[发明专利]低贵金属用量/高稀土元素用量氧化物催化剂

说明书

本发明涉及一种制造低成本、耐久的三元催化剂的方法，该催化剂用于在近似理论空/燃比下对由汽油内燃机产生的尾气中的碳氢化合物、一氧化碳进行氧化及对其中的氮氧化物进行还原。更特别地，该催化剂包含一种用铂和/或钯的贵金属浸渍过的，用铑分层涂覆的铝和稀土元素混合金属氧化物。

催化剂用于机动车尾气系统，将发动机工作过程中产生的一氧化碳、碳氢化合物及氮氧化物(NO_x)转化为包括二氧化碳、水汽和氮气(H₂O)在内的无污染气体。当以汽油为燃料的发动机按理想空/燃比配比或按略大一些的空燃比，例如在约14.7到14.4之间进行工作时，含有铂、钯和铑等贵金属的催化剂能够有效地同时转化上述三种气体。因此，这种催化剂通常被称做“三元”催化剂。典型的这种催化剂用对高的贵金属担载达到所需的高的转化效率以满足许多国家较为苛刻的排放标准。这使得这种催化剂较为昂贵。即使在一些尾气排放标准不那么苛刻的国家中，也需要一种耐久的可以满足较宽松的尾气排放标准并且也较为廉价的催化剂。

我们已经发现了一种制造这种耐久的三元催化剂的方法，可比传统的催化剂显著降低贵金属的担载量，使价格减低，但在近似理想空燃比下仍显示优异的尾气转化率。该催化剂包括一种按特殊的排列载有贵金属的铝-稀土(混合金属)氧化物，其中，相对高担载的稀土元素与相对低担载的贵金属相组合。这些及本发明的其它方面将在下面详细讨论。

本发明为一种制造用于处理含有碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物(NO_x)的汽油发动机废气的耐久三元催化剂的方法。该催化剂具有相对高担载的稀土和低担载的贵金属，以降低成本。

本发明方法包括：首先，在一种基体(substrate)上涂布一种氧化物颗粒，该氧化物颗粒包括(1)一种混合金属氧化物，和选择性的(2)按该混合金属氧化物的重量计为0-8wt％的氧化物稳定剂，该混合金属氧化物的金属基本上是由铝和稀土金属所组成的。该氧化物以基于基体重量10-30wt％的量涂布于基体上。在这种氧化物涂层中，稀土金属包括铈(Ce)和镧(La)，且镧按La₂O₃计，铈按CeO₂计，铝按Al₂O₃计，镧占镧和铈总量的40-70wt％，稀土金属占铝和稀土金属重量的20-60wt％。根据本方法，贵金属沉积于氧化物涂层之上，其中，先将至少为铂和钯中的一种沉积其上，而后沉积一层铑的分层涂层(overlayer)，基于该基体的体积，其量为约5.35g/ft³。

因此，本发明的催化剂含有与贵金属量相比显著过量的稀土金属氧化物。本发明的关键在于，铝和稀土是被结合到混合金属氧化物中的，即，在该氧化物晶格中金属原子连在了相同或不同的氧原子上。一种形成这种混合金属氧化物的优选的方式为在下面将详细讨论的从溶液中共沉淀的方法。根据本发明的另一方面，这是一种由上述方法过程制备的催化剂，而再一方面，是通过将尾气与催化剂接触用此催理想空燃比汽油发动机所产生的废气的方法。

附图的简要说明如下：

图1为显示了按照本发明的优选的实施方案制备的具有混合金属氧化物催化剂和作为对照的仅仅是直接混在一起的金属氧化物催化剂的起活性能(Light-off behavior)图。

图2为按本发明优选的实施方案制备的新的催化剂在不同氧化还原比例下的CO、HC、NO_x转化情况的图。

图3为图2的催化剂在老化之后在不同氧化还原比例下的CO、HC、NO_x转化情况的图。