[发明专利]基于三元金属氧化物的柴油机用氨氧化催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于三元金属氧化物的柴油机用氨氧化催化剂及制备方法和应用。催化剂由MoO₃、CuO和MgO为主催化活性成分，TiO₂和NiO为助催化剂，γ‑Al₂O₃和SiO₂为涂层基础材料。该催化剂通过催化SCR催化器泄露氨发生不完全氧化反应生成N₂，实现泄露氨的净化。本发明单涂层ASC催化剂消除了双涂层ASC催化剂对SCR涂层的依赖，提高了ASC催化剂的生产效率、降低了生产成本并改善了涂层稳定性。以MoO₃、CuO和MgO组成的主催化活性成分替代传统ASC催化剂中的Pt，降低了原料成本，提高了新型ASC催化剂的抗硫和热稳定性。由TiO₂和NiO组成的助催化剂，增强了三元复合氧化物主催化活性成分中氧原子的流动性，进一步提高了新型ASC催化剂针对NH₃生成N₂反应的催化活性和选择性。

技术领域

本发明属于柴油机氧化催化剂技术领域，具体涉及一种基于三元金属氧化物的柴油机用氨氧化催化剂及制备方法和应用。

背景技术

由于工作方式的限制，柴油机的颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)排放较高，同时，柴油机缸内燃烧过程中，PM和氮氧化物NOx之间存在权衡效应(“trade-off”效应)，导致单纯依靠燃烧优化不能同时满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规针对车用柴油机PM与NOx的控制指标，排气后处理系统成为满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规柴油机的必要装备。其中，国内外专家公认选择性催化还原催化(SCR)技术是最高效、最可靠性的柴油机NOx排放净化后处理技术，已被绝大多数满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规柴油机所采用。但国Ⅵ排放法规对柴油机NOx排放的限制指标远超国Ⅴ排放法规的限制指标，如果依靠采用极高催化活性的SCR催化剂、增加SCR催化剂负载量、放大SCR催化器体积等措施来提高SCR催化器的NOx净化性能将导致SCR催化器的生产成本急剧提高，给生产商带来难以承受的成本危机。因此，国产满足国Ⅵ排放法规柴油机一般采用喷入过量还原剂(尿素)的办法提高SCR催化器的NOx净化效能，以弥补催化器自身催化活性不足的缺陷，达到降低SCR催化器生产成本的目的。但由于还原剂(真正的还原剂是尿素转化成的NH₃)的加入量超过了NOx净化所实际需要的还原剂加入量，SCR反应后剩余的还原剂NH₃将随排气逃逸出SCR催化器，而NH₃也是一种有毒、有害物质，一旦被释放进入大气环境将对环境安全和人体健康带来极大的危害.因此，国Ⅵ排放法规针对柴油机后处理系统的NH₃泄漏量也制定了严格的限制指标，研发柴油机SCR催化器泄漏NH₃的高效净化措施及相应产品成为SCR技术升级及满足国Ⅵ排放法规柴油机开发的关键技术难题。

目前，双涂层式氨泄漏催化剂(ASC)已在满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规柴油机上投入商业化应用。该类催化剂由内、外两个不同的催化涂层组成，内涂层是以铂(Pt)为主催化活性成分的氧化涂层，作用是在Pt的催化下，一部分扩散到内涂层表面的泄露NH₃被氧化成N₂，成为无害物质，另一部分扩散到内涂层表面的泄露NH₃被过度氧化成NOx；外涂层是以铜基分子筛为主催化活性成分的还原涂层，作用是在铜基分子筛的催化下，NH₃转化成的NOx与SCR催化器出口排气中剩余的泄露NH₃发生SCR反应，两者最终都被转化成无害气体N₂。该类ASC催化剂有两个催化涂层，其涂敷工艺复杂，不仅造成涂敷工作效率降低，涂敷工艺成本升高，而且对催化涂层的牢固度、均匀度等质量指标也有不利影响。内涂层采用Pt催化剂，不仅原料成本高昂，抗硫、抗热老化性能较差，同时，其氧化反应催化作用过强，难以保证NH₃生成N₂反应的选择性，导致NH₃过度氧化成的NOx比例过高，无法在外涂层的SCR反应中完全净化，从而再次恶化了柴油机的NOx排放。此外，外涂层采用的铜基分子筛主催化剂也是价格很高的化工原料，同样推高了ASC催化剂的生产成本。

发明内容