[发明专利]催化剂、该催化剂的制备方法、该催化剂的应用

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的特别是用于氧化废气成分的催化剂、根据权利要求7的前序部分用于制备这种催化剂的方法、以及根据权利要求13的前序部分的上述催化剂的应用和根据权利要求14的前序部分使用这种催化剂制备的涂层。

背景技术

催化剂，特别是用于氧化废气成分的催化剂长期以来是已知的并且被广泛地使用，例如在内燃机的下游，以便从内燃机的废气中除去不希望的废气成分。

在此，在减少不希望的废气成分时的关键分子是NO₂。

为最小化含碳的细物质颗粒，在汽车中通常使用所谓的颗粒沉降器或颗粒过滤器。由EP 1072765 A2中已知一种汽车中的典型颗粒沉降器装置。这类颗粒沉降器与颗粒过滤器的区别在于沿沉降结构引导该废气流，而在颗粒过滤器中该废气必须流过过滤介质。由于这种差别，颗粒过滤器易于堵塞，这增加了废气背压，其意味着引起内燃机废气排出口处不合意的压力增加，这又使发动机效率降低和造成内燃机的高燃耗。由EP 0341832 A2中已知这类颗粒过滤器装置的实例。

在上述两种装置中，布置在颗粒沉降器或颗粒过滤器上游的氧化催化剂分别借助于还含有的残余氧(O₂)将废气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂)，并按下式进行：

2 NO + O2 <-> 2 NO2              (1)

要注意的是，上述反应的平衡在高温下位于NO侧。这又造成由于热力学限制在高温下可实现的NO₂-份额是受限的。

该NO₂又在颗粒过滤器中与含碳细物质颗粒反应生成CO、CO₂、N₂和NO。因此借助于强氧化剂NO₂实现了淀积的细物质颗粒的连续去除，由此可免去再生循环，而在其它装置中该再生循环必须复杂地进行。在此称为被动再生，其按下式进行：

C + 2 NO₂ -> 2 NO+ CO₂        (2)

NO₂ + C -> NO + CO              (3)

在此，根据方程式（3）形成一氧化碳只起到不重要的作用，在大多数情况下发生以二氧化碳的形式的碳的完全氧化，直到氧化态+4，其中对于每个碳分子的氧化而言需要两个NO₂分子。

除NO₂外，在含铂的NO-氧化催化剂中还由在燃油和/或机油中含的硫形成SO₃。该SO₃和NO₂在废气管路中的冷部位凝结成高腐蚀性的硫酸和硝酸，因此直到颗粒过滤器的废气装置必须用不锈钢制成，以避免腐蚀。

氧化SO₂的另一问题是由于硫酸盐和在最坏的情况下由于硫酸在催化剂表面的物理吸附而使NO-氧化催化剂失活

SO₃ + H₂O -> H₂SO₄

在根据现有技术常见的基于Al₂O₃的催化剂上，催化剂的失活可以通过将废气温度提高到超过500℃而再次使其逆转，但是这样高的废气温度在现代的消耗优化的内燃机中几乎不再出现。

如果借助于NO₂未使在颗粒过滤器中淀积的碳完全氧化，则碳含量增加且由此增加了废气背压。为避免此情况，实际上让颗粒过滤器增多配置用于氧化NO的催化涂层(EP 0341832 A2)。在此涉及具有含铂涂层的催化器。但该已知方法的缺点在于，在颗粒过滤器中形成的NO₂仅可用来氧化在用于NO-氧化的催化活性层的下游所淀积的颗粒，即因此在过滤介质中的颗粒。相反，如果在过滤器表面上和由此在催化活性层上形成淀积的颗粒层即所谓的滤饼(Filterkuchen)，则该颗粒过滤器侧的NO-氧化催化剂位于该滤饼下游，以致在那里淀积的炭黑颗粒不可用来自施加在颗粒过滤器上的NO-氧化催化剂的NO₂所氧化。对此还可准确地说，仅在未处理气侧(Rohgasseit)上施加的催化剂层有助于该系统的性能，因为在净化气侧上催化形成的NO₂不再能够与在未处理气侧上和过滤材料中淀积的炭黑相接触。