[發明專利]汽車尾氣催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201210340396.5
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102909023A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉特彬
• 申請（專利權）人: 廣州市衛斯理日化實業有限公司
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01D53/94;B01D53/62
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 方振昌

技術領域

本發明涉及一種汽車尾氣催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著世界各國經濟社會的發展，人們生活水平的提高，汽車數量急劇增加，汽車產業的景象是生機勃勃，汽車工業也已經成為世界許多國家的支柱產業。然而，在汽車工業的在發展極大地方便人們生活，提高人們生活質量的同時，汽車排放出的有害尾氣卻造成了越來越嚴重的大氣污染。

汽車尾氣排放的污染物主要由三部分組成：通過排氣管排出的內燃機廢氣、曲軸箱泄漏的氣體以及油箱和汽化器等燃料系統蒸發的氣體（覃有鈞，陳魯言，1995）。汽車尾氣的成分是非常復雜的，約有100多種化合物，主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）、硫化物（SO_x）、顆粒物（鉛化合物、炭黑、油霧等）、二氧化碳（CO₂）、甲醛（HCHO）、丙烯醛（CH₂CHCHO）等（金向亮，2007）。其中CO、HC和NO_x是汽車尾氣中最主要的成分（劉菊榮，宋紹富，2004；鄒運湖，1999），各國對汽車排放控制也主要集中在這幾種污染源上。這些有毒有害氣體的排放，不僅污染環境，還可能誘發光化學煙霧從而引起二次污染，甚至能引起酸雨、溫室效應以及臭氧空洞效應。控制汽車排氣污染主要有三種措施（樊丁琿，2006）：機前措施、機內措施和機后措施。所謂機前措施是指在燃油中加入一些添加劑（如消煙劑）來降低燃油中Pb、S、P等有害成分，或采用無鉛汽油代替有鉛汽油，減少汽油尾氣毒性物質的排放量；所謂機內措施主要是通過改變發動機的結構，使燃料充分燃燒或使排出的部分廢氣再次燃燒，以減少廢氣中的有害物質；所謂機后措施主要是加裝催化轉化器，利用催化技術加速汽車廢氣中CO、HC和NO_x的氧化還原反應，使大部分污染物轉化為無害的CO₂、H₂O和N₂，達到凈化汽車尾氣的目的。由于排放標準的日益嚴格化，僅僅靠機內措施是不可能完全達到要求的。目前，國內外均采用三個措施同時應用的格局。而汽車尾氣凈化催化劑（催化器）是汽車尾氣機后治理的主流產品。

稀土鈣鈦礦型汽車尾氣凈化催化劑主要由載體、助劑及稀土鈣鈦礦型復合氧化物組成（黃仲濤，2004；王紅霞，2002）。其中稀土鈣鈦礦型復合氧化物是起重要作用的主催化劑。1952年，Parravano（Parravano?G，1952）發現鈣鈦礦型復合氧化物可用于CO的催化氧化反應。1971年，Libby（Libby?W.F，1975）提出了這類化合物用作汽車尾氣催化劑的可能性，進一步的研究表明，ABO₃對CO和HC的氧化反應和NO_x的還原反應都具有一定的催化活性，即可以作為汽車尾氣凈化的三效催化劑來使用。此后有關ABO₃作為汽車尾氣凈化催化劑的研究工作日益廣泛地開展起來。盡管ABO₃對CO和HC有較高的催化氧化活性，但對NO_x的催化還原活性還不夠高。為了提高ABO₃的三效催化性能，人們嘗試在B位摻加貴金屬，研究結果表明：只要有少量的貴金屬取代B位金屬離子，就可以大大提高ABO₃的催化活性，并使貴金屬與ABO₃的各自優點同時得到發揮。Lauder（Hu?Z，1996）等發現含有Pt或Ru的ABO₃，其催化活性比不含貴金屬的ABO₃有明顯的提高，而且，與貴金屬催化劑相比，抗Pb中毒的能力大大提高，認為貴金屬取代或摻雜的ABO₃型復合氧化物是有效的汽車排氣催化劑。Guilhaume（Guihaume?N，Primet?M，1997）等最近報道，貴金屬取代的ABO₃型復合氧化物LaMn_0.97?Rh_0.024O_3+y有很高的三效催化活性，認為Rh是還原NO_x所必需的組分，而Mn離子的作用是氧化CO和HC。

20世紀80年代到90年代初期，由于貴金屬資源的缺乏，國外開始考慮在催化劑中添加稀土以削減貴金屬的用量，同時也展開了非貴金屬的研究以降低成本。受其影響，國內大部分的研究將稀土催化劑作為開發的重點，尤其是含稀土的鈣鈦礦結構的催化劑，是當時我國凈化催化劑的研究特色（陳煥欽，1985；李琬，王道，1985；王其武，戎晶芳，林培琰，1980）。