[发明专利]一种低温存储氮氧化物的负载型钯铈基催化剂在汽车冷启动反应中的应用

说明书

本发明公开了一种低温存储氮氧化物的负载型钯铈基催化剂在汽车冷启动反应中的应用，属于氮氧化物低温存储的技术领域。一种负载型钯铈基催化剂，以比表面积为100‑200msupgt;2/supgt;/g的二氧化铈为载体负载金属钯，催化剂中钯的负载量为0.5‑4wt％；所述负载型钯铈基催化剂中钯原子与二氧化铈之间通过相互作用形成Pd‑O‑Ce键，使钯原子以亚纳米级或原子级分散在二氧化铈载体的表面。将该类型催化剂应用于汽车冷启动阶段低温氮氧化物存储反应中，由于高比表面积的二氧化铈载体对钯的稳定和高度分散作用使其对氮氧化物具有较高的存储能力，并且存储的氮氧化物易于在较低的温度下脱附，是优选的作为冷启动反应的催化剂。

技术领域

本发明属于氮氧化物低温存储的技术领域，具体涉及一种低温存储氮氧化物的负载型钯铈基催化剂在汽车冷启动反应中的应用。

背景技术

近年来，人们对环保的呼声越来越高，美、日、韩和欧洲等工业发达国家在近年内相继制订和执行新的排放标准，对NO的排放限制日趋严格。因此，如何控制氮氧化物己成为国内外的一个研究热点。商业上的NO_x减排技术为NH₃选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)和NO_x存储还原(NSR)，然而这些方法的催化剂工作温度普遍在250-400℃，在温度低于200℃时脱硝系统还没有升温至其工作温度，因此大部分NO_x排放是在冷启动阶段产生的。由于环境法规越来越多地限制规定氮氧化物排放浓度，因此在汽车冷启动阶段引入PNA(Passive NO_xAdsorber)技术以控制贫燃发动机在冷启动阶段NO_x的排放。PNA技术的目标是在汽车冷启动阶段存储氮氧化物，当NO_x还原催化剂达到其工作温度时释放NO_x，PNA技术可与NH₃选择性催化还原技术(SCR)联用。

PNA技术的核心催化剂主要分为沸石分子筛和氧化物两类催化剂，其中Pd离子交换分子筛催化剂中原子级分散的Pd离子通常被认为是NO_x的存储位点，并且在该NO_x存储位点上能够在冷启动反应的温度区间内完成NO_x的脱附，但当Pd的担载量超过1wt％时，较难通过离子交换的方法达到贵金属Pd的高度分散从而获得具有较高NO_x存储能力的Pd离子存储位点。通常Pd分子筛催化剂在低温下以亚硝基的形式“直接”吸附NO，因而具有较高的NO_x存储能力，但其缺陷为Pd会从沸石分子筛骨架中迁移出来并烧结，导致其逐渐失活。

通常氧化物类PNA材料存储过程受存储组分分散度的影响，存储组分与载体之间协同作用也对NO_x吸附有所影响。氧化铈由于价格低廉和三四价可逆转换带来的优异的氧化还原能力在汽车尾气处理领域有着广泛的应用。一方面，CeO₂的氮氧化物吸附性能使其在低温PNA技术中具有良好的应用前景；另一方面，氧化铈可以作为载体与负载活性金属结合，为贵金属的担载提供位点并稳定和分散贵金属，同时能够增强氧化铈与金属间的电子相互作用，提高金属的电子密度。目前NO_x低温存储技术应用在贫燃发动机尾气处理方面仍然存在NO_x存储效率较低的问题，并且催化剂存储位不够丰富是导致PNA氧化物类催化剂存储效率低的关键问题。如何开发高活性低温NO_x存储催化剂，低温条件下NO_x存储过程的存储位点，贵金属与载体相互作用对PNA技术存储过程的影响等都是PNA技术应用中仍未明晰的关键问题，因此研发高性能低温NO_x存储催化剂和研究低温影响NO_x存储过程的因素都具有重要意义。

另外，在实际应用中催化剂的耐高温性也是其在汽车尾气处理过程中应该具备的重要性质。在高温老化的过程中催化剂结构的改变包括载体比表面积的严重下降或者是贵金属的烧结是导致氧化物类PNA材料完全或者部分丧失氮氧化物存储能力的主要因素，所以目前氧化物类催化剂高温烧结问题也是其在实际应用中亟待解决的另一关键问题。