[发明专利]一种三元催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种三元催化剂及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们的生活水平不断提高，汽车已经成为主流代步工具被广泛使用。2009年我国汽车保有量已达9000万辆，但是，随着汽车保有量的增长，汽车尾气对空气的污染也日益严重，在特大及大中城市，汽车排放的尾气已逐步成为空气污染的主要因素，因此对汽车尾气污染的治理已成为各国政府非常重视的问题。

对汽车尾气污染的治理，主要采取机内净化和机外净化两种途径。机外净化是控制汽车尾气污染的最有效手段。机外净化是指通过物理或化学的方法，将尾气中的污染物进行处理。目前被国外广泛使用的方法是化学方法，即通过安装三元催化净化装置将尾气中的有害物质CO、HC、NO_x转化成无害的CO₂、H₂O、及N₂，从而大大降低环境污染，改善大气质量。

国外的三元催化剂已经过近四十年的发展。目前在这一领域中的研发处于领先地位的公司为英国的JM公司、美国的巴斯夫公司、欧洲的优美科公司。作为世界三大汽车排气系统研制开发商，其总共市场占有率在90％以上。20世纪70年代中期，欧、美、日等发达国家就开始使用汽车尾气催化转化器，三元催化剂是80年代发展起来的尾气处理产品，通过用一种催化剂同时处理排气中的CO，HC和NO_x，即以Pt、Rh及Pd贵金属为主要活性组分的催化剂。

三元催化剂一般由催化剂载体、涂层和活性组分组成。载体表面涂有很薄的催化剂涂层，厚度在20～40μm之间。它以γ-Al₂O₃为主，掺杂部分其它复合氧化物材料，其作用是负载贵金属并使其高度分散，增强贵金属的耐久性；涂层中直接起催化作用的主要是铂族贵金属(铂Pt、铑Rh、钯Pd)，当前大多数三元催化剂采用铂、铑的组合作为贵金属成分；每升汽车尾气催化器的用量为1.4～1.7g。在开发催化剂的过程中，人们认识到为了使催化剂发挥有效的作用，三种贵金属铂、铑、钯中的每一种在催化剂中要占据一个特殊的位置；但为了降低催化剂的成本，控制催化剂中贵金属的用量是关键，而如何能够使贵金属纳米粒子保持高度分散性并保持稳定是催化剂制备中的关键技术，为此科技技术人员专注于开发可使贵金属纳米粒子能达到高分散性的介微孔材料应用技术。

中国专利CN101433846公开了一种铈基复合氧化物负载贵金属三效催化剂及其制备方法，它是以可溶性铈、锆盐和铝盐以及可溶性改性元素的盐为原料，采用共沉淀法制备载体材料γ-Al₂O₃与Ce_1-xZr_xM_yO₂，其中x＝0.25～0.75(摩尔分数)，M＝镧、镨、锶或铜，y＝0～0.1(质量分数)，氧化铝与铈锆氧化物质量比为0.5～2；于载体上等体积法负载占催化剂质量0.25～3.0％贵金属，制备铈基复合氧化物负载贵金属的高性能三效催化剂，其本质是介孔材料的元素掺杂。

中国专利CN1792430公开了一种氧化铈/氧化锆复合介孔三效催化材料及其制备方法。该氧化铈/氧化锆复合介孔三效催化材料，由质量含量为15～40％的纳米晶氧化铈与纳米晶氧化锆组成具有介孔结构的无机骨架，得到所制备的氧化铈/氧化锆复合介孔催化材料同时用于净化汽车尾气中的CO、HC及NO_x，并且具有优良的低温活性和热稳定性，类似专利如CN1212885C。

在上述专利中均使用了介孔材料或分子筛作为涂层的一种材料，但一般的介孔材料或分子筛水热稳定性较差，若在发动机工作时瞬间高温情况下，将会出现催化剂涂层材料结构的破坏而导致贵金属被包裹，使得贵金属有效利用率急剧下降，催化剂严重失效了。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高活性、高水热稳定性、低成本的三元催化剂体系及其制备方法。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种三元催化剂体系，包括：催化剂载体和活性材料；其中所述活性材料包括：铂族金属或铂族金属的氧化物和表面通过金属氧化物改性的介孔材料；所述催化剂载体包括加强层和支撑层；第一载体材料形成所述加强层；第二载体材料形成所述支撑层；所述支撑层设置于所述加强层表面，所述活性材料附着于所述支撑层表面。

优选的，所述金属氧化物为三氧化二铝、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化锶、氧化锌、氧化一、氧化镓、氧化铟或氧化锗中的一种或多种。