[发明专利]一种非均匀涂覆尾气净化催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种非均匀涂覆尾气净化催化剂的制备方法及应用。本发明的非均匀涂覆尾气净化催化剂是一种起燃性能和热稳定性能优异，因位置的不同具有不同催化涂层。催化剂在单级催化剂上实现具有不同催化功能的材料的组合应用，通过贵金属、催化涂层材料的分区分层，前区和后区或内层与外层材料成分、配比的不同实现催化剂的多功能设计和催化剂的高效应用，增加了催化剂在涂层配方、贵金属分布、涂层结构设计的灵活性。

技术领域

本发明涉及一种汽车尾气净化催化剂，特别是涉及一种能有效消除汽车尾气中CO、NMHC和NOx的非均匀涂覆催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着环保意识的加强和尾气排放法规的日益加严，汽车排放控制技术迎来的新的挑战，三效催化剂是目前公认的能有效消除汽油车尾气中CO、 NOx、HC的主要措施，当温度超过250℃时，转化效率能达99％以上。在催化剂的应用中，主要存在单级、双级和单级双载三种布局方式，而又以前两种最为常见。单级和双级的前级催化剂(CCC)在设计上为了利于起燃通常具有载体目数高，贵金属含量高的特点，而双级的后级催化剂(UFC) 为了降低成本一般具有载体目数低，贵金属含量低的特点。近年来，由于小排量车的盛行，单级催化剂得到普遍应用，此类催化剂离发动机近，在使用过程中性能容易快速降低。经过多年对氧化铝、铈锆材料、贵金属负载技术改进提升，现在的催化剂在催化性能和热稳定性能方面均有了较大的提升。

对于单级催化剂，分区和分层是涂层结构设计的重要方法，贵金属分区能降低贵金属的使用量和催化剂的起燃温度，分层能提高催化剂的耐久性能，贵金属分区通常前区贵金属含量高，后区含量低；分层设计一般是底层为Pd，上层为Rh或者底层为Pd，上层为Pd、Rh(CN102405104A，CN102325591A，CN101820997A，CN 101203301 A)。分区和分层目前较多的应用局限于贵金属，比如Rh的还原活性高，但当与Pd接近地被负载时，存在活性降低的情况，因此可以采用催化剂分层，将Pd和Rh相互分离地负载。为了提升催化剂的性能，研究者们已经开始对涂层材料的分区和分层进行研究，但目前少见报道。US 8557 204 B2公开了一种前区单层，后区双层的三效催化剂，该催化剂前区长度优选为总长的25～50％，后区催化剂长度优选为总长的50～75％，前区仅有Pd层，后区为内层Pd，外层 Rh或Pt/Rh，且底层前后区涂层材料不同。涂层材料的分区分层可以根据实际应用中车辆的特点进行前后区材料或内外层材料的自由搭配，能充分发挥不同材料的优势，因此本发明提供一种非均匀涂覆催化剂及其制备方法，目的在于提高催化剂的性能以满足不断加严的法规和降低催化剂的贵金属用量。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优异，因位置的不同具有不同涂层构成的非均匀涂层分布的催化剂的制备方法及其在尾气排放中的应用。

特别的，本发明的催化剂为单级分区结构，其中前区和后区至少包含一层，优选为双层，如涂覆层数超过两层，则增加生产工序，降低了产能。前区涂层涂覆长度为总长的15～60％，优选20～50％，后区长度为总长的 40～85％，优选50～80％。

所述催化剂前区活性氧化铝含量高，氧化铝含量60～100wt％，后区铈锆储氧材料含量高，铈锆含量40～70wt％。

所述催化剂，通过涂层负载量及浆料粘度调整涂层的涂覆厚度，当催化剂为单层结构时，催化剂负载量120～250g/L，前后区负载量可以相同，也可以不相同；当催化剂为双层结构时，所述催化剂内层负载量60～200g/L，外层60～200g/L，若内层或外层的负载量低于该范围时，催化剂贵金属的负载浓度增加，容易造成高温时贵金属粒子的生长，活性降低，若外层的负载量高于该范围时，会造成气体的扩散性降低，不能发挥内层的催化作用。