[发明专利]铝-钛-锆三元氧化物上的含钯的氧化催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于降低废气排放中的CO和碳氢化合物的催化剂组合物，其包含钯和金属氧化物担体的组合。本发明还涉及用于生产该种催化剂组合物以及生产包含该种催化剂组合物的整体式载体的方法。

背景技术

现有技术中已知用于氧化物担体的含钯催化剂。这样的配方为DOC(＝Diesel oxidation catalyst，柴油机氧化催化剂)而设计。例如，在文献号为US6889498 B1，KR 2007 000315，US 2005 160724 A1，WO 2004104389，WO 2001002083和WO 2007077462 A1专利文献中描述了这样的DOC。在这样的催化剂中，钯通常与其他贵金属混合，特别是与铂族金属混合。例如在US 5128306，WO96/39576，EP 0747581 A1号专利文献中，描述了用于在“冷启动”(cold-start)条件下进行CO氧化的Pt-Pd混合催化剂。EP 2070581 A1和WO 2008117941 A1号专利文献是近来本领域中的专利，主要描述用于机动车辆的Pt-Pd混合氧化催化剂。

当前商业应用的DOC基本上是使用Pt/氧化铝(Pt/Al₂O₃)催化剂来减少来自柴油机的CO(carbon monoxide，即一氧化碳)和HC(hydrocarbons，即碳氢化合物)排放物。然而，由于Pt的高担载量，这些DOC具有一个缺点，即它们都非常昂贵。此外，那些催化剂只能在150℃左右及以上完全氧化CO和HC。尽管在欧洲驾驶循环NEDC的ECE部分中，柴油机废气的平均温度是150℃，但是经常需要在较低的排气温度下获得高CO转化率，所以即使高担载量的Pt(50-100g/ft³即1.75-3.5mg/cm³以及更高)，也不能解决该问题；典型地，现在的柴油机乘用车用的Pt担载量为90-120g/ft³即3.2-4.2mg/cm³。

在两种常用的氧化催化剂中，即铂和钯，Pt是用于氧化柴油机废气中的CO和HC的最有效的。使用Pt催化剂的CO排放物，典型地比使用Pd催化剂的CO排放物的一半还少。尽管Pt和Pd对于氧化HC的性能表现差别比较小，但使用铂催化剂时碳氢化合物排放物也比较少。许多公开出版物已经确认了Pd在柴油机废气中的较低的活性。Pd催化剂的低活性的一个原因是钯对硫中毒比较敏感。在应用具有极少的硫的燃料时，Pt可以部分地由Pd来代替，以质量计其用量可加至30％。当前商用的DOC，从2004年开始使用混合Pt-Pd的配方用于柴油机乘用车中，使用的Pt∶Pd比为2∶1(以重量计，Pt为67％，Pd为33％)。在不久的将来，领先的催化剂公司将会把Pt∶Pd比为1∶1的催化剂引入市场。

即使是含有极少的硫的燃料，与仅有Pt的催化剂相比，Pt/Pd配方也表现出稍低的CO/HC的转化率。然而，当前Pt的市场价格是1331美元/金衡盎司(2009年9月23日)，是300美元/金衡盎司的Pd的价格的四倍多。由于两种金属的价格的不同，用Pd代替Pt是有利的，并能够显著节约成本。

发明内容

本发明的目的是增加含钯催化剂的催化活性，特别是在150℃或更低的温度下对于减少CO和HC的催化活性，为机动车辆，特别是为柴油机应用，研发出更便宜且更高效的催化剂。对于柴油机废气后处理系统来说，贵金属的担载量的总量减少是另一个节约成本的重要因素。

该目的通过一种催化剂实现，这种催化剂用于减少排放气体，特别是内燃机的废气排放中的CO和碳氢化合物，这种新的催化剂包含钯/混合氧化物组合，其特征是，混合氧化物担体包含三元混合的钛、锆和铝的氧化物。

本发明的催化剂显示了独特的低温CO氧化活性；在柴油机废气条件下，在100℃以下或100℃左右完全氧化CO。在其他担体上沉积的可用于机动车辆后处理的钯未发现这种低温活性。本发明的催化剂甚至在接近室温的条件下也具有氧化CO的活性。因此，能够将钯和这种三元混合氧化物的组合作为担体，用钯作为唯一贵金属组分，并将其沉积在担体上并进一步沉积在整体式载体上，用于后处理系统，尽管始终能够将钯和其他贵金属组合，特别是与铂族金属，如铂和铑。