[发明专利]氧化铝催化剂载体

说明书

技术领域

本发明涉及制备氧化铝的方法，其适合于在处理内燃机废气产物的过程中用作催化剂载体。

背景技术

已知内燃机的废气产物对人类、动物以及植物生命存在健康危害。污染物一般是未燃烧的烃类、一氧化碳、氮氧化物以及残留量的硫和含硫化合物。为了适合于车辆应用，废气催化剂必需满足对于点火性能、效力、长期活性、机械稳定性以及成本效率的严格要求。未燃烧的烃类、一氧化碳以及氮氧化物污染物已经通过与多功能贵金属催化剂接触而成功地得以处理，所述贵金属催化剂能够将大部分的污染物转化为危害性较小的二氧化碳、水（蒸汽）和氮气产物。然而，已知的是，燃料中和由此产生的废气产物中存在的硫和含硫化合物会使贵金属中毒，导致它们的催化效力和寿命降低。

“催化转化剂”用于将有害污染物转化为无害气体，其通常由三种组分组成，即催化活性金属、活性金属在其上分散的载体以及将载体施加或“洗涂（washcoated）”于其上的基材。

在所面临的不同的条件下均可用于使有害污染物（如一氧化碳、氮氧化物和未燃烧的烃类）发生有效转化的催化金属是贵金属，通常为铂族金属，如铂、钯、铑和它们的混合物。这些贵金属催化剂是本领域已知的，并且在例如DE-053830318中有更充分的描述。

贵金属通常被负载于高表面积的无机氧化物上，所述无机氧化物例如为高表面积的氧化铝颗粒。所述高表面积的氧化铝被施加或“洗涂”于陶瓷或金属基材上，所述陶瓷或金属基材例如为蜂窝状整料（monolith）或金属丝网或类似结构的形式。也可在将载体材料洗涂于整料上后，将贵金属施加于该载体上。

由于纳米晶氧化铝具有高比表面积、以及在升高的温度下具有良好的抗粗化和抗烧结这样的耐热性，所以将纳米晶氧化铝用作催化剂载体。然而，氧化铝会与燃料中和由此产生的废气产物中的硫和含硫化合物发生强烈的相互作用，导致在氧化铝的表面储存SO₄^-。当发生这样的吸附时，已知含硫化合物会使贵金属催化剂（尤其是用铂金属形成的那些催化剂）中毒，引起催化剂体系的活性和有效寿命降低。

二氧化硅几乎不与硫和含硫化合物相互作用，并且也不会表现出储存硫酸根的能力。然而，二氧化硅没有表现出形成有效排放控制型催化剂载体所需的水热稳定性，因此对于这类应用来说，二氧化硅并不是理想的催化剂载体材料。这样，已经发现用二氧化硅对氧化铝表面改性是可取的，从而将氧化铝的结构特性和二氧化硅的化学特性相结合。

WO2008/045175公开了这样的结构，该结构包含表面上具有二氧化硅覆层的多孔氧化铝颗粒，该结构是通过以下方法制得的：使氧化铝颗粒形成含水浆料，将二氧化硅前体材料与所述浆料混合，用酸处理所得混合物以形成经处理的氧化铝颗粒的水性悬浮液，洗涤该悬浮液以除去碱金属材料，将所得悬浮液喷雾干燥以提供干燥的颗粒，然后煅烧该干燥颗粒以形成表面上具有二氧化硅覆层的高表面积氧化铝。

希望通过更简化的工艺形成这样的氧化铝催化剂载体：在进行由一氧化碳和烃类材料向二氧化碳和水转化的过程中，所述载体能够增强贵金属的活性，同时对存在的硫及含硫化合物表现出高的耐受性。

进一步希望的是，形成能够增强贵金属（尤其是铂金属）活性的氧化铝催化剂载体，使得内燃机（尤其是柴油机）的有毒排放产物转化为对环境更友好的产物，并且由于对存在的硫和含硫化合物具有增强的耐受性而使得在延长的使用寿命期间表现出这样的活性，并且提供相对于现有的氧化铝催化剂载体材料得到改进的性能。

发明内容

第一方面，本发明涉及一种高表面积高孔容的多孔氧化铝，其包含：

铝氧化物，

任选包含的硅氧化物和铝硅酸盐，以及

任选包含的一种或多种掺杂剂，

所述氧化铝具有约100平方米/克至约500平方米/克的比表面积、以及在900℃下煅烧2小时后为1.2立方厘米/克或更高的总孔容，其中孔径小于10nm的孔占所述总孔容的15%或更低。

在一个实施方案中，根据本发明的第一方面所述的多孔氧化铝包含硅氧化物和铝硅酸盐，并且表现出对含硫化合物的吸附作用降低。

第二方面，本发明涉及一种催化剂，包含：

(a)根据本发明的第一方面所述的多孔氧化铝，以及

(b)分散在该耐硫的高表面积高孔容的多孔氧化铝上的贵金属。

第三方面，本发明涉及一种制备高表面积高孔容的多孔氧化铝的方法，包括：