專利名稱:摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑的制作方法
技術領域:
本實用新型屬于機動車尾氣排放處理技術領域,涉及ー種采用催化氧化還原方法浄化摩托車尾氣的技術,具體是摩托車尾氣浄化金屬蜂窩狀催化劑。
背景技術:
我國摩托車エ業(yè)發(fā)展迅猛,自2007年起摩托車產(chǎn)量已經(jīng)超過2500萬臺,是全世界第一大摩托車生產(chǎn)國,但摩托車產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來經(jīng)濟效益和便利性的同時,其排放的污染物也成為大氣污染源之一,為此我國在2007年頒布了摩托車國III排放標準以控制摩托車尾氣污染物的排放。國III與國II排放標準相比,主要有幾方面區(qū)別排放限值大幅度降低、 測試循環(huán)從冷啟動開始、排量彡150mL增加了ー個EUDC循環(huán)以及至少12000km的耐久里程要求。這些區(qū)別對摩托車排放控制技術提出了更高的要求,特別是對耐久性的規(guī)定,使國III成為世界最為嚴格的摩托車排放法規(guī)之一。目前應對摩托車國III標準的主流技術方案有兩種閉環(huán)控制電噴系統(tǒng)+ —個或兩個三元催化劑;改進型化油器+—個或兩個三元催化劑,并配以機前或機后空氣補給裝置,而無論何種技術方案,都需要加裝尾氣凈化催化齊U。尾氣凈化催化劑盡管能有效降低整車排放,但勢必造成整車成本的增加,摩托車整車價格原本相對低廉,這無疑給整車廠帶來較大的成本壓力。摩托車催化劑成本的高低主要是由催化劑中貴金屬成本決定的,貴金屬類型有Pt、Pd、PtPd、PtRh、PdRh和PtPdRh等單元、兩元和三元的。目前使用較廣泛的是含有Pt、Pd和Rh的三元催化劑(Three-Way-Catalyst,簡稱TWC)。而涂層的改進又能提升貴金屬的催化活性和耐久性,因此應通過改進涂層,降低催化劑的起燃溫度、拓寬工作窗ロ及提高催化劑的耐久性,從而減少貴金屬的使用量,降低催化劑的成本。催化劑發(fā)揮作用需要合適的排氣氣氛條件,而摩托車在駕駛過程中排氣氣氛條件不斷變化波動,因此對于催化劑本身需要拓寬自身的工作窗ロ,使得催化劑在摩托車的駕駛過程中保持較高催化活性。汽車尾氣凈化催化劑通過涂層中采用鈰基儲氧材料來拓寬催化劑的工作窗ロ。氧化鈰由于具有在三價鈰和四價鈰氧化物之間轉(zhuǎn)換的能力,能夠在稀燃和富燃條件下吸收氧和釋放氧,因而能一定程度調(diào)節(jié)排氣氣氛中的氧含量,使得催化劑在排氣氣氛條件波動的過程中,保持較高的催化活性,從而有效拓寬催化劑工作窗ロ,提高催化劑使用性能,但是氧化鈰的抗高溫性能差,在實際使用過程中容易燒結(jié),Zr4+引入CeO2中形成CeZr固溶體顯著提高CeO2的熱穩(wěn)定性和氧儲存能力,目前大部分汽車尾氣凈化催化劑都是采用以CeZr為主要成分的儲氧材料。同時為了滿足未來更為苛刻的排放法規(guī)對催化劑的要求,其他元素如La、Y、Pr、Nd、Sr、Bi等被摻雜進CeZrO中,以進ー步提高CeZrO的熱穩(wěn)定性。CN1817447A專利公開了ー種低鈰型稀土儲氧材料及其制備方法,用共沉淀法制備的低鈰型稀土儲氧材料,具有良好的結(jié)果穩(wěn)定性,經(jīng)過1000°c高溫老化IOh后仍具有大于60m2/g的比表面積,2000C的儲氧量仍不低于200 u mol/g,可用于汽油車尾氣凈化催化劑的載體和助劑。[0005]金屬蜂窩狀載體由于傳熱性好、開孔率高、氣阻小、抗振動性能好等特點被廣泛應用于摩托車尾氣浄化催化劑的載體。目前摩托車尾氣凈化催化劑采用的金屬蜂窩狀載體殼體內(nèi)只包含一個芯體(圖2所示),芯體設有沿軸線方向延伸的通氣孔,催化劑涂層涂敷在通氣孔的孔壁上,而摩托車排氣空速又很高,這勢必導致一部分污染氣體不能有效的接觸到孔壁上的活性涂層,因而不能使催化劑完全發(fā)揮應用。也有一些專利(如CNlOl6295O7A, CN201401209Y, CN201401210Y, CN201401212Y,CN201401208Y, CN2014012 15Y, CN201401218Y, CN201391352Y, CN201391351Y,CN101629508A,CN201401214Y)涉及到中間有緩沖間隙金屬載體后處理器,但這些專利公開的內(nèi)容是關于處理柴油車尾氣排放的顆粒物后處理器,為了增加對顆粒物的處理效果,此類后處理器中芯體結(jié)構為泡沫金屬餅或金屬絲網(wǎng)餅。而摩托車是以汽油為燃料的機動車,顆粒物不是摩托車尾氣排放控制的目標,且摩托車尾氣凈化催化劑所用載體的芯體也不能使用泡沫金屬餅或金屬絲網(wǎng)餅,否則會引起背壓急劇増大,影響整車動カ性,因此以上專利公開的內(nèi)容無法適用于摩托車尾氣浄化處理。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足,提供一種摩托車尾氣浄化金屬蜂窩狀催化劑,其通過具有一個緩沖間隙的金屬蜂窩狀載體結(jié)構來增加氣流的紊亂程度,提高催化劑的轉(zhuǎn)化率;同時通過在摩托車尾氣凈化催化劑涂層中加入低鈰型稀土復合氧化物儲氧材料,降低催化劑起燃溫度、拓寬催化劑工作窗ロ及提高催化劑的耐久性;從而在達到滿足相同排放目標的前提下,降低貴金屬使用量,節(jié)約催化劑成本。按照本實用新型提供的技術方案摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑,包括金屬蜂窩狀載體,金屬蜂窩狀載體包括殼體和設置在殼體內(nèi)的芯體,芯體設有沿軸線方向延伸的通氣孔,在通氣孔的孔壁上涂敷有催化劑涂層,其特征在于所述殼體內(nèi)沿軸線方向釬焊有兩個芯體,兩個芯體之間具有ー個緩沖間隙,緩沖間隙的寬度為整個殼體長度的5% 90%。作為本實用新型的進ー步改進,所述兩個芯體上均設有沿軸線方向延伸的通氣孔,芯體上通氣孔的密度為50 400目。作為本實用新型的進ー步改進,所述兩個芯體的卷制方式為同心圓型或S型,且兩個芯體的卷制方式相同。作為本實用新型的進ー步改進,所述金屬蜂窩狀載體的殼體材料為SUS444或SUS441,芯體材料為 0Cr21A16。本實用新型與現(xiàn)有技術相比,優(yōu)點在于本實用新型通過采用具有ー個緩沖結(jié)構的金屬蜂窩狀載體,増加了氣流的紊亂程度,從而增加氣流與催化劑涂層的接觸效率,提高尾氣在催化劑上的轉(zhuǎn)化效率。同時由于在涂層中増加了一定量的低鈰型稀土復合氧化物作為摩托車尾氣凈化劑的儲氧材料,提高了催化劑的工作窗ロ與催化劑的耐久性,提高了催化劑活性,降低了催化劑成本。
圖I為本實用新型摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑的結(jié)構示意圖。[0014]圖2為圖I的側(cè)視圖。圖3為對比實施例I的結(jié)構示意圖。圖4為圖3的側(cè)視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進ー步說明。實施例I :(I)金屬蜂窩狀載體的制作將兩個芯體2沿殼體I的軸線方向釬焊在殼體I內(nèi), 兩個芯體2之間留有ー個緩沖間隙3 (如圖1、2所示);殼體I材料選用耐高溫和耐腐蝕的SUS444不銹鋼材料,芯體2材料選用牌號為0Cr21A16的FeCrAl合金材料,金屬蜂窩狀載體外形尺寸為の42*100*80,即殼體I外徑為42mm,殼體I長度為100mm,兩個芯體2的長度都為40mm,兩個芯體2的外端距離殼體I兩端都為5mm,兩個芯體2之間的距離為IOmm,芯體2上的通氣孔密度為300目;(2)金屬蜂窩狀載體的預處理用高壓氣槍載體吹掃金屬蜂窩狀載體,以去掉芯體2上的灰塵,將金屬蜂窩狀載體放入焙燒設備中,在600°C的空氣氣氛中焙燒處理4h,以去掉殘留油潰,形成金屬氧化物薄膜;(3)催化劑涂層用漿液的制備將500g的CeO2含量為40 %的鈰鋯復合氧化物、400g的氧化鋁(Y-Al2O3)和IOOg的氧化鑭混合,加入適量去離子水至漿液呈懸浮狀態(tài),攪拌2h后,對漿液進行球磨,控制漿液顆粒度D90為30微米,加入貴金屬溶液,繼續(xù)攪拌2h,加入硝酸和去離子水,調(diào)整漿液的固含量為30%,pH值為4 ;(4)催化劑涂層的制作用涂敷專用機將步驟(3)制備的漿液噴涂到金屬蜂窩狀載體內(nèi)部,然后真空抽吸,去掉多余的漿液;然后將負載了漿液的金屬蜂窩狀載體在120°C的條件烘干處理10h,自然冷卻后,再在600°C條件下焙燒2h,得到摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑。實施例2 (I)金屬蜂窩狀載體的制作將兩個芯體2沿殼體I的軸線方向釬焊在殼體I內(nèi),兩個芯體2之間留有ー個緩沖間隙3 (如圖1、2所示);殼體I材料選用耐高溫和耐腐蝕的SUS441不銹鋼材料,芯體2材料選用牌號為0Cr21A16的FeCrAl合金材料,金屬蜂窩狀載體外形尺寸為の42*100*80,即殼體I外徑為42mm,殼體I長度為100mm,兩個芯體2的長度都為30mm,兩個芯體2的外端距離殼體I兩端都為5mm,兩個芯體2之間的距離為30mm,芯體2上的通氣孔密度為100目;(2)金屬蜂窩狀載體的預處理用高壓氣槍載體吹掃金屬蜂窩狀載體,以去掉芯體2上的灰塵,將金屬蜂窩狀載體放入焙燒設備中,在400°C的空氣氣氛中焙燒處理6h,以去掉殘留油潰,形成金屬氧化物薄膜;(3)催化劑涂層用漿液的制備將300g的CeO2含量為10%的鈰鋯復合氧化物、200g的氧化鋁(Y-Al2O3)和IOOg的氧化鑭混合,加入適量去離子水至漿液呈懸浮狀態(tài),攪拌2h后,對漿液進行球磨,控制漿液顆粒度D90為5微米,加入貴金屬溶液,繼續(xù)攪拌2h,加入硝酸和去離子水,調(diào)整漿液的固含量為20%,PH值為I ;(4)催化劑涂層的制作用涂敷專用機將步驟(3)制備的漿液噴涂到金屬蜂窩狀載體內(nèi)部,然后真空抽吸,去掉多余的漿液;然后將負載了漿液的金屬蜂窩狀載體在100°c的條件烘干處理12h,自然冷卻后,再在400°C條件下焙燒4h,得到摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑。實施例3 (I)金屬蜂窩狀載體的制作將兩個芯體2沿殼體I的軸線方向釬焊在殼體I內(nèi),兩個芯體2之間留有ー個緩沖間隙3 (如圖1、2所示);殼體I材料選用耐高溫和耐腐蝕的SUS444不銹鋼材料,芯體2材料選用牌號為0Cr21A16的FeCrAl合金材料,金屬蜂窩狀載體外形尺寸為の42*100*80,即殼體I外徑為42mm,殼體I長度為100mm,兩個芯體2的長度都為20mm,兩個芯體2的外端距離殼體I兩端都為5mm,兩個芯體2之間的距離為50mm,芯體2上的通氣孔密度為400目;(2)金屬蜂窩狀載體的預處理用高壓氣槍載體吹掃金屬蜂窩狀載體,以去掉芯體2上的灰塵,將金屬蜂窩狀載體放入焙燒設備中,在700°C的空氣氣氛中焙燒處理2h,以去掉殘留油潰,形成金屬氧化物薄膜;(3)催化劑涂層用漿液的制備將300g的CeO2含量為25 %的鈰鋯復合氧化物、300g的氧化鋁(Y-Al2O3)和IOOg的氧化鑭混合,加入適量去離子水至漿液呈懸浮狀態(tài),攪拌2h后,對漿液進行球磨,控制漿液顆粒度D90為60微米,加入貴金屬溶液,繼續(xù)攪拌2h,加入硝酸和去離子水,調(diào)整漿液的固含量為40%,PH值為7 ;(4)催化劑涂層的制作用涂敷專用機將步驟(3)制備的漿液噴涂到金屬蜂窩狀載體內(nèi)部,然后真空抽吸,去掉多余的漿液;然后將負載了漿液的金屬蜂窩狀載體在200°C的條件烘干處理6h,自然冷卻后,再在600°C條件下焙燒2h,得到摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑。對比實施例I :制備摩托車尾氣浄化金屬蜂窩狀催化劑具體制備方法與實施例I相同,催化劑載體殼體I、芯體2材質(zhì)、通氣孔密度以及催化劑涂層成分與實施例I相同,區(qū)別僅在于殼體I內(nèi)只有一個芯體2,芯體2的長度為90mm(如圖3、圖4所示)。對比實施例2制備摩托車尾氣浄化金屬蜂窩狀催化劑具體制備方法與實施例I相同,催化劑載體殼體I、芯體2材質(zhì)、芯體2結(jié)構以及通氣孔密度與實施例I相同,區(qū)別僅在于作為儲氧材料的是CeO2含量為70%的鈰鋯復合氧化物,其他原材料種類及涂層中所有組分的含量不變。催化劑老化性能對比測試(I)采用高溫水熱老化方法將催化劑老化,將實施例I 3、對比實施例I及對比實施例2放入水熱老化裝置的爐膛中央部位,控制純浄水水溫恒溫,保持水蒸氣持續(xù)穩(wěn)定的進入爐膛,加熱爐膛從室溫升溫至1050°C,保溫5h,停止加熱,自然冷卻至室溫。取出實施例I 3、對比實施例I及對比實施例2的老化催化劑備用。(2)催化劑凈化性能實驗凈化采用電噴+單只催化劑的尾氣凈化技術路線,將上述的老化催化劑分別封裝于某款電噴125cc踏板車進行尾氣凈化實驗,最終的浄化效果如表I所示。表I:[0042]
權利要求1.摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑,包括金屬蜂窩狀載體,金屬蜂窩狀載體包括殼體(I)和設置在殼體(I)內(nèi)的芯體(2),芯體(2)設有沿軸線方向延伸的通氣孔,在通氣孔的孔壁上涂敷有催化劑涂層,其特征在于所述殼體(I)內(nèi)沿軸線方向釬焊有兩個芯體(2 ),兩個芯體(2 )之間具有一個緩沖間隙(3 ),緩沖間隙(3 )的寬度為整個殼體(I)長度的5% 90%。
2.如權利要求I所述的摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑,其特征在于所述兩個芯體(2)上均設有沿軸線方向延伸的通氣孔,芯體(2)上通氣孔的密度為5(T400目。
3.如權利要求I所述的摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑,其特征在于所述兩個芯體(2)的卷制方式為同心圓型或S型,且兩個芯體(2)的卷制方式相同。
4.如權利要求I所述的摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑,其特征在于所述金屬蜂窩狀載體的殼體(I)材料為SUS444或SUS441,芯體(2)材料為0Cr21A16。
專利摘要本實用新型涉及摩托車尾氣凈化金屬蜂窩狀催化劑。所述金屬蜂窩狀催化劑包括金屬蜂窩狀載體,金屬蜂窩狀載體包括殼體和設置在殼體內(nèi)的芯體,芯體設有沿軸線方向延伸的通氣孔,在通氣孔的孔壁上涂敷有催化劑涂層,其特征在于所述殼體內(nèi)沿軸線方向釬焊有兩個芯體,兩個芯體之間具有一個緩沖間隙,緩沖間隙的寬度為整個殼體長度的5%~90%。本實用新型通過具有緩沖間隙的金屬蜂窩狀載體結(jié)構來增加氣流的紊亂程度,提高催化劑的轉(zhuǎn)化率;同時通過在催化劑涂層中加入低鈰型稀土復合氧化物儲氧材料,降低催化劑起燃溫度、拓寬催化劑工作窗口及提高催化劑的耐久性;在達到滿足相同排放目標的前提下,降低貴金屬使用量,節(jié)約催化劑成本。
文檔編號B01J37/02GK202410683SQ201120527600
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者于鵬飛, 徐峴, 浦琦偉, 胡芳芳, 袁芳芳, 褚霞, 賈莉偉, 郭秀英, 陸建強, 陳正國, 陳輝 申請人:無錫威孚環(huán)保催化劑有限公司