[发明专利]无铑三元催化剂

说明书

本发明涉及一种活性相施涂在过滤型氧化铝上并含有0.03%至3%（重量）的钯与铂的催化剂（其中钯与铂的重量比为0.1∶1至10∶1），该催化剂含有二氧化铈，贵金属、二氧化铈和氧化铝的总和计为100%（重量），该催化剂通过使载体（可晶格稳化或不稳化）浸以钯盐和铂盐的水溶液并在250℃以上温度下干燥和加热而获得，如果需要可在含氢气流中进行。

由于目前铑的价格陡增而且供货无保证，因此生产净化内燃机废气的催化剂的厂家感觉有必要开发一种催化剂组合物，即可节省铑，同时又能等效转化内燃机废气中存在的污染物CO和烃类，并且对氮的氧化物的转化作用也足以满足实际应用的要求。

已经发现，在催化剂既含钯又含铂的情况下，保留通常用量的贵金属，则可取代铑，条件是载体物质中同时存在大量本发明的CeO₂。

尽管用来减少污染排放量的同时含铂和钯的催化剂已问世多年，但这种催化剂的唯一作用是通过氧化反应除去CO和烃类。但根据本发明，仅通过在载体物质中使用大量CeO₂即可获得附带有还原氮的氧化物能力的pt/pd催化剂。迄今仍认为仅有极昂贵的铑和几乎买不到的铱具有此能力。正因为如此，所有同时转化CO、烃和氮的氧化物的三元催化剂都必须含铑，而实际上确实如此。

因此本发明涉及一种活泼相施涂在过渡型氧化铝上并含有0.03%至3%（重量）的钯与铂（其中钯与铂的重量比为0.1∶1至10∶1）的催化剂，该催化剂还含二氧化铈，贵金属、二氧化铈和氧化铝的总和计为100%（重量），经使载体物质（可晶格稳化或不稳化）浸以钯盐和铂盐的水溶液、干燥并于250℃以上的温度下加热而获得，如果需要，可在含氢气流中进行。

该催化剂的特征在于，当氧化铝以疏松形式存在时，含5～20%（重量）二氧化铈，而以11%～20%为宜，而当氧化铝作为陶瓷或金属蜂窝状惰性载体上的涂层时，含25%至50%（重量）的二氧化铈，在浸渍钯盐和铂盐溶液之前应将氧化铝浸渍铈盐水溶液，或当氧化铝存在于蜂窝状惰性载体上时，含铈化合物再以固体形式与氧化铝混合，然后将其中获得的催化剂前体在空气中于300～950℃条件下加热，以600至700℃为宜。

本发明的上述说明第一次按使用氧化铝的形式的作用区分了二氧化铈的用量，氧化铝既可作为惰性陶瓷或蜂窝状载体上的涂层（washcoat）也可作为成形的疏松物质（球形、挤压制品或颗粒等）使用，因为已经发现，由于疏松物质和涂层时具有不同的扩散条件，所以必须以不同的方法处理这两物质。

适用的过渡型氧化铝是除α-Al₂O₃之外的全部结晶改型的Al₂O₃（单独或混合）;BET的表面积可为40至250平方米/克。

所需活性的（即催化-促进）氧化铝的成形疏松物质的平均体密度为500公斤/立方米。经浸渍铈盐水溶液、干燥和煅烧渗透基本均匀的氧化铝成形品引入二氧化铈。

为了使每单位体积催化剂（带有二氧化铈）的贮氧能力与涂敷氧化铝的块体或蜂窝状体（Al₂O₃含量在100公斤/立方米催化剂体积范围内）类催化剂相同，其铈盐含量必须比陶瓷催化剂所用的浓度相对较低。

意外地发现，Pd/Pt/CeO₂三组份结合使用并且按常规用量使用贵金属时，可以使贵金属组份的作用达到几乎与常规含铂、铑和二氧化铈的配方相同的程度，条件是根据本发明增加二氧化铈的用量。所用贵金属盐是水溶性盐形式的常规原料。

在本发明的催化剂中，为了获得较高活性、高温稳定性、对λ＞1的废气组份的所谓贫燃料混合物的稳定性和使用寿命，可以以单独或混合物形式用二氧化锆、氧化镧La₂O₃、氧化钕Nd₂O₃、氧化镨Pr₆O₁₁或氧化镍NiO代替20%（重量）以下的氧化铝。

使用或结合使用氧化镍NiO还可提高富集废气中的烃类转化率和氮的氧化物的转化率，并基本减少以油脂混合物（即λ＜1）工作时出现的不良的硫化氢排放量。

除硝酸铈、硝酸铵铈、草酸铈、氯化铈、碳酸铈、氧化铈或氢氧化铈或其它铈盐之外，乙酸铈（Ⅲ）特别适于以所需高浓度引入重要改性组份二氧化铈CeO₂。可以以浸渍水溶液的形式予以使用制备疏松催化剂和陶瓷或蜂窝状体催化剂。但在制备后一催化剂物质中也可以固体形式将全部所述化合物与氧化铝相混合。