[发明专利]具有隔离的活化涂层的催化制品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于废气处理的催化剂。更具体地，本发明涉及具有隔离的活化涂层的催化制品。

发明背景

内燃机的废气包含污染空气的污染物例如烃、一氧化碳和氮氧化物(NO_x)。各政府已经设定了未燃烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准并且新旧车辆必须满足该标准。为了满足此类标准，可将含有三效催化剂(TWC)的催化转化器设置在内燃机的废气管路中。废气催化剂的使用已经对空气质量的显著改善作出贡献。TWC是最常用的催化剂，并且它提供了CO的氧化、未燃烃(HC)的氧化以及NOx还原成N₂三种功能。TWC通常采用一种或多种铂系金属(PGM)来同时氧化CO和HC并且还原NOx化合物。TWC的最普遍的催化组分为铂(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)。

TWC催化剂中的铂系金属(PGM)(例如铂、钯、铑、钌和铱)通常分散于高表面积、难熔金属氧化物载体例如高表面积氧化铝涂层上，或分散于储氧组分(OSC)，或它们的混合物上。载体负载在合适的基底上，例如包括难熔陶瓷或金属蜂窝结构的单块体基底，或难熔颗粒如合适的难熔材料的球体或短挤出片段。TWC催化剂基底也可以是丝网，通常是金属丝网，其在小型发动机中尤为有用。

许多TWC催化剂是用至少两种单独的催化剂涂覆组合物(活化涂层(washcoat))制成，将该催化剂涂覆组合物以含水的分散体形式作为连续层施加于基底(例如，由陶瓷或金属组成的蜂窝体)上以便于分离贵金属，如，钯和铑，其代表了主要的催化活性物种。从历史看来，因为一些铂系金属，如，钯和铑，可以形成已知催化活性较低的合金，所以分离是必要的。

需要提供单活化涂层组合物，其含有贵金属(即钯和铑)，同时与将这些金属分别提供给单独涂层的组合物相比，其可保持和/或改善催化性能。也需要在一个涂覆步骤中施加单活化涂层组合物。也持续需要提供TWC催化剂复合物，其有效地利用贵金属并维持有效以满足调控的HC、NOx和CO转化。

发明概要

本发明的第一方面涉及催化制品，其包括具有多条纵向延伸通道的细长的基底单块体，每条通道具有至少第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面和第二表面涂覆有至少第一涂层和第二涂层，其中第一涂层包含第一催化剂组合物并覆盖于在第一表面上的第二涂层上，第二涂层包含第二催化剂组合物并覆盖于在第二表面上的第一涂层上，并且其中第一催化剂组合物和第二催化剂组合物具有表面电荷的差异。在一个或多个实施方案中，表面电荷的差异等于或大于约10库仑/m²。

在一个或多个实施方案中，第一组合物包含第一铂系金属。在一些实施方案中，第一铂系金属被热固定或化学固定于第一载体材料。在一个或多个实施方案中，第一铂系金属包含钯和/或铂。在一些实施方案中，钯以占总催化剂重量的约0.05％-10％的量存在。在一个或多个实施方案中，第二组合物包含被热固定或化学固定于第二载体材料的第二铂系金属。在一些实施方案中，第二铂系金属被热固定或化学固定于第二载体材料。在一个或多个实施方案中，第二铂系金属包含铑。在一些实施方案中，铑以占总催化剂重量的约0.005％-5％的量存在。

在一个或多个实施方案中，第二载体包含二氧化铈。在一些实施方案中，第一铂系金属包含钯，并且第二铂系金属包含铑，并且钯和铑以约1：10至约100：1的比例存在。在一个或多个实施方案中，钯和铑以约5至约300克/立方英尺的量存在。在一些实施方案中，第一载体包含氧化铝，并且第二载体包含二氧化铈。在一个或多个实施方案中，第一载体包含氧化锆，并且第二载体包含二氧化铈。在一些实施方案中，氧化锆掺杂有二氧化铈。

本发明的另一方面涉及制造催化剂制品的方法。方法包括提供具有第一表面电荷的第一载体和被热固定或化学固定于第一载体颗粒的第一铂系金属；提供具有比第一表面电荷小的第二表面电荷的第二载体和被热固定或化学固定于第二载体颗粒的第二铂系金属；将第一载体和第二载体悬浮于单浆料中，浆料包含液体介质和第一载体和第二载体；将单活化涂层施加于基底。