[发明专利]用于汽车尾气净化的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保催化技术领域，具体涉及一种用于汽车尾气净化的催化剂及其制备方法。

背景技术

汽车作为现代生活中必不可少的交通工具，它的普及使用为人类带来方便的同时对环境造成的负面影响也是不容忽视的，主要表现为噪音污染和尾气排放造成的空气污染。其中，汽车排放的污染物主要有害成分包括CO、HC及NOx，是汽车污染控制的关键因素。因此，汽车尾气净化成为解决排放污染的最有效方法，迫在眉睫。

尾气污染控制分为机内控制和机外控制。机内控制主要是通过改善汽车内燃机燃烧技术，最大程度的减少污染物的生产量；机外控制则是通过排烟系统中催化剂的性能和工艺，提高三效催化剂转化有害气体的能力。目前机内控制技术发展较缓慢，而机外催化净化是机外尾气净化最有效的方法。催化剂是净化作用的重中之重，因此开发一种实用高效的汽车尾气催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施。

汽车尾气催化净化原理是将有害气体CO和HC氧化转化为无害的CO₂和H₂O，将NOx还原转化成N₂。汽车催化剂主要由载体、涂层及活性物质三部分组成。随着对催化剂制备技术的不断优化，目前所得的三效催化剂TWC(three-way catalyst)实现了可兼容传统催化剂氧化型和还原型两种功能为一体。市场最常用的催化剂是蜂窝陶瓷三元催化(honeycomb catalyst)。陶瓷蜂窝体为载体，其外附载有高比表面积的氧化铝涂层，再浸渍活性组分。

为不断提高汽车尾气催化剂性能，国外研究人员先后经历了一段净化法、两段净化法和三元催化法。如，典型催化剂为Pt-Rh。氧化和还原过程分别进行，前段中CO将NOx还原N₂，后段将CO和HC氧化为CO₂和H₂O。中间补充空气隔开。这种催化结构复杂，操作麻烦，且NOx还原后有可能重新被氧化。

国内研究起步较晚，从上世纪80年代中期开始，同时研究了贵金属催化剂和非贵金属催化剂两种，但该技术的反应在通常条件下进行慢。贵金属催化剂主要为Pt-Rh-Pd三效催化剂。其中，耐热稳定性较好的钯在内层，利于NOx还原的铑在外层；中间为协同催化剂铂。实现了同时催化氧化CO、HC和NOx三种物质，极大的提高了催化剂的性能。但该催化剂易发生热老化和中毒。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中用于汽车尾气净化的催化剂的缺陷，提供一种催化活性高，且不易发生热氧化和中毒的用于汽车尾气净化的催化剂，本发明还提供了用于汽车尾气净化的催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于汽车尾气净化的催化剂，所述催化剂包括涂覆有γ-Al₂O₃涂层的活化的蜂窝陶瓷载体和催化活性组分，催化活性组分为过渡金属、贵金属和稀土金属，其中，所述过渡金属为锰、铁、铜中的一种，所述贵金属为铂或钯，所述稀土金属为铈和镧的混合物，过渡金属涂覆于所述γ-Al₂O₃涂层上，贵金属涂覆于所述过渡金属涂层上，稀土金属涂覆于所述贵金属涂层上。

铈和镧的混合物中铈与镧的摩尔比为1：0.05～0.3。

活化的蜂窝陶瓷载体通过如下方法制备：将蜂窝陶瓷载体在25～90℃条件下质量浓度为20～35％的稀硝酸中活化2h，恒温110℃干燥2h后，以He气为载气500℃高温煅烧3h。

本发明的用于汽车尾气净化的催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将γ-Al₂O₃溶胶超声过量浸渍涂覆于活化的蜂窝陶瓷载体上，重复浸渍至少两次，室温阴干后煅烧；

(2)将步骤(1)得到的产物浸入锰、铁或铜的可溶性盐溶液中，超声过量浸渍后恒温干燥，并重复浸渍干燥至少两次；

(3)将步骤(2)得到的产物浸入铂或钯的可溶性盐溶液中，超声过量浸渍后恒温干燥，并重复浸渍干燥至少两次；

(4)将铈的可溶性盐和镧的可溶性盐混合均匀后，用柠檬酸调节混合物的pH值至4～6，然后加入步骤(3)得到的产物，150～300℃水热反应15～24h后煅烧；

(5)将步骤(4)得到的产物进行洗涤、烘干和氢气还原。

步骤(4)中将铈的可溶性盐和镧的可溶性盐以铈与镧的摩尔比为1：0.05～0.3的比例进行混合。