[发明专利]具有减少的二氧化铈还原的储氧催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于减少在排放气流中污染物的排放处理系统和方法。具体而言，本发明的实施方案涉及使用过渡金属氧化物促进的二氧化铈基储氧催化剂材料。

背景技术

三元催化剂(TWC)组合物是多功能的，因为它们具有基本上同时催化氧化和还原反应的能力，例如在气流中碳氢化合物和一氧化碳的氧化以及氧化氮的还原。发现这些催化剂组合物用于多个领域，包括处理来自内燃机(例如汽车、卡车、和其它以汽油为燃料的发动机)的排出气体。

通常将″密偶(close-coupled)″催化剂定义为位于发动机室中，从(并且通常直接附接至)排气歧管的出口，典型地小于一英尺，更典型地小于六英寸。在本领域中″中偶″催化剂也是已知的，以及通常将其定义为位于(任何密偶催化剂的下游)从排气歧管的出口不超过约24(典型地18)英寸。在本领域中地板下催化剂成员也是已知的，并且位于(任何密偶和/或中偶催化剂的下游)在车辆的地板的下面，与车辆的消声器相邻或联合。

机动车排放处理装置(例如催化转化器)常规地位于车辆中地板下位置中。为了本发明，将术语“车辆”理解为表示客车或卡车，以及将术语“发动机”理解为表示与车辆相关的以汽油为燃料的内燃机。

到发动机排气经过从通过排气管的排气歧管的出口至催化转化器时，与在歧管或接近歧管的温度相比，气体显著地冷却，使得在排出气体在催化转化器中加热催化剂至其起燃温度前，在排出气流中有污染物转化的低速率的显著的周期。相应地，在发动机运行的冷启动期间，由含有相对大量的污染物的发动机排气的显著的排放。

为了减少在排出气流中污染物的水平(特别地碳氢化合物和一氧化碳的水平)，连同发动机使用的气泵能够辅助这些污染物的氧化。然而，车辆制造商更喜欢避免使用机械污染控制装置(例如气泵)，所述机械污染控制装置与它们相关的管件和机械部件影响发动机构架以及在对于发动机的最佳性能没有不利影响下难于将其控制。相应地，车辆制造商更喜欢在不使用机械类型的污染控制装置下调整发动机至最佳性能，并且反而单独使用催化剂成员符合下面所述车辆排放标准，所述催化剂成员包含一种或多种上游密偶和/或中偶类型以及如果必要的话，位于地板下位置的催化转化的催化剂块。然而，严格的政府排放标准逐渐地需要减少冷启动排放物。

对于除了加利福尼亚州外所有州目前有效的″LEV″(低排放车辆)标准禁止高于0.08的无-甲烷碳氢化合物/英里，3.4克的一氧化碳/英里和0.2克的NOx(氧化氮)/英里的车辆排放物。单独使用上游和/或下游催化剂组合物，而不同时使用另外的诸如气泵的机械装置下，许多车辆制造商难于符合目前的标准。加州空气资源局(CaliforniaAir Resource Board)(″CARB″)已公布新的″ULEV″(极低排放车辆)标准，所述标准将禁止高于0.04克的无-甲烷碳氢化合物/英里，1.7克的一氧化碳/英里和0.2克的NOx/英里的车辆排放物，这个事实是更大的担忧。而且，基于在车辆排放标准中的历史趋势，在数年内将需要全国范围的新的ULEV标准，这是可能的。除非符合新的ULEV标准的有效的方法能够被快速地开发和实施，车辆制造商将面临达到该标准而不显著改变发动机/排气架构、并入另外的机械污染控制装置和使用大量的贵金属基催化剂体系的难题。

典型的机动车催化剂是地板下TWC，其催化通过氧气氧化在排出气体中的未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳以及还原氧化氮至氮气。表现出良好的活性和使用期限长的TWC催化剂包含一种或多种铂族金属(即铂或钯、铑和铱)，所述铂族金属位于大表面积、耐火的氧化物负载体(例如大表面积氧化铝涂层)上。将所述负载体携带在合适的载体或基材上，例如包含耐火的陶瓷或金属蜂巢状结构或耐火的粒子(例如合适的耐火材料的球体或短的、挤压的片段)的整体的载体。

因此，对于在更低的操作温度下有效的和利用更小量的铂族金属组分的催化材料本领域存在需求。

发明概述

一个或多个本发明的实施方案涉及包含负载体的储氧材料，所述负载体包括二氧化铈、氧化锆、和稀土金属氧化物。使用过渡金属氧化物促进所述材料，所述过渡金属氧化物选自：在约0.1重量％至约10重量％的范围的氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化锰、氧化银、氧化镓、氧化锌、氧化钆、氧化钐、氧化铟、氧化金、氧化铋和二氧化锡、及其组合。具体的实施方案的储氧材料具有分散在负载体上过渡金属氧化物表面。