專利名稱：凈化廢氣用催化劑的制作方法
背景技術(shù)：
人們已開發(fā)出用于這些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)并已將其投入實(shí)際應(yīng)用，在該系統(tǒng)中空氣/燃料混合物一般在稀燃料條件下，即在氧氣過量的氣氛中燃燒，但是在化學(xué)計(jì)量至濃燃料條件下不連續(xù)燃燒，使廢氣呈還原氣氛并將NOx還原成無毒物質(zhì)。作為最適合該系統(tǒng)的催化劑，已開發(fā)出利用NOx吸附組分的NOx吸附還原型催化劑，該吸附組分吸附稀燃料氣氛中的NOx，并在化學(xué)計(jì)量至濃燃料氣氛中釋放吸附的NOx。
例如，日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)5-317,652提出了一種凈化廢氣用催化劑，該催化劑中Ba或其它堿土金屬和Pt負(fù)載在多孔氧化物如γ-Al2O3上。日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)6-031,139提出了一種凈化廢氣用催化劑，該催化劑中K或其它堿金屬和Pt負(fù)載在多孔氧化物如γ-Al2O3上。日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)5-168,860提出了一種凈化廢氣用催化劑，該催化劑中La或其它稀土元素和Pt負(fù)載在多孔氧化物如γ-Al2O3上。
在使用這些NOx吸附還原型催化劑時(shí)，通過將空氣燃料比例從稀燃料側(cè)脈動(dòng)地控制成化學(xué)計(jì)量至濃燃料側(cè)，使廢氣從稀燃料氣氛脈動(dòng)地變?yōu)榛瘜W(xué)計(jì)量至濃燃料氣氛。因此，NOx通過NOx吸附組分吸附在稀燃料側(cè)，吸附的NOx在化學(xué)計(jì)量至濃燃料側(cè)釋放出來，與還原組分如廢氣中含有的大量烴類(HC)和一氧化碳(CO)反應(yīng)而被凈化。因而，可高效率地凈化甚至來自稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的NOx。也可有效地凈化廢氣中的HC和CO，這是由于HC和CO不僅被貴金屬氧化，而且還用于還原NOx。
順便提一下，凈化來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的催化劑必須穩(wěn)定地保持在汽車的廢氣通道中，以增加廢氣與催化劑組分的接觸面積，同時(shí)必須盡可能地抑制壓力損失的增加。為了滿足這些要求，通常使用由MgO-Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物如堇青石形成的蜂窩狀載體基材，并經(jīng)常使用整體式催化劑，該催化劑包含這種載體基材和催化劑層，后者是通過將催化組分負(fù)載在多孔氧化物上而形成在載體基材表面上的。
然而，已經(jīng)證明的是，用堿金屬作為NOx吸附組分，NOx吸附還原型整體式催化劑在其使用過程中會(huì)發(fā)生載體基材劣化，當(dāng)與其它催化劑如三元催化劑相比較時(shí)，強(qiáng)度如耐熱沖擊性降低。例如，在凈化廢氣用NOx吸附還原型催化劑的情況下—該催化劑用結(jié)構(gòu)性成員如由MgO-Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物構(gòu)成的堇青石作為基材，具有通過將貴金屬和堿金屬負(fù)載在多孔氧化物如氧化鋁上形成的催化劑層—其熱膨脹系數(shù)比不包括任何堿金屬的催化劑要大。由于熱膨脹系數(shù)較大，因此耐熱沖擊性較低，強(qiáng)度也較低。
對(duì)具有大熱膨脹系數(shù)的催化劑中負(fù)載的堿金屬的分布的研究表明，甚至在基材中也存在堿金屬。因此，已闡明強(qiáng)度降低的原由在于以下事實(shí)堿金屬與在催化劑層與基材的邊界中的基材組分(尤其是SiO2)反應(yīng)，這改變了基材的復(fù)合氧化物的組成。
就此而論，日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)2000-279,810提出了一種凈化廢氣用催化劑，該催化劑具有位于負(fù)載有貴金屬和NOx吸附組分的催化劑層與基材之間的氧化鋯層。由于氧化鋯幾乎不與堿金屬反應(yīng)，因此氧化鋯層抑制堿金屬遷移到基材中。因而可抑制基材強(qiáng)度的降低。
然而，日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)2000-279,810公開的凈化廢氣用催化劑仍舊存在這樣的問題氧化鋯層在氧化鋯粒子之間不可避免地存在孔，堿金屬穿過這些孔，到達(dá)基材并與基材反應(yīng)，這導(dǎo)致基材強(qiáng)度的降低。
發(fā)明概述本發(fā)明是在這些情況下開發(fā)的。本發(fā)明的目的是抑制與載體基材反應(yīng)的活性成分的遷移，從而防止諸如載體基材強(qiáng)度降低的問題。
解決了上述問題的凈化廢氣用催化劑包含載體基材和催化劑層，該催化劑層是通過將至少與載體基材具有反應(yīng)性的活性成分和貴金屬負(fù)載在多孔氧化物上形成的，其中該催化劑進(jìn)一步包含第一氧化物層和第二氧化物層，其中第一氧化物層形成在載體基材的表面上并主要由與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，第二氧化物層形成在第一氧化物層的表面上并主要由與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，催化劑層形成在第二氧化物層的表面上。
由于堿金屬是典型的活性成分，因此理想的是，與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物是至少一種選自Si、P、W和Ti的金屬的氧化物。亦理想的是，與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物是至少一種選自Al、Zr、Ce和Y的金屬的氧化物。
進(jìn)一步理想的是，第一氧化物層和第二氧化物層都不包括貴金屬。
在本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑中，催化劑層包括活性成分如堿金屬，它至少與載體基材具有反應(yīng)性，第一氧化物層和第二氧化物層按順序從載體基材開始形成在載體基材與催化劑層之間。在遷移過程中，催化劑層中的活性成分首先穿過第二氧化物層。然而，第二氧化物層主要由與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，因此活性成分向第一氧化物層的遷移受到抑制。大部分活性成分留在催化劑層中，具有高轉(zhuǎn)化效率。
穿過第二氧化物層的孔的一些活性成分到達(dá)第一氧化物層。由于第一氧化物層主要由與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，因此到達(dá)第一氧化物層的大部分活性成分由于其與該氧化物反應(yīng)而在那里被捕獲，活性成分向載體基材的遷移受到抑制。由于第二氧化物層抑制大部分活性成分的遷移，因此即使第一氧化物層的粒子之間存在孔，到達(dá)第一氧化物層的活性成分的絕對(duì)量也是較少的，且因此穿過第一氧化物層的孔并到達(dá)載體基材的活性成分的量就更少。因此，與載體基材反應(yīng)的活性成分的量極少，可大大抑制載體基材強(qiáng)度的降低。
應(yīng)該指出的是，甚至在僅具有催化劑層的凈化廢氣用的常規(guī)催化劑的情況下，負(fù)載在催化劑層中的所有活性成分如堿金屬不都向載體基材遷移，只有幾個(gè)百分點(diǎn)的負(fù)載的活性成分向載體基材遷移。然而，例如當(dāng)活性成分是堿金屬時(shí)，載體基材中SiO2的絕對(duì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遷移的堿金屬的絕對(duì)量，因此幾乎所有遷移的堿金屬與載體基材反應(yīng)，從而降低載體基材強(qiáng)度。
另一方面，在本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑的情況下，即使只有幾個(gè)百分點(diǎn)的負(fù)載的活性成分向載體基材遷移，遷移也受第二氧化物層的抑制，因此穿過第二氧化物層的活性成分的量較少。而且，由于所有穿過第二氧化物層并到達(dá)第一氧化物層的活性成分大部分與第一氧化物層的氧化物反應(yīng)，因此到達(dá)載體基材的活性成分的量更少。因而，可可靠地抑制載體基材強(qiáng)度的降低。
因此，在本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑的情況下，可可靠地抑制載體基材強(qiáng)度的降低。同時(shí)，由于活性成分的遷移受第二氧化物層的抑制，因此留在催化劑層中的活性成分的量比常規(guī)催化劑的要大。因此，本發(fā)明催化劑可具有高NOx吸附能力，如日本未審查專利公開(KOKAI)號(hào)2000-279,810中公開的催化劑的NOx吸附能力，且具有高NOx轉(zhuǎn)化效率。
載體基材的實(shí)例包括MgO-Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物如堇青石、TiO2-Al2O3復(fù)合氧化物和Si3N4。理想的是使用MgO-Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物，它們?cè)谀蜔嵝苑矫嫣貏e優(yōu)異。該載體基材的形狀無特別限制，只要它與廢氣具有大接觸面積即可，它們可為蜂窩狀、泡沫狀、網(wǎng)狀和粒狀。也可使用涂有MgO-Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物粉末或其它上述氧化物的蜂窩狀金屬箔基材作為載體基材。
通過將至少與載體基材具有反應(yīng)性的活性成分和貴金屬負(fù)載在多孔氧化物上，形成催化劑層。多孔氧化物可不同地選自Al2O3、ZrO2、TiO2、CeO2等。可使用僅僅一種這些氧化物或多種這些氧化物。也可使用多種這些氧化物的復(fù)合物。例如，考慮到催化活性，優(yōu)選至少包括Al2O3，如果TiO2混入其中，則耐硫中毒性得到改進(jìn)。如果混入CeO2或CeO2·ZrO2固溶體，由于其氧氣吸附能力使轉(zhuǎn)化效率得以改進(jìn)。
貴金屬可以是選自Pt、Rh、Pd、Ir、Ru等的一種或多種元素。負(fù)載的貴金屬的量?jī)?yōu)選為約0.1-20重量％/升催化劑。
活性成分至少與載體基材具有反應(yīng)性，并根據(jù)載體基材的材質(zhì)不同而不同。當(dāng)載體基材含有SiO2時(shí)，用堿金屬作為典型的活性成分。這樣，堿金屬起催化劑層中的NOx吸附組分的作用，本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑起NOx吸附還原型催化劑的作用。
在NOx吸附還原型催化劑的情況下，堿金屬的實(shí)例是K、Na、Cs和Li，負(fù)載的堿金屬的量?jī)?yōu)選為0.01-1.0mol/升催化劑。當(dāng)堿金屬的量低于這一范圍時(shí)，NOx吸附能力降低。另一方面，當(dāng)堿金屬的量高于這一范圍時(shí)，穿過第二氧化物層并到達(dá)第一氧化物層的堿金屬的絕對(duì)量變大，且穿過第一氧化物層并到達(dá)載體基材的堿金屬的量也變大。這可能導(dǎo)致載體基材強(qiáng)度不足。
在NOx吸附還原型催化劑的情況下，除堿金屬外也優(yōu)選使用堿土金屬和稀土元素中的至少一種。堿土金屬的實(shí)例可為Ba、Be、Ca、Mg和Sr。稀土元素的實(shí)例可為Sc、Y、La、Yb、Nd和Sm。由于堿土金屬或稀土元素不與載體基材如堇青石反應(yīng)，因此負(fù)載的堿土金屬或稀土元素的量可與常規(guī)催化劑的量一樣多，即0.1-2mol/升催化劑。
第一氧化物層主要由與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成。理想的是，該氧化物易與活性成分反應(yīng)，并與載體基材和第二氧化物層具有優(yōu)異的粘結(jié)性能。短語(yǔ)“與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物”使用其相對(duì)含義，指與活性成分的反應(yīng)性高于與第二氧化物層中所使用的氧化物的反應(yīng)性的氧化物。例如，當(dāng)K作為催化劑層中的活性成分負(fù)載時(shí)，理想的是使用這樣的氧化物在將負(fù)載有K的催化劑在800℃下保持10小時(shí)后，與K反應(yīng)的反應(yīng)率為80％或以上。
當(dāng)活性成分是堿金屬時(shí)，與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物的優(yōu)選實(shí)例包括二氧化硅、磷氧化物、鎢氧化物和二氧化鈦。第一氧化物層可僅由這些氧化物構(gòu)成，或由這些氧化物與其它氧化物混合構(gòu)成。其它氧化物的含量理想地為40重量％或以下。當(dāng)其它氧化物的含量超過這一范圍時(shí)，則恐怕堿金屬通過其反應(yīng)被捕獲的絕對(duì)量不足，且很難抑制堿金屬的遷移。
第一氧化物層的理想厚度為40μm或以下。厚度超過40μm的第一氧化物層不是優(yōu)選的，這是因?yàn)榈谝谎趸飳拥男阅苡绊懻麄€(gè)催化劑的性能，其結(jié)果導(dǎo)致凈化性能下降和壓力損失增加。另一方面，第一氧化物層的厚度優(yōu)選至少為5μm。當(dāng)?shù)谝谎趸飳拥暮穸鹊陀?μm時(shí)，則恐怕活性成分通過其反應(yīng)被捕獲的絕對(duì)量不足，且很難抑制活性成分向載體基材的遷移。
例如通過用與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物粉末洗涂(wash coating)載體基材，然后煅燒施涂后的載體基材而在載體基材表面上形成第一氧化物層。在這種情況下，可通過控制施涂的氧化物粉末的粒徑和量形成具有所需厚度的第一氧化物層。理想的是，氧化物粉末的粒徑為5μm或以下，這是因?yàn)楫?dāng)粒徑超過5μm時(shí)，很難形成致密的第一氧化物層，活性成分經(jīng)由第一氧化物層的孔容易向載體基材遷移。
煅燒溫度理想地為600-1500℃。如果在600℃以下煅燒，則幾乎得不到致密的第一氧化物層，并且活性成分容易穿過孔。當(dāng)堇青石作為載體基材時(shí)，煅燒溫度的上限優(yōu)選設(shè)定在1500℃，這是因?yàn)檩狼嗍畲竽褪?500℃的溫度。
第一氧化物層在載體基材表面上的形成也可這樣進(jìn)行通過酸堿反應(yīng)在載體基材表面上形成金屬氫氧化物沉淀，并煅燒它。例如將載體基材浸入硝酸鎢水溶液中，向溶液中加入氨，然后使氫氧化鎢沉積在載體基質(zhì)表面上。通過煅燒含有沉積物的載體基材，可在載體基材表面上形成由氧化鎢構(gòu)成的第一氧化物層。
盡管在載體基材如堇青石表面上有許多極細(xì)微的凹凸不平之處，上述用氧化物粉末施涂載體基材并煅燒施涂后的載體基材的方法難以在細(xì)小孔穴里面形成第一氧化物層，第一氧化物層可能覆蓋細(xì)小孔穴并與載體基材的表面形成孔。這種情況下，恐怕活性成分會(huì)經(jīng)由這些孔向載體基材遷移。
因此，特別理想的是通過上述酸堿反應(yīng)形成第一氧化物層。由于酸堿反應(yīng)是分子水平上的反應(yīng)，它得到的沉淀極其細(xì)小，因此該沉淀甚至進(jìn)入載體基材表面上的細(xì)小孔穴中，形成第一氧化物層。因此，防止在第一氧化物層與載體基材表面之間形成孔，可進(jìn)一步抑制活性成分向載體基材遷移。
第一氧化物層的形成也可通過物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法來進(jìn)行。
第二氧化物層主要由與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成。理想的是，該氧化物難以或不與活性成分反應(yīng)，并與第一氧化物層和催化劑層具有優(yōu)異的粘結(jié)性能。短語(yǔ)“與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物”使用其相對(duì)含義，指與活性成分的反應(yīng)性低于與第一氧化物層中所使用的氧化物的反應(yīng)性的氧化物。例如，當(dāng)K作為催化劑層中的活性成分負(fù)載時(shí)，理想的是使用這樣的氧化物在將負(fù)載有K的催化劑在800℃下保持10小時(shí)后，與K反應(yīng)的反應(yīng)率為30％或以下。
當(dāng)活性成分是堿金屬時(shí)，與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物的優(yōu)選實(shí)例包括氧化物如α-氧化鋁、θ-氧化鋁、γ-氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、二氧化鈰和尖晶石，多種這些化合物的復(fù)合氧化物以及陶瓷如碳化硅和氮化硅。特別理想的是使用至少一種選自Al、Zr、Ce和Y的金屬的氧化物。第二氧化物層可僅由這些氧化物構(gòu)成，或由這些氧化物與其它氧化物混合構(gòu)成?；旌系钠渌趸锏暮坷硐氲貫?0重量％或以下。當(dāng)其它氧化物的含量超過這一范圍時(shí)，則活性成分向第一氧化物層的遷移可能幾乎不受抑制。
第二氧化物層的理想厚度為40μm或以下。厚度超過40μm的第二氧化物層不是優(yōu)選的，這是因?yàn)榈诙趸飳拥男阅苡绊懻麄€(gè)催化劑的性能，結(jié)果導(dǎo)致凈化性能下降和壓力損失增加。另一方面，第二氧化物層的厚度優(yōu)選至少為5μm。當(dāng)?shù)诙趸飳拥暮穸鹊陀?μm時(shí)，則第二氧化物層幾乎不抑制活性成分向第一氧化物層的遷移，且到達(dá)載體基材的活性成分的量較大。
例如通過用與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物粉末洗涂第一氧化物層，然后煅燒施涂后的第一氧化物層而在第一氧化物層表面上形成第二氧化物層。在這種情況下，可通過控制施涂的氧化物粉末的粒徑和量形成具有所需厚度的第二氧化物層。氧化物粉末的粒徑優(yōu)選為5μm或以下，這是因?yàn)楫?dāng)氧化物粉末的粒徑超過5μm時(shí)，幾乎得不到致密的第二氧化物層，活性成分容易穿過第二氧化物層的孔。
煅燒溫度理想地為600-1500℃。如果在600℃以下煅燒，則幾乎得不到致密的第二氧化物層，活性成分容易穿過孔。當(dāng)用堇青石作為載體基材時(shí)，煅燒溫度的上限優(yōu)選設(shè)定在1500℃，這是因?yàn)檩狼嗍畲竽褪?500℃的溫度。
第二氧化物層在第一氧化物表面上的形成也可通過與形成第一氧化物層相同的酸堿反應(yīng)來進(jìn)行，還可通過PVD法或CVD法來進(jìn)行。
盡管貴金屬可負(fù)載在第一氧化物層和第二氧化物層中的至少一層上，但到達(dá)第一氧化物層或第二氧化物層的廢氣的比率非常低且負(fù)載的貴金屬對(duì)凈化幾乎不起作用。因此，從成本的角度，理想的是第一氧化物層和第二氧化物層都不含有貴金屬。
催化劑層在第二氧化物層上的形成可以按與催化劑層在常規(guī)載體基材上形成相同的方式進(jìn)行，例如通過用多孔氧化物粉末洗涂在其上面具有第一氧化物層和第二氧化物層的載體基材，煅燒施涂后的載體基材，通過吸附負(fù)載法、浸漬負(fù)載法或類似方法在其上面至少負(fù)載貴金屬和活性成分。
第一氧化物層和第二氧化物層各自的厚度理想地為50μm或以下。當(dāng)?shù)谝谎趸飳?、第二氧化物層和催化劑層的總厚度超過150μm時(shí)，則蜂窩狀孔的開孔面積較小，壓力損失較大，這可能損害發(fā)動(dòng)機(jī)功率。催化劑層要求具有50-100μm的厚度，此時(shí)負(fù)載的貴金屬和活性成分的量和密度大致與常規(guī)催化劑相同。因此，第一氧化物層和第二氧化物層的總厚度優(yōu)選為100μm或以下。
應(yīng)該指出的是，本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑僅僅要求催化劑層中包括活性成分，并用作NOx吸附還原型催化劑、NOx吸附催化劑、三元催化劑和氧化催化劑等。
本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑的優(yōu)點(diǎn)在于，該催化劑可可靠地抑制由與活性成分的反應(yīng)導(dǎo)致的載體基材強(qiáng)度的降低，并因而獲得改進(jìn)的耐久性。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的催化劑的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖2為耐久試驗(yàn)后的實(shí)施例與對(duì)比例的催化劑的熱膨脹系數(shù)曲線。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述現(xiàn)在，本發(fā)明將參照實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行具體描述。實(shí)施例1圖1表示本發(fā)明的凈化廢氣用催化劑。該凈化廢氣用催化劑包含蜂窩狀整體式基材1，該基材由堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)組成；第一氧化物層2，它厚約20μm，形成在整體式基材1的表面上并由SiO2構(gòu)成；第二氧化物層3，它厚約30μm，形成在第一氧化物層2的表面上并由Al2O3構(gòu)成；和催化劑層4，它厚約100μm，形成在第二氧化物層3的表面上并通過將Pt和K負(fù)載在Al2O3上而形成。下文將描述生產(chǎn)這種凈化廢氣用催化劑的方法而不再給出本發(fā)明的詳細(xì)描述。
首先，制備由堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)構(gòu)成的蜂窩狀整體式基材1，并用SiO2粉末漿液洗涂。在250℃下干燥后，將施涂后的整體式基材1在空氣中于300℃下煅燒2小時(shí)，從而形成第一氧化物層2。第一氧化物層2的形成量為20克/升整體式基材1，平均厚度為20μm。
其次，將具有第一氧化物層2的整體式基材1用γ-Al2O3粉末漿液洗涂，在25O℃下干燥，然后在空氣中于300℃下煅燒2小時(shí)，從而形成第二氧化物層3。第二氧化物層3的形成量為20克/升整體式基材1，平均厚度為30μm。
接下來，將具有第二氧化物層3的整體式基材1用γ-Al2O3粉末漿液洗涂，在250℃下干燥，然后在空氣中于300℃下煅燒2小時(shí)，從而形成涂層。該涂層的形成量為270克/升整體式基材1，平均厚度為100μm。制備一定濃度的硝酸二硝基二胺鉑(dinitrodiammine platinum nitrate)溶液，將具有涂層的整體式基材1浸入其中，并從該溶液中取出，然后在500℃下煅燒2小時(shí)，從而負(fù)載上Pt。負(fù)載的Pt量為0.1g/升整體式基材1。接下來，用一定量的一定濃度的硝酸鉀水溶液浸漬負(fù)載有Pt的整體式基材1，在250℃下干燥20分鐘，在500℃下煅燒30分鐘，從而負(fù)載上K。負(fù)載的K量為0.3摩爾/升整體式基材1。這樣就形成了催化劑層4。實(shí)施例2通過使用P2O5粉末代替SiO2粉末，形成第一氧化物層2，其形成量為20g/升整體式基材1，平均厚度為20μm。然后以與實(shí)施例1相同的方式形成第二氧化物層3和催化劑層4。實(shí)施例3通過以與實(shí)施例1相同的方式形成第一氧化物層2，但使用W2O5粉末代替SiO2粉末，其形成量為20g/升整體式基材1，平均厚度為20μm。然后以與實(shí)施例1相同的方式形成第二氧化物層3和催化劑層4。對(duì)比例1以與實(shí)施例1相同的方式形成該對(duì)比例，但不形成第一氧化物層2。形成第二氧化物層3，其形成量為20g/升整體式基材1，其平均厚度與實(shí)施例1的第一氧化物層2和第二氧化物層3的總厚度相同。實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)將每種上述催化劑置于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架中，在750℃的催化劑床溫度下從2.0升排氣量的汽油機(jī)中以80000h-1的空速引入呈化學(xué)計(jì)量氣氛的廢氣，進(jìn)行耐久試驗(yàn)，為時(shí)50小時(shí)。然后測(cè)定每種催化劑的整體式基材1的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果表示在圖2中。
圖2表明對(duì)比例1的催化劑比各實(shí)施例的催化劑具有更高的熱膨脹系數(shù)，即更低的耐熱沖擊性和更低的強(qiáng)度。各實(shí)施例的催化劑具有較小的熱膨脹系數(shù)，在耐熱沖擊性和強(qiáng)度方面極好，甚至在耐久試驗(yàn)以后亦是如此。這一優(yōu)點(diǎn)顯然是由于第一氧化物層2的存在。應(yīng)該指出，甚至在耐久試驗(yàn)以后，各實(shí)施例的催化劑的熱膨脹系數(shù)仍舊大致與單獨(dú)的整體式基材1相同。這證實(shí)了在整體式載體基材的各組分和K之間幾乎沒有反應(yīng)發(fā)生。
盡管現(xiàn)在沒有全面描述本發(fā)明，但對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離包括后附權(quán)利要求書在內(nèi)所記載的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的條件下，可對(duì)本發(fā)明作各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種凈化廢氣用催化劑，包含載體基材和催化劑層，該催化劑層是通過將至少與所述載體基材具有反應(yīng)性的活性成分和貴金屬負(fù)載在多孔氧化物上形成的，其中所述催化劑進(jìn)一步包含第一氧化物層，它形成在所述載體基材的表面上并主要由與所述活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，和第二氧化物層，它形成在所述第一氧化物層的表面上并主要由與所述活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成，以及所述催化劑層形成在所述第二氧化物層的表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述活性成分是堿金屬。
3.如權(quán)利要求2所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述與所述活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物是至少一種選自Si、P、W和Ti的金屬的氧化物。
4.如權(quán)利要求2所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述與所述活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物是至少一種選自Al、Zr、Ce和Y的金屬的氧化物。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述第一氧化物層和所述第二氧化物層都不包括貴金屬。
6.如權(quán)利要求1所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述第一氧化物層的厚度為5-40μm。
7.如權(quán)利要求1所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述第二氧化物層的厚度為5-40μm。
8.如權(quán)利要求1所述的凈化廢氣用催化劑，其中所述第一氧化物層與所述第二氧化物層的總厚度為100μm或以下。
全文摘要
凈化廢氣用催化劑可抑制與基材反應(yīng)的活性成分如堿金屬向基材遷移，從而防止基材的強(qiáng)度如耐熱沖擊性降低。在生產(chǎn)中，首先在基材上形成主要由與活性成分具有高反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成的第一氧化物層。其次在第一氧化物層上形成主要由與活性成分具有低反應(yīng)性的氧化物構(gòu)成的第二氧化物層。然后在第二氧化物層上形成至少負(fù)載有貴金屬和活性成分的催化劑層。第二氧化物層抑制活性成分的遷移，第一氧化物層由于其反應(yīng)捕獲穿過第二氧化物層的一些活性成分。
文檔編號(hào)B01J35/00GK1445015SQ0312078
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月19日
發(fā)明者蜂須賀一郎 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社