一種汽車(chē)三元催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車(chē)尾氣處理領(lǐng)域，尤其是涉及具有前級(jí)和后級(jí)三元催化器汽車(chē)的催 化劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車(chē)尾氣的主要污染物是一氧化碳（CO)、碳?xì)浠衔铮℉C)和氮氧化物，利用安裝 在排氣系統(tǒng)的催化劑可以將一氧化碳、碳?xì)浠衔镅趸啥趸己退?，同時(shí)將氮氧化物 還原成無(wú)毒的氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)尾氣的凈化，目前這催化劑通常為三元催化劑。三元催化劑由兩部 分組成：載體和覆于載體上的活性催化物質(zhì)；活性催化物質(zhì)通常選用貴金屬，如鉑、鈀和銠 的一種或幾種，另外添加氧化材料等。
[0003] 三元催化器，安裝在汽車(chē)排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，將汽車(chē)尾氣排出的 一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锝?jīng)氧化或還原作用完成凈化處理。當(dāng)高溫的汽車(chē)尾氣 通過(guò)凈化裝置時(shí)，三元催化器中的催化劑增強(qiáng)一氧化碳、氮?dú)庋趸锖吞細(xì)浠衔锏幕钚裕?促進(jìn)其進(jìn)行一定的氧化還原的化學(xué)反應(yīng)；但是高溫尾氣會(huì)降低貴金屬的活性。目前，汽車(chē)催 化器包括前級(jí)三元催化器（前級(jí)三元催化總成）和后級(jí)三元催化器（后級(jí)三元催化總成）， 前級(jí)三元催化器位于后級(jí)三元催化器的前邊（前級(jí)更加靠近發(fā)動(dòng)機(jī)）；前級(jí)三元催化器主 要針對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)下尾氣的處理，同時(shí)也兼有處理發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)預(yù)熱后的尾氣處理；后 級(jí)三元催化器主要是用于后級(jí)的尾氣處理。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，廢氣中碳?xì)浠衔锛暗?氧化合物含量較高，需要特制的前級(jí)三元催化劑；另外，目前的針對(duì)中排量汽車(chē)的催化劑 (排量2. 0L)，貴金屬銠的使用不合理，存在使用過(guò)量的問(wèn)題，原材料成本較高，這需要用于 中排量汽車(chē)同時(shí)兼具有效尾氣處理效果的催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出的一種汽車(chē)三元催化劑，解決現(xiàn)有汽車(chē)前級(jí)和后級(jí)催化劑中，貴金屬 使用不合理，原材料成本較高的問(wèn)題，同時(shí)處理尾氣中有毒化合物效果優(yōu)秀。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種汽車(chē)三元催化劑，包括前級(jí)催化劑和后級(jí)催化劑，
[0007] 所述的前級(jí)催化劑包括載體和前級(jí)活性材料，所述的前級(jí)活性材料由貴金屬I(mǎi)和 助催化劑I組成，所述的貴金屬I(mǎi)為鈀和銠組成，貴金屬I(mǎi)的鈀和銠的重量配比為26. 2:1， 所述的助催化劑I由氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水組成；
[0008] 所述的后級(jí)催化劑包括載體和后級(jí)活性物質(zhì)，所述的后級(jí)活性物質(zhì)由貴金屬I(mǎi)I 和助催化劑II組成，所述的貴金屬I(mǎi)I為鈀和銠組成，貴金屬I(mǎi)I的鈀和銠的重量配比為 5:1，所述的助催化劑II由氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水組成。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的助催化劑I的氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水的重 量配比為 1:0. 52:0. 13:2. 71。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的助催化劑II的氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水的 重量配比為 1:0. 52:0. 12:2. 75。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的載體為蜂窩狀載體。所述的前級(jí)催化劑載體規(guī)格為 118. 4*63. 5 ;所述后級(jí)催化劑載體規(guī)格為118. 4*91 ;表明前級(jí)催化劑載體規(guī)格為直徑為 118. 4mm (毫米），高度為63. 4mm (毫米），后級(jí)催化劑載體規(guī)格的高度為118. 4mm (毫米）， 高度為91mm (毫米）。
[0012] 其中，貴金屬I(mǎi)和助催化劑I應(yīng)用于前級(jí)催化劑，貴金屬I(mǎi)I和助催化劑II應(yīng)用于 后級(jí)催化劑。前級(jí)催化劑和后級(jí)催化劑結(jié)構(gòu)相同，兩者采用的活性物質(zhì)不同。
[0013] 貴金屬對(duì)CO的氧化都具有很高的活性，Pd對(duì)HC(碳?xì)溲趸铮┯泻酶叩难趸?應(yīng)能力，Rh控制NO x(氮氧化合物），當(dāng)高溫的汽車(chē)尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí)，三元催化器中的凈 化劑將增強(qiáng)C0、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO 在高溫下氧化為無(wú)色無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w，HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳，NOx 還原成氮?dú)夂脱鯕狻；瘜W(xué)反應(yīng)的方程式如下：
[0014] 氧化反應(yīng)：
[0015] 4HC+502 = 4C0 2+2H20
[0016] 2C0+02= 2C〇2
[0017] 還原反應(yīng)
[0018] 2 N0+2C0 = N2+2C02
[0019] 10 N0+4HC = 5N2+2H20+4C02。
[0020] 其中，氧化鈰具有三價(jià)鈰和四價(jià)鈰氧化物之間轉(zhuǎn)換能力，能夠在稀燃和富燃條件 下吸收和釋放氧，提高催化劑使用性能；引入Zr元素形成鈰鋯粉（C e-Zr，CeZr固溶體）顯 著提高氧化鈰的熱穩(wěn)定性和氧儲(chǔ)存能力。
[0021] 擬薄水鋁石，又名一水合氧化鋁、假一水軟鋁石，可以滿足氧源和反應(yīng)混合均勻分 散的要求，提供一種有效充足的氧源。
[0022] 硝酸，為優(yōu)級(jí)純，100%發(fā)煙硝酸。
[0023] 本申請(qǐng)中，前級(jí)三元催化劑選用貴金屬鈀和銘，鈀占有的比例較高，主要是用于處 理發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)多的碳?xì)溲趸锖偷趸衔铮F金屬銠主要處理發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn) 生的氮氧化合物。后級(jí)三元催化劑也選用貴金屬鈀和銠，鈀和銠之間協(xié)同平衡提高后級(jí)三 元催化劑處理尾氣有毒化合物的效率。助催化劑I中選用氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去 離子水，儲(chǔ)氧材料之前相互平衡，加上擬薄水鋁石增加助催化劑I的表面間隙，使前級(jí)催化 劑I有效輔助提高貴金屬的效果；助催化劑II中也選用氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離 子水，但是組分配比中，擬薄水鋁石和去離子水與助催化劑I不同，因?yàn)榍凹?jí)三元催化劑和 后級(jí)三元催化劑處理的尾氣不同，助催化劑的比例也會(huì)不同，去離子水的變化時(shí)，會(huì)引起助 催化劑之間平衡不同；助催化劑II組分之間也會(huì)形成一個(gè)平衡整體，有效提高后級(jí)三元催 化劑的處理效果；前級(jí)三元催化劑和后級(jí)三元催化劑之間相互補(bǔ)充，組成成處理中排量汽 車(chē)的整體尾氣催化劑。
[0024] 本申請(qǐng)中提供的三元催化劑，包括前級(jí)三元催化劑和后級(jí)三元催化劑，對(duì)中排 量汽車(chē)尾氣具有優(yōu)秀的處理效果，較傳統(tǒng)催化劑，CO轉(zhuǎn)換率提高4. 6%，NOx轉(zhuǎn)換率提高 1.3%，HC轉(zhuǎn)換率提高5%。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[0026] 實(shí)施例1 一種汽車(chē)三元催化劑
[0027] 具體針對(duì)中等排量（2. 0L)的汽車(chē)，汽車(chē)三元催化器采用具有前級(jí)和后級(jí)的催化 器。
[0028] 一種汽車(chē)三元催化劑，包括分別應(yīng)用于前級(jí)和后級(jí)催化器的前級(jí)催化劑和后級(jí)催 化劑；其中，前級(jí)催化劑包括載體和前級(jí)活性材料，前級(jí)活性材料由貴金屬I(mǎi)和助催化劑I 組成，貴金屬I(mǎi)為鈀和銠組成，貴金屬的鈀和銠的重量配比為26. 2:1，助催化劑I的原料重 量配比如下：氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石、去離子水的配比為1:0. 52:0. 13:2. 71。
[0029] 后級(jí)催化劑包括載體和后級(jí)活性物質(zhì)，后級(jí)活性物質(zhì)由貴金屬I(mǎi)I和助催化劑II 組成，貴金屬I(mǎi)I為鈀和銠組成，貴金屬的鈀和銠的重量配比為5: 1，助催化劑II的重量配比 如下：氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石、去離子水的配比為1:0. 52:0. 12:2. 75。助催化劑（I和 Π )和貴金屬（I和II)的重量比例為：（1?3) : (2?0. 1)。
[0030] 前級(jí)三元催化劑和后級(jí)三元催化劑的分別進(jìn)行制備，制備方法如下：
[0031] 首先將助催化劑的料漿涂覆于載體上，并于400°C?600°C溫度下焙燒1?5小 時(shí)，完成第一步涂覆的制備；隨后，將貴金屬的硝酸銠和硝酸鈀的料漿涂覆于上述完成第一 步涂覆的載體上，在400°C?600°C焙燒1?5小時(shí)，完成最終制備。
[0032] 實(shí)施例2 -種汽車(chē)三元催化劑
[0033] 制備方法和原料配比與實(shí)施例1中記載內(nèi)容相同，區(qū)別在于，前級(jí)催化劑和后級(jí) 催化劑采用蜂窩狀載體。所述的前級(jí)催化劑載體規(guī)格為118. 4*63. 5 ;所述后級(jí)催化劑載體 規(guī)格為118. 4*91。
[0034] 將實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的汽車(chē)三元催化劑進(jìn)行尾氣檢測(cè)，應(yīng)用于華泰汽車(chē)公 司的整車(chē)排放測(cè)試，檢測(cè)車(chē)型為華泰BI 1 (排氣量2. 0L)，整車(chē)測(cè)試采用ECE和EUDC的檢測(cè) 模式，檢測(cè)結(jié)果如表1所示；
[0035] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)三元催化劑，包括前級(jí)催化劑和后級(jí)催化劑，其特征是： 所述的前級(jí)催化劑包括載體和前級(jí)活性材料，所述的前級(jí)活性材料由貴金屬I(mǎi)和助催 化劑I組成，所述的貴金屬I(mǎi)為鈀和銠組成，貴金屬I(mǎi)的鈀和銠的重量配比為26. 2:1，所述 的助催化劑I由氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水組成； 所述的后級(jí)催化劑包括載體和后級(jí)活性物質(zhì)，所述的后級(jí)活性物質(zhì)由貴金屬I(mǎi)I和助 催化劑II組成，所述的貴金屬I(mǎi)I為鈀和銠組成，貴金屬I(mǎi)I的鈀和銠的重量配比為5:1，所 述的助催化劑II由氧化鋁、鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水組成。
2. 如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)三元催化劑，其特征是：所述的助催化劑I的氧化鋁、鈰鋯 粉、擬薄水鋁石和去離子水的重量配比為1:0. 52:0. 13:2. 71。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的汽車(chē)三元催化劑，其特征是：所述的助催化劑II的氧化鋁、 鈰鋯粉、擬薄水鋁石和去離子水的重量配比為1:0. 52:0. 12:2. 75。
4. 如權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述的汽車(chē)三元催化劑，其特征是：所述的載體為蜂窩狀載體。
5. 如權(quán)利要求4所述的汽車(chē)三元催化劑，其特征是：所述的前級(jí)催化劑載體規(guī)格為 118. 4*63. 5 ;所述后級(jí)催化劑載體規(guī)格為118. 4*91。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種汽車(chē)三元催化劑，包括前級(jí)催化劑和后級(jí)催化劑，所述的前級(jí)催化劑包括載體和前級(jí)活性材料，所述的前級(jí)活性材料由貴金屬I(mǎi)和助催化劑I組成；所述的后級(jí)催化劑包括載體和后級(jí)活性物質(zhì)，所述的后級(jí)活性物質(zhì)由貴金屬I(mǎi)I和助催化劑II組成；本申請(qǐng)中提供的三元催化劑，包括前級(jí)三元催化劑和后級(jí)三元催化劑，對(duì)中排量汽車(chē)尾氣具有優(yōu)秀的處理效果，較傳統(tǒng)催化劑，CO轉(zhuǎn)換率提高4.6％，NOx轉(zhuǎn)換率提高1.3％，HC轉(zhuǎn)換率提高5％。
【IPC分類(lèi)】B01J23-63, B01D53-62, B01D53-72, B01D53-56, B01D53-94
【公開(kāi)號(hào)】CN104588013
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410604353
【發(fā)明人】朱晟斌, 郎開(kāi)強(qiáng), 雷鵬輝, 寇超, 傅偉輝, 汪方毅, 潘金金, 鄭璐, 萬(wàn)曉燕
【申請(qǐng)人】金華歐侖催化科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年10月31日