[发明专利]一种径向梯度负载三效催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车尾气催化净化领域，具体来说，涉及一种涂层材料沿径向呈梯度负载的汽车尾气净化三效催化剂及其制备方法。

背景技术

汽车排放污染物主要包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_x），其严重污染大气环境。特别是NO_x与HC在紫外线照射下产生光化学烟雾和NO_x形成酸雨均对生态环境产生严重的破坏作用。目前主要利用三效催化剂将汽车排放的污染物CO，HC和NO_x转化为无害的氮气和水。三效催化剂被安装在排气系统的催化转化器中，催化转化器在其扩张管段上，由于气流的扩散作用，导致催化转化器中的气流分布不均。催化剂轴线区域的气流量大，而边缘区域气流量相对较小。目前三效催化剂的涂层材料均采用均匀负载的方式，这将导致催化剂边缘区域不能充分发挥作用，从而造成涂层材料的浪费。

针对该问题，目前主要通过改变催化转换器的结构或辅助设备使催化转换器内部气流均匀，提高催化剂边缘区域的利用率。如专利US2010/0050598A1和US3964875分别采用隔板分流和涡轮分流的方式使催化转化器中的气流均匀分布。

上述装置尽管能使催化转化器内部气流分布均匀，充分利用催化剂的边缘区域，达到良好的催化净化效果，但催化转化器装置体积大，成本高，且分流装置会使排气被压增大，造成燃油的浪费。

发明内容

本发明的目的提供一种用于汽车尾气净化的三效催化剂及其制备方法，该催化剂在不降低催化活性的基础上，可降低涂层材料的用量。

为达到上述目的，本发明提供了一种径向梯度负载三效催化剂，该催化剂包含具有规整结构的载体及附着在载体表面的涂层材料，所述的涂层材料沿规整结构载体的径向呈梯度负载，且由载体的轴线区域至边缘区域负载量逐渐降低。

上述的径向梯度负载三效催化剂，其中，所述的催化剂由轴线区域至边缘区域包含：25-35%的第一区域，25-35%的第二区域，及35-45%的第三区域，以上百分数均是指其占整个催化剂的体积百分数。

上述的径向梯度负载三效催化剂，其中，所述的规整结构的载体是指具有宏观尺度的中孔规整平行孔道和规整表面的催化剂载体。

上述的径向梯度负载三效催化剂，其中，所述的孔的结构形状为正方形、六边形、圆形或其他不规则形状。

上述的径向梯度负载三效催化剂，其中，所述的规整结构的载体为蜂窝状。

上述的径向梯度负载三效催化剂，其中，所述规整结构的载体是指堇青石蜂窝载体、莫来石蜂窝载体、氧化铝蜂窝载体、金属合金蜂窝载体中的任意一种。

本发明还提供了一种上述的径向梯度负载三效催化剂的制备方法，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，将铈锆铝复合氧化物和贵金属盐按质量100：0.5～1.0比例混合，加入去离子水，制成固含量按重量百分数计为30～40wt%的混合物，pH值调节至2～6，球磨3～6小时制成浆料；

步骤2，以上述浆料质量为基准，以质量百分数计，在步骤1制备的浆料中加入聚乙烯醇1～3wt%搅拌均匀，然后将含聚乙烯醇的浆料沿规整结构载体的径向呈梯度负载于载体表面；

步骤3，将步骤2的载体产物在通风阴凉环境下晾干，再于100～120℃干燥10～20小时，500～600℃焙烧3～6小时，升温速率为2～4℃每分钟；

步骤4，将步骤3的载体产物在400～450℃通入H₂/N₂混合气体，还原1～4小时，即得到目标催化剂。

上述的径向梯度负载三效催化剂的制备方法，其中，所述的均匀负载三效催化剂的涂层材料的负载量为60～70wt%，以催化剂质量为基准计。

上述的径向梯度负载三效催化剂的制备方法，其中，以均匀负载三效催化剂负载量为基准，第一区域的涂层材料负载量为均匀负载三效催化剂的负载量，第二区域的涂层材料负载量为均匀负载三效催化剂负载量的95～85wt%，第三区域的涂层材料负载量为均匀负载三效催化剂负载量的85～75wt%。

上述的径向梯度负载三效催化剂的制备方法，其中，所述的H₂/N₂混合气体中，H₂含量占混合气体体积百分数计的4.5-5.5vol%。