[发明专利]用于柴油氧化催化剂用途的协同PGM催化剂体系

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请与2014年4月11日提交的名称为SynergizedPGMCatalyst SystemsforDieselOxidationCatalystApplications的美国专利申请 No.14/251169相关，其要求2013年11月26日提交的名称为Systemand MethodsforUsingSynergizedPGMasaThree-WayCatalyst的美国专利 申请No.14/090861的优先权。

背景

技术领域

本公开大体上涉及低载量PGM催化剂体系，更特别涉及具有至少两 层复合材料并用于柴油氧化催化剂(DOC)用途、具有改进的起燃性能和催 化活性的协同PGM催化剂体系。

背景信息

柴油机废气排出物是不仅包括一氧化碳(CO)、未燃烃(HC)和氮氧化物 (NO_X)，还包括被称作颗粒物(PM)的液体和固体形式的凝相材料的多相混 合物。

通常，在柴油机排气系统中提供的DOC包括分散在金属氧化物载体 上的铂族金属(PGM)以将一些或所有这些排气组分转化成较无害的组分。 除HC、CO和PM的转化外，包括PGM的DOC促进NO_X氧化成NO₂。 PGM独自或与其它贵金属结合用作氧化催化剂中的活性组分，但贵金属 在该催化剂体系中以不同效率催化不同的氧化反应。

早期的柴油氧化催化剂由在高表面积载体上的铂构成并通常在高达 500℃至600℃的温度下工作。更最近，已要求柴油氧化催化剂在更高温度 下工作以再生传统上位于该氧化催化剂下游的微粒过滤器。

混合铂(Pt)和钯(Pd)催化剂已知与单独的铂相比提供改进的热稳定性， 因此催化剂工业已转向制造Pt/Pd基柴油氧化催化剂。但是，目前可得的 Pt/Pd基氧化催化剂受困于铂和钯之间的不良合金化和在铂浓度提高时和 在使用过程中金属粒子的尺寸增长的趋势的问题。这两个因素都限制催化 剂的性能和热稳定性进一步增强的可能性。尽管Pd的成本低于Pt，但Pd 基催化剂复合材料通常表现出用于CO和HC氧化的较高起燃温度，可能 造成HC和/或CO起燃的延迟。另外，Pd基催化剂复合材料可能毒化Pt 的转化烃和/或氧化NO_X的活性并也可能使该催化剂复合材料在用于柴油 机排气系统时更易于硫中毒。

铑(Rh)在催化剂体系中用于在过量氧存在下通过CO还原NO_X。由于 Rh是Pt开采的副产物，任何催化剂体系中的Rh必须在该催化剂体系的 使用寿命期间有效使用。另外，由于Rh在氧化条件下在升高的温度下强 相互作用，其可能扩散并溶解以致在催化剂体系上再次建立还原条件时仅 部分回收Rh。因此，包括Rh的催化剂体系暴露在高温条件下可能导致在 该催化剂体系的寿命期间作为有效催化剂材料的Rh的损失。

因此，随着排放法规变更严格，对开发具有为有效利用改进的性质， 特别具有改进的初始活性、改进的热稳定性、受控和稳定的金属粒度和降 低的老化的柴油氧化催化剂很感兴趣。持续目标是开发包括提供改进的起 燃性能以及残留烃、一氧化碳和NO_X的脱除的催化剂复合材料的DOC。 另外，随着NO排放标准变严格且PGM变稀少，同时市场流通量小、价 格不断波动并始终存在稳定供应的风险等，越来越需要用于DOC用途的 新型组合物，包括具有低量PGM催化剂的组合催化剂体系，其可以在提 供在柴油氧化条件下增强的催化剂活性方面表现出协同性能并可成本有效 地制造。

概述

本公开提供协同铂族金属(SPGM)氧化催化剂体系，其与PGM体系相 比表现出在DOC起燃条件下的高催化活性和因此改进的烃、一氧化碳和 氮氧化物的起燃性能和氧化。

根据各种实施方案，本公开中的SPGM氧化催化剂可包括至少基底、 载体涂层(washcoat)和外覆涂层(overcoat)，其中基底可包括许多材料，如 陶瓷材料，载体涂层可包括负载在许多载体金属氧化物，如掺杂ZrO₂上 的Cu-Mn尖晶石结构，外覆涂层可包括负载在载体材料氧化物，如氧化 铝上的特定PGM材料，如钯(Pd)或不同PGM材料的组合，如铂(Pt)和铑 (Rh)的双金属复合材料。