[发明专利]一种用于汽车尾气净化的三效催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于汽车尾气净化的三效催化剂及其制备方法，属于大气污染治理和环保催化材料领域。

背景技术

汽车起动后，由于燃油燃烧不完全或高温，致使排放的尾气中含有大量的CO、HC、NO_x等对人体十分有害的物质，尤其在大中城市，这些有害物质弥散在城市地表大气中，难以有效分散，使大气环境质量日益恶化，严重危害人类的身体健康。减少汽车尾气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)和碳氢化合物(HC)等污染物最有效的措施是安装机外汽车尾气催化净化器，其中最关键的技术是三效催化剂的制备。常用的三效催化剂主要由载体、助催化剂涂层和贵金属组成。载体一般为堇青石质蜂窝陶瓷。助催化剂涂层的主要成分为活性氧化铝(γ-Al₂O₃)和一些铈基复合氧化物，如铈锆复合氧化物(CeO₂-ZrO₂)等。助催化剂涂层涂覆在载体表面，其作用是提供大的比表面来担载贵金属或其他催化活性组分。铈基复合氧化物的另一个重要作用是利用Ce³⁺/Ce⁴⁺的相互转化而储存/释放氧，调节汽车尾气的氧化/还原比，使CO，HC和NO_x同时达到较高的转化率。

目前，国内外市场上用于汽车尾气净化的商品催化剂均为贵金属型(如US5157007，UK1499051等)，价格较昂贵，而且由于汽车尾气净化催化剂的大量使用，世界贵金属产量的大部分已用于汽车尾气净化催化剂，而在世界范围内，Pt，Pd，Rh等贵金属的储量极少并主要分布在南非和俄罗斯等少数国家；另外，国内曾开发出多种非贵金属及稀土复合氧化物催化剂(如CN85102282A，CN86103200A等)，价格低，但由于起燃温度较高，NO_x转化率较低等原因，市场应用受到限制。从科学的角度看，还没有其他元素能够完全取代贵金属作为汽车尾气净化催化剂的活性组分，还得使用贵金属。从净化汽车尾气的角度，需要高性能汽车尾气净化催化剂。从贵金属资源的储量和价格的角度，需要用更低量的贵金属作为汽车尾气净化催化剂的活性组分以减少贵金属资源的消耗和降低催化剂的成本。因此，发展高性能低贵金属含量催化剂是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的弥补现有催化剂的缺点，提供一种制备工艺简单，贵金属含量低，具有很好的三效催化活性和优良的低温起燃性能的用于汽车尾气净化的三效催化剂。本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种用于汽车尾气净化的三效催化剂，其特征在于所述催化剂是以堇青石质蜂窝陶瓷为载体，以Ce-Zr-M-O_x稀土复合氧化物和γ-Al₂O₃的混合物涂层为助催化剂，以贵金属Pd、Rh和过渡金属Co、Ni为催化活性组分;其中以载体质量为基准，助催化剂质量百分含量为8%～14%，催化活性组分的质量百分含量为2.1%～4.4%；助催化剂涂层中γ-Al₂O₃与Ce-Zr-M-O_x稀土复合氧化物的质量比为1:(0.5～1.38)，稀土复合氧化物中金属M是Pr、Nd中的一种或两种，且Ce、Zr与M的元素摩尔比为1:(0.33～3):(0.01～0.2)；活性组分中贵金属与过渡金属质量比为1:(10～20)；其中，贵金属Rh与Pd元素摩尔比为1:(4.5～11)，过渡金属Co与Ni元素摩尔比为1:(1～5)。

本发明还提供了上述的三效催化剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)载体的预处理

将堇青石质蜂窝陶瓷载体放入酸溶液中进行表面改性处理，置于电阻炉上加热至沸腾，冷却后用水洗涤表层及孔洞中残余的酸液，放入烘箱中烘干备用；

(2)助催化剂涂层的制备

采用溶胶法制备助催化剂涂层，以γ-Al₂O₃、去离子水、Ce-Zr-M-O_x稀土复合氧化物的质量比为1:(10.63～11.88):(0.5～1.38)，分别称取可溶性铈盐、锆盐、M盐、去离子水和拟薄水铝石，边搅拌边加硝酸调节PH=1～2后，50～70℃水浴加热搅拌使之成为胶体；置放后，将步骤(1)处理后的堇青石质蜂窝陶瓷载体浸渍胶体中，取出吹扫去除孔道多余溶胶、烘干，重复浸渍烘干使得助催化剂涂层质量为载体质量的8%～14%，再放入马弗炉中500～600℃焙烧1～4h；