[發(fā)明專利]三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810020034.1
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101249438A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳軍;褚霞
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫威孚環(huán)保催化劑有限公司
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01J37/025;B01D53/94
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種用于汽車尾氣凈化催化劑涂層的三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料，本發(fā)明同時還公開了一種該金屬復(fù)合氧化物材料的制備方法。

背景技術(shù)

汽車尾氣的主要污染物是一氧化碳(CO)，碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化合物(NOx)，利用安裝在排氣系統(tǒng)的催化劑可以將CO、HC氧化成二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)，并同時使NOx還原為氮?dú)?N₂)，實(shí)現(xiàn)尾氣的凈化，這種催化劑通常稱為三元催化劑。三元催化劑由兩部分組成：蜂窩狀的陶瓷或金屬載體，以及附著在載體上的催化劑涂層。催化劑涂層通常由具有較大比表面積的氧化物材料(如氧化鋁)、儲氧材料和分散在氧化物或儲氧材料表面的貴金屬活性組分(常為Pt、Pd、Rh中的一種或幾種)組成。其中的儲氧材料一般為含鈰鋯的復(fù)合氧化物，它通過吸附儲存尾氣中的氧或釋放出氧來調(diào)節(jié)尾氣中氧化性組分和還原性組分的比例，使CO和HC被氧化的同時NOx被還原。為了提高汽車?yán)鋯訒rHC的轉(zhuǎn)化效率，三元催化劑常安裝在靠近發(fā)動機(jī)排氣歧管出口的位置，在汽車高速行駛時，三元催化劑的床層溫度可達(dá)到900℃～1100℃的高溫。在這種高溫條件下，催化劑涂層材料會發(fā)生燒結(jié)而使比表面積逐漸變小，儲氧能力變小，分散在表面的貴金屬顆粒將逐漸聚集增大或被埋入涂層材料因燒結(jié)而坍塌的孔道內(nèi)，使催化劑表面的催化活性位逐漸減少，導(dǎo)致CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化率下降；此外，貴金屬Rh與涂層中的氧化鋁(γ-Al₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)在富氧高溫條件下會發(fā)生合金作用而使Rh的催化能力下降。

在現(xiàn)有的制備三元催化劑涂層的過程中，通常將γ-Al₂O₃和儲氧材料兩種粉體物理混合后球磨，同時加入其它助劑，制備的涂層材料在高溫條件下穩(wěn)定性較差，經(jīng)10小時900℃～1100℃高溫老化后比表面積較低，涂層表面負(fù)載貴金屬后制備的三元催化劑經(jīng)高溫老化后處理CO、HC和NOx的能力較差。此外，制備過程中直接采用鈰鋯復(fù)合氧化物粉體，顆粒較大，而儲氧過程主要發(fā)生在鈰鋯復(fù)合氧化物顆粒的表面部分，顆粒較深層的部分對儲氧無效。為了提高三元催化劑性能，近年來公開了各種用于三元催化劑涂層的金屬復(fù)合氧化物材料及其制備方法。如Degussa公司的專利US6576207用共沉淀的方法將鈰鋯氧化物納米顆粒分散在具有高比表面積的γ-Al₂O₃粉體表面，形成雙層次結(jié)構(gòu)，提高了材料的高溫穩(wěn)定性，并提高了鈰鋯復(fù)合氧化物的動態(tài)儲氧效率；類似，Mazda公司專利US2007179054則采用反向共沉淀法將鈰鋯氧化物納米顆粒分散在γ-Al₂O₃表面形成雙層次結(jié)構(gòu)。一般而言，富鈰的鈰鋯復(fù)合氧化物比富鋯的鈰鋯復(fù)合氧化物具有更好的儲氧能力，但前者的熱穩(wěn)定性卻比后者差，因此，上述兩個專利公開的這種雙層次結(jié)構(gòu)的不足之處在于：表層的鈰鋯儲氧材料不能兼顧儲氧能力和熱穩(wěn)定性兩個方面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有較好高溫穩(wěn)定性和污染物處理能力的三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種上述三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料的制備方法。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料的特征是：該金屬復(fù)合氧化物材料具有三層次結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為氧化鋁，中間層與最外層均為鈰鋯氧化物，該鈰鋯氧化物中摻雜有除去氧化鈰的稀土氧化物，當(dāng)最外層的鈰鋯氧化物的Ce/Zr原子比≥1時，中間層鈰鋯氧化物的Ce/Zr≤1/3；當(dāng)最外層的鈰鋯氧化物的Ce/Zr≤1/3時，中間層的Ce/Zr≥1。

內(nèi)層氧化鋁與中間層的質(zhì)量比為10∶5～10∶1。

中間層與最外層的質(zhì)量比為1∶3～4∶1。

除去氧化鈰的稀土氧化物的質(zhì)量在鈰鋯氧化物中占2％～10％。

所述的三層次結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物材料及其制備方法的制備方法，其特征是該方法包含如下步驟：