[发明专利]双层三元催化剂

说明书

本发明涉及一种三元催化剂，其由两个层叠的催化活性层所构 成，适用于内燃机废气的净化，且在优异的热老化稳定性的情况下具 有出色的催化活性。

三元催化剂被大量用于处于实质上以理论配比运行的内燃机的 废气的净化。它们能将发动机的三种主要的气态有害物质，即烃、一 氧化碳和氧化氮，同时转化成无害的组分。在此，通常采用双层催化 剂，其能将不同的催化过程分开，从而在所述两个层中能调节出最佳 的催化效果。这类催化剂在，例如，EP 1 046 423、EP 0 885 650或 WO 95/35152中已有描述。如果这种双层催化剂含有钯作为催化活性 贵金属，则在制备该催化剂时通常要注意：钯与同样作为催化活性组 分的铑在空间上分开地存在。例如，EP 0 885 650和WO 95/35152中 描述的催化剂总是在外面的、第二层中含有铑(任选存在铂)，而钯 (同样任选存在铂)总是处于内部的、第一层中。这种通常将贵金属 铑和钯小心地进行空间上分开的原因在于一种到目前为止被认为是正 确的假设，即这两种贵金属，当它们彼此直接接触时，在对于三元催 化剂典型的高温下，会由于形成金属间相，从而失去其催化活性。这 相当于催化剂的不可逆的热失活。

与此不同，EP 1 541 220描述了一种单层的、富含钯的三元催 化剂，在其优选的具体实施方案中，至少70重量％在合金化条件下存 在的钯和铑处于非合金化状态。作为载体物质优选含有富含锆的铈/ 锆储氧物质和γ-氧化铝。为了制备所述的催化剂，所有所用的组分都 混合在悬浮液中，并被涂覆到载体上。这样，在得到的催化剂中，所 有的催化活性物质在空间上彼此接近地存在。

US 2003/0180197A1披露了一种含有催化金属化合物和大孔化合 物的催化剂，其中大孔化合物包括储氧物质和氧化铝。所述催化剂的 特征在于，储氧物质和/或氧化铝的大孔体积的至少40％与孔径大于 的孔有关。除了钯存在于一层，而铑存在于另一层的催化剂的两 层的具体实施方案，该文献还公开了一种单层催化剂，其由以下方式 制得：用含钯的载体涂料(Washcoats)涂覆到载体上，并随后用铑化 合物对涂层上部的10微米进行渗透。

对降低内燃机排放的持续增长的要求，使得催化剂的不断地发展 成为必需。在此，尤其重要的是用于转化有害物质的催化剂的起燃温 度及其温度稳定性。有害物质的起燃温度是指由该温度起，所述有害 物质的例如多于50％被转化。所述温度越低，冷启动之后有害物质就 可越早地转化。在满负荷下，在紧挨着发动机出口处的废气的温度可 高达1150℃。所述催化剂的温度稳定性越好，其就可被置于越接近发 动机的部位。这同样可改善冷启动之后的废气净化。

所提到的现有技术的催化剂在起燃温度和温度稳定性方面，已具 有非常好的性能。但是，日益严格的法律上的规定使寻找更好的催化 剂成为必需。

因此，本发明的目的是提供一种催化剂，其与现有技术的催化剂 相比，具有进一步降低的起燃温度和改进的温度稳定性。

所述目的是通过在由陶瓷或金属构成的惰性催化剂载体上具有 两个层叠的催化活性涂层的催化剂而得以实现。这两个催化活性层分 别包含活性氧化铝和铈/锆混合氧化物，其是由钯催化活化的。第二层 中的两种氧化物还被铑催化活化。而且，对于本发明的催化剂重要的 是，使第二层中的铈/锆混合氧化物具有比第一层中的铈/锆混合氧化 物更高的氧化锆含量。

在本发明的范围中，术语“第一层”总是指首先被施加到惰性催 化剂载体上的涂层，即位于载体侧的层。随后，所谓的“第二层”被 施加到该位于载体侧的层上，在成品催化剂中所述第二层与待净化的 废气直接接触。

令人惊讶地，通过在主权利要求中描述的各层所选择的组合物， 与现有技术的催化剂相比，在本发明的催化剂的起燃性能和温度稳定 性方面，获得了显著的改进。这种改进的一个原因(特别是与EP 1 541 220所描述的催化剂相比)可能在于，保持所述氧化物载体物质在空 间上分开。发明人所进行的研究表明，将铑负载在富含锆的铈/锆氧化 物上，通常导致获得比将铑负载在低锆含量的铈/锆氧化物上更老化稳 定的催化剂。通过严格地遵循将所述氧化物载体物质在空间上分开， 用本发明的催化剂尤其可能的是，在适当地选择贵金属浓度的情况下， 满足非常严格的排放标准SULEV和PZEV(SULEV＝特超低排放车辆； PZEV＝部分零排放车辆)。而采用现有技术的催化剂，这是根本不可能 达到的。