[发明专利]催化剂载体粉末和废气净化催化剂

说明书

本申请是申请日为2006年3月20日、申请号为200680009547.1、发明名称为“催化剂载体粉末和废气净化催化剂”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种催化剂载体粉末和由所述催化剂载体粉末制成的废气净化催化剂。

背景技术

来自内燃机例如汽车发动机的废气包含氮氧化物(NO_X)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)等。这些物质可以使用能氧化CO和HC并同时还原NO_X的废气净化催化剂进行净化。对于有代表性的废气净化催化剂，已知的是三效催化剂，其中贵金属例如铂(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)负载在多孔金属氧化物载体例如γ-氧化铝上。

金属氧化物载体可以由各种材料形成，但是为了获得高表面积，所以迄今为止通常使用氧化铝(Al₂O₃)。然而近年来，为了利用载体的化学性能促进废气净化，已经建议将多种其它的材料例如二氧化铈(CeO₂)、氧化锆(ZrO₂)和钛(TiO₂)与或不与氧化铝结合使用。

例如，为了减轻废气中氧浓度的波动，从而提高三效催化剂的废气净化能力，将具有以下性能的材料用作废气净化催化剂用的载体，当废气中的氧浓度高时，该材料具有储存氧气的储氧能力(OSC)，当废气中的氧浓度低时，该材料则释放氧气。具有OSC的代表性材料是二氧化铈。

为了通过三效催化剂的活性有效进行CO和HC的氧化和NO_X的还原，内燃机中的空-燃比必须为理论空-燃比(化学计量的空-燃比)。因此，优选降低废气中氧浓度的波动，从而将氧浓度保持在理论空-燃比的附近，使得三效催化剂可以发挥其废气净化能力。

此外，根据近来的研究，发现二氧化铈不仅具有OSC，而且由于其对贵金属特别是对铂具有强的亲和性，所以可以防止负载在其上的贵金属的粒子生长(烧结)。

因此，二氧化铈具有用于废气净化催化剂的优选性能，但有时却不能提供该用途所需要的耐热性。相应地，已经开发了一种通过形成二氧化铈和氧化锆的固溶体而提高二氧化铈耐热性的方法(参见，例如日本未审专利公开(Kokai)号10-194742和6-279027)。

已知通过均匀混合二氧化铈和氧化锆得到的固溶体具有良好的OSC和耐热性。然而，该复合金属氧化物并不总能使二氧化铈令人满意地显示其防止贵金属例如铂烧结的性能。这是因为二氧化铈和氧化锆均存在于该复合金属氧化物的表面，所以一部分贵金属负载在氧化锆部分上而不是负载在二氧化铈部分上，因此在某些情况下不能保护其免于烧结。

为了解决该问题，提出了一种使用具有芯部和表层的催化剂载体的技术，所述芯部所含氧化锆的量大于二氧化铈，所述表层所含二氧化铈的量大于氧化锆，并且在该催化剂载体上负载铂，其中通过二氧化铈和铂之间的亲和性防止铂的烧结(参见日本未审专利公开(Kokai)号2004-141833)。根据该专利文献，该废气净化催化剂具有的结构使得即使在高温下长时间之后其还可以提供优异的废气净化性能。

日本未审专利公开号2005-313024、2005-314133、2005-314134和2005-313029，其以本申请人或受让人的名义申请，并公开于本申请的国际申请日之前和本申请的优先权日之后，也公开了一种催化剂载体，该载体具有富含氧化锆的芯和富含二氧化铈的表层的结构。

更具体地说，日本未审专利公开号2005-313024公开了一种用于内燃机的废气净化催化剂，其包含微粒载体和负载在其上的贵金属。微粒载体包含相对富含氧化锆(ZrO₂)的芯部分和相对富含二氧化铈(CeO₂)的表层，CeO₂在微粒载体中的含量为40至65摩尔％或更低。

日本未审专利公开号2005-314133公开了一种制造金属氧化物粒子的方法，例如其具有富含氧化锆的壳和富含二氧化硅的表层的结构。该方法包括提供一种溶胶，该溶胶至少含有等电点彼此不同的第一胶体粒子的附聚物(population)(例如氧化锆胶体粒子)和第二胶体粒子的附聚物(例如二氧化铈胶体粒子)；调节该溶胶的pH值，使其与第一胶体粒子附聚物的等电点比其与第二胶体粒子附聚物的等电点更接近，从而聚集第一胶体粒子的附聚物；调节溶胶的pH值，从而将第二胶体粒子的附聚物聚集到已聚集的第一胶体粒子附聚物之上；然后将得到的聚集体干燥并灼烧(firing)。