[发明专利]负载贵金属微粒的大气净化催化剂及制法

说明书

本发明是一种用于净化大气污染物的催化剂及其制备方法，特别是可同时消除内燃机排气中的碳氢化物(HC)，一氧化碳(CO)，氮氧化物(NOx)的所谓″三效″催化剂及制备方法。

汽车排气净化催化剂已有三十多年的研究开发历史，最早用于汽车排放净化器中的催化剂为浸有Pt，Pd的Al₂O₃小球，八十年代发展为蜂窝陶瓷上涂有Al₂O₃涂层为载体，负载Pt，Pd为活性组份，其活性主要表现在对CO，HC两种有害气体的消除性能，通常称之谓″两效″催化剂或燃烧催化剂。随着对汽车排放物限制的严格化，从八十年代开始出现可同时消除CO，HC，NOx三种污染物的新″三效″催化剂(TWC)，并成为当今汽车排气净化催化剂发展的主流。已有的″三效″催化剂其活性组份为Pt，Rh或Pt，Pd，Rh，例如典型的欧洲实用″三效″催化剂为Pt，Rh，其贵金属含量为1.24～1.41克/立升，(引自″Ctalysis and Automotive pollution Control″81-95。Proceedings of the First International Sympolium Brussels.September 8-11 1986)以Pt，Pd，Rh贵金属为″三效″催化剂活性组份的专利很多。有代表性的工作有：USP4,868,149,4,407,738，DEP4204421.9，4003939.0，EP0393612，0251708，0427493A2，JP18219/87(CN88100589A)，JP230026/87(CN87106740A)，JP90310/88(CN1038222A)，JP90311/88及特开昭63-54940，61-11147，CN1087031A。上述催化剂虽然在制备方法及贵金属用量各有不同，但其共同点是均使用Rh元素作为还原NOx的有效成份。由于贵金属资源Pt，Pd，Rh的短缺，特别是Rh资源的馈乏，早已有不少研究者开始注重开发非贵金属催化剂或减少贵金属用量的新型催化剂。杜邦公司在USP3,897,367中的ABO₃型钙钛矿型催化剂及其后来相似的工作均由于耐硫性能的弱点而未得实用化。此后有不少工作集中于少量贵金属替代B位中的一部位而构成的贵金属---非贵金属复合催化剂。这类工作有：USP4,134,852,4,748,143，以及大量的中国专利CN1074629A，1072107A，1060793A，1087034A；这些催化剂共同点是使用稀土族和过渡族非贵金属为活性组份的ABO₃钙钛矿结构催化剂，这类催化剂抗硫性能及耐高热老化性能较差，在800℃以下可能表现出对CO，HC，NOx净化的三效性能，但在1100℃老化后基本表失了对NOx的还原能力，最终表现为只对CO，HC有净化能力的″两效″催化剂或称氧化催化剂。

与本发明相近的工作有DEP3736810.9，在中国申请的专利号为CN1032749A，其主要特征是在Pt，Pd氧化型催化剂基础上将Al₂O₃载体中CeO₂的含量达到25～52％(Wt)，使用通常的浸渍法制备，先浸Pt后浸Pd，催化剂经过氧气还原化处理活，这种方法工艺复杂，成本高，高温热稳定性差。与本发明另一相近的工作为JP1827/87，90310/88，90311/88，DEP4003939.0，所述催化剂制备过程中使用颗粒法制备技术，但催化剂活性组份仍未摆脱以Rh为″三效″催化剂中NOx还原的活性组份。

本发明的目的在于提供一种新型的大气净化用催化剂及制备方法。该催化剂可同时消除CO，HC，NOx三种污染物，而活性组份中不使用Rh，只用两种组份Pt，Pd就可以达到通常″三效″催化剂的功能，这种催化剂特别适于作为汽车排放尾气的净化催化剂。

为实现上述目的，本发明催化剂的本征载体采用高表面的稳定化的氧化物微粒，催化剂中的活性组分为担载在微粒上的贵金属Pt和Pd，构成微粒状负载催化剂，并将该催化剂混入Al₂O₃涂层中用挂胶法直接制备出实用的大气净化催化剂。其制备中省略了整体式蜂窝陶瓷挂Al₂O₃涂层后再浸催化剂活性组份的过程，从而简化了生产工艺。而涂层中的Al₂O₃已有再是催化剂的载体而是向微粒催化剂提供气体通道的支撑涂层，使催化剂具有优良的活性达到本发明的目的。