專利名稱：一種高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法
一種高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法[技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及一種汽車尾氣凈化催化劑涂敷方法，尤其涉及一種高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷新方法。[背景技術(shù)]
隨著全世界汽車保有量的快速增加，汽車尾氣已成為城市空氣污染的主要污染源。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，城市空氣中90%以上的一氧化碳，60%以上的碳?xì)浠衔锖?0%以上的氮氧化合物來自汽車尾氣排放。為了控制汽車尾氣對大氣的污染，除制定嚴(yán)格的排放指標(biāo)外，還應(yīng)加強(qiáng)對汽車尾氣凈化的研究和開發(fā)。國內(nèi)外對汽車尾氣控制采用三元催化劑的傳統(tǒng)辦法是在陶瓷或金屬載體上均勻涂敷按一定比列混合的催化劑原材料，包括氧化鋁，氧化鋯，氧化鈰(或鈰鋯固溶體粉末)及其他金屬氧化物、稀土氧化物和一些其他添加物。
近20多年來由于各國對尾氣排放控制日益嚴(yán)格，加上汽車市場價格競爭日益激烈，催化劑傳統(tǒng)制作和均勻涂敷工藝已不能滿足要求，因此出現(xiàn)了不同涂層采用不同原材料以及不同種貴金屬催化元素的新涂敷技術(shù)。如圖1所示為目前比較標(biāo)準(zhǔn)的涂敷方法，涂層可以有二層，也可多至三到四層(參見專利文件1、專利文件2和專利文件幻，其特點(diǎn)是每一涂層催化特性沿載體軸向均勻同性，沿徑向催化特性有所不同，這是因?yàn)閷优c層之間所采用的催化劑原材料和配方不同。但是其每一層都用同樣的涂敷材料進(jìn)行涂敷，涂層覆蓋整個載體從氣流入口到出口的各微小通道表面，較外層材料覆蓋在內(nèi)層的外表，以此類推，這樣制作涂敷的單個凈化器載體從進(jìn)口到出口對尾氣控制作用是單一的，無法起到前、 后級催化劑的雙重作用。
隨著各國對汽車尾氣控制要求日益嚴(yán)格，必須對發(fā)動機(jī)各種負(fù)載、轉(zhuǎn)速、冷熱機(jī)狀態(tài)采用不同的催化策略、配方技術(shù)和催化材料，因此出現(xiàn)了功能不同的多級催化劑系統(tǒng) (參見專利文件4)，即將兩個或三個不同的催化劑載體一起使用，即兩級或多級催化劑系統(tǒng)。但由于現(xiàn)代車輛和發(fā)動機(jī)設(shè)計技術(shù)發(fā)展，車型越來越緊湊、發(fā)動機(jī)功率越來越大，零部件安裝空間有限，多級催化劑不僅安裝工藝相對復(fù)雜，其占據(jù)的空間也較大。
現(xiàn)有技術(shù)文件
專利文件
專利文件1 中國專利公告號CN102083530A，公告日2011年06月01日，名稱為 ‘用于凈化汽車所排放廢氣的蜂窩結(jié)構(gòu)型催化劑，其制備方法及使用該催化劑凈化廢氣的方法’中公開了一種蜂窩型結(jié)構(gòu)催化劑，其中由蜂窩型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的載體涂敷有兩層以上的催化劑組合物，用于凈化廢氣中所含的一氧化碳、烴和氮氧化物。
專利文件2 中國專利公告號CN102008958A，公告日2011年04月13日，名稱為 ‘一種凈化汽油車尾氣的三元催化劑及其制備方法’中公開了一種凈化汽油車尾氣的三元催化劑及制備方法，該三元催化劑的催化活性層為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層催化活性層為活性氧化鋁負(fù)載稀土金屬、堿土金屬、過渡金屬、貴金屬中的一種或多種氧化物；外層催化活性層為活性氧化鋁負(fù)載稀土金屬、堿土金屬、貴金屬一種或多種氧化物。
專利文件3 中國專利公告號CN102131582A，公告日2011年07月20日，名稱為‘廢氣凈化催化劑、使用其的廢氣凈化裝置和廢氣凈化方法’中公開了一種廢氣凈化催化劑，其特征在于，將用于凈化廢氣中所含的烴(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的催化劑組合物以如下至少上下兩層涂敷到蜂窩型結(jié)構(gòu)上。
專利文件4:中國專利公告號CN102083531A，公告日2011年06月01日，名稱為 ‘凈化廢氣的催化劑裝置和凈化廢氣的方法’中公開了一種用于凈化廢氣的催化劑裝置，其特征在于，位于上游側(cè)的蜂窩結(jié)構(gòu)型催化劑(X)和位于下游側(cè)的蜂窩結(jié)構(gòu)型催化劑(Y)在所有的下層中都包含由基本不含Ml組分并負(fù)載Pt組分或Pd組分中的至少一種的無機(jī)氧化物載體材料、含鈰氧化物和堿土金屬組分構(gòu)成的催化劑組合物。
按照上述專利文件1-3的涂敷方法，其共同特點(diǎn)是每一涂層催化特性沿載體軸向均勻同性，從進(jìn)口到出口對尾氣控制作用是單一的。
按照上述專利文件4的涂敷方法，特點(diǎn)是涂敷在兩個載體上，實(shí)際就是前后級催化劑，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計、加工、封裝較復(fù)雜、生產(chǎn)效率較低以及生產(chǎn)成本較高。[發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷新方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，是針對單件催化劑載體從尾氣進(jìn)口到尾氣出口進(jìn)行至少兩個分段，對不同分段采用不同配方的催化劑漿料進(jìn)行涂敷，對同一分段的凈化器載體表面進(jìn)行一次以上的催化劑材料涂敷。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，第一涂層覆蓋尾氣氣流上游端的半截載體，第二涂層覆蓋氣流下游的半截載體。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，第三涂層覆蓋尾氣氣流上游端的大半截載體，第四涂層覆蓋下游的大半截載體，中間段可以有重疊覆蓋區(qū)。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，第五涂層和第六涂層的涂敷方法與兩段兩次涂敷相似，第五涂層和第六涂層涂敷完并焙燒后再進(jìn)行第七涂層的涂敷，第七涂層覆蓋上游端或下游端的大半截載體。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，在所述對同一分層的凈化器載體表面進(jìn)行每次的催化劑材料涂敷之后，對所述催化劑載體進(jìn)行焙燒，成品前總焙燒次數(shù)為兩次。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，所述的重疊覆蓋區(qū)的長短可以根據(jù)尾氣控制要求決定，也可通過發(fā)動機(jī)尾氣排放試驗(yàn)確定，一般中間段重疊區(qū)長度不超過載體長度的33%，靠一端重疊區(qū)長度不超過載體長度66%。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，所述的涂敷的層數(shù)為 1-4層，涂層負(fù)載量為每升140-200克。
以上所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，所述的焙燒溫度為 500-600 °C 度。
本發(fā)明由于采用了上述方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)將起不同作用的催化元素、助劑和多種氧化物形成的水洗漿料，對同一載體進(jìn)行分段分層涂敷，可以達(dá)到同一催化劑載體起到前后級催化劑作用、優(yōu)化尾氣控制功能，不但可以緩解零件系統(tǒng)安裝空間的壓力、也可簡化系統(tǒng)設(shè)計、提高生產(chǎn)效率、大大降低了成本；在催化劑制作加工、載體封裝加工、零部件整體性、催化劑控制策略調(diào)整優(yōu)化上要優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品。[


]
圖1是傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的涂敷結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明兩段兩次涂敷結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明兩段兩次重疊涂敷結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明三段三次涂敷結(jié)構(gòu)示意圖。[具體實(shí)施方式
]
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施方式1-3說明以現(xiàn)有先進(jìn)的催化劑配方技術(shù)為基礎(chǔ)，將起不同作用的催化元素、助劑和多種氧化物形成的水洗漿料，對同一載體進(jìn)行分段分層涂敷的三種方法。
實(shí)施方式1
如圖3所示為兩段兩次涂敷結(jié)構(gòu)示意圖，第一涂層1覆蓋尾氣氣流上游端的半截載體，第二涂層2覆蓋氣流下游的半截載體。第一涂層1涂完后即進(jìn)行第二涂層2的涂敷， 然后進(jìn)行攝氏溫度為500-600度焙燒，為了達(dá)到要求的涂層負(fù)載量，再重復(fù)第一涂層1和第二涂層2的涂敷并焙燒成型。涂層載體上游段和下游段涂層所采用的催化劑原材料、催化元素濃度和配方均不同，這需要根據(jù)具體車型的排放特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。這樣就可以獲得載體軸向(氣流方向)完全不同的催化特性，大大增加了現(xiàn)代催化劑的設(shè)計范圍和靈活性。
實(shí)施方式2
如圖4所示為兩段兩次重疊涂敷結(jié)構(gòu)示意圖，第三涂層3覆蓋尾氣氣流上游端的大半截載體，第四涂層4覆蓋下游的大半截載體，因此中間段可以有重疊覆蓋區(qū)，具體覆蓋段長短可以根據(jù)尾氣控制要求決定。這樣，沿載體軸向?qū)嶋H上就形成了三種不同的涂層催化特性。
實(shí)施方式3
如圖5所示為三段三次涂敷結(jié)構(gòu)示意圖，第五涂層5和第六涂層6的涂敷方法與實(shí)施方式1相似，第五涂層5和第六涂層6涂敷完并焙燒后再進(jìn)行第七涂層7的涂敷，第七涂層7覆蓋上游端或下游端的大半截載體。這樣，實(shí)際可以使用三種不同催化策略的催化劑配方涂層材料，可以把三元催化劑中氧化、還原的功能優(yōu)化組合，同時也可以將用于特殊目的的催化劑(如用于汽油直噴點(diǎn)火發(fā)動機(jī)GDI中的NOxadsorber技術(shù))引入單載體的催化劑設(shè)計中，給設(shè)計帶來巨大的靈活性。
上述實(shí)施例僅僅是用來幫助理解本發(fā)明的實(shí)例，并且本發(fā)明不限于該實(shí)例。屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍修改和變化全部在本發(fā)明范圍以內(nèi)。
如圖5所示，第四涂層4材料針對發(fā)動機(jī)冷啟動工況下碳?xì)?HC)排放控制的配方，采用負(fù)載量較高的貴金屬鈀作為主要催化劑元素，涂層運(yùn)載材料為活性氧化鋁、鈰鋯復(fù)合固溶體、鎳氧化物等；第六涂層6材料采用標(biāo)準(zhǔn)的三元催化劑配方，涂層材料為改性氧化鋁、鈰鋯復(fù)合固溶體、微量鎳、鋇、釔氧化物以及負(fù)載量較低的鈀銠(配比為10 1)貴金屬催化元素，較高百分比的鈰氧化物作為涂層中的儲氧材料；第七涂層7為輔助薄層，以低負(fù)載量的銠為貴金屬催化元素，加強(qiáng)氮氧化物的還原過程。
由表1-3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對比可知，和傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)涂敷方法制作的催化劑相比，采用本發(fā)明方法涂敷的催化劑樣品其性能達(dá)到或超過了原有催化劑樣品，尾氣排放已達(dá)到最好的控制效果且滿足國家4號排放標(biāo)準(zhǔn)。
表1為依據(jù)本發(fā)明制作的催化劑經(jīng)100小時快速高溫老化后的起燃溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)^ ο
權(quán)利要求
1.一種高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，其特征在于對單件催化劑載體從尾氣進(jìn)口到尾氣出口進(jìn)行至少兩個分段，對不同分段采用不同配方的催化劑漿料進(jìn)行涂敷，對同一分段的凈化器載體表面進(jìn)行一次以上的催化劑材料涂敷。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，其特征在于第一涂層(1)覆蓋尾氣氣流上游端的半截載體，第二涂層( 覆蓋氣流下游的半截載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，其特征在于第三涂層(3)覆蓋尾氣氣流上游端的大半截載體，第四涂層(4)覆蓋下游的大半截載體，中間段可以有重疊覆蓋區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，其特征在于第五涂層(5)和第六涂層(6)的涂敷方法與兩段兩次涂敷相似，第五涂層(5)和第六涂層(6)涂敷完并焙燒后再進(jìn)行第七涂層(7)的涂敷，第七涂層(7)覆蓋上游端或下游端的大半截載體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效尾氣凈化三元催化劑涂敷方法，其特征在于在所述對同一分層的凈化器載體表面進(jìn)行每次的催化劑材料涂敷之后，對所述催化劑載體進(jìn)行焙燒，成品前總焙燒次數(shù)為兩次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，其特征在于所述的中間段重疊區(qū)長度不超過載體長度的33%，靠一端重疊區(qū)長度不超過載體長度 66%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，其特征在于 所述的涂敷的層數(shù)為1-4層，涂層負(fù)載量為每升140-200克。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效尾氣凈化三元催化劑分段分層涂敷方法，其特征在于 所述的焙燒溫度為500-600°C度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效尾氣凈化三元催化劑涂敷新方法，具體涂覆方法包括兩段兩次涂覆、兩段兩次重疊涂敷和三段三次涂敷。采用該涂覆方法將起不同作用的催化元素、助劑和多種氧化物形成的水洗漿料，對同一載體進(jìn)行分段分層涂敷，可以達(dá)到同一催化劑載體起到前后級催化劑作用、優(yōu)化尾氣控制功能，也可以緩解零件系統(tǒng)安裝空間壓力，簡化系統(tǒng)設(shè)計、提高生產(chǎn)效率、大大降低了成本。
文檔編號F01N3/28GK102513165SQ20111041742
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉碧蘭, 姚小剛 申請人:劉碧蘭