用于減少氮氧化物的催化劑、其制備方法和用于減少氮氧化物的催化劑體系的制作方法
【專利說明】用于減少氮氧化物的催化劑、其制備方法和用于減少氮氧化物的催化劑體系
[0001]相關(guān)串請的交叉參考
[0002]本申請要求2014年4月24日提交于韓國知識產(chǎn)權(quán)局的韓國專利申請第10-2014-0049302號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，在此將其全部內(nèi)容并入作為參考。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明公開了用于減少氮氧化物的催化劑、該催化劑的制備方法和包括該催化劑的用于減少氮氧化物的催化劑體系。
【背景技術(shù)】
[0004]用于減少NOx的嵌入型(intercalat1n-type)催化劑例如貧NOx講(LNT)和NOx儲存催化劑(NSC)將Nox作為硝酸鹽嵌入到載體上的基礎(chǔ)嵌入材料例如Ba、Ce等中。因此，其中因尾氣中相對于理論空燃比而言較高的氧濃度導(dǎo)致NOx不容易受貴金屬上的反應(yīng)抑制的所有柴油車中貧操作區(qū)(lean operating area)中的NOx排放可以通過嵌入型催化劑得到抑制。當(dāng)NOx嵌入預(yù)定長的時間例如數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘時，催化劑達(dá)到NOx嵌入能力的極限，因此，當(dāng)尾氣中的氧濃度通過后注射(post inject1n)而降低，而還原組分例如C0/HC等增加時，嵌入的硝酸鹽發(fā)生脫嵌(deintercalate)，且基本上通過例如此、0)、!12等的還原劑還原成N2。
[0005]LNT催化劑基于催化劑溫度在大約100°C至大約400°C的溫度范圍內(nèi)具有NOx嵌入性能，而且還在大于或等于大約250°C的溫度下具有NOx還原性能。具體地，通過在傳統(tǒng)的NOx嵌入材料Ba之外還額外地包括Ce，用于柴油機(jī)的LNT催化劑因其低排氣溫度而在低催化劑溫度下也可具有NOx嵌入性能。在富集條件下NOx主要在Pt和Rh上還原，但由于用于柴油機(jī)的LNT催化劑保持在小于或等于大約250°C的催化劑溫度，因此NOx還原可能不會被活化。例如，在速度小于大約60km/h的城市駕駛模式中，可排放相當(dāng)大量的NOx。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供通過提高氮氧化物的嵌入而減少氮氧化物的催化劑，從而抑制氮氧化物的排放。
[0007]在進(jìn)一步優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供用于減少氮氧化物的催化劑體系，且該催化劑體系可以包括用于減少氮氧化物的催化劑。
[0008]在示例性的實施方式中，貴金屬催化劑可以包括:基底，包括用單元障壁(cellbarrier rib)劃分的多個單元通道(cell passage);以及涂層，位于單元通道的內(nèi)側(cè)上。涂層可以包括:包含鎂(Mg)-置換氧化鋁(MgAl2O4)、二氧化鈰(Ce)和復(fù)合二氧化鈰的載體；以及可以負(fù)載在載體上的鋇(Ba)和選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)及其組合的一種。
[0009]Ba可以基于Ba的總量以大約50wt%至大約70wt%的量負(fù)載在Mg-置換氧化鋁(MgAl2O4)上，并且Ba總量的小于或等于大約20被％可以負(fù)載在復(fù)合二氧化鈰上。
[0010]貴金屬催化劑基于貴金屬催化劑的總重量可以包括大約80wt%至大約9(^1:%量的Pt、大約5wt%至大約1(^1:%量的Pd、和大約5wt%至大約1(^1:%量的Rh。
[0011]Pt可以負(fù)載在二氧化鈰上，并且Pt的負(fù)載量基于Pt總量可以在大約10被％至大約25wt%的范圍內(nèi)。Pt/Pd合金貴金屬催化劑可以負(fù)載在Mg-置換氧化招(MgAl2O4)上，并且貴金屬催化劑可以基于Pt總量以大約30wt%至大約50wt%的量、且基于Pd總量以大約80wt%至大約10wt %的量負(fù)載。
[0012]Pt和Rh組合的貴金屬催化劑可以負(fù)載在復(fù)合二氧化鈰上，并且貴金屬催化劑可以基于Pt總量以大約40wt%至大約60wt%的量、且基于Rh總量以大約80wt%至大約10wt %的量負(fù)載。
[0013]涂層可以包括:基于涂層的總重量，大約20wt%至大約40￥丨％量的Mg-置換氧化招(MgAl2O4);大約20wt%至大約40wt%量的二氧化鋪(Ce);大約20wt%至大約4(^1:%量的復(fù)合二氧化鋪；大約5wt%至大約15wt%量的Ba ;以及小于或等于大約1.5wt%量的貴金屬催化劑。
[0014]還提供了本發(fā)明的涂層，其基本上由本文所述的組分組成，或者由本文所述的組分組成。例如，催化劑中包括的涂層基本上由以下組成或者由以下組成:基于涂層的總重量，大約20wt%至大約40wt%量的Mg-置換氧化鋁(MgAl2O4);大約20wt%至大約40被％量的二氧化鋪(Ce);大約20wt%至大約40wt%量的復(fù)合二氧化鋪；大約5wt%至大約15wt%量的Ba ;以及小于或等于大約1.5wt%量的貴金屬催化劑。
[0015]Mg-置換氧化鋁(MgAl2O4)可以形成為尖晶石結(jié)構(gòu)。
[0016]復(fù)合二氧化鋪可以是CeO2和選自Al、S1、La、Pr、Zr、Nd及其組合的至少一種金屬的氧化物的混合物。
[0017]復(fù)合二氧化鈰基于復(fù)合二氧化鈰的總重量可以包括大約60wt%至大約9(^丨％量的CeO2和大約1wt%至大約4(^1:%量的選自Al、S1、La、Pr、Zr、Nd及其組合的至少一種金屬的氧化物。
[0018]Mg-置換氧化鋁(MgAl2O4)的平均粒徑范圍可以是大約7 μπι至大約15μπι。二氧化鈰(Ce)的平均粒徑范圍可以是大約2μπι至大約7μπι。復(fù)合二氧化鈰的平均粒徑范圍可以是大約2 μ m至大約7 μ m。
[0019]在進(jìn)一步優(yōu)選的方面，提供了用于減少氮氧化物的催化劑體系。氮氧化物可以是，但不限于，尾氣中的氮氧化物，上述催化劑可以通過嵌入氮氧化物而用于減少氮氧化物。
[0020]用于減少氮氧化物的催化劑體系可以在理論空燃(A/F)比大于或等于大約14.7:1的稀燃發(fā)動機(jī)中工作。
[0021]因此，優(yōu)選的用于減少氮氧化物的催化劑可以提供改進(jìn)的用于減少氮氧化物的嵌入性能，并且可以得到包括本文所述的催化劑的優(yōu)選的用于減少氮氧化物的催化劑體系。
[0022]進(jìn)一步提供了包括汽車的車輛，其包括具體用于減少尾氣中氮氧化物的本文公開的催化劑。
[0023]以下公開本發(fā)明的其他方面。
【附圖說明】
[0024]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的示例性涂層的組分和組分分布。
[0025]圖2-4顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的用于減少氮氧化物的示例性催化劑的掃描電鏡(SEM)照片圖。
[0026]圖5是評估當(dāng)?shù)趸镞_(dá)到富集狀態(tài)時的20秒期間滑脫(Slipped)NOx的量的示例性圖。
[0027]圖6是提供通過使用根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的用于減少氮氧化物的示例性催化劑的氮氧化物凈化率的示例性圖。
[0028]圖1-6中的附圖標(biāo)記包括對下文所進(jìn)一步討論的以下元件的參考:
[0029]10:Mg-置換氧化鋁(MgAl2O4)
[0030]20: 二氧化鈰(Ce)
[0031]30:復(fù)合二氧化鈰
【具體實施方式】
[0032]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括通常的機(jī)動車，例如，包括多功能運動車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動力車是具有兩種或多種動力源的車輛，例如，具有汽油動力和電動力的車輛。
[0033]本文所用的術(shù)語僅僅是出于描述【具體實施方式】的目的，而并無意于對發(fā)明加以限定。如本文所用，除非上下文明確另外指出，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步理解到，當(dāng)用于本說明書時，術(shù)語“包括”和/或“包含”說明存在有所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組分，但并不排除存在或添加一種或多種其他的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組分和/或其組合。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括一種或多種所列關(guān)聯(lián)項的任何和全部組合。
[0034]除非明確說明或從上下文很明顯，如本文所用，術(shù)語“大約”理解成在本領(lǐng)域的正常容許誤差范圍內(nèi)，例如，在平均值的2標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?！按蠹s”可以理解成在所述數(shù)值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.I %、0.05%或 0.01 % 內(nèi)。除非另外由上下文很明顯，本文提供的所有數(shù)值均由術(shù)語“大約”修飾。
[0035]示例性實施方式將在下文加以詳述，并且其很容易由具有相關(guān)領(lǐng)域常識的人實施。
[0036]但是，本公開內(nèi)容可以以許多不同的方式實施，不應(yīng)理解成局限于在此所述的示例性實施方式。
[0037]如本文所用，鉑系金屬(PGM)可以是包括Pt、Pd、Rh等的貴金屬。
[0038]在說明書中，“其組合”包括至少兩種金屬的合金，例如，選自Pt、Pd、Rh及其混合物的貴金屬的合金。
[0039]如本文所用，高溫區(qū)是指其中NO的氧化由鉑系金屬(PGM)活化、并且嵌入材料中的Ba/MgAl204有助于NOx嵌入的區(qū)域。一般而言，高溫區(qū)可以是基于催化劑的溫度大于或等于大約250°C的溫度區(qū)。此外，在高溫下，在氮氧化物(NOx)的富集條件的控制過程中嵌入的氮氧化物(NOx)的還原可以被活化。
[0040]如本文所用，低溫區(qū)是指其中相當(dāng)多量的NO由PGM氧化、并且NOx主要通過嵌入材料中的Ba/Ce02而嵌入的區(qū)域。一般而言，低溫區(qū)可以是基于催化劑溫度小于或等于大約2500C的溫度區(qū)，用于在通過CeO2和復(fù)合二氧化鈰氧化和吸附NO之后通過BaNO 3嵌入NO。此外，在低溫區(qū)中，可以排放大量的氮氧化物，而氮氧化物(NOx)富集狀態(tài)的控制過程中嵌入的氮氧化物(NOx)的還原不被活化。
[0041]本文中，貧乏狀態(tài)(lean state)是指空燃比(空氣/燃料比)較大的狀態(tài)(即，燃料濃度較低的狀態(tài))，且富集狀態(tài)(rich state)是指空燃比(空