本發(fā)明涉及一種制造催化劑制品的方法、能夠通過(guò)該方法獲得的催化劑制品、排放處理系統(tǒng)以及處理廢氣的方法。
背景技術(shù)：
1、三效催化劑(twc)使來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的co、hc和nox以化學(xué)計(jì)量的空燃比同時(shí)轉(zhuǎn)化(約98％)成無(wú)毒化合物。具體地，co和hc到co2和蒸汽(h2o)的氧化主要由pd催化，而nox到n2的還原主要由rh催化?，F(xiàn)代twc使用沉積于單層、雙層或多層載體上的負(fù)載型鉑族金屬(在下文中稱為“pgm”)催化劑(pd、rh、pt等)，其中載體材料由具有高比表面積的金屬氧化物組成，主要是穩(wěn)定的γ-氧化鋁和含二氧化鈰的儲(chǔ)氧材料。將負(fù)載型催化劑載體涂層涂覆在陶瓷單一基底上。
2、twc載體涂層漿料的常規(guī)制備通常包括使用無(wú)機(jī)pgm前體(例如硝酸鹽、乙酸鹽或氯化物鹽)的溶液，以使pgm元素經(jīng)由初始含浸法或濕浸漬法沉積于氧化物載體上。通常還將促進(jìn)劑鹽添加至載體涂層制劑中以獲得增強(qiáng)的twc性能。一旦用如此制備的漿料載體涂層涂覆單一基底，接著使用干燥和煅燒步驟以分解無(wú)機(jī)鹽，并且使pgm和促進(jìn)劑元素固定到載體材料上。已知負(fù)載型金屬催化劑的性能取決于金屬納米粒子的結(jié)構(gòu)和組成以及載體的性質(zhì)。使用上述方法制備的常規(guī)twc通常僅對(duì)催化活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(即平均pgm粒度和組成、活性組分的位置和金屬-載體相互作用)提供有限的控制。這主要是由于高溫煅燒過(guò)程期間的金屬遷移和晶粒生長(zhǎng)。
3、隨著環(huán)境法規(guī)日益嚴(yán)格，需要具有更高的減排效率的twc。另一方面，隨著pgm成本的增加，迫切需要降低pgm負(fù)載量而不損害twc性能。更好地控制pgm粒度和金屬-載體相互作用對(duì)于優(yōu)化twc性能至關(guān)重要。此外，均勻的pgm粒度分布可有助于降低如燃料切斷過(guò)程(用于增強(qiáng)燃料經(jīng)濟(jì)性的發(fā)動(dòng)機(jī)策略)期間經(jīng)常發(fā)生的由于奧斯特瓦爾德熟化所導(dǎo)致的金屬燒結(jié)的程度。
4、催化劑起燃是啟動(dòng)催化反應(yīng)所必需的最低溫度。特別是，起燃溫度是轉(zhuǎn)化率達(dá)到50％時(shí)的溫度。需要具有降低的起燃溫度的催化劑制品。
5、us2012/0077669?a1描述了一種用于汽車應(yīng)用的負(fù)載型金屬催化劑的聚合物輔助合成。在實(shí)施例中使用的聚合物包括聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(丙烯酸)和聚(乙烯亞胺)。在所述合成工序中，首先用含聚合物的水性溶液浸漬載體(氧化鋁粉末)。然后通過(guò)過(guò)濾和干燥步驟，將已浸漬的載體與上述溶液分離。通過(guò)始潤(rùn)浸漬，用pgm前體溶液進(jìn)一步浸漬干燥的已浸漬的載體。所述方法包括用于形成所要求保護(hù)的負(fù)載型金屬催化劑的多個(gè)步驟，其增加了商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的成本和難度。us2012/0077669?a1指出，對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)選使用貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或貧燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種制造催化劑制品的方法，該方法包括：提供式(i)：的化合物與pgm的絡(luò)合物，r1為h或c1-c6烷基，r2為h、oh或o-c1-c4烷基，該pgm包含銠和/或鉑；提供載體材料；將所述絡(luò)合物施加至所述載體材料，以形成負(fù)載的載體材料；將所述負(fù)載的載體材料設(shè)置在基底上；以及加熱該負(fù)載的載體材料以在該載體材料上形成該pgm的納米粒子。
2、本發(fā)明的另一方面涉及一種通過(guò)第一方面中的方法獲得的催化劑制品。
3、本發(fā)明還涵蓋一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括第二方面中的催化劑制品。
1.一種制造催化劑制品的方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中r2為oh。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中r1為h。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述pgm包含銠。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述pgm包含鉑。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述pgm包含銠和鉑。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述載體材料包含氧化物，優(yōu)選地al2o3、sio2、tio2、ceo2、zro2、ceo2-zro2、v2o5、la2o3和沸石中的一種或多種。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述載體材料包含氧化鋁，優(yōu)選地γ-氧化鋁。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述載體材料包含二氧化鈰-氧化鋯。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述載體材料包含氧化鋁和二氧化鈰-氧化鋯。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氧化鋁和/或二氧化鈰-氧化鋯是摻雜的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述氧化鋁和/或二氧化鈰-氧化鋯摻雜有以下物質(zhì)的氧化物：鑭、釹、釔、鈮、鐠、鉿、鉬、鈦、釩、鋅、鎘、錳、鐵、銅、鈣、鋇、鍶、銫、鎂、鉀和鈉中的一者或多者，優(yōu)選地鑭、釹和釔中的一者或多者。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中摻雜物以0.001重量％至20重量％，優(yōu)選地0.5重量％至10重量％的量存在于所述氧化鋁和/或二氧化鈰-氧化鋯中。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述載體材料為具有0.1μm至25μm、優(yōu)選地0.5μm至5μm的d90的粉末的形式。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中將所述負(fù)載的載體材料以漿料的形式設(shè)置在所述基底上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供式(i)的化合物與pgm的所述絡(luò)合物包括在所述漿料中原位合成所述絡(luò)合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述漿料是通過(guò)包括以下步驟的方法制備的：
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述負(fù)載包括載體涂層涂覆。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述漿料的固含量為10％至40％，優(yōu)選地15％至35％。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述漿料還包含以下物質(zhì)中的一種或多種：
21.根據(jù)權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述pgm包含銠，所述載體材料包含氧化鋁，并且所述漿料還包含二氧化鈰-氧化鋯。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述pgm包含銠，所述載體材料包含二氧化鈰-氧化鋯，并且所述漿料還包含氧化鋁。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至20所述的方法，其中所述pgm包含銠，并且所述載體材料包含氧化鋁和二氧化鈰-氧化鋯。
24.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括將另外的漿料設(shè)置在所述基底上，所述另外的漿料包含以下物質(zhì)中的一種或多種：另外的載體材料；儲(chǔ)氧材料；促進(jìn)劑鹽；粘結(jié)劑；酸或堿；增稠劑；和還原劑，其中將所述另外的漿料設(shè)置在所述基底上在將所述載體材料設(shè)置在所述基底上之前和/或在加熱所述負(fù)載的載體材料以在所述載體材料上形成所述pgm的納米粒子之后進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述負(fù)載的載體材料設(shè)置在基底上包括使所述漿料與所述基底接觸，以及任選地：
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述干燥在以下條件下發(fā)生：
27.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述基底包括堇青石。
28.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述基底為蜂窩體整料、壁流式過(guò)濾器或流通式過(guò)濾器的形式。
29.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述加熱在以下條件下進(jìn)行：
30.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述加熱包括煅燒。
31.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述納米粒子具有0.1nm至10nm，優(yōu)選地0.2nm至5nm、更優(yōu)選地0.2nm至4nm的d50。
32.一種催化劑制品，所述催化劑制品能夠通過(guò)根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法獲得，所述催化劑制品在排放處理系統(tǒng)中使用。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的催化劑制品，所述催化劑制品用于三效催化。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或權(quán)利要求33所述的催化劑制品，所述催化劑制品的載體涂層負(fù)載量為1g/in3至3g/in3。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，其中所述基底包括壁流式過(guò)濾器基底。
36.根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，其中所述基底包括流通式基底。
37.根據(jù)權(quán)利要求32至36中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，所述催化劑制品包括其上具有銠的載體材料底層以及其上具有鈀的載體材料頂層。
38.根據(jù)權(quán)利要求32至36中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，所述催化劑制品包括其上具有鈀的載體材料底層以及其上具有銠的載體材料頂層。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或權(quán)利要求38所述的催化劑制品，其中所述載體材料包含氧化鋁和二氧化鈰-氧化鋯。
40.根據(jù)權(quán)利要求32至39中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，所述催化劑制品包含2g/ft3至15g/ft3的銠，優(yōu)選地5g/ft3至10g/ft3的銠。
41.根據(jù)權(quán)利要求37至40中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，所述催化劑制品包含50g/ft3至200g/ft3的鈀，優(yōu)選地80g/ft3至150g/ft3的鈀。
42.根據(jù)權(quán)利要求32至41中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，其中將所述負(fù)載的載體材料以漿料的形式設(shè)置在所述基底上，所述pgm包含銠，所述載體材料包含氧化鋁，并且所述漿料還包含二氧化鈰-氧化鋯。
43.根據(jù)權(quán)利要求32至41中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，其中將所述負(fù)載的載體材料以漿料的形式設(shè)置在所述基底上，所述pgm包含銠，所述載體材料包含二氧化鈰-氧化鋯，并且所述漿料還包含氧化鋁。
44.根據(jù)權(quán)利要求32至41中任一項(xiàng)所述的催化劑制品，其中將所述負(fù)載的載體材料以漿料的形式設(shè)置在所述基底上，所述pgm包含銠，并且所述載體材料包含氧化鋁和二氧化鈰-氧化鋯。
45.一種排放處理系統(tǒng)，所述排放處理系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求32至44中任一項(xiàng)所述的催化劑制品。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的排放處理系統(tǒng)，所述排放處理系統(tǒng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的排放處理系統(tǒng)，其中所述汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量條件下操作。
48.一種處理廢氣的方法，所述方法包括：
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述廢氣來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量條件下操作。