[发明专利]无铂族金属的催化剂

说明书

发明技术领域

本发明涉及用于减少排出气流中一氧化二氮、一氧化碳、烃和硫排放物的不含任何铂族金属的催化剂。

发明背景

催化转化器中的催化剂已经用于减少由来自各种来源的排气导致的污染问题，这些来源的例子有汽车、公用厂、加工和制造厂、飞机、火车、所有地面运动车辆、船、采矿设备和其它装配了发动机的机器。常用于此方式的催化剂是三效催化剂(″TWC″)。TWC通过将一氧化碳、烃和氮氧化物转化为危害更小的化合物或污染物来起作用。具体而言，TWC的作用是同时将氮氧化物转化为氮和氧，将一氧化碳转化为危害更小的二氧化碳，将未燃烃氧化为二氧化碳和水。现有技术的TWC是使用至少一些铂族金属制成的。除非另有指示，否则在此说明书中，铂族金属在该申请中指铂、钯、钌、铱、锇和铑。

随着对容许的排放物的标准日益严格，对铂族金属的需求持续增加，这是因为铂族金属在除去排气中污染物方面非常有效。但是，这种需求以及对铂族金属的其它需求造成铂族金属的供应紧张，因而导致铂族金属的价格增高，进而造成催化剂和催化转化器的价格提高。因此，需要一种催化剂，该催化剂不需要铂族金属，并且具有与现有技术催化剂类似或比之更佳的功效。

发明概述

本发明涉及一种包括基材和修补基面涂层(washcoat)的催化剂体系，所述催化剂体系基本不含铂族金属。所述修补基面涂层包括至少一种氧化物固体，该氧化物固体选自下组：载体材料氧化物、催化剂和它们的混合物。载体材料氧化物包括一种或多种选自下组的材料：储氧材料、氧化铝、掺杂氧化铝、尖晶石、铜铁矿、钒铁铜矿(lyonsite)、石榴石、钙钛矿、烧绿石、掺杂氧化铈、萤石、氧化锆、掺杂氧化锆、钛、氧化锡、二氧化硅和它们的混合物。催化剂包括一种或多种选自下组的材料：ZPGM过渡金属催化剂、混合金属氧化物催化剂、沸石催化剂和它们的混合物。储氧材料包括一种或多种选自下组的材料：铈、锆、镧、钇、镧系金属、锕系金属和它们的混合物。所述催化剂体系可任选地包括含有至少一种氧化物固体的外涂层(overcoat)，所述外涂层氧化物固体包括一种或多种选自下组的材料：载体材料氧化物、催化剂和它们的混合物。

本发明还涉及一种包括基材、修补基面涂层和外涂层的催化剂体系，所述催化剂体系基本不含铂族金属。修补基面涂层包括一种或多种选自下组的材料：载体材料氧化物、陶瓷和它们的混合物。外涂层包括催化剂。外涂层的催化剂包括一种或多种选自下组的材料：ZPGM过渡金属催化剂、混合金属氧化物催化剂、沸石催化剂和它们的混合物。催化剂体系还包括一种或多种选自下组的材料：钙钛矿、尖晶石、钒铁铜矿、储氧材料、氧化铝和它们的混合物。

ZPGM过渡金属催化剂包括一种或多种过渡金属。混合金属氧化物催化剂包括混合金属氧化物和至少一种过渡金属，所述混合金属氧化物包括一种或多种选自下组的材料：碱金属、碱土金属、镧系金属、锕系金属和它们的混合物。沸石催化剂包括至少一种沸石和至少一种过渡金属。沸石包括一种或多种选自下组的材料：ZSM5、片沸石、菱沸石和它们的混合物。过渡金属包括一种或多种选自下组的材料：铬、镓、锰、铁、钴、镍、铜、铌、钼、钨、银和它们的混合物。

本发明还涉及一种通过浸渍制备催化剂体系的方法，该方法包括在基材上沉积修补基面涂层，处理修补基面涂层和基材以使金属盐转化为金属氧化物，所述催化剂体系基本不含铂族金属。所述修补基面涂层包括至少一种氧化物固体，该氧化物固体包括一种或多种选自下组的材料：载体材料氧化物、催化剂和它们的混合物。该方法还包括在所述处理后，在修补基面涂层上沉积外涂层，处理外涂层和修补基面涂层。所述外涂层包括至少一种氧化物固体，该氧化物固体包括一种或多种选自下组的材料：载体材料氧化物、催化剂和它们的混合物。

本发明还涉及一种通过沉淀制备催化剂体系的方法，该方法包括在修补基面涂层上沉淀过渡金属盐，处理沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层，将沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层沉积在基材上，处理基材上的沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层，所述催化剂体系基本不含铂族金属。过渡金属盐包括至少一种过渡金属和至少一种载体材料氧化物。该方法还可包括在处理基材上的沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层后，在经过处理的沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层上沉积外涂层，处理该外涂层、经过处理的沉淀的过渡金属盐和修补基面涂层。