[发明专利]催化剂

说明书

本发明涉及一种用于处理气体的催化剂，更具体的说，是涉及一种处理燃烧产物如机动车排出气之类废气的催化剂。

由于内燃机排出气造成的大气污染引起公众很大关切，并已做出很多努力来消除来自这些废气的污染，如未燃烧烃，氮的氧化物，一氧化碳的污染。

一种常见的解决方法是将废气通过一个催化剂床，设法使废气在排入大气之前促使污染物转化成对人体危害较小的物质。目前使用的这种废气催化剂的催化成分是由与铂族的其它金属相结合的铂所组成。铂族金属供应短缺且价格昂贵，并且担心日益广泛使用废气催化剂会由于防污立法将导致铂族金属的成本更进一步提高直至废气催化剂的成本占整个机动车成本的主要部分。

本发明的一个目的是提供一种有效的废气催化剂，这种催化剂不依赖诸如铂或铂族的其它金属之类的稀有和昂贵的材料。

已知铂废气催化剂的另一缺点是在温度达400℃之前它一直是无效的。因此，它的“点火温度”（light    off    temperature）是相当高的。尽管在已达到正常运转温度的发动机排气系统中可获得这一温度，但是在发动机预热加温时废气以及催化剂的温度在一段相当长的时间内是较低的。在这段时间里，废气催化剂并不完全有效以致未经处理的污染物被排入大气。本发明的另一目的是提供一种比惯用铂催化剂“点火温度”低的废气催化剂，使得催化剂的无效期缩短。

按照本发明的一个方面，我们提供一种在载体上至少包含一种铜的氧化物成分的催化剂，该催化剂还包括至少一种来自（ⅰ）类和/或（ⅱ）类的氧化物，这些类别被定义如下：

（ⅰ）一种金属氧化物，该金属是镧系元素和/或门捷列夫周期表第Ⅱa和/或Ⅱb族的金属;

（ⅱ）一种过渡金属的氧化物，其中过渡金属是在能级接近第一氧化态能级时处于具有第二、更高氧化态的第一氧化态。

铜的氧化物组分最好包括选自Cu^O、Cu^Ⅰ、Cu^Ⅱ的不同氧化态的铜原子。它可以通过CuO部分还原成金属Cu而获得。

周期表Ⅱa和Ⅱb族最合适的金属氧化物例子是镁、钙、钡（即Ⅱa族的碱土金属）以及钇和镧（Ⅱb族金属）。合适的镧系元素是铈。这种氧化物可以是混合氧化物，例如MgAl₂O₄（常常称为铝酸镁）。

载体最好是最终被细分的氧化铝（例如铝钒土）。

催化剂的总重量中，铜的氧化物/金属铜的最高含量最好为8%左右，过渡金属氧化物/或Ⅱa/Ⅱb族或镧系金属氧化物共占8-12%，其余量最好是氧化铝或其它载体。Cu的含量最好超过0.5%，例如约1%-2%。

在整个说明书中，除另有说明，所有的百分数都表示重量百分数，金属氧化物组分是用金属存在的重量表示。

催化剂可以用任何方便的惯用方法来制备，例如将铜和上文规定的其它金属的硝酸盐的混合溶液加到细粉碎的氧化铝或其它载体上，然后加热所得到的浸渍载体使硝酸盐分解成氧化物。

如上概述，催化剂在使用之前可以经受部分还原作用（例如通过一氧化碳气流）是有利的，这样可使铜以各种氧化态（Cu^Ⅱ、Cu^Ⅰ、Cu^O）的混合物形式存在。

上述（ⅱ）类过渡金属氧化物的两种价态其能量差最好不大于0.5eV。

尽管氧化铝是一种优选的载体，但使用其它的载体可能也是有利的。因此，载体可以包括或由上文定义的（ⅰ）类氧化物，如氧化铈和氧化钡的混合物所组成，或单独使用氧化钡。在这种情况下，载体不仅起载带铜氧化物组分的作用，还可以是来自（ⅱ）类的氧化物，而对催化作用也起贡献。铝酸盐类可用作载体，尤其是（ⅰ）类氧化物的铝酸盐类。特别好的例子是MgAl₂O₄。

按照本发明的最佳形式，我们提供一种载体上的催化剂，其中催化物质包括一种以最好能部分还原成Cu^O、Cu^Ⅰ、Cu^Ⅱ形式混合物的CuO为基础的铜的氧化物组分，以及上述定义的（ⅰ）类和/或（ⅱ）类金属氧化物，其中载体是铝酸镁。

与惯用的铂基废气催化剂相比较，本发明之催化剂是以比较普通的且廉价的物质为基础。并且发现它们比铂基催化剂的“点火温度”明显地低，与大约400℃的“点火温度”相比它们约为200℃，在废气的所有空间速度下，它们易与内燃机排出的废气接触反应。