[发明专利]引入电化学催化剂体系的结构化净化结构

说明书

本发明涉及带有基本上是NO_x类的气态污染物的气体的净化结构领域。更具体地，本发明涉及蜂窝状结构，特别是用于处理汽油发动机或优选柴油发动机的废气并且引入一种体系的那些蜂窝状结构，所述体系组合了还原所述NO_x类污染物的还原催化剂A和氧化烃类HC和/或氧化烟灰和/或HC+H₂O→3/2H₂+CO类蒸汽转化反应和/或CO+H₂O→H₂+CO₂类水煤气反应的氧化催化剂B。

与净化污染气体，特别是汽油或柴油汽车排气管排出的污染气体有关的技术和问题是本领域中公知的。常规的三向催化剂可以联合处理NO_x、CO和HC污染物，并且将它们转化为中性的和化学无害的气体，例如N₂、CO₂和H₂O。但是，该体系的极高效率只有通过连续调整空气/燃料混合物的丰富度来获得。因此已知的是相对于混合物化学计量的最轻微的偏离引起污染物排放显著提高。

为解决这一问题，现已提出当混合物贫乏(即，亚化学计量)时，向催化剂中掺入可以暂时固定NO_x的材料(经常在本领域中称为NO_x阱)。但是，这种体系的主要缺点为NO_x的还原只能的燃料超消耗为代价来实现(在以富混合物工作的随后阶段期间)。催化剂上捕捉的NO_x的解吸及其催化还原为气态氮气N₂只能在还原催化剂处存在充足量还原性物种的情况下获得，所述还原性物种为烃类或一氧化碳CO或氢气H₂的形式，氢气本身可以由烃类HC和蒸汽之间或者CO和水蒸汽之间的催化反应获得。

目前，在贫气氛中，即在过量氧气存在下允许将NO_x基本转化为N₂的体系是未知的。本发明的目的之一正是提供这样一种体系，其特别是能够转化基本全部量NO_x，即使是在废气具有贫空气/燃料比时。

由专利US 6,878,354公知一种电化学催化体系，即使当超出化学当量工作时其理论上也可以转化NO_x。该体系包括HC和CO氧化催化剂以及NO_x还原催化剂的组合，这两种催化剂通过金属或无机材料以电化学电池模式结合。在催化剂之间提供结点的这些材料选自电子导体或离子导体并在该体系中“连续”提供将同时还原和氧化反应所必需的各种带电物种(例如电子和氧气离子O^2-)。这种体系看起来是有利的，因为它们能够使电化学反应在彼此连接的还原催化剂A和氧化催化剂B之间进行，而与气态介质的条件无关。根据该公开，这种体系特别可以提高受污染物种的催化转化率，特别是在发动机利用贫混合物工作时。

根据该作者所说，包括离子导体D和电子导体C的这种体系的存在允许同时氧化HC、CO、烟灰和H₂类型的还原性物种和还原NO_x类型的氧化性物种。

但是，这种体系的效率表现出限制性，因为其有效的实施需要构成电化学体系的四个元件之间紧密连接。因此，在US 6,878,354中描述的实施方案中，催化剂A和B以颗粒形式沉积在整体块(monolithe)上。这种体系的效率因此强烈地依赖于催化剂A和B沉积时的条件和电子导体C以及离子导体D沉积时的条件。这是因为获得的性能强烈依赖于对应于所用载体上的不同组分的各个相的分散，为了电化学体系适当工作，这四个元件之间的连接是必要的。

此外，转化受污染物种的效率还可能受到用作离子和电子导体的材料的本征特性的显著限制。更确切地说，因为电化学体系由相对于彼此随机设置的小尺寸颗粒组成，其效率必然受到一方面颗粒之间的连接，和另一方面对于电化学催化剂体系良好工作有用的少量导电物种(电子和/或离子)的限制。最特别地，在载体孔隙中沉积催化剂A和B的程序，特别是用包括催化剂的溶液浸渍的工艺条件，看起来很难确定，显示活性位点的理想分布的经验很难执行和再现，该活性位点的理想分布促进电化学体系的最佳工作所必要的ADB或BDA或ACB或BCA类型的连续连接。特别地，在其中浸渍沉积方法产生局部过高或不规则的沉积厚度的情况下，产生活性位点的分布问题。