[发明专利]用于机动车辆的紧耦合位置中的氮氧化物储存催化剂

说明书

本发明涉及汽车废气催化剂，特别地涉及用于紧耦合用途以净化主要用稀空气/燃料混合物运行的具有汽油直接喷射的强制点火式发动机的废气的氮氧化物储存催化剂。

当发动机处于最常见的部分载荷运行点时，主要用稀空气/燃料混合物运行的强制点火式发动机的废气，具有过量的氧化废气成分如氧(O₂)和氮氧化物(NO_x)。对于该运行点通常氧的含量为3-15体积％的和氮氧化物的含量至多1体积％。减少的废气组分如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可能的氢(H₂)通常未以能够足以除去氮氧化物的足够的量存在于稀废气中，特别地，例如在通过常规三元催化剂的情况中。净化这些废气，特别是除去氮氧化物(“脱氮”)的一个可能性为使用氮氧化物储存催化剂。

氮氧化物储存催化剂是现有技术中公知的。在SAE公布SAE 950809中详细描述了其运行模式。氮氧化物储存催化剂的净化效果基于如下事实：在发动机的稀运行阶段，氮氧化物主要以硝酸盐形式被储存催化剂的储存材料储存，而在发动机的后续浓运行阶段，之前形成的硝酸盐分解，且再次释放的氮氧化物与减少的废气部分在储存催化剂上反应以得到氮、二氧化碳和水。

已经有适合作为氮氧化物储存催化剂或用于氮氧化物储存催化剂中的不同组合物的提议。氮氧化物储存材料和氮氧化物储存组分之间存在区别。氮氧化物储存组分为例如镁、钙、锶、钡、碱金属、稀土金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物或其混合物，由于其碱性，它们能够与废气的酸性氮氧化物形成硝酸盐，并以该方式储存它们。氮氧化物储存材料由储存组分组成，所述储存组分以尽可能高的分散度沉积在合适的载体材料上以获得与废气的大相互作用面积。此外，氮氧化物储存催化剂中通常包含贵金属如铂、钯和/或铑作为催化活性组分。这些催化活性组分的任务是首先在稀条件下将氮氧化物氧化为NO₂，将CO和HC氧化为CO₂；其次，在其中“清空”即再生氮氧化物储存催化剂浓运行阶段期间，将释放的NO₂还原为氮。

该申请人的EP 1 317 953公开了一种氮氧化物储存催化剂，其包含在载体材料上的催化活性组分如铂，和氮氧化物储存组分。用作后者的材料为选自钙、锶、钡、碱金属、稀土金属的元素的氧化物、碳酸盐或氢氧化物或其混合物。根据EP 1 317 953 A1，用于这些氮氧化物储存组分的载体材料为铈-锆混合氧化物。氮氧化物储存催化剂在温度窗口宽度方面的优异性能、储存效率和老化稳定性主要基于用于铂的由均匀的镁-铝混合氧化物组成的载体材料，其中氧化镁的存在浓度基于镁-铝混合氧化物的总重量计为1-40重量％。根据EP 1 317 953 A1，当用铂催化的镁-铝混合氧化物通过另外地用二氧化铈或氧化镨浸渍而掺杂时，获得储存催化剂的进一步有利变体。

该申请人的WO 2005/092481公开了在EP 1 317 953 A1中描述的氮氧化物储存催化剂的改进的实施方案。这与前体催化剂的区别主要在于，还使用包含基于镁-铝混合氧化物的总重量计1-30重量％的氧化镁的均匀的镁-铝混合氧化物，作为氮氧化物储存组分的载体材料。

EP 1 317 953 A1和WO 2005/092481强调具有化学计量不足的氧化镁含量的均匀的镁-铝混合氧化物的特别适用性：在两种情况下，使用具有5-28重量％氧化镁含量的镁-铝混合氧化物被指出为优选的。这类材料包含游离氧化铝，即未引入混合氧化物结构中并且均匀分布在MgAl₂O₄中的氧化铝。

此外，两篇公开内容强调储氧材料例如基于二氧化铈的材料是用于这些催化剂中的其它重要的组分。由于氧化态由+3变化为+4(反之亦然)，二氧化铈能够在稀废气(氧过量)中储藏氧并且在浓废气(氧缺乏)中再次释放氧。