专利名称：一种高效尾气净化三元催化剂涂敷方法
一种高效尾气净化三元催化剂涂敷方法[技术领域]
本发明涉及一种汽车尾气净化催化剂涂敷方法，尤其涉及一种高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷新方法。[背景技术]
随着全世界汽车保有量的快速增加，汽车尾气已成为城市空气污染的主要污染源。据有关资料统计，城市空气中90%以上的一氧化碳，60%以上的碳氢化合物和30%以上的氮氧化合物来自汽车尾气排放。为了控制汽车尾气对大气的污染，除制定严格的排放指标外，还应加强对汽车尾气净化的研究和开发。国内外对汽车尾气控制采用三元催化剂的传统办法是在陶瓷或金属载体上均勻涂敷按一定比列混合的催化剂原材料，包括氧化铝，氧化锆，氧化铈(或铈锆固溶体粉末)及其他金属氧化物、稀土氧化物和一些其他添加物。
近20多年来由于各国对尾气排放控制日益严格，加上汽车市场价格竞争日益激烈，催化剂传统制作和均勻涂敷工艺已不能满足要求，因此出现了不同涂层采用不同原材料以及不同种贵金属催化元素的新涂敷技术。如图1所示为目前比较标准的涂敷方法，涂层可以有二层，也可多至三到四层(参见专利文件1、专利文件2和专利文件幻，其特点是每一涂层催化特性沿载体轴向均勻同性，沿径向催化特性有所不同，这是因为层与层之间所采用的催化剂原材料和配方不同。但是其每一层都用同样的涂敷材料进行涂敷，涂层覆盖整个载体从气流入口到出口的各微小通道表面，较外层材料覆盖在内层的外表，以此类推，这样制作涂敷的单个净化器载体从进口到出口对尾气控制作用是单一的，无法起到前、 后级催化剂的双重作用。
随着各国对汽车尾气控制要求日益严格，必须对发动机各种负载、转速、冷热机状态采用不同的催化策略、配方技术和催化材料，因此出现了功能不同的多级催化剂系统 (参见专利文件4)，即将两个或三个不同的催化剂载体一起使用，即两级或多级催化剂系统。但由于现代车辆和发动机设计技术发展，车型越来越紧凑、发动机功率越来越大，零部件安装空间有限，多级催化剂不仅安装工艺相对复杂，其占据的空间也较大。
现有技术文件
专利文件
专利文件1 中国专利公告号CN102083530A，公告日2011年06月01日，名称为 ‘用于净化汽车所排放废气的蜂窝结构型催化剂，其制备方法及使用该催化剂净化废气的方法’中公开了一种蜂窝型结构催化剂，其中由蜂窝型结构构成的载体涂敷有两层以上的催化剂组合物，用于净化废气中所含的一氧化碳、烃和氮氧化物。
专利文件2 中国专利公告号CN102008958A，公告日2011年04月13日，名称为 ‘一种净化汽油车尾气的三元催化剂及其制备方法’中公开了一种净化汽油车尾气的三元催化剂及制备方法，该三元催化剂的催化活性层为双层结构，内层催化活性层为活性氧化铝负载稀土金属、碱土金属、过渡金属、贵金属中的一种或多种氧化物；外层催化活性层为活性氧化铝负载稀土金属、碱土金属、贵金属一种或多种氧化物。
专利文件3 中国专利公告号CN102131582A，公告日2011年07月20日，名称为‘废气净化催化剂、使用其的废气净化装置和废气净化方法’中公开了一种废气净化催化剂，其特征在于，将用于净化废气中所含的烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的催化剂组合物以如下至少上下两层涂敷到蜂窝型结构上。
专利文件4:中国专利公告号CN102083531A，公告日2011年06月01日，名称为 ‘净化废气的催化剂装置和净化废气的方法’中公开了一种用于净化废气的催化剂装置，其特征在于，位于上游侧的蜂窝结构型催化剂(X)和位于下游侧的蜂窝结构型催化剂(Y)在所有的下层中都包含由基本不含Ml组分并负载Pt组分或Pd组分中的至少一种的无机氧化物载体材料、含铈氧化物和碱土金属组分构成的催化剂组合物。
按照上述专利文件1-3的涂敷方法，其共同特点是每一涂层催化特性沿载体轴向均勻同性，从进口到出口对尾气控制作用是单一的。
按照上述专利文件4的涂敷方法，特点是涂敷在两个载体上，实际就是前后级催化剂，其缺点是系统设计、加工、封装较复杂、生产效率较低以及生产成本较高。[发明内容]
本发明克服了现有技术的不足，提供一种高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷新方法。
本发明采用的技术方案是一种高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，是针对单件催化剂载体从尾气进口到尾气出口进行至少两个分段，对不同分段采用不同配方的催化剂浆料进行涂敷，对同一分段的净化器载体表面进行一次以上的催化剂材料涂敷。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，第一涂层覆盖尾气气流上游端的半截载体，第二涂层覆盖气流下游的半截载体。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，第三涂层覆盖尾气气流上游端的大半截载体，第四涂层覆盖下游的大半截载体，中间段可以有重叠覆盖区。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，第五涂层和第六涂层的涂敷方法与两段两次涂敷相似，第五涂层和第六涂层涂敷完并焙烧后再进行第七涂层的涂敷，第七涂层覆盖上游端或下游端的大半截载体。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，在所述对同一分层的净化器载体表面进行每次的催化剂材料涂敷之后，对所述催化剂载体进行焙烧，成品前总焙烧次数为两次。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，所述的重叠覆盖区的长短可以根据尾气控制要求决定，也可通过发动机尾气排放试验确定，一般中间段重叠区长度不超过载体长度的33%，靠一端重叠区长度不超过载体长度66%。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，所述的涂敷的层数为 1-4层，涂层负载量为每升140-200克。
以上所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，所述的焙烧温度为 500-600 °C 度。
本发明由于采用了上述方案，相对于现有技术具有以下优点将起不同作用的催化元素、助剂和多种氧化物形成的水洗浆料，对同一载体进行分段分层涂敷，可以达到同一催化剂载体起到前后级催化剂作用、优化尾气控制功能，不但可以缓解零件系统安装空间的压力、也可简化系统设计、提高生产效率、大大降低了成本；在催化剂制作加工、载体封装加工、零部件整体性、催化剂控制策略调整优化上要优于传统产品。[
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图1是传统标准的涂敷结构示意图。
图2是本发明两段两次涂敷结构示意图。
图3是本发明两段两次重叠涂敷结构示意图。
图4是本发明三段三次涂敷结构示意图。[具体实施方式
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下面结合附图对本发明具体实施方式
作进一步详细的说明。
实施方式1-3说明以现有先进的催化剂配方技术为基础，将起不同作用的催化元素、助剂和多种氧化物形成的水洗浆料，对同一载体进行分段分层涂敷的三种方法。
实施方式1
如图3所示为两段两次涂敷结构示意图，第一涂层1覆盖尾气气流上游端的半截载体，第二涂层2覆盖气流下游的半截载体。第一涂层1涂完后即进行第二涂层2的涂敷， 然后进行摄氏温度为500-600度焙烧，为了达到要求的涂层负载量，再重复第一涂层1和第二涂层2的涂敷并焙烧成型。涂层载体上游段和下游段涂层所采用的催化剂原材料、催化元素浓度和配方均不同，这需要根据具体车型的排放特点进行调整。这样就可以获得载体轴向(气流方向)完全不同的催化特性，大大增加了现代催化剂的设计范围和灵活性。
实施方式2
如图4所示为两段两次重叠涂敷结构示意图，第三涂层3覆盖尾气气流上游端的大半截载体，第四涂层4覆盖下游的大半截载体，因此中间段可以有重叠覆盖区，具体覆盖段长短可以根据尾气控制要求决定。这样，沿载体轴向实际上就形成了三种不同的涂层催化特性。
实施方式3
如图5所示为三段三次涂敷结构示意图，第五涂层5和第六涂层6的涂敷方法与实施方式1相似，第五涂层5和第六涂层6涂敷完并焙烧后再进行第七涂层7的涂敷，第七涂层7覆盖上游端或下游端的大半截载体。这样，实际可以使用三种不同催化策略的催化剂配方涂层材料，可以把三元催化剂中氧化、还原的功能优化组合，同时也可以将用于特殊目的的催化剂(如用于汽油直喷点火发动机GDI中的NOxadsorber技术)引入单载体的催化剂设计中，给设计带来巨大的灵活性。
上述实施例仅仅是用来帮助理解本发明的实例，并且本发明不限于该实例。属于本发明的技术范围修改和变化全部在本发明范围以内。
如图5所示，第四涂层4材料针对发动机冷启动工况下碳氢(HC)排放控制的配方，采用负载量较高的贵金属钯作为主要催化剂元素，涂层运载材料为活性氧化铝、铈锆复合固溶体、镍氧化物等；第六涂层6材料采用标准的三元催化剂配方，涂层材料为改性氧化铝、铈锆复合固溶体、微量镍、钡、钇氧化物以及负载量较低的钯铑(配比为10 1)贵金属催化元素，较高百分比的铈氧化物作为涂层中的储氧材料；第七涂层7为辅助薄层，以低负载量的铑为贵金属催化元素，加强氮氧化物的还原过程。
由表1-3实验数据结果对比可知，和传统标准涂敷方法制作的催化剂相比，采用本发明方法涂敷的催化剂样品其性能达到或超过了原有催化剂样品，尾气排放已达到最好的控制效果且满足国家4号排放标准。
表1为依据本发明制作的催化剂经100小时快速高温老化后的起燃温度实验结^ ο
权利要求
1.一种高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，其特征在于对单件催化剂载体从尾气进口到尾气出口进行至少两个分段，对不同分段采用不同配方的催化剂浆料进行涂敷，对同一分段的净化器载体表面进行一次以上的催化剂材料涂敷。
2.根据权利要求书1所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，其特征在于第一涂层(1)覆盖尾气气流上游端的半截载体，第二涂层( 覆盖气流下游的半截载体。
3.根据权利要求书1所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，其特征在于第三涂层(3)覆盖尾气气流上游端的大半截载体，第四涂层(4)覆盖下游的大半截载体，中间段可以有重叠覆盖区。
4.根据权利要求书1所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，其特征在于第五涂层(5)和第六涂层(6)的涂敷方法与两段两次涂敷相似，第五涂层(5)和第六涂层(6)涂敷完并焙烧后再进行第七涂层(7)的涂敷，第七涂层(7)覆盖上游端或下游端的大半截载体。
5.根据权利要求1所述的高效尾气净化三元催化剂涂敷方法，其特征在于在所述对同一分层的净化器载体表面进行每次的催化剂材料涂敷之后，对所述催化剂载体进行焙烧，成品前总焙烧次数为两次。
6.根据权利要求1所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，其特征在于所述的中间段重叠区长度不超过载体长度的33%，靠一端重叠区长度不超过载体长度 66%。
7.根据权利要求1所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，其特征在于 所述的涂敷的层数为1-4层，涂层负载量为每升140-200克。
8.根据权利要求5所述的高效尾气净化三元催化剂分段分层涂敷方法，其特征在于 所述的焙烧温度为500-600°C度。
全文摘要
本发明公开了一种高效尾气净化三元催化剂涂敷新方法，具体涂覆方法包括两段两次涂覆、两段两次重叠涂敷和三段三次涂敷。采用该涂覆方法将起不同作用的催化元素、助剂和多种氧化物形成的水洗浆料，对同一载体进行分段分层涂敷，可以达到同一催化剂载体起到前后级催化剂作用、优化尾气控制功能，也可以缓解零件系统安装空间压力，简化系统设计、提高生产效率、大大降低了成本。
文档编号F01N3/28GK102513165SQ20111041742
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者刘碧兰, 姚小刚 申请人:刘碧兰