[發明專利]中空微球催化劑載體及其制作方法

有效

• 申請號: 201380066413.3
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104853827B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: P·H·特蘭;M·P·加利甘;Y·劉;X·D·楊;Q·胡;D·利厄
• 申請（專利權）人: 巴斯夫公司
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;B01J37/02;B01J37/04;B01J37/08;B01J21/04;B01J21/06;B01J23/58;B01J23/63;B01J32/00;B01J35/00;B01J35/02;B01J35/04;B01J35/08
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

本發明提供了中空多孔金屬氧化物微球。所述微球可用作催化劑，特別是用于內燃機的廢氣處理催化劑的載體。本發明還提供了制備所述微球的方法、使用所述微球作為催化劑載體的方法和使用包含所述微球的催化劑制品處理廢氣的方法。

技術領域

本發明涉及用于處理摩托車和汽車發動機廢氣的催化劑和催化劑載體的領域。

背景

內燃機的廢氣含有污染空氣的諸如烴、一氧化碳和氮氧化物(NO_x)的污染物。各國政府已設置了對于未燃燒的烴、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放標準，舊的車輛和新的車輛必須滿足這些排放標準。為了滿足這樣的標準，可以在內燃機的廢氣管線中安置含有三效催化劑(TWC)的催化轉換器(catalytic converter)。使用廢氣催化劑有助于顯著改善空氣質量。TWC是最常用的催化劑，它提供氧化CO、氧化未燃燒的烴(HC’s)及將NOx還原成N₂的三種功能。TWC通常使用一種或多種鉑族金屬(PGM)來同時氧化CO和HC并還原NOx化合物。TWC最常見的催化組分是鉑(Pt)、銠(Rh)和鈀(Pd)。

TWC催化劑中的鉑族金屬(PGM)(例如，鉑、鈀、銠、釕和銥)通常被分散于高表面積、耐熔金屬氧化物載體(例如，高表面積氧化鋁涂層)上或氧存儲組分(OSC)上，或它們的混合物上。載體承載于合適的載物(carrier)或基底上(例如包含耐熔陶瓷或金屬蜂窩結構的整體基底)或耐熔顆粒(例如合適的耐熔材料的圓球或短的擠出部分)。TWC催化劑基底也可以是絲網，通常是金屬絲網，它在小型發動機中特別有用。

耐熔金屬氧化物(例如氧化鋁、稀土金屬氧化物、氧化鋯、二氧化鈦及它們的組合)及其它材料通常被用作催化劑制品的催化組分的催化劑和作為氧存儲材料(OSC)。現在，幾乎所有的氧化鋁催化劑載體和OSC都是具有范圍為約5-100微米的粒度的固體粉末顆粒的形式或大于100微米尺寸的大擠出物。氧化鋁載體材料通常表現出高于60平方米每克(“m²/g”)的BET表面積，經常高達約200m²/g或更高。

在內燃機中，這些催化劑載體材料也需要具有高的微觀和宏觀孔隙率來增強氣相擴散，這使得催化劑在高空間速度下更有效地獲得高的氮氧化物(NOx)和烴(HC)轉化。在這方面，多孔微球(包括中空微球)已被用來作為催化劑載體用于提高催化基面涂層(基面涂層)的孔隙率的目的。文獻報道了這樣的微球的多種制備方法。然而，在通常情況下，在較低溫度下形成的中空氧化鋁微球是薄壁蛋殼結構，其太脆弱無法抵抗催化劑制備過程中的機械研磨和發動機中的水熱陳化。厚壁中空氧化鋁球對機械和熱陳化更穩健，并且是可商購獲得的(例如，作為絕緣材料)，但這些材料或者具有大的粒度或已經被在過高的溫度下燒結用于催化劑應用。使用離子萃取勃姆石溶膠，接著在1200℃下燒制成的中空氧化鋁微球已被證明具有厚壁；但是，這些微球為致密的α晶相。

對于通過簡單制備方法制成的適合用作催化劑載體的并且具有厚壁及小球直徑的中空多孔微球仍有需求。這樣的微球的可用性也帶來了原材料(例如貴金屬、氧化鋁和OSC)使用的顯著降低，因此，由于消除了傳統固體顆粒的中央中的死空間(dead space)所以成本大幅降低。

發明概述

在一方面，本發明涉及一種包含中空多孔金屬氧化物微球的組合物。在一具體實施方案中，所述微球包含具有約1-5μm、通常約1-3μm或約2μm厚度的圍繞中空中央的壁，并且所述中空多孔金屬氧化物微球的直徑范圍為約5-15μm、通常約8-12μm或約9-11μm。希望的是，平均直徑(D₉₀)為約10μm。所述微球還可以包含催化劑，例如用于處理發動機廢氣的催化劑。

在所述中空多孔金屬氧化物微球的一個實施方案中，催化劑被并入所述中空多孔金屬氧化物微球的壁內。在另一個實施方案中，催化劑以較高的濃度存在于所述微球的外表面上或附近。