[发明专利]含有钯-金的发动机排气催化剂

说明书

本申请是发明名称为“含有钯-金的发动机排气催化剂”、申请日为 2007年12月19日的发明专利申请第200780050117.9号 (PCT/US2007/088085)的分案申请。

技术领域

本发明的实施方式一般性地涉及含有贵金属的担载型催化剂，更具体 地涉及含有钯和金的发动机排气催化剂及其制造方法。

背景技术

如果不使用催化剂，就无法制造出诸如燃料、润滑剂、聚合物、纤 维、药品和其它化学品的许多工业产品。对于减少污染物，特别是减少在 能源生产过程中和由汽车产生的污染物，催化剂也是必需的。许多工业催 化剂由其上分散有活性金属纳米颗粒(即纳米尺寸的金属颗粒)的高表面 积载体材料组成。该载体材料通常是惰性的陶瓷类材料，其表面积量级在 数百平方米/克。如此高的比表面积通常需要复杂的内部孔系统。金属纳米 颗粒被沉积在载体上并分散在整个内部孔系统上，且其大小通常为1-100 纳米。

制备担载型催化剂的方法由来已久。例如，一种制备铂催化剂的方法 包括使诸如氧化铝的载体材料与诸如六氯铂酸水溶液的金属盐溶液接触。 在此过程中，金属盐溶液“浸渍”或填充载体的孔。浸渍之后，将含有金 属盐溶液的载体干燥，使得金属盐在孔中沉淀。然后将含有沉淀的金属盐 的载体煅烧(通常在空气中)，并暴露于还原气体环境(例如，氢气或一 氧化碳)以进一步还原形成金属颗粒。另一种制备担载型催化剂的方法包 括使载体材料与金属盐溶液的步骤以及使用合适的还原剂将金属离子原位 还原成金属颗粒的步骤。

担载型催化剂对于从车辆排气中去除污染物来说十分有用。车辆排气 包含有害污染物，例如一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和氮氧化物 (NOx)，这些污染物造成困扰全球各大都市的“烟雾效应”。已经使用 含有担载型催化剂的催化转化器和颗粒状过滤器来从车辆排气中去除这些 有害污染物。尽管自使用催化转化器和颗粒过滤器以来，车辆排气所导致 的污染逐年下降，但是由于对控制车辆排放物的要求越来越严格，并且车 辆制造者为了降低排放物控制的总成本而试图在担载型催化剂中使用较少 量的贵金属，因此一直在研究改善的担载型催化剂。

现有技术教导使用含有钯和金的担载型催化剂作为良好的部分氧化催 化剂。而且，该催化剂还被大量用于通过乙烯、乙酸和氧气的反应在气相 中生产乙酸乙烯酯(例如见美国专利US 6022823)。对于车辆排放物控制 应用，US 6763309推测，钯-金可能是一种良好的用于提高NO分解速率 的候选双金属催化剂。然而，该公开内容是基于数学模型，而不能获得实 验数据支持。该专利中也没有教导钯-金体系能够处理包含CO和HC的车 辆排放物。

发明内容

本发明提供了用于处理包含CO和HC的排放物的排放物控制催化剂 及其制造方法。发动机可以是车辆发动机、工业发动机，或一般而言，燃 烧烃的任何类型的发动机。

根据本发明的实施方式的排放物控制催化剂包括担载型铂基催化剂和 担载型钯-金催化剂。这两种催化剂被涂覆在排放物控制催化剂的基材的不 同的层、区域或单块材料上，以使铂基催化剂在钯-金催化剂之前与排气流 接触。沸石可以作为烃吸收组分加入排放物控制催化剂，以提高钯-金催化 剂的氧化活性。

本发明人通过实验发现，排气中存在的HC物质能够抑制排放物控制 催化剂的氧化活性，通过解决该问题，本发明人实现了使用包含钯和金的 担载型催化剂作为排放物控制催化剂。根据本发明，通过将排气在暴露于 钯-金催化剂之前暴露于铂基催化剂，和/或通过加入烃吸收材料，可以改 善钯-金催化剂的氧化活性并且可将排放物控制催化剂的总体催化活性提高 到有效水平，由此来充分地减少HC抑制效应。本发明人已经通过车辆性 能测试证实，根据本发明实施方式的排放物控制催化剂在减少车辆的CO 和HC排放物方面的表现与铂-钯催化剂同样好。

附图说明

为了详细地理解本发明的上述特点，参考实施方式(某些实施方式示 于附图)更具体地描述本发明。但应当注意，附图仅示出了本发明的典型 实施方式，因此不应认为附图限制本发明的范围，本发明可以包括其它同 样有效的实施方式。

图1A-1D是可以使用本发明的实施方式的不同发动机排气系统的示意 图；