[发明专利]包含硫酸钡的热稳定催化剂载体

说明书

发明领域

本发明的材料和方法涉及一种催化剂载体，其包括可用于负载废气净化催化剂的硫酸钡层。其还涉及一种制备所述催化剂载体的方法，包括通过用硫酸处理掺杂钡的氧化铝在多孔载体内原位形成硫酸钡，任选地接着用贵金属浸渍。

发明背景

高温催化剂（例如三效转化（TWC）催化剂）可用于工业中。TWC催化剂应用于许多领域中，包括减少氮氧化物（NO_x）、一氧化碳（CO）和烃（HC），例如非甲烷烃（NMHC），来自内燃发动机、例如汽车和其他以汽油为燃料的发动机的排放物。TWC转化催化剂是多功能的，这是因为其能够实质上并且同时催化烃和一氧化碳的氧化和氮氧化物的还原。各个政府机构已经设定氮氧化物、一氧化碳和未燃烃污染物的排放标准，并且新汽车必须满足。

为了满足所述标准，含有TWC催化剂的催化转化器位于内燃发动机的废气流中。催化转化器是一种类型的废气排放控制系统，并且包含一种或多种沉积在衬底上的催化材料。催化材料的组成、衬底的组成和催化材料在衬底上沉积的方法是可以将催化转化器与彼此区别开的基础。将催化材料沉积在衬底上的方法包括洗涂（washcoating）、吸入、浸渍、物理吸附、化学吸附、沉淀和包含至少一种前述沉积方法的组合。

展现良好活性和长寿命的TWC催化剂包含一种或多种铂族金属，例如铂、钯、铑、钌和铱。与高表面积耐火氧化物载体一起使用这些催化剂。耐火金属氧化物可能得自铝、钛、硅、锆和铈化合物，产生具有示例性耐火氧化物的氧化物，包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆和二氧化铈中的至少一种。TWC催化载体负载在合适载体或衬底上，例如整体载体，其包含耐火陶瓷或金属蜂巢结构或耐火颗粒（例如合适耐火材料的球粒或短挤出段）。

氧化铝（Al₂O₃）是一种用于许多催化剂系统的已知载体。氧化铝具有多种结晶相，例如α-氧化铝（通常称为α-氧化铝或α-Al₂O₃）、γ-氧化铝（通常称为γ-氧化铝或γ-Al₂O₃）以及大量氧化铝多晶形物。γ-氧化铝是一种过渡型氧化铝。过渡型氧化铝是可以经历过渡到不同多晶形物的一系列氧化铝。桑托斯（Santos）等人（Materials Research,2000;3(4):104-114）公开使用电子显微镜研究的不同标准过渡型氧化铝，而周（Zhou）等人（Acta Cryst.,1991,B47:617-630）和蔡（Cai）等人（Phys.Rev.Lett.,2002,89;235501）描述γ-氧化铝向θ-氧化铝的转换机制。

γ-氧化铝由于赋予其开放并且具有高表面积的结构的缺陷尖晶石晶格而可以是用于催化应用的优选选择。γ-氧化铝具有面心立方密集氧亚晶格结构，其具有典型地是150-300m²/g的高表面积、直径是30-120埃的多个孔隙和0.5到>1cm³/g的孔隙体积。此外，缺陷尖晶石结构具有空阳离子位点，其给予γ-氧化铝一些独特性质。

与TWC催化剂一起使用的高表面积氧化铝材料（也被称为“γ-氧化铝”或“活性氧化铝”）典型地展现超过60m²/g并且通常高达约200m²/g或更大的BET表面积。此活性氧化铝可以是氧化铝的γ相和δ相的混合物，但是还可以含有大量η-、κ-和θ-氧化铝相。可以使用除活性氧化铝以外的耐火金属氧化物作为既定催化剂中的至少一些催化组分的载体。例如，散装二氧化铈、氧化锆、α-氧化铝和其他材料对于所述用途已知。尽管这些材料中许多具有比活性氧化铝更低的BET（Brunauer、Emmett和Teller）表面积，但缺点倾向于由所得催化剂的更大耐久性抵消。

众所周知，负载型催化剂系统的效率通常与载体上的表面积相关。这对于使用贵金属催化剂或其他昂贵催化剂的系统来说可能是正确的，其中活性位点的数目对催化剂效率起一定作用。表面积越大，暴露于反应物的催化材料越多，因此需要越少时间和越少催化材料来维持高生产率。

加热γ-氧化铝可以导致缓慢并且连续的表面积损失和缓慢转化为氧化铝的具有低得多的表面积的其他多晶形物。因此，当将γ-氧化铝加热到高温时，原子的结构崩溃使得表面积实质上减小。超过1100℃的较高温度处理最终提供α-氧化铝，铝的通常用于研磨剂和耐火材料中的较致密较硬氧化物。α-氧化铝是高温下最稳定的氧化铝，同时其还具有最小表面积。