[发明专利]贱金属氧化物氧化催化剂

说明书

技术领域

本公开涉及柴油机或其它稀燃发动机的废气中或其它含氧气体混合物中的一氧化碳、一氧化氮（NO）和不完全燃烧烃（HC）的催化氧化。更具体地，本发明涉及MnOx与其它合适的金属氧化物联合用于催化此类氧化反应的用途。此外，MnOx与其它贱金属氧化物的合适组合可用于氧化许多含氧气体混合物中的NO。贱金属氧化物的这些组合可以与钯和/或铂的负载粒子联合用于此类氧化反应。

背景技术

柴油机、一些汽油发动机和许多以烃为燃料的发电厂在高于化学计量的空气-燃料质量比下运行以改进燃料经济性。但是，此类稀燃发动机和其它动力源产生具有相对较高的氧气、水和氮氧化物（主要为NO和NO₂，统称为NO_x）含量的热废气。在柴油机的情况下，来自温热发动机的废气的温度典型为大约200℃至400℃并具有按体积计大约10%氧气、6%二氧化碳、0.1%一氧化碳（CO）、180 ppm烃（HC）、235 ppm NO_x和基本余量的氮气和水的代表性组成。该废气常含有一些极小的富碳粒子。在烃燃料含硫的情况下，来自燃烧源的废气还可能含有二氧化硫。希望处理此类废气组合物以使氮气、二氧化碳和水以外的任何物质的大气排放最小化。

由于热废气体料流中的氧气（O₂）含量（和水含量），通常包含一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）的各种混合物的NO_x气体难以还原成氮气（N₂）。据发现，当大量NO被氧化成NO₂时，存在用于将热废气中的大量NO₂还原成氮气的选择性催化还原添加剂和反应方法。但是废气中NO（以及CO和HC）的有效和及时氧化要求使用铂作为催化剂。需要便宜得多的用于此类氧化反应的催化剂材料，无论是在燃烧废蒸汽中还是在另一气态环境中。

发明内容

据发现，可以制备氧化锰（MnOx）与一种或多种其它合适的贱金属氧化物的混合物以用于柴油机、其它稀燃发动机或其它以烃为燃料的燃烧装置的富氧废气中的CO、HC和NO的有效氧化。此类含氧化锰的混合物可在包含一氧化氮（NO）、HC（典型地饱和和不饱和的C₁-C₅烃）和CO中的一种或多种与氧气或氧气和水的组合的其它气体混合物的氧化中用作有效催化剂。

锰据观察根据使用其的气体环境在其氧化物中表现出几种可能的氧化态（例如+2、+3和+4）。在特定的氧化的锰材料中可能存在两种或更多种这样的氧化锰，因此这些材料在本说明书中被称作MnOx，其中x可能具有1至4（或至大约4）的值。

在本发明的实践中，MnOx与一种或多种其它贱金属氧化物联合使用，金属氧化物的此类组合例如不要求存在铂（或铂氧化催化剂中所用的大量铂）就能有效充当氧化催化剂。贱金属的此类组合（混合物）的优选实例包括二元金属混合物，如MnOx-CeO₂、MnOx-Y₂O₃和MnOx-ZrO₂和三元（或更多）金属氧化物混合物，如MnOx-CeO₂-ZrO₂。各金属氧化物可以以等摩尔份数存在，但不要求如此。MnOx是所需成分，但金属和它们的氧化物的比例可以在被认为适合实现特定催化剂要求的宽范围内变化。例如，贱金属氧化物混合物中锰与其它贱金属的摩尔比例可根据氧化催化剂用途从大约5摩尔%锰到大约90摩尔%锰不等。

在本发明的实施方案中，不同于铈、钇或锆的贱金属的一种或多种氧化物可以与MnOx组合。总体而言，合适的金属氧化物包括（除氧化锰外）例如过渡金属（周期表第VIII族）：铁、钴和镍；第IIIB族金属和稀土金属：钇、镧、铈和镨；第IVB族金属：钛和锆；第VB族金属：钒和铌；第VIB族金属：铬、钼和钨；第IB族金属：铜；和第IIB族金属：如锌，的氧化物。