[發(fā)明專利]兩段三效汽車尾氣凈化非貴金屬催化劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210391530.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN102909024A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高利珍;張衛(wèi)珂;梁翼紅;張敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南迪諾環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/83
• 分類號(hào): B01J23/83;B01J23/887;B01J23/889;B01D53/94
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于汽油車、柴油車、摩托車等機(jī)動(dòng)車尾氣凈化催化劑及其制備方法。催化劑為兩種催化劑耦合工作，不含貴重金屬，能最終將尾氣中的氮氧化物、碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己吞碱w粒轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體氮?dú)狻⒀鯕狻⒍趸己退４呋瘎榧{米過(guò)渡金屬-稀土復(fù)合氧化物，催化劑載體為蜂窩陶瓷和金屬網(wǎng)。

背景技術(shù)

汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染和城市居民的健康危害十分嚴(yán)重，治理或控制汽車尾氣排放，已成為全世界環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的重大課題，汽車尾氣的主要成分是一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HnCm)、氮氧化物(NOx)、碳顆粒PM2.5及少量鉛化物和硫化物等，一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)汽車尾氣凈化有兩種方法：發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部控制和發(fā)動(dòng)機(jī)外部?jī)艋瑱C(jī)內(nèi)控制就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)本身工作過(guò)程來(lái)降低汽車排放污染物，世界各國(guó)汽車生產(chǎn)廠家在化油器和發(fā)動(dòng)機(jī)方面分別采取了很多措施，如電控燃油噴射、氧傳感器控制技術(shù)等，所有這些措施對(duì)減少汽車排放污染物都有一定效果，但作用有限，甚至有的還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)一些不利的影響，而與之相比，裝有尾氣凈化器的發(fā)動(dòng)機(jī)外部?jī)艋兄?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前解決汽車排放污染物最重要最有效的手段。發(fā)動(dòng)機(jī)外部?jī)艋窃谖矚馀艢夤懿课患友b凈化催化劑，將一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?H_nC_m)、氮氧化物(NO_x)三種主要有害物同時(shí)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物二氧化碳、水、氮?dú)狻⒀鯕狻４朔N催化劑被稱為三元催化劑或三效催化劑。

催化劑是汽車尾氣凈化的核心。汽車尾氣凈化器所用催化劑的基本要求概括起來(lái)有：(1)必須適應(yīng)經(jīng)常的、大量的氣流沖擊以及溫度和組分的劇烈變化；(2)必須同時(shí)具有高溫(800℃以上)和低溫活性，才能保證冷起動(dòng)時(shí)發(fā)揮催化作用，高溫下不被燒結(jié)；(3)能同時(shí)凈化CO、HC和NO_x三種有害物質(zhì)。能同時(shí)滿足這些條件的催化劑很少，所以尾氣凈化催化劑是多相催化領(lǐng)域里難度最大的課題之一。另外由于技術(shù)保密，催化劑的發(fā)展更新較緩慢。目前催化劑活性組分基本上是由鉑(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)等貴重金屬組成的。該類催化劑成本太高，有時(shí)甚至相當(dāng)于一輛汽車價(jià)格的十分之一；尤其是Pt、Rh更受到資源的限制。對(duì)凈化NO_x起主要作用的是銠，目前用于汽車尾氣凈化催化劑的銠約占世界總產(chǎn)量的80％，預(yù)計(jì)今后供應(yīng)將呈現(xiàn)緊張狀態(tài)，為了緩解Pt特別是Rh的供應(yīng)與需求之間的矛盾，現(xiàn)廣泛使用價(jià)格相對(duì)便宜但仍然十分昂貴的鈀，開發(fā)了Pt、Rh和Pd組成的催化劑以及全鈀催化劑。但鈀的資源也很有限、價(jià)格也很昂貴且易高溫流失。稀土元素是除貴重金屬外最有效的尾氣凈化催化劑及添加劑。我國(guó)也是世界主要稀土產(chǎn)地國(guó)，國(guó)家已經(jīng)把稀土確定為戰(zhàn)略資源，限量出口，開發(fā)稀土的利用是我國(guó)科學(xué)家的任務(wù)和有利條件。

汽車尾氣凈化催化劑需要負(fù)載在大表面積的多孔載體上，以增強(qiáng)催化劑的分散度、減少催化劑的用量、增加氣體的透過(guò)率、提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，一般都用蜂窩陶瓷載體，蜂窩陶瓷載體具有類似蜂窩形的結(jié)構(gòu)，它具有低膨脹、高強(qiáng)度、耐熱震性好、吸附性強(qiáng)、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，目前蜂窩陶瓷載體多用堇青石(鋁硅酸鎂)作原料，堇青石不但有低的膨脹系數(shù)、良好的耐化學(xué)腐蝕性能及良好的耐熱性(安全使用溫度1400℃)，而且本身的氣孔率較高，吸水率可達(dá)30％左右，是較理想的原材料，但蜂窩陶瓷載體存在著吸水軟化、元件壁較厚、排氣阻力較大、機(jī)械強(qiáng)度差等缺點(diǎn)。金屬載體壁厚僅為陶瓷載體的1/4，因而可降低排氣阻力，并使催化劑載體小型化成為可能；金屬載體的熱容量小，預(yù)熱性能好，有利于在低溫時(shí)電子預(yù)熱催化劑。金屬載體的機(jī)械強(qiáng)度和耐水性也很好。如Ni-Cr-A1合金多孔體為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。孔徑為0.1mm，空隙率為85％，而陶瓷多孔體的孔徑為0.02mm，空隙率為50％。金屬載體的加工性也比陶瓷好得多。但金屬載體的弱點(diǎn)是比表面積小，催化劑的負(fù)載量小。