[发明专利]三元催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种三元催化剂，尤其是一种用于汽车尾气净化的三元催化剂。

背景技术

汽车尾气的主要污染物是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx），利用安装在排气系统的催化剂可以将一氧化碳、碳氢化合物氧化成二氧化碳（CO₂）、水（H₂O），并同时使氮氧化合物还原为氮气（N₂），实现尾气的净化，这种催化剂通常称为三元催化剂。三元催化剂由两部分组成：蜂窝状的陶瓷或金属载体，以及附着在载体上的催化剂涂层。催化剂涂层通常由具有较大比表面积的氧化物材料（如氧化铝）、储氧材料和分散在氧化物或储氧材料表面的贵金属活性组分（常为Pt（铂）、Pd（钯）、Rh（铑）中的一种或几种）组成。其中的储氧材料一般为含铈锆的复合氧化物，它通过吸附储存尾气中的氧或释放出氧来调节尾气中氧化性组分和还原性组分的比例，使一氧化碳和碳氢化合物被氧化的同时氮氧化合物被还原。为了提高汽车冷启动时污染物的转化效率，三元催化剂常被安装在靠近发动机排气歧管出口的位置，在汽车高速行驶时，三元催化剂的床层温度可达到900℃~1100℃的高温。

主要为了抑制高温条件下Rh与Pd（或Pt）的合金化作用而使催化剂活性下降，目前的三元催化剂通常都采用双涂层结构，即附着在蜂窝载体上的下涂层担载Pd（或Pt），而附着在下涂层上的上涂层担载Rh，为了使催化剂有足够的储氧能力，通常在Rh涂层有大量的储氧材料和一定量的氧化铝或氧化锆。虽然Rh负载在储氧材料上可以使储氧能力大幅提高，也抑制了高温条件下Rh与氧化铝的不利的相互作用，但是，储氧材料的储放氧功能使其负载的Rh更容易处在氧化态，而氧化态的Rh催化氮氧化合物还原的活性很低，即使是在发动机尾气由稀变浓的瞬态工况。为此，近年来有一些研究人员提出将Rh负载在不含CeO₂或含极少量CeO₂的ZrO₂的复合氧化物上，显著提高了高温老化后Rh催化还原氮氧化合物的活性，但是由于储氧能力的不足，瞬态工况的污染物排放很高，尤其是对尾气空燃比变化非常敏感的氮氧化合物排放。虽然可通过在下层Pd（或Pt）涂层增加储氧材料提高储氧能力，但是由于气体扩散距离对储氧能力的影响很大，储氧能力的提高是很有限的。此外，Pd（或Pt）涂层储氧材料过多也会导致高温富氧条件下更多的Rh向下层迁移并与Pd（或Pt）发生相互作用而使催化剂活性下降。

一般地，在理论空燃比（即Lambda等于1）的尾气气氛条件下，Rh具有最高的催化三种污染物转化的活性，同时，Rh更容易在高温富氧气氛（即Lambda大于1）条件下被老化而失活。所以，如果可使气氛的空燃比波动在接触Rh之前被尽量消除而更趋近于理论空燃比，那么可以进一步提高Rh的高温抗老化能力和催化污染物转化的能力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种三元催化剂，具有更高的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物处理能力，尤其提高了Rh催化还原氮氧化合物的活性。

按照本发明提供的技术方案，所述三元催化剂，包括蜂窝状载体，其特征是：在所述蜂窝状载体上附着下层涂层，在下层涂层上附着中间Rh涂层，在中间Rh涂层上附着上层Rh涂层；所述中间Rh涂层和上层Rh涂层中负载的Rh的质量比为1~5:1，在下层涂层上负载Pd或Pt。