具有隔離的活化涂層的催化制品及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般設(shè)及用于廢氣處理的催化劑。更具體地，本發(fā)明設(shè)及具有隔離的活化 涂層的催化制品。 陽00引發(fā)明背景
[0003] 內(nèi)燃機(jī)的廢氣包含污染空氣的污染物例如控、一氧化碳和氮氧化物（NOy)。各政 府已經(jīng)設(shè)定了未燃控、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)并且新舊車輛必須滿足該標(biāo) 準(zhǔn)。為了滿足此類標(biāo)準(zhǔn)，可將含有=效催化劑（TWC)的催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的廢氣管 路中。廢氣催化劑的使用已經(jīng)對(duì)空氣質(zhì)量的顯著改善作出貢獻(xiàn)。TWC是最常用的催化劑，并 且它提供了C0的氧化、未燃控（肥）的氧化化及NOx還原成種功能。TWC通常采用一 種或多種銷系金屬（PGM)來同時(shí)氧化C0和肥并且還原NOx化合物。TWC的最普遍的催化 組分為銷（Pt)、錠巧h)和鈕（Pd)。
[0004] TWC催化劑中的銷系金屬（PGM)(例如銷、鈕、錠、釘和銀）通常分散于高表面積、難 烙金屬氧化物載體例如高表面積氧化侶涂層上，或分散于儲(chǔ)氧組分（0SC)，或它們的混合物 上。載體負(fù)載在合適的基底上，例如包括難烙陶瓷或金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的單塊體基底，或難烙顆 粒如合適的難烙材料的球體或短擠出片段。TWC催化劑基底也可W是絲網(wǎng)，通常是金屬絲 網(wǎng)，其在小型發(fā)動(dòng)機(jī)中尤為有用。 陽0化]許多TWC催化劑是用至少兩種單獨(dú)的催化劑涂覆組合物（活化涂層（washcoat)) 制成，將該催化劑涂覆組合物W含水的分散體形式作為連續(xù)層施加于基底（例如，由陶瓷 或金屬組成的蜂窩體）上W便于分離貴金屬，如，鈕和錠，其代表了主要的催化活性物種。 從歷史看來，因?yàn)橐恍╀N系金屬，如，鈕和錠，可W形成已知催化活性較低的合金，所W分離 是必要的。
[0006] 需要提供單活化涂層組合物，其含有貴金屬（即鈕和錠），同時(shí)與將運(yùn)些金屬分別 提供給單獨(dú)涂層的組合物相比，其可保持和/或改善催化性能。也需要在一個(gè)涂覆步驟中 施加單活化涂層組合物。也持續(xù)需要提供TWC催化劑復(fù)合物，其有效地利用貴金屬并維持 有效W滿足調(diào)控的HC、NOx和C0轉(zhuǎn)化。 發(fā)明概要
[0007] 本發(fā)明的第一方面設(shè)及催化制品，其包括具有多條縱向延伸通道的細(xì)長(zhǎng)的基底單 塊體，每條通道具有至少第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，第一表面和第二表面涂 覆有至少第一涂層和第二涂層，其中第一涂層包含第一催化劑組合物并覆蓋于在第一表面 上的第二涂層上，第二涂層包含第二催化劑組合物并覆蓋于在第二表面上的第一涂層上， 并且其中第一催化劑組合物和第二催化劑組合物具有表面電荷的差異。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案中，表面電荷的差異等于或大于約10庫侖/m2。
[0008] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一組合物包含第一銷系金屬。在一些實(shí)施方案中，第 一銷系金屬被熱固定或化學(xué)固定于第一載體材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一銷系金 屬包含鈕和/或銷。在一些實(shí)施方案中，鈕W占總催化劑重量的約0. 05% -10%的量存在。 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第二組合物包含被熱固定或化學(xué)固定于第二載體材料的第二銷 系金屬。在一些實(shí)施方案中，第二銷系金屬被熱固定或化學(xué)固定于第二載體材料。在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施方案中，第二銷系金屬包含錠。在一些實(shí)施方案中，錠W占總催化劑重量的約 0. 005% -5 %的量存在。
[0009] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第二載體包含二氧化姉。在一些實(shí)施方案中，第一銷系 金屬包含鈕，并且第二銷系金屬包含錠，并且鈕和錠W約1 :1〇至約100 :1的比例存在。在 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，鈕和錠W約5至約300克/立方英尺的量存在。在一些實(shí)施方案 中，第一載體包含氧化侶，并且第二載體包含二氧化姉。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一載 體包含氧化錯(cuò)，并且第二載體包含二氧化姉。在一些實(shí)施方案中，氧化錯(cuò)滲雜有二氧化姉。
[0010] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及制造催化劑制品的方法。方法包括提供具有第一表面電 荷的第一載體和被熱固定或化學(xué)固定于第一載體顆粒的第一銷系金屬；提供具有比第一表 面電荷小的第二表面電荷的第二載體和被熱固定或化學(xué)固定于第二載體顆粒的第二銷系 金屬；將第一載體和第二載體懸浮于單漿料中，漿料包含液體介質(zhì)和第一載體和第二載體； 將單活化涂層施加于基底。
[0011] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，單活化涂層提供兩個(gè)組成不同的涂層，第一涂層和第 二涂層。在一些實(shí)施方案中，基底包括具有多條縱向延伸通道的細(xì)長(zhǎng)的基底單塊體，每條通 道具有至少第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面，并且其中第一涂層覆蓋于在第一 表面上的第二涂層上，并且第二涂層覆蓋于在第二表面上的第一涂層上。在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方案中，表面電荷的差異等于或大于約10庫侖/m2。在一些實(shí)施方案中，第一載體包含二 氧化姉，并且第二載體包含氧化錯(cuò)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一載體包含高密度二氧化 姉，并且第二載體包含滲雜有Pr的低密度氧化錯(cuò)。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，將銷系金屬熱固定于第一載體和第二載體，包括將銷系金屬 浸潰于第一載體和第二載體上W提供浸潰的載體并般燒浸潰的載體。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方 案中，將浸潰的載體在約100至約800°c范圍內(nèi)的溫度般燒至少約0. 25至約4小時(shí)。在一 些實(shí)施方案中，其中使?jié){料的抑維持在約3至約9的范圍內(nèi)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中， 其中漿料抑通過添加有機(jī)酸來控制。在一些實(shí)施方案中，其中有機(jī)酸包括酒石酸、甲酸或 硝酸。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，其中被熱固定或化學(xué)固定于第一載體顆粒的銷系金屬包 含占總催化劑重量的約0.5%-10%的量的化。在一些實(shí)施方案中，其中被熱固定于第二載 體顆粒的銷系金屬包含占總催化劑重量的約0. 05% -5%的量的Pd或Pt。
[0013] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，其中第一載體包含氧化侶，并且第二載體包含二氧化 姉。在一些實(shí)施方案中，其中第一載體包含氧化錯(cuò)，并且第二載體包含二氧化姉。在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施方案中，其中氧化錯(cuò)滲雜有二氧化姉。
[0014] 附圖簡(jiǎn)述
[0015] 圖1A和B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案在涂覆基底之前和之后于漿料中 的兩種載體的圖示；
[0016] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的催化制品的透射電子顯微鏡圖像；
[0017] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的催化制品的透射電子顯微鏡圖像。
【具體實(shí)施方式】
[001引提供了催化制品及其制造方法。催化制品有利地由單活化涂層工藝制成，由此活 化涂層基于其中所含催化顆粒的表面電荷隔離成兩個(gè)或多個(gè)涂層。在一些實(shí)施方案中，由 運(yùn)些工藝制得的催化制品W涂層的排序?yàn)樘卣鳎\(yùn)些涂層在基底上給定通道的相對(duì)面具有 相反的排序。也就是說，在一個(gè)涂層覆蓋于第二層上的情況下，第二層覆蓋于在相對(duì)壁上的 第一層上。在其它實(shí)施方案中，運(yùn)些工藝制得的催化制品是常規(guī)的；也就是說，相同的層總 是更靠近基底。
[0019] 催化制品
[0020] 因此，本發(fā)明的一個(gè)方面設(shè)及催化制品，其包括具有多條縱向延伸通道的細(xì)長(zhǎng)的 基底單塊體，每條通道具有至少第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，第一表面和第二 表面涂覆有至少第一涂層和第二涂層，其中第一涂層包含第一催化劑組合物并覆蓋于在第 一表面上的第二涂層上，第二涂層包含第二催化劑組合物并覆蓋于在第二表面上的第一涂 層上，并且其中第一催化劑組合物和第二催化劑組合物具有表面電荷的差異。
[0021] 第一和第二兩個(gè)涂層的隔離是通過制造或選擇具有表面電荷差異的第一和第二 催化劑組合物的材料來實(shí)現(xiàn)。因此，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述表面電荷的差異等于或 大于約10庫侖/m2,或大于約12庫侖/m2。表面電荷可W采用C電勢(shì)探針分