[发明专利]用于净化工业废气和汽车尾气的催化剂

说明书

本发明涉及催化剂，具体地说，本发明涉及用于净化工业废气和汽车尾气的催化剂。

近年来，随着对环境的重视，许多国家通过立法制定各种废气的排放标准，因而促使人们研究转化各种废气的催化剂。随着工业化的进程汽车成倍地增长，汽车废气已成为污染环境的一个主要来源。据估计在美国空气污染60％来自各种汽车，17％来自工业污染。汽车排出的废气主要是一氧化碳(CO)，未燃烧的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_x)。氮氧化物主要是NO和NO₂。氮氧化物是众所周知的破环大气臭氧(O₃)层的物质，而臭氧层是太阳紫外线过滤器。臭氧层的破坏会导致地球接受更多的紫外线。据信皮肤癌与过多的接收紫外线辐照有关。

现在有许多催化剂针对净化汽车废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)，但对能同时净化一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_x)的催化剂仍是迫切需要的。这是因为一方面CO和HC的转化是一个氧化反应，而NO_x的转化成惰性气体(N₂)的反应是一个还原反应，因而能转化这三类物质的催化剂必须是能催化氧化和还原反应的催化剂。另一方面，对于能同时转化这三种气体的催化剂，对汽车发动机提出了很苛刻的操作条件(如燃气比应保持严格的化学计量)。此外，对于使用有铅汽油的国家(如我国)，铅会使催化剂中毒。如果废气中存在硫化物，它们也会使催化剂中毒。所以西方一些国家(如美国)通过立法，要求使用无铅汽油。

使用贵金属(如铂、铑、钯)和稀土金属作为活性组分净化汽车尾气的催化剂，已有大量文献作了报道。但使用贵金属和稀土元素作为活性组分的催化剂无疑使其成本上升。

使用非贵金属元素的催化剂也有文献报道，但在低温下的转化效率，快速转化效率和寿命方面仍有缺陷，有些净化汽车废气催化剂必须装置氧传感器和加热装置。且其活性组分组成和量的比例都与本发明催化剂有较大区别。

中国专利申请85109694.8公开了非贵金属蜂窝状燃烧催化剂，它包括使用双载体和铜、钒、锰、钴、镍的氧化物或上述元素中的几种组成的混合氧化物，同时含稀土元素如镧、铈、镨、钐、钕、钇的氧化物或其混合物作为活性组分。

中国专利申请98105063.9也公开了与中国专利申请85109694.8相近的汽车废气净化催化剂。它包括蜂窝状陶瓷质材料和氧化铝涂层的复合载体，非贵金属元素锆、钴、镍、锰、铜、铬的氧化物中的一种或几种的混合物及稀土元素的氧化物的活性组分，但其制备方法中，对活性氧化物用氢，一氧化碳、烃类化合物进行了还原处理。这样可以认为一些金属元素活性氧化物很可能转化为金属元素。另外，该专利申请制备催化剂的方法在700-1100℃下焙烧工艺也是不可取的。因为γ-Al₂O₃在200-600℃下是不定形的γ-Al₂O₃，其活性和分散性最好。当温度达865℃时，γ-Al₂O₃便为定形γ-Al₂O₃，其活性和稳定性较差。当温度达到1100℃，γ-Al₂O₃便转化成无活性的α-Al₂O₃，其很容易从载体上脱落下来。

EP0393517A2公开了用于转化内燃机发动机废气的催化氧化和还原转化器，它能将未燃烧的烃和一氧化碳完全燃烧并将氮氧化物还原成元素氮和氧。作为催化剂，所述转化器使用选自Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Sn，Ba，La和Ce的金属氧化物，说明书仅给出了一个化学组成(重量％)为：Cu26％，Cr21％；BaO＝11％的催化剂。但该转化器装在汽车消音器出口处时，必须使用加热器，以便使该转化器在200-400℃下使欲转化的废气进行反应。

Alkhazov等人在美国专利4,519,992中公开了一种净化硫化氢的方法，该方法包括使用有下列组分的催化剂二氧化钛10-30％(重量)，氧化铁20-30％(重量)，氧化锌20-25％(重量)，氧化铬20-50％(重量)，用空气氧化硫化氢。该催化剂是通过将这些金属的盐(如盐酸盐)水溶液用氨水转化成其氢氧化物，然后混合均匀，干燥，煅烧得相应的氧化物制得。