催化剂及制备方法

专利名称：催化剂及制备方法
技术领域：
所述系统和技术包括涉及催化剂的实施方案。它们还包括涉及制备催化剂和可包含催化剂的系统的实施方案。
背景技术：
化石燃料燃烧(如加热炉、烘箱和发动机)产生的排气流包含各种潜在不需要的燃烧产物，包括氮氧化物(NOx)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。NOx，虽然在热力学上不稳定，但没有催化剂就不能自发分解。排气流可利用排气处理装置从排气流去除N0X。排气处理装置的实例包括催化转化器(例如，三用催化剂、氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)催化剂等)、蒸发排放装置、洗涤装置(例如，烃(HC)、硫等)、颗粒过滤器/捕集器、吸附器/吸收器、等离子体反应器(例如，非热等离子体反应器和热等离子体反应器) 等。催化转化器中的三用催化剂(TWC催化剂)可用CO和残余烃还原N0X。TWC催化剂可在贫和富两种燃料/空气条件的具体操作范围和具体操作温度范围内有效。颗粒状催化组合物可使HC、C0和NOxW转化能够达到最佳。转化率可取决于排气温度。催化转化器可在约 300°C或更高的升高催化剂温度下操作。在排气排放开始(即，“冷启动”)时到基体加热到高达点火温度时间之间的时间阶段为点火时间。点火温度为在通过催化剂时来自发动机的排放的百分之五十(50% )转化所在的催化剂温度。可用加热催化剂的替代方法使催化剂温度达到点火温度。来自发动机的排气可加热催化转化器。此加热可帮助使催化剂达到点火温度。排气通过催化转化器相对不变，直至达到点火温度。另外，发动机排气的组合物随着发动机温度从冷启动温度升高到操作温度而改变，并且TWC催化剂可对在正常升高的发动机操作温度下存在的排气组合物起作用。选择性催化还原(SCR)可包括贵金属系统、贱金属系统或沸石系统。贵金属催化剂可在约240°C至约270°C的温度范围操作，但可受二氧化硫的存在抑制。贱金属催化剂可在约310°C至约500°C的温度范围操作，但可促进二氧化硫氧化成三氧化硫。沸石可经受最高600°C温度，但在用贱金属浸渍时可具有宽范围的操作温度。具有氨作为还原剂的SCR系统可在大的燃天然气的涡轮发动机和贫燃柴油机中产生大于80%的NOx还原效率。然而，存在氨可能不需要，并且由于反应气体不完全分布和不完全氨消耗可能有一些氨泄漏。另外，氨溶液需要另外的储罐，并且在冷环境温度下经历冻结。NOx的SCR也可以用烃完成。在过量氧气条件下，可通过一些有机化合物在数种催化剂上选择还原NOx，所述有机化合物如烷烃、烯烃和醇。为了在排气流中补充烃(HC)，已探索在重型固定式柴油机中注入柴油或甲醇。然而，超出300°C至400°C温度范围，转化效率可能降低。另外，此技术可能在催化剂有HC泄漏，运输和现场大量储存烃，并且可能常压释放HC。烃的部分氧化可能释放CO、未燃烧的HC和颗粒。可能需要具有一种催化剂，在一定温度范围和不同于目前利用的那些条件的操作条件下，所述催化剂可实现排放減少。

发明内容
在一个实施方案中，本发明提供ー种催化剂系统。该催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。所述催化金属包括纳米晶体。在另ー个实施方案中，本发明提供ー种催化剂系统。该催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。所述催化金属包括纳米晶体。该催化剂系统还包含至少ー种助催化金属(promoting metal) 0所述催化剂系统还包含第二催化組合物。第二催化組合物包括(i)沸石，或(ii)置于第一基体上的第一催化物质。第一催化物质包括选自钨、钛和钒的元素。在还另ー个实施方案中，本发明提供ー种方法。所述方法包括以下步骤提供至少一种催化金属的纳米晶体；使纳米晶体掺入到至少ー种金属无机载体中；并形成包括均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属包括纳米晶体。在又另ー个实施方案中，本发明提供一种排气系统，所述排气系统包括构造成将燃料输送到发动机的燃料输送系统；构造成从发动机接收排气流的排气流通道；构造成将还原剂输送到排气流通道的还原剂输送系统；和置于排气流通道中的催化剂系统。所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー 种催化金属和至少ー种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属为纳米晶体形式。在又另ー个实施方案中，本发明提供一种催化剂系统，所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー 种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，其中催化金属包括纳米晶体，并且其中纳米晶体具有小于约20%的粒度分布。催化金属以基于均勻固体混合物重量等于或小于约6%摩尔的量存在。


通过阅读以下详述并參考附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中相似的字符代表相似的元件，其中图1为描绘炉中催化剂系统装配的示意图；图2为描绘炉中催化剂系统装配的示意图；图3为描绘炉中催化剂系统装配的示意图；图4为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图5为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图6为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图7为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图8为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图9为描绘根据本发明的一个实施方案，包含催化剂系统装配的排气系统的示意图；图10为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的透射电子显微镜照片(TEM)；图11为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的TEM ；图12为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的TEM ；图13为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的TEM ；图14为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的能量色散X-射线光谱 (EDS)；图15为根据本发明的一个实施方案的银纳米晶体的紫外-可见(UV-Vis)光谱；图16为根据本发明的一个实施方案的含银的均勻固体混合物的TEM ；图17为根据本发明的一个实施方案的含银的均勻固体混合物的TEM ；图18为根据本发明的一个实施方案的含银的均勻固体混合物的TEM ；图19为根据本发明的一个实施方案的含银的均勻固体混合物的EDS ；图20为描绘根据本发明的一个实施方案的NOx转化的柱状图；图21为描绘根据本发明的一个实施方案的(X)2转化的柱状图；图22为根据本发明的一个实施方案，在不同温度、在催化剂的存在下NOx转化的图；图23为根据本发明的一个实施方案，在不同温度、在催化剂的存在下NOx转化的图；图M为根据本发明的一个实施方案，在不同温度、在催化剂的存在下NOx转化的图；和图25为根据本发明的一个实施方案，在不同温度、在催化剂的存在下NOx转化的图。
具体实施例方式所述系统和技术包括涉及催化剂及其用途和制备的实施方案。其他实施方案涉及包含催化剂和催化組合物的制品，所述催化剂和催化組合物可化学还原在燃烧(例如，在加热炉、烘箱、发动机和机车中燃烧)期间所产生排放中存在的N0X。本文所述本发明的实施方案解决了所提到的本领域存在的缺点。通过用包含至少第一催化組合物的催化剂系统还原排气中的N0X，本文所述催化剂系统满足上述需要。第一催化組合物使用均勻固体混合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属包括纳米晶体。第一催化組合物使排气中的化成含氮化学物质，例如氨。所述催化剂系统还可包含助催化金属。所述催化剂系统还可包含第二催化組合物。第二催化组合物包括α)置于第一基体上的第一催化物质或(ii)沸石，它们两者可用由第一催化組合物产生的氨或类氨产物作为NOx还原剂，以进一歩还原排气中另外的N0X。在某些实施方案中，所述催化剂系统可包含第三催化組合物，第三催化組合物包括置于第二基体上的第二催化物质。第二催化物质可选自钼、钯、钌、锇和铱。本文所述催化剂系统可进ー步利用烃还原剂，例如柴油。用柴油作为还原剂的ー个优点是可容易的在具有柴油机的板车(board vehicle)上得到。在某些实施方案中，可与烃还原剂一起使用辅还原剂来降低催化剂的点火温度。催化剂为可引起化学反应速率变化而自身在反应中不消耗的物质。粉末为包含精细分散固体颗粒的物质。块料可以为具有许多通道的陶瓷块，并且可通过推过染料产生结构的粘土、粘合剂和添加剂的挤出来制备。如在本文整个说明书和权利要求中使用，可用近似语修饰任何定量表达，这些表达可容许改变，而不引起所涉及的基本功能的改变。因此， 由术语例如“约”修饰的数值不限于所指定的精确值。在某些情况下，近似语言对于测定数值可相当于仪器的精确度。类似地，“不含”可与项目组合使用，并可包括非实质数量或微量，尽管仍可认为是不含所修饰的项目。以下描述本发明的ー个或多个具体实施方案。为努力提供这些实施方案的简明描述，实际实施中的所有特征可能未全部在说明书中描述。应理解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计计划中那样，必须作出许多实施的具体決定，以达到开发者的具体目标，如与系统相关和行业相关限制相符，这可从ー个实施方案到另ー个实施方案变化。另外，应理解，这种开发努力可能复杂而且耗时，但对本领域的技术人员而言仍为进行具有本公开益处的设计、装配和制造的例行程序。在弓I入本发明不同实施方案的元件吋，冠词“ー”、“此”、“该，，和“所述，，将表示有
ー个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”将为包含性，并且表示可有不同于所列元件的另外元件。另外，“顶部”、“底部”、“在…之上”、“在…之下”及这些词语的变型为了方便使用，但不需要元件的任何具体取向，除非另外说明。本文所用词语“置干…上”或“沉积干…上”或“置干…之间”是指直接接触和间接在其间具有插入层的固定或布置。在一个实施方案中，本发明提供ー种催化剂系统。所述催化剂系统包括均勻固体混合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。催化金属包括纳米晶体。在一个实施方案中，纳米晶体具有小于约20%的粒度分布(PSD)。在另ー个实施方案中，纳米晶体具有小于约15%的PSD。在还另ー个实施方案中，纳米晶体具有小于约 10%的PSD。在一个实施方案中，PSD可用透射电子显微法(TEM)測定。TEM是ー种技术， 其中电子束透射通过超薄样品，在其通过时与样品相互作用。由电子透射通过样品的相互使用形成图像，图像放大并聚焦于成像器件上，如荧光屏，聚焦于照相软片层，或者由传感器检测，如电荷耦合器件(CCD)照相机。由于电子的小德布罗意波长，TEM能够以比光学显微镜显著更高的分辨率成像。这使仪器的使用者能够检查微小的细节，甚至与单列原子一样小，这比光学显微镜中的最小可分辨物体小数万倍。TEM在物理和生物学的一定范围科学领域中形成主要分析方法。在较小放大率，TEM图像对比是由于物质中电子的吸收，由干物质的厚度和組成。在较高放大率，复合波相互作用调节图像的強度，需要观察图像的专家分折。交替使用模式允许TEM观察化学特性、晶体取向、电子结构和样品诱导的电子相转移和常规吸收基础成像中的调制。在一个实施方案中，纳米晶体形式的催化金属包括过渡金属。可用作催化金属的适合过渡金属可包括银、钼、金、钯、铁、镍、钴、镓、铜、钌、铑、锇、铱或至少两种前述金属的組合。在一个实施方案中，催化金属包括银。在一个实施方案中，形成均勻固体混合物的金属无机载体具有孔。多孔金属无机载体为反应溶液、溶剤、改性剂和模板剂(templating agent)的反应产物。ー种方法包括混合反应溶液和模板剂，以形成凝胶；并煅烧凝胶，以形成能够承载催化剂组合物的多孔金属无机载体。在一个实施方案中，金属无机载体可通过共同待审的美国专利申请20090074641 所述的方法制备，所述申请全文通过引用结合到本文中。如本文使用，没有另外的修饰语， 多孔指物质包含具有约1纳米至约15纳米的孔径的孔。在一个实施方案中，包含金属无机载体和纳米晶体形式的催化物质的均勻固体载体可在两个步骤制备。本文所述第一步骤包括制备溶液，该溶液包含在溶剂中的催化物质纳米晶体。第二步骤包括在金属无机载体制备过程中，使在溶剂中包含催化物质纳米晶体的溶液与金属无机载体前体混合，导致形成均勻固体混合物。在一个实施方案中，控制并选择金属无机载体的平均孔径，以减轻或消除中毒。中毒可能影响催化能力，并且可由还原剂或排气流中存在的芳族物质导致中毒。与用银浸渍的基线一般Y相氧化铝相比，本文所述的多孔物质对由含芳族物质的还原剂导致的中毒更具抗性。在不同的实施方案中，纳米晶体形式的催化金属可以基于均勻固体混合物重量小于或等于约6%摩尔的量存在于第一催化組合物中。本领域的技术人员应理解，量选择可基于最终使用參数、经济考虑、所需效カ等。在一个实施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金属为基于均勻固体混合物重量约2%摩尔至约6%摩尔。在另ー个实施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金属为基于均勻固体混合物重量约2. 5%摩尔至约4. 5%摩尔。在还另ー个实施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金属为基于均勻固体混合物重量约3%摩尔至约4%摩尔。在一个实施方案中，金属无机载体可包括无机物质。本文所用短语“金属无机载体”是指包括无机物质的载体，所述物质部分包含ー种或多种金属元素的原子或阳离子。适合的无机物质可包括例如氧化物、碳化物、氮化物、氢氧化物、碳氮化物、氧氮化物、硼化物、 硅酸盐或硼碳化物。在一个实施方案中，无机氧化物可具有氢氧化物涂层。在一个实施方案中，无机氧化物可以为金属氧化物。金属氧化物可具有氢氧化物涂层。其他适合的金属无机物可包括ー种或多种金属碳化物、金属氮化物、金属氢氧化物、金属碳氮化物、金属氧氮化物、金属硼化物或金属硼碳化物。在前述无机物质中使用的金属阳离子可以为过渡金属、碱金属、碱土金属、稀土金属等。形成主族元素的部分的其他元素包括铝、硼和硅。适合的无机氧化物的实例包括ニ氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、ニ氧化钛(TiO2)、 氧化锆(ZrO2)、ニ氧化铈(CeO2)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、氧化钇(Y2O3)、氧化钒(V2O5)、 氧化镓(Ga2O3)、氧化锌(ZnO)、铝硅酸盐(Al2SiO5)、氧化铁(例如FeO, β -Fe203> Y _Fe203、 β -Fe203> Fe3O4等)、氧化钙(CaO)和ニ氧化锰(Mr^2和Mn3O4)。适合的无机碳化物的实例包括碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)、碳化铪(HfC)等。适合的氮化物的实例包括氮化硅(Si3N4)、氮化钛(TiN)等。适合的硼化物的实例包括硼化镧(LaB6)、 硼化铬(CrB和CrB2)、硼化钼(MoB2, Mo2B5和MoB)、硼化钨(W2B5)等。在一个实施方案中， 无机基体为氧化铝。所用氧化铝可以为结晶或无定形的。在一个实施方案中，多孔金属无机载体包括多孔氧化铝，催化金属包括银纳米晶体。在一个实施方案中，金属无机载体具有大于约0. 5纳米的平均孔径。在一个实施方案中，金属无机载体可具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。在另ー个实施方案中，金属无机载体可具有约2纳米至约12纳米的平均孔径。在还另ー个实施方案中，金属无机载体可具有约3纳米至约15纳米的平均孔径。在一个实施方案中，金属无机载体可具有约1 纳米至约5纳米的平均孔径。平均孔径可利用BET方法，用氮吸附測定法測定。BET原理是在固体表面上物理吸附气体分子的理论，并作为測定物质比表面积的重要分析技术的基础。BET 是提出理论的 M印hen Brunauer、Paul Hugh Emmett 和 Edward Teller 发明人名的简写形式。在某些实施方案中，孔径具有窄单峰分布。在一个实施方案中，孔具有小于约1.5、 小于约1. 3或小于约1. 1的孔径分布多分散指数。在一个实施方案中，孔径分布可以为双峰或多峰。在另ー个实施方案中，多孔金属无机载体包含可加到金属无机载体的ー种或多种稳定剂。例如，在不同的实施方案中，主要包括氧化铝的金属无机载体具有加到它的较少量的氧化钇、氧化锆或ニ氧化铈。在一个实施方案中，氧化钇、氧化锆或ニ氧化铈的量为基于氧化铝重量约0. 至约10%重量。在另ー个实施方案中，氧化钇、氧化锆或ニ氧化铈的量为基于氧化铝重量约至约9%。在还另ー个实施方案中，氧化钇、氧化锆或ニ氧化铈的量为基于氧化铝重量约2%至约6%。在一个实施方案中，孔可以控制和重复方式分布形成图案(pattern)。在另ー个实施方案中，孔布置为规则和非随机的。如本文定义，短语“孔布置为规则”是指孔可有序， 并且可具有平均周期性。可根据在胶凝期间使用的表面活性剂选择来控制和选择平均孔间隔(pore spacing)。在一个实施方案中，孔为单向，周期性间隔开，并具有平均周期性。一种多孔金属无机载体具有孔，所述孔具有大于约200纳米的间隔。在一个实施方案中，间隔为约300纳米至约400纳米。在另ー个实施方案中，间隔为约500纳米至约2000纳米。在还另ー个实施方案中，间隔为约600纳米至约1500纳米。平均孔间隔(周期性)可用小角 X-射线散射測定。在另ー个实施方案中，孔间隔是随机的。多孔金属无机载体可具有大于约50米7克的表面积。在一个实施方案中，多孔金属无机载体具有约50米7克至约2000米7克的表面积。在另ー个实施方案中，多孔金属无机载体具有约100米2/克至约1000米2/克的表面积。在一个实施方案中，多孔金属无机载体具有约300米7克至约600米7克的表面积。多孔金属氧化物无机载体可由颗粒组成。颗粒可以为附聚物、烧结块、载体上的表面涂层等。多孔金属氧化物无机载体可具有最高约4毫米的平均粒度。在一个实施方案中， 多孔无机物质可具有约5微米至约3毫米的平均粒度。在另ー个实施方案中，多孔无机物质可具有约500微米至约2. 5毫米的平均粒度。在还另ー个实施方案中，多孔无机物质可具有约1毫米至约2毫米的平均粒度。在一个实施方案中，多孔基体具有约40微米的平均粒度。在一个实施方案中，多孔基体具有约10微米的平均粒度。第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量最高约90%重量的量存在。在ー个实施方案中，第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量约重量至约90%重量的量存在。在另ー个实施方案中，床形式的第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量约20%重量至约80%重量的量存在。在还另ー个实施方案中，第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量约50%重量至约70%重量的量存在。在不同的实施方案中，通过在第一床上产生的用于第二床上的物质的量測定比率。这将取决于几个变量，这些变量对其中可利用催化剂系统的具体排气应用具有特异性。发动机或涡轮机类型、排气温度、流速、NOx浓度等均成为决定第一催化組合物与第二催化組合物的比率的因素。对于具体应用，可以例如在给定系统中达到最高NOx转化率的方式优化此比率。在一个实施方案中，第一催化組合物包含至少ー种助催化金属。助催化金属为促进催化剂作用的金属。在一个实施方案中，助催化金属可选自镓、铜、金、钒、锌、锡、铋、钴、 钼、锆、铪和钨。在一个实施方案中，助催化金属可以基于催化剂系统总重量约0. 重量至约20%重量的量存在。在另ー个实施方案中，第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量约0.5%重量至约15%重量的量存在。在还另ー个实施方案中，第一催化組合物可以基于催化剂系统总重量约重量至约12%重量的量存在。在一个实施方案中，第一催化組合物可如图1中所示装配于催化剂系统中。参考图1，提供决定第一催化組合物的NOx还原能力的催化剂系统100。第一催化組合物112置于具有1英寸外径的石英管110中。第一催化組合物112置于两个石英棉塞114和116之间的石英管内。现在，石英管110可用于排气系统，以帮助使NOx排放减少到最低限度。在一个实施方案中，所述催化剂系统可还包含第二催化組合物。在一个实施方案中，第二催化組合物的第一催化物质可包括沸石。第一催化物质的功能包括用第一催化组合物产生的氨或类氨产物作为NOx还原剂，进一歩还原排气中另外的N0X。在一个实施方案中，沸石不含另外的金属，即，沸石中的铝和硅金属离子不与任何其他金属离子交換，例如铁或铜离子。沸石可以为天然存在或合成的。适合的沸石的实例为沸石Y、沸石β、镁碱沸石、丝光沸石、ZSM-5、ZSM-12, ZSM-22、ZSM-23、ZSM-34、ZSM-35、ZSM-38、ZSM-48、ZSM-50、 ZSM-57、沸石Α、沸石X或包含至少两种前述沸石的組合。在一个实施方案中，第一催化物质基本上由镁碱沸石組成。示例性沸石为具有约10至约30的硅-铝比的镁碱沸石。在另ー 个实施方案中，镁碱沸石具有约12至约25的硅-铝比。在还另ー个实施方案中，镁碱沸石具有约15至约20的硅-铝比。在一个实施方案中，沸石包含另外的金属，即，沸石中的铝和硅金属离子与任何其他金属离子交換，例如铁或铜离子。此类离子交換的沸石的实例包括铁沸石和铜沸石。可用于第二催化組合物的市售沸石的实例以如下商品名销售CBV100、CBV300、 CBV400、CBV500、CBV600、CBV712、CBV720、CBV760、CBV780、CBV901、CP814E、CP814C、 CP811C-300、CP914、CP914C、CBV2314、CBV3024E、CBV5524G、CBV8014、CBV28014、CBVlOA, CBV21A、CBV90A等或包含至少两种前述市售沸石的组合。沸石颗粒可以为挤出物形式，并且一般具有最高约2毫米的平均粒度。在ー个实施方案中，沸石颗粒具有约0.001毫米至约1. 1毫米的平均粒度。在另ー个实施方案中，沸石颗粒具有约0. 1毫米至约0. 9毫米的平均粒度。在还另ー个实施方案中，沸石颗粒具有约0. 2毫米至约0. 8毫米的平均粒度。在一个示例性实施方案中，沸石颗粒具有约0. 001 毫米的平均粒度。沸石颗粒可具有最高约600米7克的表面积。在一个实施方案中，沸石颗粒可具有约50米7克至约600米7克的表面积。在另ー个实施方案中，沸石颗粒可具有约80米 7克至约500米2/克的表面积。在还另ー个实施方案中，沸石颗粒可具有约100米2/克至约400米7克的表面积。除了其他因素包括晶胞尺寸、孔径、催化物质类型和交換的金属外，高比表面积一般产生更有效的转化。在另ー个实施方案中，第二催化組合物包括置于第一基体上的第一催化物质。可用作第一基体的适合物质包括以上关于金属无机载体所述的无机物质。第一催化物质可包括选自钨、钛和钒的元素。第一催化物质可以基于催化剂系统的量最高约50%摩尔的量存在于第二催化组合物中。在一个实施方案中，第一催化物质以基于催化剂系统的量约0.025%摩尔至约 50%摩尔的量存在于第二催化組合物中。在另ー个实施方案中，第一催化物质以基于催化剂系统的量约0.5%摩尔至约40%摩尔的量存在于第二催化組合物中。在还另ー个实施方案中，第一催化物质以基于催化剂系统的量约1.0%摩尔至约30%摩尔的量存在于第二催化組合物中。在一个实施方案中，第二催化組合物中第一催化物质的量基于催化剂系统的量为约1.5%摩尔。在另ー个实施方案中，第二催化組合物中第一催化物质的量基于催化剂系统的量为约5%摩尔。第二催化組合物可以基于催化剂系统总重量最高约80%重量的量使用。在ー个实施方案中，第二催化組合物可以基于催化剂系统总重量约20%重量至约70%重量的量使用。在另ー个实施方案中，第二催化組合物可以基于催化剂系统总重量约30%重量至约 60%重量的量使用。在还另ー个实施方案中，第二催化組合物可以基于催化剂系统总重量约40%重量至约50%重量的量使用。第一催化物质也可以以下的量存在于第二催化組合物中该量选自如以上关于第一催化組合物所述，在金属无机载体中催化物质的相同范围的量。在一个实施方案中，包含第一催化組合物和第二催化組合物的催化剂系统可如图 2中所示以双床结构装配于催化剂系统中。參考图2，提供决定第一催化組合物的NOx还原能力的催化剂系统200。第一催化組合物212置于具有1英寸外径的石英管210中。第一催化組合物212置于两个石英棉塞214和216之间的石英管内。第二催化組合物222类似的置于另一組石英棉218和220之间，离开第一组石英棉约1英寸。现在，石英管210可用于排气系统，以帮助使NOx排放减少到最低限度。在一个实施方案中，所述催化剂系统还包含置于第二催化組合物的下游的第三催化組合物，第三催化組合物包括置于第二基体上的第二催化物质，其中第二催化物质选自钼、钯、钌、铑、锇和铱。可用作第二基体的适合物质包括以上关于金属无机载体所述的无机物质。第二催化物质一般用于氧化任何不需要的反应产物或未用的反应物或还原剂。在一个实施方案中，第三催化組合物为柴油氧化催化剂(DOC)。DOC是由含蜂巣状结构或基体的筒(canister)組成的流通式装置。第二基体具有涂覆有活性催化剂层的高表面积。此层包含小的充分分散量的贵金属，如钼或钯。在排气通过DOC吋，一氧化碳、气体烃和液体烃颗粒(未燃烧的燃料和油)氧化，从而减少有害排放物。
第二催化物质可以最高约50 %摩尔的量存在于第三催化組合物中。在一个实施方案中，第二催化物质以约0.025%摩尔至约50%摩尔的量存在于第三催化組合物中。在另一个实施方案中，第二催化物质以约0. 5%摩尔至约40%摩尔的量存在于第三催化組合物中。在还另ー个实施方案中，第二催化物质以约1.0%摩尔至约30%摩尔的量存在于第三催化組合物中。在一个实施方案中，第三催化組合物中第二催化物质的量为约1.5%摩尔。 在另ー个实施方案中，第三催化組合物中第二催化物质的量为约5%摩尔。第三催化組合物可以基于催化剂系统总重量最高约90%重量的量使用。在ー个实施方案中，第三催化組合物可以基于催化剂系统总重量约10%重量至约80%重量的量使用。在另ー个实施方案中，第三催化組合物可以基于催化剂系统总重量约20%重量至约 70%重量的量使用。在还另ー个实施方案中，第三催化組合物可以基于催化剂系统总重量约30%重量至约60%重量的量使用。在一个实施方案中，第二基体可包括无机物质。在一个实施方案中，无机物质可包括以上关于金属无机载体所列的物质。可用作第二基体的适合物质包括至少ー种选自氧化铝、ニ氧化钛、氧化锆、ニ氧化铈、碳化硅及其混合物的成员。在一个实施方案中，包含第一催化組合物、第二催化組合物和第三催化組合物的催化剂系统可如图3中所示以三床结构装配于催化剂系统中。參考图3，提供决定第一催化組合物的NOx还原能力的催化剂系统300。第一催化組合物312置于具有1英寸外径的石英管310中。第一催化組合物312置于两个石英棉塞314和316之间的石英管内。第二催化組合物322类似的置于另一組石英棉318和320之间，离开第一组石英棉约1英寸。第三催化組合物3 类似的置于另一組石英棉3M和3 之间，离开第一组石英棉约1英寸。 现在，石英管310可用于排气系统，以帮助使NOx排放减少到最低限度。在一个实施方案中，所述催化剂系统还包括构造成输送还原剂的输送系统。在用催化組合物还原来自加热炉、烘箱、机车和发动机的排放物中产生的NOx吋，多种烃可有效的用作还原剂。在一个实施方案中，还原剂为烃。在一个实施方案中，烃具有约2个碳原子至约24个碳原子的平均碳链长度。在一个实施方案中，还原剂为柴油、超低硫柴油(ULSD)、 乙醇、汽油和辛烷中的ー种或多种。在一个实施方案中，还原剂为具有约3个碳原子或以下的平均碳链长度的烃。在一个实施方案中，还原剂为甲烷、乙烯和丙烯中的ー种或多种。在一个实施方案中，还原剂为经氧化烃。在一个实施方案中，经氧化烃为乙醇。在某些实施方案中，可与烃还原剂一起使用辅还原剂来降低催化剂的点火温度。 在一个实施方案中，辅还原剂为氢气。在一个实施方案中，所用辅还原剂的量可以为基于排气的总体积流速约每百万分数(ppm)0至约4000ppm。在另ー个实施方案中，所用辅还原剂的量可以为基于排气的总体积流速约IOppm至约3000ppm。在还另ー个实施方案中，所用辅还原剂的量可以为基于排气的总体积流速约20ppm至约2000ppm。在一个实施方案中，所用辅还原剂的量可以为基于排气的总体积流速约Oppm至约lOOOppm。在一个示例性实施方案中，可用柴油作为还原剂。在用具有每分子约5至约9个碳原子的高级烃作为还原剂时，催化組合物可还原N0X。所述催化剂系统有利的跨各种温度范围起作用。适合的温度范围可包括大于约325°C的温度。其他温度范围可包括最高约 425 °C的那些。在另ー个实施方案中，本发明提供ー种催化剂系统。所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。催化金属包括纳米晶体。所述催化剂系统还包含至少ー种助催化金属。所述催化剂系统还包含第二催化组合物。第二催化組合物包括(i)沸石，或(ii)置于第一基体上的第一催化物质。第一催化物质包括选自钨、钛和钒的元素。在还另ー个实施方案中，本发明提供ー种方法。所述方法包括以下步骤提供至少一种催化金属的纳米晶体；使纳米晶体掺入到至少ー种金属无机载体中；并形成包括均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属包括纳米晶体。在一个实施方案中，提供至少ー种催化金属的纳米晶体包括在表面活性剂存在下制备催化金属的纳米晶体。本文所用术语“表面活性剂”是指表面活性物质。表面活性剂通常为两亲性有机化合物，两亲性表示它们包含疏水基团(“它们的尾部”)和亲水基团(“它们的头部”)。因此，根据结构，它们可溶于水或有机溶剤。使用表面活性剂抑制银纳米晶体生长，从而使纳米晶体具有基本上均勻和控制的大小。在一个实施方案中，所用表面活性剂可包括具有约17个碳-碳键的羧酸。在一个实施方案中，所用表面活性剂可选自油酸、辛酸、月桂酸和硬脂酸中的ー种或多种。本领域的技术人员应理解，可利用提供所需纳米晶体的在本领域已知的任何表面活性剤。在一个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约10°C至约200°C的温度进行。 在另ー个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约50°C至约150°C的温度进行。在还另一个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约60°C至约120°C的温度进行。在一个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约0. 5毫米汞柱至约10毫米汞柱的真空下进行。在另ー个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约0. 8毫米汞柱至约8 毫米汞柱的真空下进行。在还另ー个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体在约1毫米汞柱至约5毫米汞柱的真空下进行。在一个实施方案中，纳米晶体具有小于约20%的PSD。在另ー个实施方案中，纳米晶体具有小于约15%的PSD。在还另ー个实施方案中，纳米晶体具有小于约10%的PSD。在一个实施方案中，提供催化金属的纳米晶体的步骤包括形成催化金属的盐与表面活性剂和高沸点溶剂的混合物。加热所得混合物，以使催化金属的盐溶于溶剤。在真空下加热混合物，以便用真空去除系统中存在的任何水分，例如，在反应物质中作为杂质存在的水。一般可利用约0.5毫米至约10毫米汞柱的真空。催化金属的盐溶于溶剂，随后形成纳米晶体。本文所用术语“纳米晶体”是指具有小于或等于约100纳米的至少ー个维度的纳米物质。由于它们的很多电和热力学性质显示强尺寸依赖性，并因此能够通过小心制备过程来控制，纳米晶体引起巨大的技术关注。在真空下并且在表面活性剂存在下合成纳米晶体有某些优点。催化金属的盐在真空下分解。在本领域已知，一般存在水可影响金属的单分散性。通过利用真空，在反应混合物中存在或生成的水去除，从而使在水存在下发生的副作用减小到最低限度。另外，将表面活性剂引入合成中有效的“保护”或控制金属纳米晶体的生长。因此，由此方法制备的金属颗粒具有纳米范围的大小，并且它们的PSD可小于约20%。在一个实施方案中，所用溶剂可包括具有大于或等于90°C沸点的有机溶剤，并且也可溶解催化金属的盐。在一个实施方案中，所用溶剂可包括具有8至40个碳原子的胺溶剂。适合溶剂的实例可包括三辛基胺、辛基胺和十六烷基胺中的ー种或多种。在一个实施方案中，在过滤或离心前加到溶液的溶剂可包括选自乙醇、甲醇和丙酮的极性溶剤。在一个实施方案中，在离心前利用的溶剂为乙醇。在一个实施方案中，在离心后加的溶剂可包括选自己烷、氯仿、四氢呋喃和甲苯的任何非极性溶剂。在一个实施方案中，在离心后利用的溶剂为己烷。在一个实施方案中，在表面活性剂存在下，在溶剂中催化金属的盐进行溶解的温度为约10°C至约90°C。在另ー个实施方案中，温度为约60°C至约80°C。在一个实施方案中，催化金属的盐溶解在溶剂中后，反应混合物保持在约60°C至约120°C的温度。在另ー个实施方案中，温度为约65°C至约100°C。在还另ー个实施方案中，温度为约85°C至约90°C。 在一个实施方案中，催化金属的盐溶解在溶剂中后，反应混合物保持的时间为约0. 5小时至约5小吋。在另ー个实施方案中，反应混合物保持的时间为约1小时至约4小吋。在还另ー个实施方案中，反应混合物保持的时间为约2小时至约3小吋。在一个实施方案中，可在离心前加的溶剂的量可高于1毫升。在另ー个实施方案中，该溶剂的量可以为约10毫升至约50毫升。在还另ー个实施方案中，该溶剂的量可以为约20毫升至约45毫升。在不同的实施方案中，根据离心速度，离心的时间可以为约1分钟至约1小吋。在使用催化剂系统的方法中，所述催化剂系统置于内燃机的排气流中。内燃机可以为各种移动或固定器材中任何器材的部件，例如汽车、机车或发电机。由于不同的发动机具有不同的燃烧性质，排气流组分在一个系统与另ー个系统之间不同。这些差异可包括NOx水平变化、硫的存在和反应产物的其他物质的存在或量。发动机的操作參数变化也可改变排气流性质。不同操作參数的实例可包括温度和流速。可以需要的速率并且在适于给定系统和操作參数的需要的温度下，用催化剂将NOx还原成氮气和氧气。所述催化剂系统可以各种方式中的任何方式置于排气通道中，例如以粉末状、挤出的块料或作为洗涂 (washcoated)基体的形式。产生此类粉末床、挤出物或经涂覆基体的各种技术在本领域已知，并且适当时可应用于所需的組合物和催化剂形式。另外，各催化組合物可被単独承载于载体上，或承载于相同的载体上。它们可甚至重叠或部分混合。例如，在以上图1、2和3中所述的催化剂系统100，200，300可置于排气通道中，以使NOx排放减少到最低限度。在操作期间，所述催化剂系统可使排气流中存在的NOx转化约90%重量。在ー个实施方案中，所述催化剂系统提供在约275°C至约425°C温度下，基于NOx初始量至少约40% 的NOx转化率。在另ー个实施方案中，所述催化剂系统提供在约275°C至约425°C温度下，基于NOx初始量约45%至约90%的NOx转化率。在还另ー个实施方案中，所述催化剂系统提供在约275°C至约425°C温度下，基于NOx初始量约55%至约80%的NOx转化率。在又另ー 个实施方案中，所述催化剂系统提供在约275°C至约425°C温度下，基于NOx初始量约50% 至约70%的NOx转化率。在一个实施方案中，所述催化剂系统提供在约325°C至约375°C温度下，基于NOx初始量约40%至约70%的NOx转化率。在又另ー个实施方案中，本发明提供一种排气系统，所述排气系统包括构造成将燃料输送到发动机的燃料输送系统；构造成从发动机接收排气流的排气流通道；构造成将还原剂输送到排气流通道的还原剂输送系统；和置于排气流通道中的催化剂系统。所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー 种催化金属和至少ー种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属为纳米晶体形式。參考图4，提供能够还原NOx的排气系统400。排气系统400包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中所含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统410也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。在一个实施方案中，还原剂为燃料414。在一个实施方案中，可将包括燃料414的还原剂从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器426，通过注入点4 直接输送到催化剂系统420。在一个实施方案中， 一部分燃料414可从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器430，通过注入点432由排气流418输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂 434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器436产生。将氧气源438 提供到重整器436。在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434包括含氢气和一氧化碳的合成气。辅还原剂434经注入点4 通过催化剂系统420。在一个实施方案中， 柴油颗粒过滤器DPF 440位于发动机416和催化剂系统420之间，在注入点4 之前。在此实施方案中，在排气流418通过DPF 440之后，含燃料414和辅还原剂434的还原剂通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414，以提高排气流418的温度，这可用于在排气流420具有低于催化剂系统422的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出444可位于排气流418中DPF 440和含燃料414和辅还原剂434的还原剂的注入点4 之间。在如图4所示的示例性实施方案中，燃料可包括ULSD。在如图4所示的某些实施方案中，还原剂包括燃料。在其中还原剂与燃料不同的某些实施方案中，可用単独的还原剂箱容纳还原剂，这将在以下提供的附图的描述中解释。在其中还原剂不为燃料的实施方案中，还原剂可包括乙醇、汽油、乙醇和汽油的混合物及乙醇和柴油的混合物。发动机416可以为产生排气(往复或旋转)并且可对包含气体、生物柴油、柴油和天然气的各种燃料源エ 作的内燃机的任何形式。DPF为任选设备，此设备可位于催化剂系统的上游，如图4所示，或者位于下游，这将在以下所给的附图描述中解释。过滤器的目的是从排气流去除颗粒物质 (畑和灰)。在某些实施方案中(未在图中显示)，DPF可与柴油注射器配对，以通过烧尽烟灰使DPF再生。上述燃烧器燃烧柴油燃料，以提高排气流的温度，这可用于在排气温度低于催化剂的最佳操作条件的情况下改善催化剂的性能。燃烧器位于恰好在催化剂系统之前的柴油和重整器注射的上游。在DPF位于催化剂系统的上游的情况下，燃烧器可位于DPF的上游或下游。重整器从柴油燃料和氧气源(最可能来自空气)产生辅还原剂氢气。也可在重整过程中产生ー氧化碳、ニ氧化碳和水。重整器也可进行水煤气转换反应，以提高氢气的产率。注射器或汽化器或燃烧器为用以将还原剂(例如柴油燃料)输送到催化剂的装置。 还原剂可汽化并作为气流输送，或者雾化或用注射器喷入排气(或喷于催化剂系统上)。催化剂系统420可包括本文实施例部分所述的催化剂系统结构。另外，排气系统可包括其他设备，如泵、阀、传感器、控制回路、计算机(控制逻辑)、储罐、混合器(气体或液体)、绝缘设备、流路、分离器等，这些为本领域的技术人员所理解。參考图5，提供能够还原NOx的排气系统500。排气系统500包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中包含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统410也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。还原剂输送系统似4 包括燃料分馏器510和注射器或汽化器或燃烧器426。在一个实施方案中，包括燃料414 的还原剂首先通过燃料分馏器510，以提供轻燃料馏分512和重燃料馏分514。轻燃料馏分 512包括具有小于约12个碳的平均碳链长度的烃，重燃料馏分514包括具有大于约12个碳的平均碳链长度的烃。轻燃料馏分512从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器426，通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，一部分燃料414可从燃料箱412 经注射器或汽化器或燃烧器430，通过注入点432由排气流418输送到催化剂系统420。重燃料馏分514通过燃料414输送到发动机416。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器436产生。 将氧气源438提供到重整器436。在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434 包括含氢气和一氧化碳的合成气。辅还原剂434经注入点4 通过催化剂系统420。在一个实施方案中，DPF 440位于发动机416和催化剂系统420之间，在注入点4 之前。在此实施方案中，在排气流418通过DPF 440之后，含轻燃料馏分512的还原剂和辅还原剂434 通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统 420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414，以提高排气流418的温度，这可用于在排气流418具有低于催化剂系统420的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420 的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出444可位于排气流418中DPF 440和含轻燃料馏分512的还原剂和辅还原剂434的注入点似8之间。參考图6，提供能够还原NOx的排气系统600。排气系统600包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中包含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。在一个实施方案中，还原剂是燃料414。在一个实施方案中，将包括燃料414的还原剂从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器426，通过注入点4 直接输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，一部分燃料414可从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器430，通过注入点432由排气流418 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器436产生。将氧气源438提供到重整器436。在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434包括含氢气和ー氧化碳的合成气。辅还原剂434经注入点432通过催化剂系统420。在一个实施方案中，DPF 440位于催化剂系统420之后，排气流418通过催化剂系统420和DPF 440，随后作为经处理的排气流422离开。在此实施方案中，包括燃料414的还原剂通过注入点4 输送到排气流418。在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414，以提高排气流418的温度，这可用于在排气流418具有低于催化剂系统420的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出444连接到排气流418中发动机418和包括燃料414的还原剂和辅还原剂434
16的注入点432之间的排气流中。參考图7，提供能够还原NOx的排气系统700。排气系统700包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中包含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。还原剂输送系统似4包括燃料分馏器510和注射器或汽化器或燃烧器426。在一个实施方案中，包括燃料414的还原剂首先通过燃料分馏器710，以提供轻燃料馏分712和重燃料馏分714。轻燃料馏分712 包括具有小于约12个碳的平均碳链长度的烃，重燃料馏分714包括具有大于约12个碳的平均碳链长度的烃。轻燃料馏分712从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器426，通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，一部分燃料414可从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器430，通过注入点432由排气流418输送到催化剂系统420。重燃料馏分714通过燃料414输送到发动机416。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器436产生。 将氧气源438提供到重整器436。在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434 包括含氢气和一氧化碳的合成气。辅还原剂434经注入点432通过催化剂系统420。在一个实施方案中，DPF 440位于催化剂系统420之后，排气流418通过催化剂系统420和DPF 440，随后作为经处理的排气流422离开。在此实施方案中，含轻燃料馏分712的还原剂和辅还原剂434通过注入点4 输送到排气流418。在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414，以提高排气流418的温度，这可用于在排气流418具有低于催化剂系统420的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出444连接到排气流418中发动机416 和包括燃料414的还原剂和辅还原剂434的注入点432之间的排气流中。參考图8，提供能够还原NOx的排气系统800。排气系统800包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中包含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。在一个实施方案中，还原剂与燃料不同。在此实施方案中，提供还原剂箱810，以通过注射器或汽化器或燃烧器似6到注入点428，将还原剂812输送到催化剂系统422。在一个实施方案中，一部分燃料414可从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器430，通过注入点432由排气流418输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器436产生。将氧气源438提供到重整器436。 在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434包括含氢气和一氧化碳的合成气。 辅还原剂434经注入点4 通过催化剂系统420。在一个实施方案中，DPF 440位于发动机 416和催化剂系统420之间，在注入点4 之前。在此实施方案中，在排气流418通过DPF 440之后，还原剂812和辅还原剂434通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414， 以提高排气流418的温度，这可用于在排气流418具有低于催化剂系统420的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出444可位于排气流418中DPF 440和还原剂812和辅还原剂434的注入点似8之间。
參考图9，提供能够还原NOx的排气系统900。排气系统900包括燃料输送系统 410，燃料输送系统410构造成将燃料箱412中包含的燃料414输送到发动机416。由发动机416产生排气流418，此排气流418通过催化剂系统420，以提供经处理的排气流422。燃料输送系统也可包括构造成输送还原剂的还原剂输送系统424。在一个实施方案中，还原剂与燃料不同。在此实施方案中，提供还原剂箱910，以将还原剂912从还原剂箱910通过注射器或汽化器或燃烧器430输送到排气流418，排气流418通过注入点432将还原剂912 带到催化剂系统420。在一个实施方案中，将一部分燃料414从燃料箱412经注射器或汽化器或燃烧器426，通过注入点4 输送到催化剂系统420。在一个实施方案中，还原剂输送系统似4还包含辅还原剂434。在一个实施方案中，辅还原剂434可由燃料414通过重整器 436产生。将氧气源438提供到重整器436。在一个实施方案中，通过重整器436产生的辅还原剂434包括含氢气和一氧化碳的合成气。辅还原剂434经注入点432通过催化剂系统 420。在一个实施方案中，DPF 440位于催化剂系统420之后，排气流418通过催化剂系统 420和DPF 440，随后作为经处理的排气流422离开。在此实施方案中，包括燃料414的还原剂通过注入点4 输送到排气流418，注入点4 位于催化剂系统420和DPF 440之间。 在一个实施方案中，在燃料箱412和催化剂系统420之间提供燃烧器442。燃烧器442燃烧燃料414，以提高排气流418的温度，这可用于在排气流418具有低于催化剂系统420的最佳操作条件的温度的情况下，改善催化剂系统420的性能。在此实施方案中，燃烧器的输出 444连接到排气流418中发动机418和还原剂912和辅还原剂434的注入点432之间的排气流中。在又另ー个实施方案中，本发明提供一种催化剂系统，所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化組合物，所述均勻固体混合物包含至少ー种催化金属和至少ー 种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，其中催化金属包括纳米晶体，并且其中纳米晶体具有小于约20%的PSD。催化金属以基于均勻固体混合物重量等于或小于约6%摩尔的量存在。
实施例以下实施例举例说明本发明的方法和实施方案，因此，不应解释为对权利要求的限制。这些实施例显示本文所述催化剂组合物的制备，并且显示它们与市售的其他催化剂组合物比较的性能。除非另外说明，所有组分均购自常见化学品供应商如Aldrichd Louis, Missouri; >Gelest. (Morrisville, Pennsylvania; > Spectrum Chemica丄 Mfg. Corp. (Gardena, California)等。组分和来源在以下所给表1中列出。表权利要求
1.一种催化剂系统，所述催化剂系统包括包含均勻固体混合物的第一催化组合物，所述均勻固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体，其中所述固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径；并且其中所述催化金属包括纳米晶体。
2.权利要求1的催化剂系统，所述催化剂系统还包含至少一种助催化金属。
3.权利要求1的催化剂系统，所述催化剂系统还包含第二催化组合物，其中第二催化组合物包括⑴沸石，或( )置于第一基体上的第一催化物质，第一催化物质包括选自钨、钛和钒的元素。
4.权利要求3的催化剂系统，所述催化剂系统还包含第三催化组合物，其中第三催化组合物包括置于第二基体上的第二催化物质，其中第二催化物质选自钼、钯、钌、锇和铱。
5.权利要求1的催化剂系统，所述催化剂系统还包括构造成输送还原剂的输送系统。
6.权利要求5的催化剂系统，其中所述输送系统还包含辅还原剂。
7.一种催化剂系统，所述催化剂系统包括 第一催化组合物，所述第一催化组合物包括均勻固体混合物，所述均勻固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体；其中所述固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径；其中所述催化金属包括纳米晶体；和至少一种助催化金属；第二催化组合物，所述第二催化组合物包括 ⑴沸石，或( )置于第一基体上的第一催化物质，第一催化物质包括选自钨、钛和钒的元素。
8.一种方法，所述方法包括 提供至少一种催化金属的纳米晶体；使所述纳米晶体掺入到至少一种金属无机载体中；和形成包括均勻固体混合物的第一催化组合物，所述均勻固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体；其中所述固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，其中所述催化金属包括纳米晶体。
9.一种排气系统，所述排气系统包括构造成将燃料输送到发动机的燃料输送系统； 构造成从发动机接收排气流的排气流通道； 构造成将还原剂输送到排气流通道的还原剂输送系统；和置于排气流通道中的催化剂系统，其中所述催化剂系统包括 第一催化组合物，所述第一催化组合物包括均勻固体混合物，所述均勻固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体；其中所述固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径；其中所述催化金属为纳米晶体形式。
10.一种催化剂系统，所述催化剂系统包括均勻固体混合物，所述均勻固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体；其中所述固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径； 其中所述催化金属包括纳米晶体； 其中所述纳米晶体具有小于约20%的粒度分布；并且其中所述催化金属以基于所述均勻固体混合物重量小于或等于约6%摩尔的量存在。
全文摘要
一种催化剂系统，所述催化剂系统包括包含均匀固体混合物的第一催化组合物，所述均匀固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。催化金属包括纳米晶体。
文档编号B01J23/30GK102580728SQ20111000757
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者A·B·马德什瓦, B·H·温克勒, D·G·诺尔顿, D·汉库, L·N·路易斯, M·殷, O·P·西克罗文 申请人:通用电气公司