[发明专利]氧化催化剂及其制造方法

说明书

本发明涉及一种氧化催化剂，该催化剂可以氧化烃(HC)、一氧化碳(CO)和可溶性有机馏份(下文称为“SOF”)以在低温下将其分解，而且该催化剂可以抑制二氧化硫(SO₂)在高温下变成硫酸以减少颗粒物料(下文简称为“PM”)的排出。HC、CO、“SOF”和SO₂例如是尾气中所含的，所述尾气是指从内燃机(如柴油机)排出的。本发明还涉及一种制造这样一种氧化催化剂的方法。

用于氧化含于尾气中的HC和CO的氧化催化剂通常包括一种多孔载体，和一种载在该多孔载体上的铂族催化元素。至于多孔载体，通常使用无机多孔载体。例如，日本未审专利公开(KOKAI)No.62-201648公开了使用氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和二氧化硅-三氧化二铝作为无机多孔载体。日本未审专利公开(KOKAI)No.55-147153和日本未审专利公开(KOKAI)No.64-4220建议使用“A”型沸石、“X”型沸石、丝光沸石和结晶沸石作为无机多孔载体。

然而，最近内燃机的性能已经得到了改进，从而所排出的尾气含有许多有毒有害成分，而且其温度也剧烈波动。结果是，常规的含有无机多孔载体和载在该载体上的Pt的氧化催化剂不能完全氧化该尾气中所含的HC和CO。这样，人们一直希望提供一种具有较高氧化活性的氧化催化剂。

日本未审专利公开No.平4-363138公开了这样一种氧化催化剂。这种氧化催化剂包括含有一种无定形粘土矿物的载体，和载于该载体上的Pt和/或Pd。该无定形粘土矿物至少部分被转化成无定形的，而且其构成元素如Mg和/或Al被一种过渡金属取代，取代量为相对于成分Mg和/或Al的总量的10％(wt)或更少。

正如日本未审专利公开(KOKAI)No.平4-363138中所揭示的，氧化催化剂可以按下列步骤顺序制备；即：在400至800℃范围的温度下热处理双链结构型粘土矿物(海泡石、坡缕石和绿坡缕石)，从而至少一部分该粘土矿物结构被转变成一种无定形粘土矿物。在所得到的无定形粘土矿物中，构成元素如Mg等可能被其它元素取代。从而使用一种过渡元素如铁等来取代Mg等，靠此制备一种被取代的无定形粘土矿物。

在所得到的被取代的无定形粘土矿物中，过渡元素几乎以原子状态分散，因为过渡元素取代了至少一部分Mg等。最后，将Pt等载于被取代的无定形粘土矿物上。在所得到的氧化催化剂中，被载带的Pt之类几乎以原子状态被载带，因为被取代的无定形粘土矿物已被转变成至少部分无定形的。Pt之类的原子分散是由微细晶体界面(或不对称表面)的增加以及该结构中暴露的OH基的增加引起的。

这样制得的氧化催化剂可以以高吸附性吸附有毒物质如HC和CO。该优点是由被取代的无定形粘土矿物有多孔(后面称为“通道”)并表现出大的BET比表面积这种结构而产生的。该优点还起源于过渡金属几乎以原子态分散来吸附HC这种方式。另外，该氧化催化剂可以在低温有效地氧化HC和CO。这一额外的优点归因于Pt等几乎以原子状态分散。

然而，当使用在日本未审专利公开(KOKAI)No.平4-363138中公开的氧化催化剂来净化从例如柴油机中排出的尾气时，它表现出在低温下的不适当的HC氧化活性，并产生硫酸盐而不利地增加高温下“PM”的放出。在该氧化催化剂中，SO₂被大量地吸附在被取代的无定形粘土矿物上，该矿物的构成元素如Mg和/或Al被一种过渡金属元素取代，取代量为相对成分Mg和/或Al的总重的10％(wt)或更少，所吸附的SO₂被Pt氧化并在高温下转变成硫酸。这样，在高温下“PM”的排放增加。除了气态HC、CO和SO₂外，从柴油机排出的尾气包括“PM”，“PM”是由“SOF”、烟灰和硫酸盐构成。为了通过使用催化剂减少“PM”的排放，催化剂应当使“SOF”分解并同时抑制由SO₂氧化而导致的硫酸盐的生成。

日本未审专利公开(KOKAI)No.7-75738公开了一种克服所述问题的氧化催化剂。该氧化催化剂按下列步骤顺序制造；即：通过一个第一热处理过程制备无定形粘土矿物，即至少部分转变成无定形的无定形粘土矿物；该无定形粘土矿物的构成元素如Mg和/或Al被一种过渡金属元素取代，取代量相对成分Mg和/或Al的总重为10％(wt)或更少；并且所得到的被取代的无定形粘土矿物在500至900℃的温度下进行第二次热处理。