專利名稱:NOx儲存和還原催化劑、其制備方法以及包含其的NOx去除體系的制作方法
技術領域:
本發明涉及用于NOx儲存和還原的催化劑,其制備方法以及包含該用于NOx儲存和還原的催化劑的NOx去除體系。
背景技術:
NOx為從裝配內燃發動機的車輛排放的一種代表性的有害廢氣,其包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。已知NOx引起肺氣腫、支氣管炎等呼吸道疾病,并產生通過光化學反應引起煙霧的臭氧。在近年來,貧燃發動機得以積極的發展以改進內燃發動機的能量效率,由此減少(X)2排放。然而,廣泛認為來自貧燃發動機的NOx廢氣極難通過使用現有的三元催化劑去除,這是因為在貧燃發動機廢氣中由于過量的氧而導致的高度氧化環境。為了解決由NOx引起的健康和環境問題,歐洲制定或提出了如EURO 3、EURO 4、EURO 5和目前的EURO 6的規定。為了在車輛廢氣的規定變得嚴格的同時降低難以通過使用已知的催化劑去除的NOx的排放量,車輛制造工業集中于開發新的發動機技術以及廢氣后處理技術以為了更清潔的排氣管排放。在這些新技術開發中,近來日益增長的興趣特別地在于NOx儲存和還原催化劑的開發。使用NOx儲存和還原催化劑的NOx去除技術在富氧廢氣條件下吸附N0x,并在富含碳氫化合物的廢氣條件下將其還原為如氮氣和二氧化碳的無害氣體。用于NOx儲存和還原技術的催化劑可使用現有排放裝置而無需任何改變在貧燃條件下常規操作。因此,該技術受到車輛制造工業的特別關注,因為其能夠滿足如EURO 6的嚴格排放規定而無需另外的基礎設施安裝成本。包含氧化鋁作為載體、Ba作為儲存材料、如Pt的貴金屬作為NOx還原催化劑的用于NOx儲存和還原的催化劑可作為代表性儲存-還原催化劑。隨著上述催化劑的發展,NOx儲存和還原技術得以發展,但在所提出的用于NOx儲存和還原的催化劑的情況中,存在在惡化和硫酸化之前和之后儲存和還原活性低的問題。特別地,急切需要不會惡化而同時在低壓縮比環境和大約200°C的低溫下保持其優良的NOx儲存和還原能力的催化劑的開發。因此,本發明的發明人廣泛研究了具有在惡化/硫酸化之前和之后優良的NOx儲存和還原活性以及特別是在大約200°C的低溫環境下改進的活性的催化劑,由此實現了本發明。在該背景技術部分公開的信息僅用于提高對本發明的一般背景的理解,而不應作為對該信息形成本領域技術人員已知的現有技術的承認或任何形式的暗示。
發明內容
本發明的各個方面提供了一種用于NOx儲存和還原的催化劑及其制備方法,其中所述用于NOx儲存和還原的催化劑顯示在惡化和硫酸化之前和之后優良的NOx儲存和還原能力以及特別是在低溫環境下改進的活性。此外,本發明的各個方面提供了一種包含所述用于NOx儲存和還原的催化劑的NOx去除體系。本發明的一個方面提供了一種用于NOx儲存和還原的催化劑及其制備方法,其中所述用于NOx儲存和還原的催化劑顯示在惡化和硫酸化之前和之后優良的NOx儲存和還原能力以及特別是在低溫環境下改進的活性。本發明的另一方面提供了一種包含所述用于NOx儲存和還原的催化劑并通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系。在下文將詳細描述根據本發明的各個方面的用于NOx儲存和還原的催化劑、其制備方法和包含其的NOx去除體系。根據本發明的各個方面的用于NOx儲存和還原的催化劑(下文稱為“NSR催化劑”)包含具有堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體、堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素,和選自Pt、Pd、Ru、Ag、Au或1 的一種或多種貴金屬。本發明的發明人已經發現,相比于包含如氧化鋁或二氧化硅的金屬氧化物的載體的已知NSR催化劑,包含如堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體的NSR催化劑具有在惡化和硫酸化之前和之后優良的NOx儲存和還原能力以及特別是在大約200°C的低溫環境下改進的活性,由此實現了本發明。詳細地,圖1顯示了通過比較代表性地用作NSR催化劑并包含Pt、Pd或Pt和Pd (還原催化劑)/K (NOx儲存元素)/氧化鋁的NSR催化劑以及根據本發明的各個方面的包含含有堿金屬和Al的載體的NSR催化劑的NOx還原能力而獲得的程序升溫還原(TPR)特性分析數據。如圖1所示,可以看出相比于已知使用的NSR催化劑,根據本發明的示例性NSR催化劑顯示了在大約200°C的低溫區域內優良的NOx還原活性。同時,為了用作NSR催化劑,除了 NOx的還原活性之外,應良好保持如吸附活性和在硫酸化之后的NOx還原活性的活性。在已知NSR催化劑的情況中,存在NOx吸附活性和還原活性被硫中毒損害的問題。然而,如圖2A和圖2B所示,可確定相比于包含氧化鋁作為載體的NSR催化劑,根據本發明的示例性NSR催化劑具有低的硫化合物中毒速度。圖2A和圖2B將在如下更詳細地描述,但在包含水的條件中,圖2A和圖2B通過確定當被吸附至包含Li和Al作為載體的NSR催化劑和包含氧化鋁作為載體的已知NSR催化劑時產生的硫化合物而進行顯示。也就是說,在根據本發明的各個方面的NSR催化劑的情況中,可以看出相比于包含氧化鋁作為載體的已知NSR催化劑,在本發明的催化劑表面上的硫化合物中毒速率較低。同時,對于硫化合物的中毒速度,在低溫下NSR催化劑的硫酸化反應之前和之后NOx吸附量的還原程度的比較顯示于圖3A和圖;3B。如圖3A和圖所示,在根據本發明的示例性NSR催化劑的情況中,在硫酸化之后NOx吸附能力的惡化為19 %,在包含氧化鋁作為載體的已知NSR催化劑的情況中,在硫酸化之后NOx吸附能力的惡化較高,為37%。最后,圖4顯示了根據本發明的示例性NSR催化劑和根據對比實施例的包含氧化鋁作為載體的NSR催化劑的H2O TPD測試結果。由圖4的結果,如上所述,可以看出在包含堿金屬和Al作為載體的NSR催化劑的情況中,由于疏水性而可顯示抗硫性,在包含氧化鋁作為載體的已知NSR催化劑的情況中,顯示親水性,抗硫性降低。同時,若顯示如上優良性能的NSR催化劑的載體包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al,對其結構無限制,但為了確保在低溫下更優良的抗硫性和優良的還原能力,所述NSR催化劑可包含具有Li和Al的載體,以及包含Mg和Al的載體。此外,根據本發明的各個方面的NSR催化劑的NOx儲存元素可無結構限制地使用,只要其作為用于NOx儲存和還原的已知催化劑的儲存元素使用。詳細地,NOx儲存元素可為選自K、Ba、Na、Sr、Mg或Ca的一種或多種,但不限于此。此外,根據本發明的NSR催化劑的載體可為由下式表示的層狀雙氫氧化物結構式(1)[Z-Al2(OH)JX · yH20 (LiAl2-X)]在式中,Z為 Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba 或 Ra, X 為 Cl\Br\ N03\ C0%或S02_4,且y為0. 5至4范圍內的有理數。在使用顯示如上式表示的層狀雙氫氧化物結構的載體的情況中,催化劑的活性在低溫下得以改進,并顯示優良的抗硫性。同時,根據本發明的各個方面的催化劑可包含含有Li和Al的載體、K作為儲存元素,以及Pt和Pd作為NOx還原催化劑。此外,在根據本發明的NSR催化劑中,不限制載體、儲存元素和NOx還原催化劑的質量配置,但為了優化催化劑的活性,可包含催化劑總重量的65至95重量%的含量的載體,可包含4. 5至35重量%的含量的NOx儲存元素,可包含0. 2至3重量%的含量的貴金屬。更優選地,可包含催化劑總重量的80至90重量%的含量的載體,可包含10至15重量%的含量的NOx儲存元素,可包含0. 5至1. 5重量%的含量的貴金屬。此外,本發明的其他方面提供了一種NSR催化劑的制備方法,該方法包括在水溶液中溶解堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物、硝酸鋁和碳酸鹽,在溶液攪拌、干燥和煅燒之后,制備包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體,與堿金屬、堿土金屬或稀土元素和選自Pt、Pd或1 的一種或多種貴金屬一起沉淀包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體,并干燥和煅燒沉淀物。根據上述制備方法,可以制得用于NOx儲存和還原的催化劑,該催化劑包含含有堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體,堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素,和選自Pt、Pd、Ru、Ag、Au或Rh的一種或多種貴金屬。在此情況中,包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體可通過在500至800°C的溫度下煅燒3至8小時,更優選在600至700°C的溫度下煅燒4至5小時而制得。此外,如上制得的載體可通過與堿金屬、堿土金屬或稀土元素和選自Pt、Pd或1 的一種或多種貴金屬一起沉淀,并干燥和煅燒沉淀物而最終制備NSR催化劑。同時,干燥沉淀物的煅燒可通過在400至600°C的溫度下煅燒3至6小時而進行,且為了優化最終形成的催化劑的活性,更優選地在400至500°C的溫度下煅燒4至5小時。在如上條件中制得的NSR催化劑,如上所述,具有在大約200°C的低溫條件下優良的NOx還原能力和優良的抗硫性。
此外,在根據如上方法制得的催化劑中的儲存元素的類型,貴金屬的類型,載體、貴金屬和儲存元素的含量以及式子與根據本發明的各個方面的NSR催化劑的那些相同。同時,本發明的其他發明提供了一種包含其他NSR催化劑,或根據如上制備方法制得的NSR催化劑的NOx去除體系。詳細地,通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系包括安裝于排氣管或發動機中以進一步噴射燃料的噴射器,安裝于排氣管中在噴射器下游的柴油機燃料分解催化劑,其通過熱分解轉化被進一步注射至具有高反應活性的還原劑的燃料,安裝于排氣管中在柴油機燃料分解催化劑下游使得包含于廢氣中的NOx得以儲存的NOx去除催化劑體系,其通過分離由進一步注射的燃料儲存的NOx,經由與具有高反應活性的還原劑的氧化-還原反應而還原NOx,所述NOx去除催化劑體系包含用于NOx儲存和還原的催化劑中的一種催化劑;以及根據發動機的操作條件控制燃料的進一步注射的控制器。在此情況中,所述NOx去除催化劑體系可進一步包括沸石催化劑或包含多孔氧化鋁載體的催化劑;堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素;以及選自Pt、Pd、Rh, Ir、Ru、W、Cr、Mn、Fe、Co、Cu或Si的一種或多種金屬。在此情況中,可安排進一步包含的沸石催化劑或包含多孔氧化鋁載體的催化劑接近廢氣,通過與不燃燒的燃料或包含于廢氣中的碳氫化合物的氧化-還原反應還原包含于廢氣中的一部分NOx,并將一部分剩余的NOx通過擴散傳遞至包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體的NSR催化劑。同時,通過擴散傳遞的NOx儲存于包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體的NSR催化劑中,儲存的NOx被分離并還原,由此被根據預定循環進一步噴射的燃料去除。此外,不限制可進一步包含的沸石催化劑的結構,只要其為商業上用作NOx儲存和還原催化劑的沸石催化劑,但其可為由選自Cu、Pt、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Au、Ce或fei的一種或多種元素進行離子交換的沸石催化劑。如上所述,可特別地使用由如Cu的元素進行離子交換的沸石催化劑,由于由二次噴射體系注射所述催化劑所產生的為高反應活性還原劑的碳氫化合物(HC)與NOx反應而更有利地吸附HC,從而有利地去除NOx。此外,根據本發明的各個方面的NOx去除體系可進一步包含用于去除由于貧燃所產生的顆粒物質的過濾器。所述用于去除顆粒物質的過濾器為商業上使用的,不限制其結構。同時,NOx去除體系的排氣管可為壓縮比為17或更低的柴油發動機的排氣管。通過將NOx去除體系應用至柴油發動機的排氣管,NOx可更有效地去除,特別地,還原能力在低溫下是優良的,且在硫酸化之前和之后的NOx去除能力惡化現象得以減輕,使得所述NOx去除體系可有用地應用至具有柴油發動機的車輛等。根據本發明的各個方面,用于NOx儲存和還原的催化劑顯示優良的NOx儲存和還原能力、在惡化和硫酸化之前和之后優良的儲存和還原能力,以及特別地在低溫環境下優良的活性。本發明的方法和裝置具有在引入本文的附圖和本發明的如下具體實施方式
中顯而易見的或在引入本文的附圖和本發明的如下具體實施方式
中更詳細闡明的其他特征和優點,所述引入本文的附圖和本發明的如下具體實施方式
一起用于解釋本發明的某些原理。
圖1顯示了通過比較根據本發明的示例性NOx儲存-還原催化劑的還原和對比實施例的其中在載體中使用氧化鋁的NOx儲存-還原催化劑的還原獲得的程序升溫還原(TPR)數據。圖2A顯示了根據本發明的用于NOx儲存和還原的示例性催化劑的SO2吸附能力,圖2B顯示了根據對比實施例的包含氧化鋁作為載體的催化劑的吸附能力。圖3A顯示了根據本發明的用于NOx儲存和還原的示例性催化劑在硫酸化之前和之后的NOx吸附量的還原程度,圖:3B顯示了根據對比實施例的包含氧化鋁作為載體的催化劑在硫酸化之前和之后的NOx吸附量的還原程度。圖4顯示了根據本發明的示例性NOx儲存-還原催化劑表面和根據對比實施例的包含氧化鋁作為載體的催化劑表面的親水性和疏水性測試的程序升溫脫附(TPD)結果的比較。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明的各個具體實施方案,其實施例在附圖中進行說明并如下進行描述。盡管本發明將結合示例性的具體實施方案進行描述,但應了解本說明書不旨在將本發明限制于那些示例性的具體實施方案。相反,本發明旨在不僅涵蓋示例性具體實施方案,也涵蓋包含于如權利要求書限定的本發明的實質和范圍內的各種替代、改變、等同和其他具體實施方案。實施例包含堿金屬和Al的載體的NSR催化劑的制備實施例1 (lPt/10K/Li-Al催化劑的制備)為了制備包含Li和Al的載體,在將作為Li和Al的前體的37. 76克LiOH ·Η20和5. 087克Na2CO3溶解于600毫升水中之后,將作為沉淀劑的250毫升Al (NO3) 3 ·9Η20通過適當的方法加入,在75°C下攪拌12至18小時,在110°C下干燥10至15小時,催化劑在700°C下煅燒5至8小時。相對于催化劑總重量,其以10重量%的鉀的重量比率沉淀,在110°C下干燥10至15小時,在500°C下煅燒5小時,以及相對于催化劑總重量,其用1重量%的Pt浸漬,由此進行合成。同時,通過X射線衍射分析可確定在實施例1中提供的包含Li和Al的載體具有層狀雙氫氧化物的結構。實施例2 (0. 5Pt, 0. 5Pd/10K/Li-Al 的制備)催化劑通過使用與實施例1相同的方法制得,不同的是使用0. 5重量%的Pt和0.5重量%的Pd,而不是實施例1中的1重量%的Pt。實施例3 (lPd/10K/Li-Al 的制備)催化劑通過使用與實施例1相同的方法制得,不同的是使用1重量%的Pd,而不是實施例1中的1重量%的Pt。對比實施例具有氧化鋁作為載體的NSR催化劑的制備對比實施例1 (lPt/20K/Al203催化劑的制備)相對于最終制得的催化劑的總重量,通過濕浸漬法將20重量%的K(鉀)負載于作為載體的Al2O3中,并在500°C下煅燒5小時。此外,相對于最終制得的催化劑的總重量,通過相同的方法將1重量%的Pt負載于包含載體和K的煅燒材料中,在110°C下干燥10至15小時,在500°C下煅燒5至8小時。對比實施例2 (0. 5Pt,0. 5Pd/20K/Al203 的制備)催化劑通過使用與對比實施例1相同的方法制得,不同的是使用0. 5重量%的Pt和0.5重量%的Pd,而不是對比實施例1中的1重量%的Pt。對比實施例3 (lPd/20K/Al203的制備)催化劑通過使用與對比實施例1相同的方法制得,不同的是使用1重量%的Pd,而不是對比實施例1中的1重量%的Pt。實驗實施例如上所述,為了測試具有根據實施例和對比實施例的不同載體的NSR催化劑的性能,進行如下測試。1、TPR (程序升溫還原)測試當增加溫度時,NOx還原測試在如下條件下進行。首先,催化劑量為100毫克,總流率為30立方厘米/分鐘,反應氣體和注入氣相色譜(GC)用于分析的對照氣體的比率為1:1。催化劑在500°C下用5% H2/Ar預處理1小時,并在500°C下用空氣氧化1小時。在空氣氣氛下,在催化劑冷卻至室溫之后,將物理吸附至催化劑和反應器上的氧氣分子用5%H2ZAr去除1至2小時。之后,當溫度以10°C /分鐘的速率由室溫增加至800°C時,測量由催化劑消耗的H2量。分析結果顯示于圖1中。如圖1所示,相比于10%K/Li_Al催化劑,在包含含有Li和Al的載體的實施例的催化劑的情況中,可確定在約640°C的高溫區域產生的峰由K(鉀)引起。相比于20% KAl2O3催化劑結果,包含Al2O3作為載體的催化劑在大約530°C處產生略寬的峰,這由K(鉀)引起。若催化劑用貴金屬浸漬,則K/A1203催化劑的峰強度顯著降低。在低溫區域的峰的情況中,可確定包含貴金屬的Li-Al基催化劑和Al2O3基催化劑之間存在差別。實施例1的催化劑(1% Pt/10% K/Li-Al)在大約270°C處顯示相對光滑的峰,對比實施例1的催化劑(1% Pt/20% KAl2O3)在大約260°C和350°C顯示稍小的兩個峰。可確定實施例2的催化劑(0. 5% Pt-O. 5% Pd/10% K/Li-Al)在大約120°C處產生H2還原峰,對比實施例2的催化劑(0. 5% Pt-O. 5% Pd/20% K/A1203)在大約165°C處產生峰。由于催化劑的最大峰(具有產生的最優良的活性)處的溫度之間的差異為約50°C,可以看出催化劑的氧化還原性質之間的差異是導致活性差異的因素之一。2、SO2吸附能力測試在濕條件下,當被吸附至根據實施例2和對比實施例2的催化劑上以確定在催化劑表面上形成的硫物種時,進行如下測試。在吸附IOOppm S02、8%的02、10%的H2O,并在200°C下He平衡30分鐘之后,確定在催化劑表面上形成的SOx吸附物種。在催化劑表面上形成的硫化合物用原位FIlR(MIDAC Corporation)測得。每小時測得的在催化劑表面上形成的硫化合物顯示于圖2A和圖2B中。如圖2A和圖2B所示,在兩個催化劑(圖2A為實施例2的催化劑(0. 5Pt-0. 5Pd/10K/Li-Al)的結果,圖 2B 為對比實施例 2(0. 5Pt_0. 5Pd/20K/Al203)的結果)的情況中,觀察到在催化劑上在約I1IOOcnr1 (其為K(鉀)的峰)處的表面K2SO4的形成,主體K2SO4在約1,160CHT1處得以確定。此外,確定了在約970CHT1處的表面Al2 (SO3)3和在約1,330cm"1處的表面Al2 (SO4) 3,觀察到0H_峰通過在約1,580cm"1處的水在催化劑上形成。如圖2A和圖2B所示,相比于包含Al2O3作為載體的對比實施例2的催化劑,包含Li和Al基載體的實施例2的催化劑上的K2SO4產生速度較慢。3、在硫酸化之前和之后NOx吸附量的分析在200°C下,在IOOppm的流動30分鐘以實現硫酸化之后,在NOx的吸附之后形成的氮化合物用FI1R(MIDAC corporation)進行測量,其顯示于圖3A和圖中。詳細地,NOx的吸附用IOOOppm的N0、8%的02、10%的H2O和He平衡條件進行30分鐘。同時,如圖3A和圖;3B所示,在暴露于之前和之后在催化劑表面上形成的NOx吸附物種的變化得以確定。NO在200°C下用1,OOOppm的N0、8%的仏和10% H2O條件吸附30分鐘,并用0. 5%的H2完全還原。用IOOppm的S02、8%的02、10%的H2O條件吸附30分鐘,NO在相同條件下進行再吸附,從而比較在催化劑上形成的NOx吸附物種由于的改變。測量在1、3、5、7、10、20和30分鐘的間隔進行,橋聯雙齒亞硝酸根(nitrite)的主峰在約IMOcnT1處觀察到,由K(鉀)引起的單齒硝酸根在約1330cm—1處得以確定,螯合雙齒硝酸根的形成在約I^OcnT1處的頂峰可見。也就是說,若比較在暴露于30分鐘之前和之后的NO吸附過程,在實施例2的催化劑(0. 5% Pt-O. 5% Pd/10% K/Li-Al)中,可確定橋聯雙齒亞硝酸根(其為主要吸附物種)的產生峰的強度在暴露于SO2之后下降了 19%。為了確定在暴露于前和之后對比實施例2的催化劑(0. 5 % Pt-O. 5 %Pd/20% KAl2O3)的NOx吸附物種的變化,測試在與Li-Al基催化劑相同的條件下進行,產生與NOx吸附物種相同的物種。在Al2O3基催化劑中,相比于不暴露于SO2的情況(即在SO2暴露之前),由于暴露于而形成的橋聯雙齒亞硝酸根的峰強度減小了 37%。4、催化劑的親水性分析抗硫性與催化劑的親水性相關,來自包含于反應氣體混合物中的H2O的0H—增加了SO2的可氧化性,從而加速了 K2SO4的形成。從這點上看,催化劑的疏水性非常重要。同時,為了分析根據實施例2和對比實施例2的NSR催化劑的親水性,H2O的程序升溫脫附(TPD)在如下條件下進行。在46°C下用預定氣體分壓將水鼓泡,測試通過使用Ar作為平衡氣體進行。反應氣體混合物的總流率為100平方厘米/分鐘。在將0. 1克樣品裝入U型石英管反應器,并在500°C下在5% H2/Ar條件下預處理1小時之后,將溫度降低至200°C,水用8%的02、10%的H20、5%的(X)2和Ar平衡吸附30分鐘。為了去除物理吸附于催化劑的水和反應器中剩余的水組分,將溫度降低至室溫,用Ar吹掃30分鐘,溫度以10°C /分鐘的速率增加,通過在線質譜儀在質量數17和18處測定從催化劑脫附的水量。如圖4所示,在對比實施例2的Al2O3基催化劑的情況中,可以看出吸附的H2O在大約260°C開始脫附,所有吸附的H2O在大約490°C脫附。在Li-Al基催化劑的情況中,可以觀察的吸附的H2O在大約330 0C開始脫附,所有吸附的H2O在大約400 °C脫附。此外,通過比較脫附峰的面積和強度,可確定吸附于Li-Al基催化劑的H2O量比吸附于Al2O3基催化劑的H2O量少得多。通過H2O TPD的Li-Al基催化劑的疏水性的確定,可以看出實施例2的Li-Al基催化劑由于其表面的疏水性而在吸附之時較少受到來自水的0H—的影響。 本發明的特定示例性具體實施方案的前述描述是為了說明和描述的目的呈現。它們不旨在窮舉或限制本發明至公開的精確形式,根據上述教導,許多改變和變化明顯是可能的。為了解釋本發明的特定原理和它們的實際應用而選擇并描述上述示例性的具體實施方案,由此使得本領域技術人員形成和利用本發明的各個示例性的具體實施方案及其各種替代和改變。本發明的范圍旨在由權利要求書和它們的等同形式限定。
權利要求
1.一種用于NOx儲存和還原的催化劑,其包含含有堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體;堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素;以及選自Pt、Pd、Ru、Ag、Au或1 的一種或多種貴金屬。
2.根據權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑,其中所述含有堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體為含有Li和Al的載體或者含有Mg和Al的載體。
3.根據權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑,其中所述NOx儲存元素包括選自K、Ba、Na、Sr、Mg或Ca的一種或多種儲存元素。
4.根據權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑,其中所述載體具有由下式表示的層狀雙氫氧化物的結構[Z-Al2(OH) 6]X · YH2O(LiAl2-X)]其中,Z 為 Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba 或 Ra,X 為 Cr、Br\ N03\ C0% 或S02_4,且y為0. 5至4范圍內的有理數。
5.根據權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑,其中載體的含量為催化劑總重量的65至95重量%,NOx儲存元素的含量為4. 5至35重量%,且貴金屬的含量為0. 2至3重量%。
6.根據權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑,其中包含Li和Al的載體也包含K、Pt和Pd。
7.一種用于NOx儲存和還原的催化劑的制備方法,該方法包括提供堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體;將堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物、硝酸鋁連同碳酸鹽溶解于水溶液中;在溶液攪拌、干燥和煅燒之后,制備包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體;與堿金屬、堿土金屬或稀土元素和選自Pt、Pd、Ru、Au、Ag或1 的一種或多種貴金屬一起沉淀包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體;以及干燥和煅燒沉淀物。
8.根據權利要求7所述的用于NOx儲存和還原的催化劑的制備方法,其中包含堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體在500至800°C的溫度下煅燒和制備3至8小時,沉淀物的煅燒在400至600°C的溫度下進行3至6小時。
9.一種通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系,其包含安裝于排氣管或發動機中以噴射燃料的噴射器;安裝于排氣管中在噴射器下游的柴油機燃料分解催化劑,其通過熱分解轉化被進一步注射至具有高反應活性的還原劑的燃料;安裝于排氣管中在柴油機燃料分解催化劑下游使得包含于廢氣中的NOx得以儲存的NOx去除催化劑體系,其通過解吸由進一步注射的燃料儲存的NOx,經由與具有高反應活性的還原劑的氧化-還原反應而還原NOx,所述NOx去除催化劑體系包含如權利要求1所述的用于NOx儲存和還原的催化劑中的一種催化劑;以及根據發動機的操作條件控制燃料的進一步注射的控制器。
10.根據權利要求9所述的通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系,其中所述NOx去除催化劑體系進一步包含沸石催化劑或包含多孔氧化鋁載體的催化劑;堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素;以及選自 Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、W、Cr、Mn、Fe、Co、Cu 或 Zn 的一種或多種貴金屬。
11.根據權利要求10所述的通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系,其中所述沸石催化劑由選自Cu、Pt、Mn、Fe、Co、Ni、Si、Au、Ce或( 的一種或多種元素進行離子交換。
12.根據權利要求9所述的通過使用安裝在排氣管中的排放裝置去除包含于廢氣中的NOx的NOx去除體系,其中所述排氣管為壓縮比為17或更低的柴油發動機的排氣管。
全文摘要
本發明涉及NOx儲存和還原催化劑、其制備方法以及包含其的NOx去除體系。用于NOx儲存和還原的催化劑可包含含有堿金屬和Al或堿土金屬和Al的載體,堿金屬、堿土金屬或稀土元素的NOx儲存元素,和選自Pt、Pd、Ru、Ag、Au或Rh的一種或多種貴金屬。用于NOx儲存和還原的催化劑顯示優良的NOx儲存和還原能力,特別是在惡化和硫酸化之前和之后保持優良的儲存和還原能力,并顯示在低溫環境下優良的催化活性且同時保持不尋常的高疏水性。
文檔編號B01D53/94GK102371152SQ20101056672
公開日2012年3月14日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年8月11日
發明者南寅植, 尹英基, 樸相俊, 李津夏 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社