[发明专利]针对缸内直喷发动机的四元催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对缸内直喷发动机的四元催化剂及其制备方法，属于汽车尾气净化技术领域。

背景技术

有关数据显示，在北京雾霾颗粒中机动车尾气占到了22.2％，机动车的尾气是雾霾颗粒组成的最主要的成分。汽车尾气中的污染物主要由一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和颗粒物组成，其中机动车排放的颗粒物是PM2.5的主要元凶之一，这些污染物对环境和人类的健康造成了极大的威胁。

在汽车的发动机排气口附近安装一个四元催化剂能有效地将一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)有害成分转化成二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、水(H₂O)和减少颗粒物数量(PN)。四元催化剂主要是由带有双涂层的催化剂和一个带涂层的颗粒捕集器组成，双涂层催化剂主要净化一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)，带涂层的颗粒捕集器主要降低颗粒数量(PN)。

相比电喷发动机，缸内直喷发动机能在各种工作状况之下拥有最高效的燃油利用率，降低二氧化碳(CO₂)以及冷启动和瞬态工况的碳氢化合物(HC)排放，因此越来越受到人们的重视，其销量逐年增加。但是缸内直喷这种先进的燃烧技术也会带来一些负面影响，比如在低负荷工况下，会产生相当大量的氮氧化物(NOx)，同时带来大量的颗粒物数量(PN)。在欧六排放法规中对缸内直喷发动机的轻型车增加了颗粒物数量的限制(6×10¹¹个/km)，这就要求在整车无法满足此限值要求时，必须增加颗粒物处理装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种具有更好的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)处理能力以及减少颗粒物数量(PN)的针对缸内直喷发动机的四元催化剂及其制备方法。

按照本发明提供的技术方案，针对缸内直喷发动机的四元催化剂，其由三元催化剂和与三元催化剂紧密放置的壁流式催化剂组成；所述壁流式催化剂包括载体内部骨架和涂覆于骨架上的具有催化活性的涂层；所述涂层由负载贵金属的铈锆复合氧化物和活性氧化铝组成。

所述铈锆复合氧化物的组成为0～70wt％的ZrO₂和30～100wt％的CeO₂、La₂O₃、Pr₆O₁₁、Y₂O₃、Nd₂O₃中的一种或几种；所述活性氧化铝中La₂O₃的比例为：0～10wt％。

所述涂层中铈锆复合氧化物和活性氧化铝的质量比例为5:1～1。

所述壁流式载体上贵金属Pd的负载量为5～50g/ft³，Rh的负载量为0.5～10g/ft³。

(1)Pd与活性氧化铝悬浊液的制备：按贵金属Pd：活性氧化铝质量比为1:6～120取样，再加入与贵金属Pd和活性氧化铝同质量的去离子水混合搅拌0.5～1.5h，在90～110℃烘干11～13h，将烘干物质在480～520℃焙烧1.5～2.5h，使得贵金属Pd热固定在活性氧化铝上；再将所得物质按照质量体积比为1:9～99加入到去离子水中，充分搅拌得到悬浊液；悬浊液中活性氧化铝质量百分比浓度为1％～10％；

(2)铈锆复合氧化物悬浊液的制备：将已热固定贵金属Rh的铈锆复合氧化物加入到步骤(1)所得的悬浊液中，悬浊液中Pd热固定活性氧化铝：已热固定贵金属Rh的铈锆复合氧化物的质量比为1:1～5；充分搅拌25～35min得到悬浊液，用碱性溶液调节悬浊液的pH至5.0～8.5；

(3)添加剂的添加：向步骤(2)所得悬浊液中加入悬浊液总体积1.8～2.2％的粘合剂，得到涂层浆液；

(4)涂覆：将步骤(3)所得涂层浆液涂覆到200～500目的壁流式蜂窝载体上，涂覆量为20～180g/L；

(5)焙烧：将步骤(4)所得带有涂层的蜂窝载体在190～210℃烘干4～6min，将烘干的带有涂层的蜂窝载体在480～520℃焙烧160～200min，即可得到壁流式催化剂；

b、复合：将步骤a所得壁流式催化剂紧密排列或间隔一段空隙放置于三元催化剂后方，得到产品针对缸内直喷发动机的四元催化剂。