柴油廢氣氧化催化劑，使用其純化柴油廢氣的方法
【專利說明】柴油廢氣氧化催化劑，使用其純化柴油廢氣的方法
[0001]發(fā)明背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及柴油廢氣氧化催化劑和使用它純化柴油廢氣的方法。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)描述
[0004]過去提出了用于純化由柴油機排放的氣體的多種催化劑。例如，日本專利申請公開N0.1-171626 (JP 1-171626A)提出其中貴金屬負載于多孔無機氧化物上的柴油廢氣催化劑。然而，具有與本發(fā)明類似的特征的催化劑，例如JP 1-171626A公開的，未必實現(xiàn)在低溫下的、就氧化和純化而言的存在于柴油機排放的氣體中的一氧化碳和烴方面令人滿意的性能。另外，具有與本發(fā)明類似的特征的催化劑，例如JP 1-171626A公開的，涉及例如在暴露于高溫下時不足的耐熱性和廢氣純化性能的降低的問題。此外，涉及由柴油機排放的氣體的規(guī)章近年來變得更加嚴格。因此，在用于柴油廢氣的氧化催化劑領(lǐng)域中，需要可在較低溫度下將一氧化碳和烴氧化和純化并且甚至在催化劑暴露于高溫下的實際使用條件下可充分保持該性能的催化劑。
[0005]同時，近年來觀察到開發(fā)所謂的NOx吸收和還原型廢氣純化催化劑作為純化由車輛等的內(nèi)燃機排放的貧(富氧)空氣/燃料(A/F)比氣氛下的氣體中所含NOx和CO的催化劑。作為這類催化劑的實例，日本專利申請公開N0.5-317652 (JP 5-317652A)和日本專利申請公開N0.8-117602 (JP 8-117602A)各自公開了其中堿土金屬和鉑負載于由氧化鋁組成的載體上的催化劑。然而，具有與本發(fā)明類似性能的廢氣純化催化劑，例如JP 5-317652A和JP 8-117602A所述那些，在用于純化來自柴油機的廢氣時未必實現(xiàn)在暴露于高溫下時就氧化和純化而言一氧化碳和烴方面令人滿意的性能。
[0006]發(fā)曰月概沐
[0007]本發(fā)明提供柴油廢氣氧化催化劑和使用它純化柴油廢氣的方法。
[0008]本發(fā)明第一方面為配置用于純化來自柴油機的廢氣的柴油廢氣氧化催化劑。該催化劑包含:其中氧化鋁的含量為40質(zhì)量％或更高的氧化鋁基載體；負載在氧化鋁基載體上的Pt ;負載在氧化鋁基載體上的Pd ;和選自堿金屬元素和堿土金屬元素且負載在氧化鋁基載體上的至少一類附加元素。Pt的負載量相對于100質(zhì)量份氧化招基載體為0.1-5質(zhì)量份。通過Pd的負載量除以Pt的負載量得到的摩爾比為0.1-1.5。通過附加元素的負載量除以Pt的負載量得到的摩爾比為1-12。
[0009]在本發(fā)明第一方面中，通過附加元素的負載量除以Pt的負載量得到的摩爾比可以為3-12。
[0010]在本發(fā)明第一方面中，氧化鋁基載體中的氧化鋁含量可以為50-100質(zhì)量％。
[0011]本發(fā)明第二方面為純化柴油廢氣的方法。純化柴油廢氣的方法包括使由柴油機排放的具有15或更高的空氣/燃料比的貧氣氛廢氣與根據(jù)本發(fā)明第一方面的柴油廢氣氧化催化劑接觸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明方面，可充分地將來自低溫的一氧化碳和烴氧化和純化，并且甚至在催化劑暴露于高溫下以后可實現(xiàn)來自低溫的優(yōu)異高溫耐久性和足夠高的催化活性。
[0013]附圖簡沐
[0014]下面參考附圖描述本發(fā)明示例實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性，其中類似的數(shù)字表示類似的元件，且其中:
[0015]圖1為示意性地闡述在使用本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的一個實施方案的情況下CO、HC與02之間的關(guān)系的概念圖。
[0016]圖2為顯示工作實施例1-4以及對比例I和2中所得氧化催化劑的C0-T50和HC-T50值(溫度)與這些催化劑中的Ba/Pt摩爾比之間的關(guān)系的圖；
[0017]圖3為顯示工作實施例8和對比例7中所得催化劑的C0-T50和HC-T50值(溫度)的圖；
[0018]圖4為顯示工作實施例1-7和對比例1-6中所得氧化催化劑特征的表；
[0019]圖5為涉及中工作實施例1-7和對比例1-6所得氧化催化劑，并且顯示出涉及CO純化率達到50 %時的溫度和C3H6純化率達到50 %時的溫度的結(jié)果的表；
[0020]圖6為顯示工作實施例8和對比例7中所得催化劑的特征的表；
[0021]圖7為顯示工作實施例8和對比例7-9中所得催化劑的特征的表；
[0022]圖8為涉及工作實施例8和對比例7-9中所得催化劑，并且顯示出涉及CO純化率達到50 %時的溫度和C3H6純化率達到50 %時的溫度的結(jié)果的表。
[0023]實施方案詳述
[0024]首先，關(guān)于本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑，提到本發(fā)明發(fā)明人關(guān)于本發(fā)明實施方案的想法。通過使用本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的實施方案可將一氧化碳和烴低溫充分氧化和純化并甚至在催化劑暴露于高溫下以后實現(xiàn)優(yōu)異的高溫耐久性和低溫下足夠高的催化活性的原因未必是確定的。然而，本發(fā)明發(fā)明人猜測如下。首先，由于廢氣通常為富氧氣氛氣體，用于純化由柴油機排放的廢氣的催化劑通常用于富氧氣氛中。本發(fā)明發(fā)明人進行了關(guān)于具有與本發(fā)明類似的特征的催化劑(其中Pt負載于載體上的催化劑等)，例如JP1-171626A所述那些用作這類富氧氣氛中所用柴油廢氣氧化催化劑的情況的用心研究。因此，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在具有與本發(fā)明類似的特征的這類催化劑中，存在于廢氣中的一氧化碳(CO)和烴(HC)在低溫下強力吸附到Pt的表面上，即活性催化劑部位的Pt表面通過CO和HC的吸附而變得明顯被毒害，由此導(dǎo)致催化活性劣化并使得低溫下的充分CO和HC氧化是不可能的。作為基于這些發(fā)現(xiàn)的進一步用心研究的結(jié)果，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過將選自堿金屬元素和堿土金屬元素的至少一類附加元素以相對于Pt負載量的指定摩爾比負載于氧化鋁基載體上，可充分減輕由吸附導(dǎo)致的該毒害。指定摩爾比意指附加元素的負載量與Pt的負載量的摩爾比([附加元素]/[Pt])屬于1-12的范圍內(nèi)。如上所述，由CO和HC的吸附導(dǎo)致的毒害妨礙氧化反應(yīng)。此外，本發(fā)明發(fā)明人猜測在附加元素以這樣的量使用，即其使附加元素的負載量與Pt的負載量的摩爾比屬于該范圍內(nèi)的情況下，這類附加元素減輕由CO和HC吸附導(dǎo)致的Pt毒害的原因是因為Pt的電子態(tài)在由此CO和HC經(jīng)受氧化反應(yīng)的條件下輕微地由金屬態(tài)轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)。因為當(dāng)附加元素以如上所述指定摩爾比使用時，由于CO和HC吸附導(dǎo)致的Pt毒害通過Pt的電子態(tài)的適度轉(zhuǎn)變，存在于氣相中的氧將容易吸附到減輕其上的毒害的Pt的表面上，并促進吸附到Pt上的CO和HC與O2之間的氧化反應(yīng)。此外，Pt還原受這類附加元素抑制的程度(轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)的程度)可通過測量X射線吸收光譜中Pt的L3吸收端從2p3/2軌道至5d軌道的吸收強度，同時以恒定速率提高反應(yīng)氣氛中的溫度而確定。通過進行這類測量，本發(fā)明發(fā)明人確定除Pt外，通過使用在上述范圍內(nèi)的附加元素，反應(yīng)期間Pt的電子態(tài)從金屬態(tài)轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)。此處，圖1顯示在使用本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的實施方案的情況下氣相中的02與CO和HC之間的氧化反應(yīng)的概念圖。在本發(fā)明一個實施方案中，如圖1所示，由于鉑2的電子態(tài)在附加元素3負載的部位附近輕微地轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)，CO或HC在接近負載附加元素3的位置的部位上難以被鉑2吸附。因此，本發(fā)明發(fā)明人猜測減輕了由吸附導(dǎo)致的毒害，氧吸附到這些部位，并促進將接近這些氧吸附部位吸附的CO和HC氧化的反應(yīng)。另外，在本發(fā)明實施方案中，Pt和Pd以由此Pd的負載量與Pt的負載量的摩爾比([Pd]/[Pt])屬于0.1-1.5的范圍的量負載于氧化鋁基載體上。通過以該比使用Pt和Pd，Pt晶粒生長在700°C或更高的高溫條件下受到充分地抑制。因此，在本發(fā)明實施方案中，甚至在催化劑暴露于高溫下以后可充分抑制由晶粒生長導(dǎo)致的活性催化劑部位數(shù)目的降低，并且可保持足夠高的Pt衍生催化活性。另外，在本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的實施方案中，其中氧化鋁含量為40質(zhì)量％或更高的載體(氧化鋁基載體)用作載體。本發(fā)明發(fā)明人猜測甚至在700°C或更高的高溫條件下，可通過將氧化鋁含量設(shè)置為40質(zhì)量％或更高而保持足夠的比表面積，并且可通過使用附加元素滿意地實現(xiàn)改變Pt的電子態(tài)的效果。主要是由于上文給出的原因，本發(fā)明發(fā)明人猜測其中Pt、Pd和附加元素以指定比例負載于氧化鋁基載體上的本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的實施方案可實現(xiàn)充分地在低溫下將一氧化碳和烴氧化和純化并且甚至在催化劑暴露于高溫下以后，可實現(xiàn)優(yōu)異的高溫耐久性和足夠高的低溫催化活性。
[0025]現(xiàn)在通過使用優(yōu)選的實施方案更詳細地解釋本發(fā)明。
[0026]首先給出關(guān)于本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的一個實施方案的解釋。本發(fā)明柴油廢氣氧化催化劑的實施方案純化來自柴油機的廢氣。此外，催化劑包含:其中氧化鋁的含量為40質(zhì)量％或更高的氧化鋁基載體；負載在氧化鋁基載體上的Pt ;負載在氧化鋁基載體上的Pd ;和選自堿金屬元素和堿土金屬元素且負載在氧化鋁基載體上的至少一類附加元素。Pt的負載量相對于100質(zhì)量份氧化鋁基載體為0.1-5質(zhì)量份。通過Pd的負載量除以Pt的負載量得到的摩爾比為0.1-1.5。通過附加元素的負載量除以Pt的負載量得到的摩爾比為
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[0027]在本發(fā)明實施方案的該氧化鋁基載體中，載體中的氧化鋁含量就氧化物而言為40質(zhì)量％或更高。如果氧化鋁含量低于下限，則存在于氧化鋁表面上的Pt的含量降低，因此不能實現(xiàn)