混合的速度快，最终的pH值会达到足够的碱性，使所有金属氢氧化物沉淀析出，但是在混合过程中pH值仍可能出现不符合要求的短暂起伏，而这对所得到材料的性能存在有害影响。

这些制造此类复合材料的方法本身并不新颖。发明人为铃木等人的美国专利项目6150288和6306794就描述了使用这些方法制造CeO₂-ZrO₂-Al₂O₃和CeO₂-MO_x-ZrO₂-Al₂O₃复合材料的过程。

与铃木等人的发明不同，本文介绍的发明通过以下步骤形成混合氢氧化物沉淀浆料：

-以可控的方式将含有适当金属盐的酸性水溶液加入反应器中的碱性水溶液中并搅拌，沉淀pH值要达到足够的碱性，以便产生氢氧化物沉淀

-在加入酸性金属盐水溶液的过程中，同时以可控的方式向反应器里添加第二股碱性水溶液，直到酸性金属盐水溶液添加完毕，沉淀反应结束，从而保持恒定的沉淀pH值，生成氢氧化物沉淀浆料。

采用上述方法的结果出人意料，产生的混合沉淀物均匀度极高。与铃木等人通常采用的方法相比，这种方法在整个沉淀过程中对沉淀pH值的控制更好，而且可以生产出改良的复合材料，产量也能达到商业需要。

这项发明还可以在铃木等人(如上)和姚(音)等人(如下)所用复合材料制造方法的基础上进一步改进，即对得到的水浆料进行热处理，处理过程中pH值保持在8.0到10.5之间，温度大于或等于60℃，压力大于或等于0.0barg，时间长于或等于一小时。