一种机动车尾气净化催化器及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机动车尾气净化催化器及其生产工艺，属于机动车尾气净化技术领域。
【背景技术】
[0002]目前全球机动车总数约为6亿辆，预测表明机动车在今后30年内将持续增长，2020-2030年全球机动车总数将突破10亿辆大关。汽车给人们的出行带来便利的同时，随之而来汽车尾气对大气环境造成巨大污染。机动车的尾气排放物对大气的污染日益受到人们的重视，许多国家纷纷制定出各种法规，采取许多措施，包括行政的、技术的手段等对汽车的尾气排放污染加以严格的控制。排放标准主要是针对HC、C0及NOx这三种物质的排放而制定的。目前，在美国及欧洲的国家生产的轿车都安装了催化净化装置，在全世界范围内安装有三元催化转化器的轿车已超过90%。就中国而言，随着汽车行业的迅猛发展及环保意识的逐步增强，汽车尾气排放催化转化技术越来越受到人们的重视。
[0003]目前，国内外研究和生产机动车尾气净化器的单位很多，对涂层材料制备和分析方面的研究论文和报道非常多，但对实际应用生产工艺方面的报道较少。在催化器涂层涂覆工艺过程中，涂层增重量不仅影响催化性能，而且对成本控制有一定的影响。在实际生产运行过程中，涂覆焙烧后对每个催化器涂层增重量进行称重检查，不仅增加了劳动量，而且涂覆焙烧后再称重检查，增加了不合格品率。目前，通过前期对涂层的湿重进行控制，涂覆焙烧后只需对催化器进行抽检就可达到对催化器增重量进行控制的目的。为了更好地实现对催化器涂层增重量控制，减少不合格品率，进一步降低成本，如何有效的对催化器涂层的湿重进行控制是当前需要解决的问题。不仅如此，浆料的质量也对增重量的控制起着至关重要的作用，现有的催化剂浆料的稳定性差，容易出现沉淀，上下层浆料的一致性差，涂覆难以均匀，使得载体的涂覆的浆料增重量不稳定，不合格产品的产率大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于提供一种机动车尾气净化催化器，通过优化配料，稳定浆料，避免浆料的沉淀，使其上下层浆料一致性好，涂覆均匀。
[0005]本发明的目的之二是提供上述催化器的生产工艺，通过控制浆料的固含量、粘度以及涂覆设备参数等来调整涂层湿重量，使其烘干焙烧后涂层增重量达到设定要求，而且简化了工艺，减少了不合格品率，降低了生产成本。
[0006]为了实现第一目的，本发明采用如下技术方案:一种机动车尾气净化催化器，包括载体和活性涂层，所述活性涂层由稀土复合氧化物、改性氧化铝、粘结剂及活性组分组成；所述稀土复合氧化物的主成分为铈、锆、镧、镨的氧化物；铈、锆的摩尔比为1:5?1:1，镧的氧化物的质量为所述稀土复合氧化物的3%?5%，镨的氧化物的质量为所述稀土复合氧化物的3%?5% ;沉淀剂为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种混合物；所述的粘结剂为拟薄水铝石、硝酸铝中的一种或两种的混合物。
[0007]通过实施上述技术方案，本发明通过优化活性涂层的组分，提高浆料的稳定性，催化剂浆料不会出现沉淀，浆料一致性好，无分层及沉淀现象，与载体的粘结强度更高，涂层的均匀性更好，提高了催化剂对汽油车尾气的净化效果，该催化剂具有明显的催化活性，能有效实现汽油车尾气净化。
[0008]作为优选，所述活性涂层中还包括添加剂，所述添加剂为聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、羟乙基纤维素中的一种或多种。
[0009]该技术方案在催化剂浆料中添加添加剂，来控制浆料的稳定性，添加剂与催化剂里的原料之间融合性好，与传统采用酸来调浆的工艺相比，催化剂浆料稳定性显著提高，而且成本低廉，工艺简单，实现催化剂浆料与载体之间高效结合，有效的增加活性涂层上载量，克服涂层脱落，且分次涂层组成一致性好，产品一致性高，涂层更加均匀、稳定。
[0010]作为优选，所述活性组分为贵金属，所述贵金属为钯或铑或钯和铑的混合物；所述钯和铑的前驱体分别为硝酸钯和硝酸铑。浆料的活性更好，大大提高了催化剂对汽油车尾气的净化效果，能有效实现汽油车尾气净化。
[0011]作为优选，所述活性涂层中还包括过渡金属氧化物和/或稀土氧化物助剂，所述过渡金属氧化物为Ni0、Fe203、Co203中的一种或多种混合物；所述稀土氧化物助剂为La 203，Nd2O3, CeO2中的一种或多种。
[0012]为了实现第二目的，本发明采用如下技术方案:一种机动车尾气净化催化器的生产工艺，其特征在于，包括:
(1)一涂浆液的制备步骤:
将去离子水加入到稀土复合氧化物、改性氧化铝与粘结剂中，搅拌均匀后，研磨至浆液的粒度为5?15 μ m ;加入贵金属溶液，搅拌8?10 h至贵金属溶液完全吸附，得到一涂楽液；调节一涂浆液的固含量为20%?30% ;浆料的粘度为80?300 mPa*s ;去离子水与稀土复合氧化物、改性氧化铝的比例为1:0.1?0.5:0.05?0.4，粘结剂的用量为涂层总体积的6%?10% ;贵金属的添加量为1.0?2.1 g/L ；
(2)二涂浆液的制备步骤:
(i )将去离子水加入到稀土复合氧化物、改性氧化铝与粘结剂中，搅拌均匀后，研磨至浆液的粒度为5?15 μ m ;加入贵金属溶液，搅拌8?10 h至贵金属溶液完全吸附，得到一级浆液；去离子水与稀土复合氧化物、改性氧化铝的质量比为1:0.02?0.1:0.1?0.5，贵金属的添加量为1.0?2.1 g/L ；
(? )将去离子水加入到稀土复合氧化物与粘结剂中，搅拌均匀后研磨至浆液的粒度为5?15 ym，加入贵金属溶液到涂层浆料中，搅拌至贵金属溶液完全吸附，得到二级浆液；去离子水与稀土复合氧化物的比例为1:0.1?0.5 ;搅拌8?10 h至贵金属溶液完全吸附；贵金属的添加量为0.2?1.0 g/L ；
(iii)将一级浆液和二级浆液混合，搅拌I?5 h，加水调浆液固含量至10%?25%，得到二涂浆液；
(3)分层涂覆步骤:
A、一级涂覆:将载体放入涂覆设备中，浸入一涂浆液中吸浆，然后取下载体放入吹扫装置中吹扫；之后烘干、焙烧，得到第一层涂覆后的载体；调节吸浆时间I?6s，保持时间I?6s ;吹扫压力0.1?0.SMPa ;所谓吸浆时间是把载体浸入浆液中，然后施加一定的负压把浆料吸上来的时间。所谓保持时间是把浆料吸上来后在这个负压下浆料保持的时间。
[0013]B、二级涂覆:将第一层涂覆后的载体浸入到二涂浆液中，然后取下载体放入吹扫装置中吹扫，之后烘干、焙烧，得到最终的催化剂；吸浆时间1?5s，保持时间1?5s，吹扫压力0.1?0.8MPa ;载体在第二层涂覆后的总的增重量需达到150?200 g/L。
[0014]作为优选，各步骤中贵金属溶液的加入速度为10?100 ml/min ;滴入方向与搅拌轴之间的夹角为10?60° ;浆料搅拌速率为100?1000转/min。
[0015]作为优选，所述添加剂在步骤(ii )中加入，所述添加剂的添加量为活性涂层中稀土复合氧化物的0.5?2%。
[0016]作为优选，贵金属溶液的质量溶度为13%?18%。
[0017]作为优选，所述稀土复合氧化物采用共沉淀法合成:在室温条件下，将硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨、硝酸钕混合均匀，在搅拌条件下加入沉淀剂至溶液的pH为9.0?10.0，反应结束后陈化3?6 h，将得到的复合氧化物前驱体经过滤、洗涤后，100?150°C烘干并于500?600°C焙烧后得到稀土复合氧化物。
[0018]作为优选，烘干的温度为100?200 °C;焙烧的工艺为先在300?400°C条件下焙烧0.5?lh，然后在500?600°C条件下焙烧2?3 h。
[0019]通过实施上述技术方案，本发明:
(1)通过控制浆料的固含量、粘度以及涂覆设备参数等来调整涂层湿重量，使其烘干焙烧后涂层增重量达到设定要求，而且简化了工艺，减少了不合格品率，降低了生产成本；
(2)通过不同贵金属负载的材料搭配，分开负载，提高贵金属的利用率，使其在每种材料上发挥最大的效用，使得贵金属组分吸附完全，提高贵金属利用率，提高浆料稳定性，进而实现涂层、涂覆量及涂覆工艺的匹配，提高产品的一致性；
(3 )通过控制贵金属溶液的酸度、浓度、贵金属溶液滴定速率、浆液搅拌速率等来实现贵金属溶液的高效负载和添加。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例