[发明专利]用于燃烧炭黑的非PGM催化剂，及使用它的过滤器和废气后处理设备

说明书

相关申请的交叉引用

基于35U.S.C.§119(a)，本申请要求于2011年10月10日提交的韩国专利申请第10-2011-0103319号和于2012年9月27日提交的韩国专利申请第10-2012-0108136号的权益，其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及一种用于燃烧炭黑的非PGM(铂族金属)催化剂，以及使用它的过滤器和废气后处理设备，所述非PGM催化剂在低温下具有改善的氧化力。

背景技术

近些年，由于车辆数量的快速增加，从内燃机排出的废气量正在快速增长。特别是，柴油机的废气中含有的各种物质显著地影响环境，并且据报道废气中的炭黑可能引起健康问题，如变应性紊乱或精子数量下降。

因此，除去废气中的炭黑变为一个紧急的研究项目。商业化的炭黑除去设备包括在与发动机的排气歧管相连的排气管的中间部分安装的外壳，和安装在外壳内的具有细孔的过滤器(filter或者filtration filter)。

然后，在车辆的运行过程中通过排气管排出的废气中的炭黑沉积在过滤器的孔壁上，所以需要定期除去炭黑。

如现有技术中公知的，使用催化剂除去捕集的炭黑的优异技术包括使用NO₂的氧化力的被动(passive)再生方法，和通过在氧化催化剂和含有该氧化催化剂的过滤器中产生的氧化热来除去发动机中产生的未燃烧的烃的主动(active)再生方法。

在除去捕集的炭黑的方法中，将高价格的铂类氧化催化剂(铂族金属或PGM)涂覆在过滤器上以降低燃烧温度并提高燃料效率。

图1是用于解释通过使用PGM催化剂的DPF(柴油颗粒过滤器)催化剂来燃烧炭黑的方法的示意图。如图1所示，当从发动机排出的废气中含有的NO₂和通过催化剂氧化的NO₂与铂(Pt)反应时，燃烧通过DPF过滤的炭黑，在所述催化剂中所述铂(Pt)涂覆在氧化铝/混合氧化物上。

然而，虽然通过使用高价格的PGM例如铂可以降低燃烧温度，但催化剂的价格高，增加车辆的制造成本。

同时，日本专利第4144898号公开一种炭黑燃烧催化剂，其包括载体和第一催化剂且具有0.5至30wt％的载体，所述载体由含有5至50wt％的氧化铈的铈-锆复合氧化物组成，所述第一催化剂由浸渍于载体中的银(Ag)和钌(Ru)的至少一种或其氧化物组成。

根据该日本专利，炭黑可以在低温下使用无需高价格的PGM的氧化反应除去。

尽管上述日本专利公开了一种先进的技术，考虑到它不使用PGM，仍需提高炭黑的燃烧效率。

发明内容

本发明提供一种非PGM催化剂，其在低温下具有氧化力并通过降低燃烧温度提高燃料效率。

本发明还提供一种涂覆有自然再生效率改善的非PGM催化剂的过滤器和采用该过滤器的废气后处理设备。

一方面，本发明提供一种用于燃烧炭黑的非PGM催化剂，该非PGM催化剂包括：铈-镨复合氧化物和氧化铁，铈-镨复合氧化物浸渍有银(Ag)，因此非PGM催化剂在低温下具有氧化力，并通过降低燃烧温度提高燃料效率。

具体地，铈-镨复合氧化物由60至95wt％的氧化铈和5至40wt％的氧化镨组成，并且浸渍于复合氧化物中的银(Ag)为复合氧化物总重量的0.5至10.0重量份。

氧化铁是以与浸渍有银的铈-镨复合氧化物分离的颗粒形式的氧化物，且是铈-镨复合氧化物的总重量的0.5至10重量份。

另一方面，本发明提供过滤器，其包括：多个沿其轴向规则形成并且通过孔壁隔开的通孔，其中每个通孔在其相对端侧具有沿相反方向所开的入口和出口，并且由铈-镨复合氧化物(浸渍有银(Ag))和氧化铁组成的炭黑燃烧非PGM催化剂涂覆在孔壁的上表面和下表面上。

通孔还包括用于防止一氧化碳(CO)产生和滑脱的CO氧化催化剂，CO氧化过滤器涂覆在炭黑燃烧非PGM催化剂所在的孔壁的下表面或上表面上，或者在孔壁的下表面或上表面的整个区域上。

又一方面，本发明提供一种废气后处理设备，其中将DOC(柴油氧化催化剂)模块、LNT(贫NOx捕集)模块、或TWC(三效催化剂)模块安装至涂覆有炭黑燃烧非PGM催化剂的过滤器的入口，所述炭黑燃烧非PGM催化剂由铈-镨复合氧化物和氧化铁组成，铈-镨复合氧化物浸渍有银(Ag)。

因此，用于燃烧炭黑的非PGM催化剂，及使用它的过滤器和废气后处理设备具有以下的优点。