[發明專利]具有非鉑族金屬NOx捕集層的NOx捕集催化劑

在審

• 申請號: 201880055657.4
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN111050911A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 娜拉亞納·饒·扣麥特地;宋京武
• 申請（專利權）人: 喜星觸媒株式會社
• 主分類號: B01J37/02
• 分類號: B01J37/02;B01J23/755;B01J23/50;B01J20/08;B01J21/04;F01N3/08;B01J23/40;B01J35/00;B01J23/34
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 顧一明

本發明公開了一種具有非鉑族金屬NOx捕集層的NOx捕集催化劑，所述非鉑族金屬NOx捕集層包含過渡金屬，尤其是錳，能夠保持NOx捕集性能，同時減少昂貴的鉑族金屬的量。

技術領域

本發明涉及一種具有非鉑族金屬(非PGM或零PGM)NOx捕集層的NOx捕集催化劑，更具體地講，涉及一種具有非鉑族金屬NOx捕集層的NOx捕集催化劑，該非鉑族金屬NOx捕集層包含過渡金屬，尤其是錳，能夠保持NOx捕集性能，同時減少昂貴的鉑族金屬的量。

背景技術

目前，在使用內燃機燃燒時會不可避免地產生二氧化碳，因此，越來越多人使用柴油機或汽油稀燃發動機，所述柴油機或汽油稀燃發動機的運行使得產生的二氧化碳量盡可能少，并且能夠實現燃料的節省。

然而，使用柴油機或稀燃發動機的情況是有問題的，因為在稀燃環境下運行時會排放NOx。因此，需要在稀燃發動機運行條件下從廢氣中捕集NOx，并且在化學計量或濃燃發動機運行條件下排放并還原NOx。

根據本發明，NOx捕集催化劑基于三效催化劑(TWC)，并且術語“NOx捕集催化劑”和“三效催化劑”在本文中可以互換使用。如本領域中所述，具有NOx捕集功能的三效催化劑可以單層結構或多層結構的形式提供，所述多層結構包括含有鉑元素的三效催化劑層和含有鉑元素的NOx捕集層。

NOx捕集催化劑通過一系列基本步驟起作用，如以下反應方案1至5所示。通常，NOx捕集催化劑必須同時具有氧化活性和還原活性。在氧化環境中，NO被氧化成NO₂(反應方案1)，這對于NOx的儲存很重要。為了在低溫下反應，使用貴金屬例如Pt作為催化劑。隨后的氧化過程繼續進行，并且NO₂進一步被氧化成硝酸鹽，從而結合氧原子，這被認為是催化反應(反應方案2)。貴金屬既負責氧化反應，也負責還原反應，在還原反應中，Pt首先負責使用還原劑諸如CO(一氧化碳)或HC(碳化氫)排放NOx的催化作用(反應方案3)。隨后，在濃燃環境中將排放的NOx還原為N₂氣(反應方案4和5)。即使在純氧化條件下，也可能因為燃料噴入而引起NOx排放。然而，為了使用CO有效地減少排放的NOx，需要濃燃狀態。NOx排放也可能通過溫度的快速升高而發生。這是因為賤金屬硝酸鹽在高溫下不穩定。NOx捕集催化劑循環地起作用。賤金屬化合物被認為在其稀燃/富燃運行期間的主要途徑是碳酸鹽/硝酸鹽轉化。

NO氧化成NO₂

[反應方案1]

NO+1/2O₂→NO₂

以硝酸鹽形式儲存NOx

[反應方案2]

2NO₂+MCO₃+1/2O₂→M(NO₃)₂+CO₂

NOx的排放

[反應方案3]

M(NO₃)₂+2CO→MCO₃+NO₂+NO+CO₂

NOx還原成N₂

[反應方案4]

NO₂+CO→NO+CO₂

[反應方案5]

2NO+2CO→N₂+2CO₂

在反應方案2和3中，M為二價賤金屬陽離子，優選為Ba，但也可包含被稱為“NOx捕集或吸附材料”的堿土金屬諸如Mg、Sr等。