用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑。用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑可以包括載體和形成在載體上的催化劑層，其中催化劑層具有：第一催化劑，包含：包括氧化鋁的第一擔(dān)載體和負載在所述第一擔(dān)載體中的Pd；以及；以及第二催化劑，包含：包括二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物的第二擔(dān)載體和負載在所述第二擔(dān)載體中的Rh。
【專利說明】用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請要求于2012年12月13日提交的韓國專利申請?zhí)?0-2012-0145732的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此用于通過該引用的所有目的。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑。
【背景技術(shù)】
[0004]近來，從保護全球環(huán)境的角度來看，已經(jīng)對除去包含在交通工具等內(nèi)燃機排放廢氣中的污染物進行了積極地研究。
[0005]包含在廢氣中的污染物的實例包括一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)等，并且可以同時氧化和減少一氧化碳、碳氫化合物、以及氮氧化物三種有害物質(zhì)而凈化物質(zhì)的三元催化劑(three way catalyst)廣泛用于將污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。
[0006]由于三元催化劑需要在高溫環(huán)境下起作用，因此將三元催化劑置于高溫環(huán)境下，并且要求其具有高耐熱性。
[0007]此外，由于三元催化劑在高溫環(huán)境下使用，當(dāng)將三元催化劑負載在相同的載體(carrier)上而使用的情況下,存在用于三元催化劑的催化劑層的貴金屬形成合金而減小它們活性的問題。如圖1A所示，目前，通常應(yīng)用由下層和上層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)的技術(shù)來避免上述問題，其中，在所述下層中貴金屬Pd52負載在第一擔(dān)載體40上，并且在所述上層中Rh54負載在第二擔(dān)載體42上。如圖1B所示，當(dāng)雙層結(jié)構(gòu)催化劑應(yīng)用于高溫環(huán)境下時，Pd和Rh分別存在于下層和上層，因而沒有出現(xiàn)它們的合金。
[0008]然而，雙層結(jié)構(gòu)技術(shù)具有制造成本增加的問題，因而提出了單層催化劑技術(shù)。
[0009]公開于本發(fā)明【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的了解，而不應(yīng)該被視為承認(rèn)或以任何形式暗示所述信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的各方面旨在提供一種用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，通過改善高溫耐久性，所述氣體凈化催化劑應(yīng)用于高溫下而沒有降低其活性。
[0011]在本發(fā)明的一個方面，用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑可以包括載體(carrier)和形成在載體上的催化劑層，其中催化劑層可以包括:含有第一擔(dān)載體(第一載體，firstsupport)和負載在第一擔(dān)載體的Pd的第一催化劑,第一擔(dān)載體包括氧化招；以及含有第二擔(dān)載體(第二載體，second support)和負載在第二擔(dān)載體的Rh的第二催化劑,第二擔(dān)載體包括二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物。
[0012]第一擔(dān)載體可以進一步包括La，其中，基于100wt%的包括氧化鋁和La的全部第一擔(dān)載體，La的含量為0.5wt%至5wt% ;其中第二擔(dān)載體可以進一步包括選自La、Nd、S1、Pr、或它們組合中的添加劑，并且基于100wt%的包括二氧化鈰、氧化鋯、以及添加劑的全部第二擔(dān)載體，添加劑的含量為lwt%至20wt%。
[0013]第二擔(dān)載體可以包括20wt%至70wt%的二氧化鋪和80wt%至30wt%的氧化錯。
[0014]第二擔(dān)載體可以進一步包括選自La、Nd、S1、Pr、或它們組合中的一種添加劑，其中基于100wt%的包括二氧化鈰-氧化鋯和添加劑的全部第二擔(dān)載體，添加劑的含量為lwt%至 20wt%。
[0015]第一催化劑和第二催化劑的混合比為60:40wt%至40:60wt%。
[0016]基于100wt%的全部第一擔(dān)載體，Pd的負載量為lwt%至4wt%。
[0017]基于100wt%的全部第二擔(dān)載體，Rh的負載量為0.lwt%至lwt%。
[0018]催化劑是單層。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式，用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑具有優(yōu)異的耐熱性，并且抑制了氣體凈化催化劑在高溫下燒制時貴金屬的合金化，因而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。
[0020]本發(fā)明的方法和裝置具有其他的特性和優(yōu)點，這些特性和優(yōu)點根據(jù)并入本文中的附圖和隨后的【具體實施方式】將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的【具體實施方式】中進行詳細陳述，這些附圖和【具體實施方式】共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1A和圖1B是顯示相關(guān)技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)的催化劑結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。
[0022]圖2A和2B是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的催化劑結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
[0023]圖3A和圖3B是顯示相關(guān)技術(shù)的單層結(jié)構(gòu)的催化劑結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。
[0024]圖4是通過測定根據(jù)實施例1和比較例I和2制備的催化劑對污染物的轉(zhuǎn)化率獲得的圖表。
[0025]應(yīng)理解附圖呈現(xiàn)了闡釋本發(fā)明基本原理的各個特征的一定程度簡化的表示，從而不需要按比例繪制。本文所公開的本發(fā)明的特定設(shè)計特征，包括例如特定尺寸、取向、位置、以及形狀，將部分地由具體意圖的應(yīng)用以及使用環(huán)境確定。
[0026]在附圖中，附圖標(biāo)記在全部的幾個附圖中表示本發(fā)明的相同或等效物的部分。【具體實施方式】
[0027]以下將詳細參考本發(fā)明的各種實施方式，本發(fā)明的實例在附圖中示出并在下面進行描述。雖然結(jié)合示例性實施方式描述本發(fā)明，但應(yīng)理解所述描述不是旨在將本發(fā)明限制于那些示例性實施方式。相反地，本發(fā)明旨在不僅僅覆蓋示例性實施方式，還覆蓋可以包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍里的各種替代、改進、等價物、以及其他實施方式。
[0028]在下文中，將詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式。然而，示例性實施方式僅用于說明而不能解釋為限制本發(fā)明，并且僅僅通過如下所述的權(quán)利要求的范圍定義本發(fā)明。
[0029]根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑包括載體(carrier)和形成在載體上的催化劑層，其中催化劑層包括:含有第一擔(dān)載體(first support)和負載在第一擔(dān)載體的Pd的第一催化劑，第一擔(dān)載體包括氧化鋁；以及含有第二擔(dān)載體(secondsupport)和負載在第二擔(dān)載體的Rh的第二催化劑，第二擔(dān)載體包括二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物。催化劑層可以由基面層(wash-coat)表示。
[0030]也就是說，本發(fā)明的催化劑層是單層，并且在一層中包括第一催化劑和第二催化劑，Pd和Rh，分別是負載在不同擔(dān)載體的第一催化劑和第二催化劑的活性金屬，因而即使催化劑于高溫下使用，可以避免活性金屬彼此鍵合以導(dǎo)致合金化的現(xiàn)象，從而可以忽略合金化現(xiàn)象。因此，用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑在應(yīng)用于高溫的情況下，可以抑制由活性金屬合金化而引起的催化活性的降低，因而根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑具有優(yōu)異的耐熱性。
[0031]在本發(fā)明的一個示例性實施方式中，第一擔(dān)載體包括氧化鋁，并且在這種情況下，Y-氧化鋁可以適當(dāng)?shù)赜米餮趸X。
[0032]第一擔(dān)載體可以進一步包括La和氧化鋁。在這種情況下，La可以通過摻雜在氧化鋁中而存在。第一擔(dān)載體在進一步包括La的情況下，可以進一步改善耐熱性。在這種情況下，基于100wt%的包括氧化招和La的全部第一擔(dān)載體，La的含量可以為0.5wt%至5wt%。在所包含的La的含量在上述范圍內(nèi)的情況下，進一步提高改善耐熱性效果的優(yōu)點。
[0033]第二擔(dān)載體可以包括20wt%至70wt%的二氧化鈰和80wt%至30wt%的氧化鋯。在第二擔(dān)載體所包含的二氧化鈰和氧化鋯的含量在上述范圍內(nèi)的情況下，可以獲得最佳儲氧量(oxygen storing capacity) (OSC)性倉泛。
[0034]第二擔(dān)載體可以進一步包括選自La、Nd、S1、Pr、以及它們組合中的一種添加劑。第二擔(dān)載體在進一步包括添加劑的情況下，可以進一步增強耐熱性。特別地，鐠(Pr)可以改善擔(dān)載體的儲氧量以及耐熱性。
[0035]在這種情況下，基于100wt%的全部第二擔(dān)載體(即，基于100wt%的所有二氧化鈰、氧化鋯、以及添加劑)，添加 劑的含量可以為^^%至20被％。在添加劑的含量小于^^%或大于20wt%的情況下，存在第二擔(dān)載體的氧儲量降低以及成本增加的問題。
[0036]在本發(fā)明的示例性實施方式中，第一催化劑和第二催化劑的混合比可以為60:40wt% (重量百分比)至40:60wt% (重量百分比)。在本發(fā)明的另一個示例性實施方式中，第一催化劑和第二催化劑的混合比可以為60:40wt% (重量百分比)至70:30wt% (重量百分比)。
[0037]此外，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的催化劑中，基于100wt%的全部第一擔(dān)載體，Pd的負載量可以是lwt%至4wt%,并且基于100wt%的全部第二擔(dān)載體，Rh的負載量可以是 0.lwt% 至 lwt%。
[0038]在所包含的Pd的負載量和Rh的負載量在上述范圍內(nèi)的情況下，可以獲得更佳且經(jīng)濟的效果。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑中，可以使用任何能夠用于內(nèi)燃機氣體凈化催化劑的載體如顆粒型載體(pellet type carrier)、陶瓷整體型載體(ceramic monolith type carrier)、或金屬線型載體(metal wire carrier)作為負載催化劑層的載體(carrier)。
[0040]組成載體(carrier)的材料可以是陶瓷材料如堇青石(2Mg02..2Α1203..5Si02)、SiC (碳化硅)、或鈦酸鋁。
[0041]作為載體(carrier)的一種類型，可以優(yōu)選陶瓷整體型載體。[0042]在圖2A中示意性說明了具有根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式結(jié)構(gòu)的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑。如圖2A所示，用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑I由第一催化劑以及第二催化劑構(gòu)成，其中第一催化劑包含:包括氧化鋁第一擔(dān)載體10和負載在第一擔(dān)載體10上的Pd22，第二催化劑包含:包括二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合化合物的第二擔(dān)載體12和負載在第二擔(dān)載體12上的Rh24。
[0043]即使催化劑應(yīng)用于高溫下，如圖2B所示，可以看出在用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑IA中，Pd和Rh負載在不同的擔(dān)載體(載體，support)上,從而使得合金化難以發(fā)生。
[0044]在這方面，可以看出當(dāng)由單層構(gòu)成并包含一同負載在氧化鋁擔(dān)載體20和二氧化鈰-氧化鋯擔(dān)載體22 (圖3A)上的Pd32和Rh34的相關(guān)技術(shù)的催化劑2于高溫下使用時，如圖3B所示，在催化劑2A上形成過量的Pd-Rh合金36。
[0045]在具有根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的上述構(gòu)造的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑中，首先，第一催化劑和第二催化劑彼此混合，然后將混合物加入到水中，以此通過浸潰法制備漿料型組合物。隨后，將組合物涂覆到載體(carrier)上，經(jīng)干燥并燒制以制備氣體凈化催化劑。燒制過程在400°C至600°C下進行2至5個小時。
[0046]在下文中，將描述本發(fā)明的實施例和比較例。以下實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本發(fā)明不僅限于以下實施例。
[0047](實施例1)
[0048]通過浸潰法將Pd負載在包括氧化鋁的第一擔(dān)載體上以制備第一催化劑。將包括氧化鋁和La的擔(dān)載體用作第一擔(dān)載體，并且在這種情況下，使用基于100wt%的全部第一擔(dān)載體La的含量為4wt%的擔(dān)載體?；?00wt%的全部第一擔(dān)載體，Pd的負載量為2.35wt%。
[0049]通過浸潰法將Rh負載在包含二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合化合物的第二擔(dān)載體上以制備第二催化劑。在這種情況下，在第二擔(dān)載體中二氧化鈰的含量為23wt%，以及氧化鋯的含量為77wt%?；?00wt%的全部第二擔(dān)載體，Rh的負載量為0.lwt%。
[0050]第一催化劑和第二催化劑以60:40wt% (重量百分比)的比例混合。然后將混合物加入到水中，以此通過浸潰法獲得漿料。將漿料涂覆在堇青石整體載體上，干燥，并在500°C下燒制2小時以制備用于凈化氣體的催化劑，在催化劑中催化劑層形成單層。
[0051](比較例I)
[0052]通過浸潰法將Pd負載在包括氧化鋁的第一擔(dān)載體上以制備第一催化劑。將包含氧化鋁和La的擔(dān)載體用作第一擔(dān)載體，并且在這種情況下，使用基于100wt%的所有氧化鋁和La，La含量為4wt%的擔(dān)載體?；?00wt%的全部第一擔(dān)載體，Pd的負載量為2.5wt%。
[0053]通過浸潰法將Rh負載在包含二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合化合物的第二擔(dān)載體上以制備第二催化劑。在這種情況下，在第二擔(dān)載體中二氧化鈰的含量為23wt%，以及氧化鋯的含量為77wt%。基于100wt%的全部第二擔(dān)載體，Rh的負載量為0.lwt%。
[0054]通過將第一催化劑添加到水中的浸潰法制造漿料。將漿料涂覆在堇青石整體載體上，干燥，并且在500°C下燒制2小時以制造下層。
[0055]隨后，通過將第二催化劑添加到水中的浸潰法制造漿料。將漿料涂覆在下層，干燥，并且在500°C下燒制2小時以形成上層，以此制備用于凈化氣的催化劑，在催化劑中催化劑層形成雙層。
[0056](比較例2)[0057]通過浸潰法將Pd和Rh負載在包括氧化鋁的第一擔(dān)載體上以制備第一催化劑。將包括氧化鋁和La的擔(dān)載體用作第一擔(dān)載體，并且在這種情況下，基于100wt%的全部第一擔(dān)載體，使用La含量為4wt%的擔(dān)載體?；?00wt%的全部第一擔(dān)載體，Pd和Rh的負載量為 1.55wt% (Pd 的負載量:1.5wt%, Rh 的負載量:0.05wt%)。
[0058]通過浸潰法將Pd和Rh負載在包含二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物的第二擔(dān)載體上以制備第二催化劑。在這種情況下，在第二擔(dān)載體中二氧化鈰的含量為23wt%，以及氧化鋯的含量為77wt%?；?00wt%的全部第二擔(dān)載體，Pd和Rh的負載量為0.91wt% (Pd的負載量:0.86wt%, Rh 的負載量:0.05wt%)。
[0059]第一催化劑和第二催化劑以60:40wt%的比例混合，然后通過將混合物添加到水中的浸潰法制造漿料。將漿料涂覆在堇青石整體載體上，干燥，并在500°C下燒制2小時以制備用于凈化氣的催化劑，在催化劑中催化劑層形成單層。
[0060]在根據(jù)實施例1和比較例I和2生產(chǎn)的催化劑經(jīng)過在1000°C下在水中進行的6小時熱處理的水熱處理后，測定了對于經(jīng)過水熱處理的催化劑的HC、CO、以及NOx轉(zhuǎn)化效率的起燃溫度(light off temperature),并將結(jié)果顯示于圖4中。起燃溫度指廢氣溫度,在此溫度下50%的各污染物被催化劑轉(zhuǎn)化，并且當(dāng)溫度降低時污染物的凈化效率增加。
[0061]起燃溫度通過催化活性評價設(shè)備SI⑶2000 (HORIBA)測定污染物HC、C0、以及NOx的凈化效率達到50%時的溫度而獲得。當(dāng)起燃溫度降低時，污染物的凈化效率增加。
[0062]當(dāng)以67，OOOhr-1的空速注射包含N2的氣體時，測定起燃溫度。包含O2(濃度:0.98體積％)、CO (濃度:1.17體積％)、H2O (濃度:10體積％)、CO2 (濃度:13.9體積％)、NO (濃度:0.1積比％)、HC (濃度體積:0.3%)、以及余量N2的氣體用作上述包含N2的氣體。
[0063]如圖4所示，可以看出，由于實施例1的催化劑與比較例I和2的催化劑相比在較低的溫度下達到起燃溫度，使得高溫操作過程中污染物的凈化效率非常高。
[0064]前述對本發(fā)明的具體示例性實施方式的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非像窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進行很多改變和變化。這些描述并非像窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進行很多改變、變化以及改變。本發(fā)明的范圍意在由所附的權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，包括: 載體；以及 形成在所述載體上的催化劑層，其中，所述催化劑層包括: 第一催化劑，包含:包括氧化鋁的第一擔(dān)載體和負載在所述第一擔(dān)載體中的Pd ;以及 第二催化劑，包含:包括二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物的第二擔(dān)載體和負載在所述第二擔(dān)載體中的Rh。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述第一擔(dān)載體進一步包括La。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，基于100wt%的包括所述氧化鋁和La的全部第一擔(dān)載體，所述La的含量為0.5wt%至5wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述第二擔(dān)載體進一步包括選自La、Nd、S1、Pr、或它們組合中的添加劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，基于100wt%的包括所述二氧化鈰、所述氧化鋯、以及所述添加劑的全部第二擔(dān)載體，所述添加劑的含量為lwt%至 20wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述第二擔(dān)載體包括20wt%至70wt%的二氧化鋪和80wt%至30wt%的氧化錯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述第二擔(dān)載體進一步包括選自 La、Nd、S1、Pr、或它們組合中的添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，基于100wt%的包括所述二氧化鈰-氧化鋯以及所述添加劑的全部第二擔(dān)載體，所述添加劑的含量為lwt%至20wt%o
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述第一催化劑和第二催化劑的混合比為60:4(^七％至40:60wt%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，基于100wt%的全部第一擔(dān)載體，所述Pd的負載量為lwt%至4wt%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，基于100wt%的全部第二擔(dān)載體，所述Rh的負載量為0.lwt%至lwt%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的氣體凈化催化劑，其中，所述催化劑是單層。
【文檔編號】B01D53/72GK103861588SQ201310319930
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】林哲范, 南潤相, 鄭鎮(zhèn)宇, 宋榮日 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社