[发明专利]净化机动车排气的稀土－贵金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于环境保护领域，涉及一种净化机动车排气的稀土-贵金属催化剂及其制备方法，更具体地说涉及一种可以同时净化机动车排气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物的、以稀土氧化物和少量贵金属为主要活性成分的三元催化剂及其制备方法。

三元催化净化器(TWC)作为一种有效的净化机动车排气的手段已在世界上被广泛使用，但是对性能更优、成本更低的的新催化剂的探索仍方兴未艾。目前已形成了两个发展方向：一是非贵金属三元催化剂，如中国专利CN1046102A、CN1074629A和CN1129146A等所公开的技术；其二是过渡金属加少量贵金属，如中国专利CN1047225A和CN1119127A所公开的技术；而U.S.4,965,243专利公开了一种以稀土氧化铈或氧化镧与贵金属组成的三元催化剂。目前世界上最主要的汽车催化剂生产厂也都采用贵金属体系的配方。在这些以贵金属为活性组元的催化剂中，贵金属的含量都是比较高的，一般贵金属含量可达每升1.0克以上。由于世界上贵金属的资源十分有限，价格昂贵，因此，上述专利所公开的技术在大规模应用时受到了一定的限制。

本发明的目的在于公开一种以堇青石蜂窝陶瓷为载体、以含有稀土元素的贵金属铂、钯、铑为活性组分涂层和具有稀土氧化物-氧化铝复合涂层的净化机动车排气用的催化剂。所说的催化剂具有含量较高的稀土氧化物和较低含量的贵金属，不仅能保证催化剂的三效性能和使用寿命，而且价格低廉，冷启动快，能够克服现有催化剂所存在的缺陷，满足人们实际应用的需要。

本发明的构思是这样的：

为了降低催化剂的成本，提高催化性能，增加稀土氧化物在催化剂中的品种和含量是一个有效的途径。许多稀土氧化物如氧化镨等，也是一个价态可变的化合物，而且对许多反应均具有特异的催化功能，因此在催化剂中加入氧化镨等也将对改善催化剂的性能将起到积极的作用。同时，由于氧化铈的比热较小，只有堇青石的1/2～1/3，而且随温度的升高变化很小。因此，当本发明将不同数量和种类的稀土氧化物引入蜂窝陶瓷载体的微孔内和孔道表面、氧化铝涂层和活性组元层中以降低贵金属使用量时，不仅能有效地降低催化剂的生产成本，而且有利于降低催化剂的比热，改善冷启动性能。

本发明所说的催化剂是以任何形状的堇青石蜂窝陶瓷为载体的，孔道密度以每平方厘米15～47孔为宜；

在载体的微孔内和孔道表面具有一层稀土氧化物-氧化铝复合涂层，在复合涂层上又有一层含有稀土氧化物的贵金属活性组分涂层。稀土氧化物在催化剂中的总用量为10～150克/升催化剂，氧化铝在催化剂中的用量为15～200克/升催化剂，稀土氧化物的重量百分比可以大于氧化铝，贵金属的用量为0.01～1.5克/升催化剂，优选使用的为0.1～0.5克/升催化剂；

所说的复合涂层是由一个稀土氧化物底层和一个添加了稀土氧化物的氧化铝上层所组成，复合涂层量为50～200克/升催化剂。其中，稀土氧化物底层的涂层量为10～60克/升催化剂；氧化铝上层的涂层量为15～200克/升催化剂；复合涂层中稀土氧化物与氧化铝的重量比为0.05～2；

所说的稀土氧化物为镧系稀土氧化物或氧化钇中的一种或一种以上；

为了提高催化剂的热稳定性及储氧量，氧化铝涂层中还可以添加含有镧、铈、镨、钡、镁、锆中的至少二种元素的氧化物作为添加剂，添加剂的加入量为氧化铝涂层总重量的1～50％，优选的加入量为5～30％；

所说的活性组分层由贵金属Pt、Pd或Rh中的一种或一种以上和镧系稀土氧化物或氧化铱中的一种或一种以上所组成，其中：Pt∶Pd∶Rh＝(0～3)∶1∶(0～6)，活性组分中稀土氧化物与贵金属总重量之比为(0.05～30)∶1，优选使用的为0.5～20∶1。优选使用的为稀土氧化物氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钐或氧化钇中的一种或一种以上

由上述公开的技术方案可见，本发明所说的催化剂中贵金属的含量大大地低于目前商品汽车催化剂中贵金属的含量，而稀土含量则大幅度地提高，且以三个层次引入催化剂，从而不仅成本大幅度降低，而且催化性能也将大大提高。

本发明所说的催化剂也是这样制备的：

1.蜂窝陶瓷为载体经脱气处理后，采用等体积浸渍法浸渍于含有稀土元素镧、铈或钇的硝酸盐、醋酸盐或氯化物中的一种或一种以上的水溶液中。稀土盐溶液的浓度可根据所需的稀土氧化物的负载量和载体的吸水率来计算。浸渍后的载体在80～150℃的温度下干燥2～6小时，在350～700℃的空气中焙烧2～8小时，获得具有稀土氧化物底层的催化剂载体；