[發明專利]無鉑族金屬的催化劑

有效

• 申請號: 200980105008.1
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101939097A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: S·J·戈爾登;R·哈特菲爾德;J·普萊斯;J·恩戈;M·薩卡博丁
• 申請（專利權）人: 田中貴金屬工業株式會社
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/00;B01J21/00;B01D53/94
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 馮雅;王穎

發明技術領域

本發明涉及用于減少排出氣流中一氧化二氮、一氧化碳、烴和硫排放物的不含任何鉑族金屬的催化劑。

發明背景

催化轉化器中的催化劑已經用于減少由來自各種來源的排氣導致的污染問題，這些來源的例子有汽車、公用廠、加工和制造廠、飛機、火車、所有地面運動車輛、船、采礦設備和其它裝配了發動機的機器。常用于此方式的催化劑是三效催化劑(″TWC″)。TWC通過將一氧化碳、烴和氮氧化物轉化為危害更小的化合物或污染物來起作用。具體而言，TWC的作用是同時將氮氧化物轉化為氮和氧，將一氧化碳轉化為危害更小的二氧化碳，將未燃烴氧化為二氧化碳和水。現有技術的TWC是使用至少一些鉑族金屬制成的。除非另有指示，否則在此說明書中，鉑族金屬在該申請中指鉑、鈀、釕、銥、鋨和銠。

隨著對容許的排放物的標準日益嚴格，對鉑族金屬的需求持續增加，這是因為鉑族金屬在除去排氣中污染物方面非常有效。但是，這種需求以及對鉑族金屬的其它需求造成鉑族金屬的供應緊張，因而導致鉑族金屬的價格增高，進而造成催化劑和催化轉化器的價格提高。因此，需要一種催化劑，該催化劑不需要鉑族金屬，并且具有與現有技術催化劑類似或比之更佳的功效。

發明概述

本發明涉及一種包括基材和修補基面涂層(washcoat)的催化劑體系，所述催化劑體系基本不含鉑族金屬。所述修補基面涂層包括至少一種氧化物固體，該氧化物固體選自下組：載體材料氧化物、催化劑和它們的混合物。載體材料氧化物包括一種或多種選自下組的材料：儲氧材料、氧化鋁、摻雜氧化鋁、尖晶石、銅鐵礦、釩鐵銅礦(lyonsite)、石榴石、鈣鈦礦、燒綠石、摻雜氧化鈰、螢石、氧化鋯、摻雜氧化鋯、鈦、氧化錫、二氧化硅和它們的混合物。催化劑包括一種或多種選自下組的材料：ZPGM過渡金屬催化劑、混合金屬氧化物催化劑、沸石催化劑和它們的混合物。儲氧材料包括一種或多種選自下組的材料：鈰、鋯、鑭、釔、鑭系金屬、錒系金屬和它們的混合物。所述催化劑體系可任選地包括含有至少一種氧化物固體的外涂層(overcoat)，所述外涂層氧化物固體包括一種或多種選自下組的材料：載體材料氧化物、催化劑和它們的混合物。

本發明還涉及一種包括基材、修補基面涂層和外涂層的催化劑體系，所述催化劑體系基本不含鉑族金屬。修補基面涂層包括一種或多種選自下組的材料：載體材料氧化物、陶瓷和它們的混合物。外涂層包括催化劑。外涂層的催化劑包括一種或多種選自下組的材料：ZPGM過渡金屬催化劑、混合金屬氧化物催化劑、沸石催化劑和它們的混合物。催化劑體系還包括一種或多種選自下組的材料：鈣鈦礦、尖晶石、釩鐵銅礦、儲氧材料、氧化鋁和它們的混合物。

ZPGM過渡金屬催化劑包括一種或多種過渡金屬。混合金屬氧化物催化劑包括混合金屬氧化物和至少一種過渡金屬，所述混合金屬氧化物包括一種或多種選自下組的材料：堿金屬、堿土金屬、鑭系金屬、錒系金屬和它們的混合物。沸石催化劑包括至少一種沸石和至少一種過渡金屬。沸石包括一種或多種選自下組的材料：ZSM5、片沸石、菱沸石和它們的混合物。過渡金屬包括一種或多種選自下組的材料：鉻、鎵、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鈮、鉬、鎢、銀和它們的混合物。

本發明還涉及一種通過浸漬制備催化劑體系的方法，該方法包括在基材上沉積修補基面涂層，處理修補基面涂層和基材以使金屬鹽轉化為金屬氧化物，所述催化劑體系基本不含鉑族金屬。所述修補基面涂層包括至少一種氧化物固體，該氧化物固體包括一種或多種選自下組的材料：載體材料氧化物、催化劑和它們的混合物。該方法還包括在所述處理后，在修補基面涂層上沉積外涂層，處理外涂層和修補基面涂層。所述外涂層包括至少一種氧化物固體，該氧化物固體包括一種或多種選自下組的材料：載體材料氧化物、催化劑和它們的混合物。

本發明還涉及一種通過沉淀制備催化劑體系的方法，該方法包括在修補基面涂層上沉淀過渡金屬鹽，處理沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層，將沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層沉積在基材上，處理基材上的沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層，所述催化劑體系基本不含鉑族金屬。過渡金屬鹽包括至少一種過渡金屬和至少一種載體材料氧化物。該方法還可包括在處理基材上的沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層后，在經過處理的沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層上沉積外涂層，處理該外涂層、經過處理的沉淀的過渡金屬鹽和修補基面涂層。