[发明专利]净化废气的催化剂及其生产方法

说明书

本发明涉及一种用于净化废气的催化剂。特别是涉及一种用于净化从内燃机（例如汽车）排出的废气，能同时去除其中的有害组分，〔如碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO）〕的催化剂。这种催化剂即使在苛刻的条件下例如在高温氧化气氛下，特别表现出突出的耐用性，并在低温下对前述有害组分表现出高的净化能力。

在常用的用于净化废气的含贵金属的催化剂中，为了保证催化剂中所含有的极少量贵金属的有效利用，总是设法使贵金属以尽可能高的分散度沉积在具有大表面积的难熔的诸如活性氧化铝之类的无机氧化物上。具有以高分散度载带上贵金属的催化剂表现出很高的起始活性。然而当它暴露在一种高温氧化气氛的苛刻条件下时，贵金属的粒度便逐渐增大，并发生化学变化，变为较低的活性状态，而且往往会引致与载体物质和氧化铈发生反应。因为贵金属是以高度分散来沉积的，其后果是带来一个缺点，即导致催化活性相当严重地降低。

在此领域中，氧化锆多半是用来主要结合于载体基质，以稳定催化剂的诸如比表面积一类的物理性能。用氧化锆作贵金属的载体基质的例子可引用日本专利公报昭57（1982）-29，215和日本专利公开公报昭57（1982）-153，737，该专利公开了一种包括在载体上形成含有氧化铝和氧化锆的覆层和随后在其上面沉积贵金属的方法。用此原理的方法所生产的催化剂，由于与上面所提到的同样原因而使催化活性降低，因为贵金属的较大部分实质上是以高比率分散在氧化铝之中。

作为不能与贵金属（特别是铑）相互作用的载体物质的氧化锆（美国专利号4，233，189）和α氧化铝（美国专利号4，172，047）在该技术中已为众所周知。氧化锆和α氧化铝通常具有较小的表面积。然而，已经指出，在这些物质上载带有铑的催化剂的缺点是它表现出较差的初始活性，和经长期使用后便不能在低温下具有令人满意的高度净化废气的能力。

因此本发明的目的之一是提供一种用于净化废气的新型催化剂及其生产方法。

本发明的另一个目的是提供一种即使在苛刻条件下使用时也特别耐用的净化废气的催化剂，而且这种催化剂即使在低温下也具有能将废气中有害组分彻底净化的显著能力，以及提供该种催化剂的生产方法。

上述本发明的目的是用这样的一种催化剂来净化废气而实现的，这种催化剂的制备方法是用含有载带了铂族金属的氧化锆的催化剂组合物涂覆于单块结构的蜂窝状载体上，这种组合物是通过将铂族金属沉积于氧化锆粉末、一种难熔的无机氧化物和一种稀土金属氧化物上而取得的。

上述目的也是用一种净化废气的催化剂的生产方法来实现的，该方法包括制备一种含有载带了铂族金属的氧化锆、一种难熔无机氧化物和一种稀土金属氧化物的含水稀浆，用此含水稀浆涂覆单块结构的蜂窝状载体，然后煅烧所获的涂覆载体。

传统理论认为必须极少量地使用的贵金属，应当以小的比率沉积在大表面积的难熔无机氧化物上，以便使贵金属的分散度尽可能地提高。由于辛勤研究的结果，我们发现，情况恰好与传统理论相反，研究结果表明，采用将贵金属以高比率沉积于少量难熔无机氧化物上的方法来制备含贵金属的难熔无机氧化物，可使催化剂的耐用性提高到出乎意料的程度，条件是要把上述的含贵金属的难溶无机氧化物做成适当大小的，其平均粒径调节在0.5到20微米范围内的聚结颗粒形式并使其分散于催化剂的涂覆层之中。由于此研究结果使本发明得以完善。

本发明所用的催化剂组合物包括一种在其上面沉积有包含有铑的至少一组铂族金属的氧化锆、一种难溶无机氧化物和一种稀土金属氧化物。

本发明所用的氧化锆具有超过10平方米/克的比表面积，最好落在60到100平方米/克范围内。这种氧化锆的原颗粒的平均颗粒直径不大于2000埃，最好不大于500埃。市售氧化锆只要能满足这些要求就可以使用。否则氧化锆应专门制备，例如可以采用包括用氨中和锆盐的水溶液，冲洗中和产物，然后将其加以干燥和煅烧的方法来制备。

所用氧化锆的数量一般在催化剂组合物的0.5到50%（重量）范围内。即使当其所用数量落在0.5到10%（重量）范围内时，所生成的催化剂组合物也能充分显示出本发明所预期的效果。如果氧化锆的量超过50%（重量），则氧化锆的各个颗粒会以一种加速度长大，从而可能损害该组合物的催化活性。沉积在氧化锆上的铂族金属需要与铑结合使用。此外，还可看出，铂或钯的结合可使催化剂在高温下长期使用后的低温活性有更大的改善。除了铑以外，所需结合的铂和钯的总量与铑的重量比最好落在1/5到5的范围内。这样，载带有贵金属的氧化锆所含的贵金属的总浓度落在0.5到30%（重量）的范围，最好为1到20%（重量）。