用于压燃发动机的氧化催化剂的制作方法
【专利说明】用于压燃发动机的氧化催化剂 发明领域
[0001] 本发明设及一种用于压燃发动机，特别是用于柴油发动机的氧化催化剂，及其用 途。本发明还设及包括该氧化催化剂的方法。本发明进一步设及包含该氧化催化剂的排气 系统，和设及包含该氧化催化剂或排气系统的车辆。 阳00引发明背景
[0003] 压燃发动机例如柴油发动机产生了废气排放物，其通常包含全球政府间组织立法 禁止的至少四类污染物：一氧化碳（CO),未燃烧的控（HC)，氮的氧化物（NOy)和颗粒物质 (PM)。随着用于压燃发动机，特别是车用发动机的可允许的污染物排放的排放标准变得日 益收紧，需要提供改进的催化剂和排气系统，其能够满足运些标准和其是成本有效的。
[0004] 包含销族金属的氧化催化剂已经被用于处理一氧化碳（CO)和控（肥)，包括在压 燃发动机所产生的废气排放物中的颗粒物质（PM)的挥发性有机级分（VOF)。运样的催化 剂通过将一氧化碳（CO)氧化成二氧化碳（C〇2)来处理它，和通过将控（肥）氧化成水化2〇) 和二氧化碳（C〇2)来处理它们。一些销族金属，特别是当负载于耐火氧化物上时，也可W促 进一氧化氮（NO)向二氧化氮（N02)的氧化。
[0005] 已经发现销（Pt)和钮（Pd)每个能够氧化来自压燃发动机的废气中的一氧化碳 (CO)和控做）。钮通常比销廉价，但是对于CO和肥的活性较低（例如Pd对于CO和肥 的起燃溫度高于Pt)。与销相比，钮也更易于被燃料中的硫毒化。但是，已经发现销基氧化 催化剂通过还原N〇x而产生了一氧化二氮（N2〇)(化talysisToday26 (1995) 185-206)。
[0006] 目前用于调控发动机排放物的法律不限制一氧化二氮（NzO)，因为它是另外作为 溫室气体（GHG)来单独调控的。不过，令人期望的是排放物包含最少的一氧化二氮（NzO)。 美国环保局已经声称在大气升溫中，1磅一氧化二氮（NzO)的影响是1磅二氧化碳（C〇2)的 300倍。一氧化二氮（NzO)也是一种消耗臭氧的物质（OD巧。已经评估了一氧化二氮（NzO) 分子在被除去或破坏之前能够在大气中保留大约120年。
[0007] 典型的，来自压燃发动机的废气将使用排气系统处理，运里氧化催化剂已经与至 少一种其他的排放控制装置相组合。通常，该排放控制装置将不除去该氧化催化剂所产生 的任何一氧化二氮（NzO)，甚至当该排放控制装置接收来自于该氧化催化剂出口的处理的 废气时也是如此（即，该排放控制装置处于氧化催化剂的下游）。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个目标是提供氧化催化剂，其用于处理压燃发动机例如柴油发动机所 产生的废气，该催化剂具有对于一氧化碳（CO)和/或控（HC)的有利的氧化活性。具体的， 本发明的氧化催化剂在低溫具有优异的CO氧化活性（即，对于CO低的起燃溫度（例如低 Tso))O
[0009] 本发明的氧化催化剂可W另外的或者可选择的提供下面的优点：（i)它在使用中 不发生或者产生显著量的一氧化二氮（NzO) ;(ii)它可W充当NOy被动吸附剂（PM);和/ 或（iii)它可W调节废气的NOy含量，用于下游排放控制装置。
[0010] 本发明提供氧化催化剂，其用于处理来自压燃发动机的废气，该氧化催化剂包含： 基材；第一载体涂层区，其包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料；和第二载体涂层区， 其包含销（Pt)和第二载体材料。
[0011] 本发明还提供用于压燃发动机的排气系统，该排气系统包含氧化催化剂和排放控 制装置，其中该氧化催化剂包含：基材；第一载体涂层区，其包含钮（Pd)和包含氧化姉的第 一载体材料；和第二载体涂层区，其包含销（Pt)和第二载体材料。
[0012] 本发明还提供的是一种车辆，其包含压燃发动机和本发明氧化催化剂或者本发明 排气系统的任一种。
[0013] 本发明还提供该氧化催化剂的几种用途和设及该氧化催化剂的方法。
[0014] 本发明第一方法方面设及一种处理来自压燃发动机的废气的方法，该方法包含将 该废气与氧化催化剂接触，该催化剂包含：基材；第一载体涂层区，其包含钮（Pd)和包含氧 化姉的第一载体材料；和第二载体涂层区，其包含销（Pt)和第二载体材料。通常，该处理来 自压燃发动机的废气的方法是一种处理（例如氧化）来自压燃发动机的废气中的一氧化碳 (CO)和控（肥）的方法，优选不产生显著量的一氧化二氮（NzO)。
[0015] 本发明第二方法方面设及一种调节来自压燃发动机的废气的NOy含量的方法，其 用于排放控制装置，该方法包含：(a)通过将该废气与氧化催化剂接触来产生处理的废气， 来控制该废气的NOy含量；和化）将该处理的废气送到排放控制装置；其中该氧化催化剂 包含：基材；第一载体涂层区，其包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料；和第二载体涂 层区，其包含销（Pt)和第二载体材料。典型的，该方法还是一种处理来自压燃发动机的废 气和调节用于排放控制装置的废气中的NOy含量的方法。该方法可W进一步设及一种处理 (例如氧化）中来自压燃发动机的废气中一氧化碳（CO)和控（HC)和调节用于排放控制装 置的废气中的NOy含量的方法，优选不产生显著量的一氧化二氮（N2〇)。
[0016] 本发明的第一用途方面设及氧化催化剂用于处理来自压燃发动机的废气的用途， 任选地与排放控制装置相组合，其中该氧化催化剂包含：基材；第一载体涂层区，其包含钮 (Pd)和包含氧化姉的第一载体材料；和第二载体涂层区，其包含销（Pt)和第二载体材料。 通常，该氧化催化剂被用于处理（例如氧化）来自压燃发动机的废气中的一氧化碳（CO)和 控做)，优选不产生显著量的一氧化二氮佈0)，任选地与排放控制装置相组合。因此，该氧 化催化剂可W用于处理（例如氧化）来自压燃发动机的废气中的一氧化碳（CO)和控（HC) 和产生了处理的废气，其基本上不含一氧化二氮（NzO)。典型的，该处理的废气然后送到排 放控制装置上。
[0017] 本发明的第二用途方面设及氧化催化剂作为来自压燃发动机的废气中的NOy被动 吸收剂（PM)的用途，任选地与排放控制装置相组合，其中该氧化催化剂包含：基材；第一 载体涂层区，其包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料；和第二载体涂层区，其包含销 (Pt)和第二载体材料。通常，该氧化催化剂被用作NO,被动吸收剂（PNA)和用于处理（例 如氧化）来自压燃发动机的废气中的一氧化碳（CO)和控（HC)，优选不产生显著量的一氧化 二氮（NzO)，任选地与排放控制装置相组合。
[0018] 在第=用途方面，本发明设及一种氧化催化剂用于调节用于排放控制装置的来自 压燃发动机的废气中的NOy含量的用途，其中该氧化催化剂包含基材，第一载体涂层区和第 二载体涂层区，其中该第一载体涂层区包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料，和其中 该第二载体涂层区包含销（Pt)和第二载体材料。
[0019] 第四用途方面设及一种氧化催化剂在再生具有过滤基材的排放控制装置中的用 途，其中该氧化催化剂包含基材整料，第一载体涂层区和第二载体涂层区，其中该第一载体 涂层区包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料，和其中该第二载体涂层区包含销（Pt) 和第二载体材料。
[0020] 在第五用途方面，本发明设及氧化催化剂中的第一载体涂层区（例如在包含该第 一载体涂层区的氧化催化剂中）用于减少或者防止来自压燃发动机的废气中产生成0的用 途，其中该氧化催化剂包含基材，第一载体涂层区和第二载体涂层区，其中该第一载体涂层 区包含钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料，和其中该第二载体涂层区包含销（Pt)和第 二载体材料。典型的，该氧化催化剂被用于减少或者防止来自压燃发动机的废气中由NOy产 生成0(例如通过包含销的第二载体涂层区减少或者防止）。
【附图说明】
[OOW图1显示了废气中NzO的量（卵m)的图，其已经送过催化剂（实施例1 =虚线；实 施例2 =实线）和其是通过发动机在MVEG周期上运行来产生的。
[0022] 图2是运样的图，其显示了钮负载量对于在各溫度（W°C计，X轴）所储存的NOx 的量（WgLH十，y轴）的影响。钮是Wlwt% (▲)或者4wt% (?)的量 负载于氧化姉上的，氧化姉W2. 7gin3的量负载在基材上。
[0023] 图3是运样的图，其显示了钮和姉二者负载量的变化对于在各溫度（计，X 轴）所储存的NOx的量（WgL甘，y轴）的影响。钮和姉是WIwt%Pd和2. 7gin3氧 化姉（▲ ) ;2wt%Pd和 1. 35gin3氧化姉（# ) ;3wt%Pd和 0. 9gin3氧化姉（?);和 4wt%Pd和0. 675gin3氧化姉（)的量负载的。
【具体实施方式】
[0024] 已经发现本发明的氧化催化剂具有优异的CO氧化活性，特别是对于运样的压燃 发动机，其产生了含有相对高的浓度的CO的废气。本发明的催化剂包含销（Pt)和钮（Pd) 二者，因为运些销族金属的组合提供了有利的氧化活性。例如销可W在某些条件将一氧化 氮（NO)氧化成二氧化氮（N02)，运对于下游排放控制装置会是有利的。还已经发现在包含 钮和氧化姉二者的载体涂层区的分别的载体涂层区中包含销可W减少或者防止产生一氧 化二氮佈〇)。
[00巧]本发明的氧化催化剂包含第一载体涂层区。该第一载体涂层区包含或者基本组成 为钮（Pd)和包含氧化姉的第一载体材料。钮（Pd)通常布置于或者负载于该第一载体材料 上。例如钮（Pd)可W分散在第一载体材料上和/或浸入第一载体材料中。
[00%] 钮通常直接布置于第一载体材料上或者直接由第一载体材料负载（例如在钮和 第一载体材料之间没有插入的载体材料）。优选的是钮是与氧化姉直接接触的。
[0027] 典型的，该第一载体材料包含或者基本组成为氧化姉（Ce〇2)或者氧化姉-氧化错 (Ce〇2-Zr〇2)，其中该氧化姉或者氧化姉-氧化错是任选渗杂的。该氧化姉-氧化错可W是 氧化姉-氧化错固溶体。
[0028] 包括渗杂剂能够热稳定所述第一载体材料。应当理解在本文上下文中，任何提及 "渗杂的"指的是运样的材料，运里氧化姉或者氧化姉-氧化错的体晶格或者主晶格是用渗 杂剂取代渗杂的或者空隙渗杂的。在一些情况中，少量渗杂剂可W存在于该氧化姉或者氧 化姉-氧化错表面处。但是，大部分的渗杂剂通常将存在于该氧化姉或者氧化姉-氧化错 体中。
[0029] 当该第一载体材料包含氧化姉-氧化错时，则通常该氧化姉-氧化错包含至少45 重量％的氧化姉，优选至少50重量％的氧化姉，更优选至少55重量％的氧化姉，例如至少 70重量％的氧化姉。该氧化姉-氧化错可W进一步包含总共1-15重量％，优选2-12. 5重 量％ (例如5-10重量％ )的第二稀±金属的氧化物（例如该第二稀±金属不是姉）。该第 二稀±金属通常选自铜化a),错（Pr)及其组合。
[0030] 通常，该氧化姉-氧化错基本组成为20-95重量％的氧化姉和5-80重量％的氧化 错（例如50-95重量％的氧化姉和5-50重量％的氧化错），优选35-80重量％的氧化姉和 20-65重量％氧化错（例如55-80重量％氧化姉和20-45重量％氧化错），甚至更优选45-75 重量％的氧化姉和25-55重量％的氧化错。
[0031] 当该氧化姉或者氧化姉-氧化错是渗杂的时，则渗杂剂总量是0. 1-5重量％ (即 氧化姉或者氧化姉-氧化错的重量％ )。优选的是渗杂剂总量是0. 25-2. 5重量％，更优 选0. 5-1. 5重量％ (例如大约1重量％ )。氧化姉可W用选自下面的一种或多种渗杂剂渗 杂：错狂r)，铁灯i)，娃（Si),锭灯)，铜化a),错（Pr),衫（Sm),钦（Nd)及其氧化物。氧化 姉-氧化错可W用选自下面的一种或多种渗杂剂渗杂：铁（Ti)，娃（Si)，锭（Y)，铜化a)，错 (Pr),衫（Sm),钦（Nd)及其氧化物。
[0032] 优选的是该氧化姉或者氧化姉-氧化错具有高表面积。典型的，该氧化姉或者氧 化姉-氧化错的表面积是30-300m2/g，优选60-200m2/g。表面积是使用常规的氮气物理吸 着技术来测量的。
[0033] 优选的是该第一载体材料包含或者基本组成为氧化姉（Ce〇2)或者氧化姉-氧化 错（Ce〇2-Zr〇2)，其不是渗杂的。将渗杂剂包括在第一载体材料中可W降低第一载体涂层区 的催化活性。
[0034] 优选的是该第一载体材料基本由氧化姉组成。更优选该第一载体材料基本由微孔 形式或者介孔形式的氧化姉组成。
[0035] 典型的，该第一载体涂层区包含下面量的第一载体材料：0.1-4. 5gin3(例如 0. 25-4. 2gin3)，优选 0. 3-3.Sgin3,仍然更优选 0. 5-3.Ogin3和甚至更优选 0. 6-2. 5g in3 (例如 0.75-2. 3gin3)。
[0036] 通常，该第一载体涂层区包含下面量的钮（Pd) :0. 2-15重量％ (例如11. 5-14重 量％或者12-15重量％ )，优选0.5-10重量％，更优选1-9重量％ (例如1.5-8重量％ )， 例如2-7重量％ (例如4-6重量％)。在运个上下文中重量％是相对于第一载体材料的量。
[0037] 典型的，该第一载体涂层区包含下面量的钮（Pd) :5-300gft3，更优选 10-250g ft3，例如20-200gft3，仍然更优选25-175gft3和甚至更优选35-150gft3(例如50-125g ft])。
[0038] 例如该第一载体涂层区可W包含下面量的钮（Pd) :50-300gft3,优选100-275g ft3,例如150-250gft3,更优选175-200gft3。在一些情况中，相对高负载量的钮是有益 的（例如有益于CO氧化活性）。
[0039] 典型的，该第一载体涂层区包含的钮（Pd)/姉（Ce)重量比是1:1000-1:10,优选 1:500-1:15,更优选 1:250-1:25。
[0040] 已经发现包含布置于或者负载于氧化姉上的钮的氧化催化剂可W具有NOy被动吸 附剂（PNA)活性。作为此处使用的（和作为本领域所理解的），术语"NO,被动吸收剂"或 者"NOy被动吸附剂"（PM)是可互换使用的，并且指的是催化剂下面的能力：(a)在第一溫 度范围中从废气（例如来自压燃发动机的废气）中吸收（即吸附）N〇x，和化）在第二溫度 范围释放NOy,其中该第二溫度范围高于第一溫度范围（例如该第二