[发明专利]包含具有特定粒度分布的金属氧化物载体粒子的催化剂组合物

说明书

技术领域

本发明属于用于减少来自内燃机废气的污染物的催化剂组合物和催化制品领域。具体实施方案涉及用于稀燃发动机的催化组合物，其包含沸石、耐熔金属氧化物载体(support)粒子和负载所述在耐熔金属氧化物粒子上的铂族金属。

发明背景

稀燃发动机(例如，柴油发动机和稀燃汽油发动机)的运行为使用者提供优异的燃料经济性，原因是它们在稀燃料条件下以高空气/燃料比运行。尤其是，柴油发动机还提供与汽油发动机相比在其耐用性及其在低速下产生高扭矩的能力方面的显著优点。

然而，从排放的观点来看，柴油发动机存在比其对应的火花点火发动机更严重的问题。排放问题涉及颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。NO_x是用于描述氮氧化物的各种化学物质尤其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的术语。

包含分散在耐熔金属氧化物载体上的铂族金属的氧化催化剂已知用于处理柴油发动机的废气，以便通过催化碳氢化合物和一氧化碳气态污染物氧化成二氧化碳和水而使这些污染物均得到转化。此类催化剂一般包含在称为柴油氧化催化剂(DOC)或更简单地称为催化转化器的单元中，所述单元被置于柴油动力发动机的废气流路中，以在废气排至大气之前处理该废气。通常，柴油氧化催化剂在陶瓷或金属基底担体(carrier)(诸如流通式整料担体)上形成，在所述载体上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除了转化气态HC、CO和颗粒物的SOF成分外，包含铂族金属(其通常分散在耐熔氧化物载体上)的氧化催化剂促进一氧化氮(NO)氧化成NO₂。

用于处理内燃发动机废气的催化剂在温度相对低的运行期间诸如发动机运行的初始冷启动期间不太有效，因为发动机废气的温度不够高，而不能有效地催化废气中有毒组分的转化。为此，吸附剂材料(其可以为分子筛，例如沸石)可以作为催化处理系统的一部分而提供，以便吸附气态污染物，通常为碳氢化合物，并在初始冷启动期间保持它们。随着废气温度的升高，吸附的碳氢化合物被从吸附剂中驱出，并在更高的温度下接受催化处理。

一种从稀燃发动机(诸如汽油直喷式和部分稀燃发动机)以及从柴油机的废气中还原NO_x的有效方法要求在稀燃发动机运行条件下捕集并储存NO_x，并且在化学计量或富燃发动机运行条件或在废气中注入有外部燃料而引发富燃条件的稀燃发动机运行下还原所捕集的NO_x。稀燃运行循环通常在1分钟和20分钟之间，而富燃运行循环通常较短(1至10秒)以尽可能多地保存燃料。为提高NO_x转化效率，短且频繁的再生优于长但不太频繁的再生。因此，稀燃NO_x捕集催化剂通常必须提供NO_x捕集功能和三效转化功能。

一些稀燃NO_x捕集器(LNT)系统包括碱土元素。例如，NO_x吸附剂组分包括碱土金属氧化物，诸如Mg、Ca、Sr和Ba的氧化物。其它稀燃LNT系统可包括稀土金属氧化物，诸如Ce、La、Pr和Nd的氧化物。NO_x吸附剂可与分散在氧化铝载体上的铂族金属催化剂诸如铂相结合用于纯化来自内燃发动机的废气。

常规的LNT通常包括用于NO_x储存的基本吸附剂组分(如，BaO/BaCO₃和/或CeO₂)和用于催化NO_x氧化和还原的铂族金属(PGM，即Pt、Pd和Rh)。LNT催化剂在循环稀燃(捕集模式)和富燃(再生模式)排气条件下工作，在此期间发动机排出的NO转化成N₂，如方程1-6中所示：

稀燃条件：2NO+O₂→2NO₂                  (1)

(捕集模式)4NO₂+2MCO₃+O₂→2M(NO₃)₂+2CO₂   (2)

富燃条件：M(NO₃)₂+2CO→MCO₃+NO₂+NO+CO₂   (3)

(再生模式)NO₂+CO→NO+CO₂                (4)