[发明专利]用于净化汽车所排放废气的蜂窝结构型催化剂，其制备方法及使用该催化剂净化废气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于净化汽车所排放的废气的蜂窝结构型催化剂，其制备方法和使用该催化剂净化废气的方法，以及净化废气的催化剂，其制备方法和用于净化废气的方法，所述催化剂为含有贵金属组分的相对廉价的三元催化剂，即使在高温下也能够抑制贵金属的烧结，并且能够净化一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx)，尤其对于净化氮氧化物是优良的。

背景技术

通常，对应于其目的，已将各种组分用作催化剂组合物以净化汽车等的内燃机所排出的废气。其中，将用作主催化剂组分的铂族金属以高度分散状态负载在具有高表面积的耐热性无机氧化物(如活性氧化铝)上，并与其他催化剂材料一起转化为催化剂组合物浆料以涂覆在蜂窝结构型载体上(参见专利文件1)。

铂族金属，如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)通常作为净化废气的催化剂。在许多情况下将Pt和Pd转化为氧化性活性物质，其中，Pt具有特别高的活性，即使在中毒或颗粒生长之后也仍然具有高净化性能。因此，其已被用作净化由汽车等的内燃机所广泛排出的废气的催化剂。然而，由于Pt的产量较低，因此其市场价格在近年来一直上升。因此，考虑到资源保护或成本方面，进行研究以降低其用量。

作为这种Pt用量的降低措施，已研究用Pd代替Pt或一部分Pt。Pt和Pd均为具有氧化功能的活性物质，然而，与Pt相比，Pd在被硫毒化或颗粒生长时，的活性显著降低。此外，与Pt相比，Pd在与Rh结合使用时，趋于变为合金。此外，在如高温氧化性气氛的严苛条件下，由于颗粒生长或者由于与废气中的助催化剂组分或毒化组分的不期望的相互作用，导致Pd趋于性能下降。因此，Pd已与旨在抑制中毒、烧结、颗粒生长或合金化的组分结合使用(参见专利文件2和专利文件3)。

此外，汽车废气含有各种反应性组分并具有高热量，因此其往往使得净化废气的催化剂组分烧结和产生中毒。在净化废气的催化剂中，由于其净化活性的主要部分是贵金属，因此抑制贵金属的中毒或烧结是一个重要的问题，并且已研究了各种解决方法。

已知废气中的NOx为空气污染物质，并且N₂O为促进全球变暖的温室效应气体。因此，各国的政府机构已实施了各种NOx的排放规定。在该NOx的净化中，Rh用作催化活性物质，然而，当与Pd一起在同一组合物中使用时Rh也是需要担心合金化的材料(参见专利文件2)。此外，当Rh与氧化活性物质Pt和Pd一起在同一催化剂组合物中使用时，也需要担心氧化性能和还原性能的抵消。因此，已研究将Rh和Pt，以及Pd作为各自不同的催化剂组合物涂覆在蜂窝结构型载体上。

在净化废气的催化剂中，除了上述活性物质之外，还常常使用选自无机氧化物，如储氧组分(其也可以称作OSC)、钡组分(Ba组分)、氧化锆、二氧化硅、氧化钛、氧化铝、沸石的助催化剂组分。该OSC在废气中的氧浓度高时吸收氧，并在废气中的氧浓度低时放出氧。通过氧的储存和放出，废气中的氧浓度的变化得以缓冲，因此可以将氧浓度调节至适于废气净化的水平。

在用于净化由使用汽油的汽车排放的废气的三元催化剂(TWC)中，净化废气的催化剂通常设计为当HC、CO、NOx等的浓度和氧浓度在特定范围内(其也可以称作“窗口”)时发挥出高活性。氧浓度变化的缓冲显示了维持这种窗口区的作用，并用于以高效率净化废气中的毒性组分。

此外，废气中的HC或CO被Pt或Pd氧化，然而，当氧浓度低时，难以促进HC或CO的氧化。在此情况下，OSC向废气提供氧并氧化HC或CO，从而用于促进废气净化。这种作用可称为氧化还原反应，使用具有高速率的氧供应和储存的OSC倾向于容易地提供在HC或CO的净化能力方面优越的催化剂。铈-锆型复合氧化物已知是具有高速率的氧储存和释放的OSC(参见专利文件4)。认为氧储存和放出的速率高的原因是铈-锆型复合氧化物的晶体结构是热稳定的或氧化还原稳定的，因此作为主要OSC组分的氧化铈的作用不受妨碍，并且甚至可以在颗粒内部利用作为OSC的作用。应注意锆是过渡金属，其氧化物具有氧储存和放出能力，因此可考虑使用氧化锆作为OSC，然而，据说预期氧化锆作为OSC的能力不如氧化铈。

在净化废气的催化剂中，已将Ba组分用作助催化剂组分。Ba组分具有吸附废气中的NOx的功能。也就是说，在Ba组分为BaCO₃的情况下，当废气中的NOx浓度变高时，BaCO₃与NOx反应变成Ba(NO₃)₂。这种与NOx的反应可称为NOx的吸附或NOx的储存。