[发明专利]废气净化催化剂

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及一种废气净化催化剂，它能够从低温范围起净化包含在柴油废气等之中而且主要含碳的粒子材料(以下称为“PM”)。本发明的废气净化催化剂作为用于净化柴油机废气的催化剂特别有用，因为它不仅能够净化PM，而且能够净化HC、CO或NO_x。

2.相关技术的说明

谈到柴油机，依靠严格的废气法规以及应付这些法规的技术进步，已经使废气中所含有害成分的量显著减少。另一方面，谈到柴油机，由于柴油机与众不同的情况，即有害成分以PM形式(碳粒子，硫基粒子例如硫酸盐粒子，高分子烃粒子(可溶性有机级分(SOF))等)排放，与汽油机相比难以净化废气。

直到现在所开发出的用于柴油机的已知废气净化器主要分成捕集式(壁流结构)和敞开式(直流结构)。对于捕集式废气净化器，已知由陶瓷制成的堵塞蜂窝结构(柴油PM过滤器(以下称为“DPF”))。例如，已知包括陶瓷蜂窝结构的DPF，该结构具有交替地在其交错图案形式的开口的相对末端堵塞的单元。该DPF包含各自在废气下游侧堵塞的进气单元，各自相邻该进气单元设置并且在废气上游侧堵塞的出气单元，和将进气单元和出气单元相互隔开的单元隔断壁。在该DPF中，通过捕获PM的该单元隔断壁上的孔过滤废气，以便抑制PM排放。

然而，在上述DPF中，由于PM的累积而出现压力损失的增加。结果，通过用某一手段定期除去累积的PM使DPF再生是必要的。根据常规技术，当出现上述压力损失增加时，可以通过用热的废气流使累积的PM燃烧来再生DPF。然而，在这种情况下，增加量的累积PM会造成该燃烧过程期间温度的升高。为此，可能使DPF熔化和破坏，或者可能由于热应力而破裂。

因此，近来开发出过滤器催化剂。例如，日本专利公布No.7-106290公开一种过滤器催化剂，该过滤器催化剂包含由氧化铝等制成并且形成于DPF单元隔断壁的表面上的涂层，而且将催化金属例如铂(Pt)负载在该涂层上。用该过滤器催化剂，按照该催化金属的催化反应使捕获的PM氧化和燃烧。由于使PM与其捕获同时地或与之相继地燃烧，可以连续再生该过滤器催化剂。在相对低温下进行催化反应。另外，对少量的捕获PM进行燃烧。结果，对过滤器催化剂施加的热应力低。因此，具有防止过滤器催化剂破损的优点。

日本专利申请公布No.9-094434也公开一种过滤器催化剂，其中负载催化金属的涂层不仅在单元隔断壁上形成，而且在单元隔断壁的孔上形成。由于催化金属也负载在单元隔断壁的孔中，该催化金属可能接触PM。被孔捕获的PM也能被氧化和燃烧。

日本专利申请公布No.2003-049627或日本专利申请公布No.2003-049631也公开了连同贵金属一起将碱金属或碱土金属负载在过滤器催化剂的涂层上。该碱金属或碱土金属在废气中形成硝酸盐或硫酸盐。当硝酸盐或硫酸盐分解时，放出活性氧。用该活性氧，可以氧化PM。因此，可以有效氧化PM而且因此有效净化废气。

然而，包含负载碱金属或碱土金属连同贵金属的涂层的过滤器催化剂也具有在大约400℃或以下的一般操作范围内不能显示有效PM氧化性能的问题。

发明概述

考虑到上述问题而完成本发明，并且本发明的一个方面是提供即使在300℃或以下的低温范围内也能够氧化PM以及提高PM氧化性能的废气净化催化剂。

在一方面中，本发明提供一种废气净化催化剂，其包含：具有壁流结构的过滤器基质，所述过滤器基质包括各自在废气下游侧堵塞的进气单元，各自相邻所述进气单元设置并且在废气上游侧堵塞的出气单元，和将所述进气单元和出气单元相互隔开并且具有多个孔的多孔单元隔断壁；和形成于所述单元隔断壁上的催化剂床，其中所述催化剂床含有多孔氧化物、负载于所述多孔氧化物上的贵金属、和对于每1L所述过滤器基质以0.6mol或更多的量负载于所述多孔氧化物上的碱金属，而且所述催化剂床使主要含碳并且被所述过滤器基质捕获的粒子材料(PM)从300℃或以下的低温开始的范围内被氧化。

所述催化剂可以进一步包含形成于所述过滤器基质与所述催化剂床之间并且由能与所述碱金属反应的氧化物制成的保护层。

附图简要说明

从连同附图一起给出的下列优选实施方案的说明中，本发明上述的以及其它的目的和特征会变得明显，其中：

图1是显示本发明一种示例性实施方案的废气净化催化剂结构的说明图；

图2是描绘PM氧化起始温度和PM氧化峰值温度的图；

图3是描绘温度与压差之间关系的图；

图4是描绘钾负载量与PM氧化起始温度之间关系的图；和