[發明專利]具有減少的二氧化鈰還原的儲氧催化劑

有效

• 申請號: 201080042005.0
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN102497927A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: T·羅;M·迪巴
• 申請（專利權）人: 巴斯夫公司
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J23/89;B01D53/94;F01N3/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭立兵;林柏楠

技術領域

本發明涉及用于減少在排放氣流中污染物的排放處理系統和方法。具體而言，本發明的實施方案涉及使用過渡金屬氧化物促進的二氧化鈰基儲氧催化劑材料。

背景技術

三元催化劑(TWC)組合物是多功能的，因為它們具有基本上同時催化氧化和還原反應的能力，例如在氣流中碳氫化合物和一氧化碳的氧化以及氧化氮的還原。發現這些催化劑組合物用于多個領域，包括處理來自內燃機(例如汽車、卡車、和其它以汽油為燃料的發動機)的排出氣體。

通常將″密偶(close-coupled)″催化劑定義為位于發動機室中，從(并且通常直接附接至)排氣歧管的出口，典型地小于一英尺，更典型地小于六英寸。在本領域中″中偶″催化劑也是已知的，以及通常將其定義為位于(任何密偶催化劑的下游)從排氣歧管的出口不超過約24(典型地18)英寸。在本領域中地板下催化劑成員也是已知的，并且位于(任何密偶和/或中偶催化劑的下游)在車輛的地板的下面，與車輛的消聲器相鄰或聯合。

機動車排放處理裝置(例如催化轉化器)常規地位于車輛中地板下位置中。為了本發明，將術語“車輛”理解為表示客車或卡車，以及將術語“發動機”理解為表示與車輛相關的以汽油為燃料的內燃機。

到發動機排氣經過從通過排氣管的排氣歧管的出口至催化轉化器時，與在歧管或接近歧管的溫度相比，氣體顯著地冷卻，使得在排出氣體在催化轉化器中加熱催化劑至其起燃溫度前，在排出氣流中有污染物轉化的低速率的顯著的周期。相應地，在發動機運行的冷啟動期間，由含有相對大量的污染物的發動機排氣的顯著的排放。

為了減少在排出氣流中污染物的水平(特別地碳氫化合物和一氧化碳的水平)，連同發動機使用的氣泵能夠輔助這些污染物的氧化。然而，車輛制造商更喜歡避免使用機械污染控制裝置(例如氣泵)，所述機械污染控制裝置與它們相關的管件和機械部件影響發動機構架以及在對于發動機的最佳性能沒有不利影響下難于將其控制。相應地，車輛制造商更喜歡在不使用機械類型的污染控制裝置下調整發動機至最佳性能，并且反而單獨使用催化劑成員符合下面所述車輛排放標準，所述催化劑成員包含一種或多種上游密偶和/或中偶類型以及如果必要的話，位于地板下位置的催化轉化的催化劑塊。然而，嚴格的政府排放標準逐漸地需要減少冷啟動排放物。

對于除了加利福尼亞州外所有州目前有效的″LEV″(低排放車輛)標準禁止高于0.08的無-甲烷碳氫化合物/英里，3.4克的一氧化碳/英里和0.2克的NOx(氧化氮)/英里的車輛排放物。單獨使用上游和/或下游催化劑組合物，而不同時使用另外的諸如氣泵的機械裝置下，許多車輛制造商難于符合目前的標準。加州空氣資源局(CaliforniaAir?Resource?Board)(″CARB″)已公布新的″ULEV″(極低排放車輛)標準，所述標準將禁止高于0.04克的無-甲烷碳氫化合物/英里，1.7克的一氧化碳/英里和0.2克的NOx/英里的車輛排放物，這個事實是更大的擔憂。而且，基于在車輛排放標準中的歷史趨勢，在數年內將需要全國范圍的新的ULEV標準，這是可能的。除非符合新的ULEV標準的有效的方法能夠被快速地開發和實施，車輛制造商將面臨達到該標準而不顯著改變發動機/排氣架構、并入另外的機械污染控制裝置和使用大量的貴金屬基催化劑體系的難題。

典型的機動車催化劑是地板下TWC，其催化通過氧氣氧化在排出氣體中的未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳以及還原氧化氮至氮氣。表現出良好的活性和使用期限長的TWC催化劑包含一種或多種鉑族金屬(即鉑或鈀、銠和銥)，所述鉑族金屬位于大表面積、耐火的氧化物負載體(例如大表面積氧化鋁涂層)上。將所述負載體攜帶在合適的載體或基材上，例如包含耐火的陶瓷或金屬蜂巢狀結構或耐火的粒子(例如合適的耐火材料的球體或短的、擠壓的片段)的整體的載體。

因此，對于在更低的操作溫度下有效的和利用更小量的鉑族金屬組分的催化材料本領域存在需求。

發明概述

一個或多個本發明的實施方案涉及包含負載體的儲氧材料，所述負載體包括二氧化鈰、氧化鋯、和稀土金屬氧化物。使用過渡金屬氧化物促進所述材料，所述過渡金屬氧化物選自：在約0.1重量％至約10重量％的范圍的氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化錳、氧化銀、氧化鎵、氧化鋅、氧化釓、氧化釤、氧化銦、氧化金、氧化鉍和二氧化錫、及其組合。具體的實施方案的儲氧材料具有分散在負載體上過渡金屬氧化物表面。