基于铈和锆的混合氧化物的制作方法

基于铈和锆的混合氧化物
1.本技术要求于2019年7月19日提交的国际专利申请pct/cn 2019/096864的优先权，出于所有的目的将该专利申请的内容通过援引完全地并入本技术中。如果在本技术与该pct申请之间有影响术语或表述清晰度的任何不一致，应该仅参考本技术。
2.本发明涉及基于铈、锆、镧和任选地至少一种除铈和除镧以外的稀土元素的混合氧化物，其在水性浆料的粘度、孔隙率与高温下的耐热性之间表现出折中。本发明还涉及包含所述混合氧化物的颗粒的催化组合物和所述组合物在制备过滤器上的涂层中的用途。


背景技术：

3.汽油发动机产生含有烃类、一氧化碳和氮氧化物以及微粒的燃烧废气流。已知用三效催化剂组合物处理气体，并且已知在微粒捕集器如烟尘过滤器中回收微粒。
4.历史上，主要以化学计量方式运行的汽油发动机被设计成使得形成低水平的微粒。然而，因其燃料效率而得到越来越多的应用的汽油直喷(gdi)发动机可能具有稀薄燃烧条件和分层燃烧，从而导致微粒产生。以汽油燃料为燃料的发动机(如汽油直喷发动机)的微粒排放受到监管，并且现有的汽油发动机后处理系统不适合实现所提出的微粒物质标准。
5.与柴油稀薄燃烧发动机产生的微粒相比，汽油发动机产生的微粒往往更细小且水平更低。这是由于如与汽油发动机相比的柴油发动机的不同燃烧条件。例如，汽油发动机的运行温度高于柴油发动机。此外，如与柴油发动机相比，在汽油发动机的排放中所产生的烃组分是不同的。
6.未燃烧的烃类、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准持续变得更加严格。为了满足此类标准，含有三效催化剂(twc)的催化转化器被置于以汽油为燃料的内燃机的排气管路中。此类催化剂促进未燃烧的烃类和一氧化碳废气流中的氧气和氮氧化物的氧化、以及伴随的氮氧化物还原成氮气。
7.新的欧6(欧6和欧6c)排放标准为满足汽油排放标准呈现了许多具有挑战性的设计问题。特别是如何设计过滤器或包括过滤器的排气系统，以减少微粒物质(pm)汽油(强制点火)排放量，还同时满足非pm污染物(如氮氧化物(no
x
)、一氧化碳(co)和未燃烧的烃类(hc)中的一种或多种)的排放标准，均在可接受的背压下，例如如通过eu驱动循环上的最大循环背压测量的。
8.已知在汽油系统中提供位于基材载体如流通式整料上的三效催化剂(twc)。还已知通过将twc涂覆到壁流式整料(微粒过滤器)上，将twc和微粒去除功能结合在单个装置中。
9.待解决的问题
10.混合氧化物以浆料的形式与其他无机材料混合，并将浆料涂覆在基材载体如流通式整料或过滤器上。困难在于浆料保持不太高的粘度以便可以将其容易地加工，并且不影响涂层的性能。本发明目的在于提供一种混合氧化物，其可以容易地涂覆在基材载体上、更特别地涂覆在壁流式整料或过滤器上，同时仍表现出高比表面积和高孔体积。本发明的混
合氧化物在呈水性浆料形式时为校准尺寸与低粘度之间的折中，同时保持高比表面积s
1100
℃
/4h
和高孔体积(tpv和pv
0-300 nm
)。
11.技术背景
12.us 8,640,440披露了一种具有两层的过滤器，这些层之一含有储氧的铈/锆混合氧化物。
13.wo 2017/060694披露了一种nox吸收剂。没有提到具有d50或d90特征的混合氧化物。
14.us 2019/168188披露了锆、铈、镧和任选地至少一种除铈和镧以外的稀土金属的混合氧化物，但没有披露总孔体积、d50和d90。


技术实现要素：

15.本发明涉及一种如权利要求1-32中披露的混合氧化物。该混合氧化物包含锆、铈、镧以及任选地至少一种除铈和除镧以外的稀土元素(re)，具有以下组成：
16.■
按重量计在8.0％与45.0％之间的铈；
17.■
按重量计在1.0％与15.0％之间的镧；
18.■
按重量计最高达15.0％的该除铈和除镧以外的稀土元素；
19.■
镧和该一种或多种除铈和除镧以外的稀土元素的总比例低于或等于25.0％、更特别地低于或等于20.0％、甚至更特别地低于或等于18.0％；
20.■
剩余部分为锆；
21.该混合氧化物在空气中在1100℃下煅烧4小时后展现出以下特性：
22.■
比表面积(s
1100℃/4h
)在25与50m2/g之间、更特别地在28与50m2/g之间、甚至更特别地在30与50m2/g之间；
23.■
通过汞孔隙率测定法对直径低于300nm的孔确定的孔体积(pv
0-300nm
)在0.50cm3/g与0.90cm3/g之间、更特别地在0.50cm3/g与0.80cm3/g之间、甚至更特别地在0.50cm3/g与0.70cm3/g之间；
24.该混合氧化物呈颗粒形式，这些颗粒具有以下特性：
25.●
d50在1.0μm与2.5μm之间、更特别地在1.0μm与2.2μm之间、甚至更特别地在1.0μm与2.0μm之间或在1.5μm与2.0μm之间；
26.●
d90在2.0μm与9.0μm之间、更特别地在2.0μm与8.0μm之间、甚至更特别地在2.0μm与7.0μm之间或在3.0μm与8.0μm之间或在3.0μm与7.0μm之间。
27.本发明还涉及如权利要求33中披露的催化组合物和如权利要求34中披露的催化壁流式整料。本发明还涉及如权利要求35中披露的该混合氧化物的用途和如权利要求36-39中披露的制备该混合氧化物的方法。
28.现在下面给出关于这些发明的更多细节。
具体实施方式
29.除非另外提及，否则煅烧、更特别地在其之后给出比表面积的值的煅烧是在空气中煅烧。为了本说明书的连续性，还指定了，除非另外指明，否则在给出的所有值的范围内包括极限值。这也适用于包括“至少”或“至多”或“最高达”的表述。此外，除铈和除镧以外的
稀土元素记为re。
30.以上提及的元素(ce、zr、la、re)通常作为氧化物存在于混合氧化物中。然而，它们还可以部分地以氢氧化物或羟基氧化物的形式存在。
31.除了上述元素之外，本发明的混合氧化物还可以包含元素铪。此元素通常与锆组合存在于以天然状态存在的矿石中。铪相对于锆的相对比例取决于从中提取锆的矿石。在一些矿石中，按重量计zr/hf的相对比例可以为约50/1。因此，斜锆石含有大致98％的zro2以及2％的hfo2。像锆一样，铪通常作为氧化物存在。然而，不排除铪还部分地以氢氧化物或羟基氧化物的形式存在。铪在混合氧化物中的比例低于或等于2.5％(≤2.5％)、甚至低于或等于2.0％(≤2.0％)。
32.如在混合氧化物领域中的那样，元素的比例是相对于混合氧化物整体按氧化物的重量计给出的。对于这些比例的计算，考虑了以下氧化物：ceo2、zro2、hfo2、la2o3、re2o3(除pr(对于其考虑了pr6o
11
)以外的所有re)。作为实例，实例1的混合氧化物的比例(zr-ce-la 60％-35％-5％)对应于：60％的zro2、35％的ceo2和5％的la2o3。元素的比例是通过常见的分析方法像x射线荧光或通过电感耦合等离子体质谱法确定的。
33.本发明更具体地涉及一种混合氧化物，该混合氧化物由以下项的氧化物的组合组成：锆；铈；镧；任选地至少一种除铈和除镧以外的稀土元素(re)；和任选地铪，该混合氧化物具有以下组成：
34.■
按重量计在8.0％与45.0％之间的铈；
35.■
按重量计在1.0％与15.0％之间的镧；
36.■
按重量计最高达15.0％的该除铈和除镧以外的稀土元素；
37.■
镧和该一种或多种除铈和镧以外的稀土元素的总比例低于或等于25.0％、更特别地低于或等于20.0％、甚至更特别地低于或等于18.0％；
38.■
铪的比例低于或等于2.5％、甚至低于或等于2.0％；
39.■
剩余部分为锆；
40.该混合氧化物在空气中在1100℃下煅烧4小时后展现出以下特性：
41.■
比表面积(s
1100℃/4h
)在25与50m2/g之间、更特别地在28与50m2/g之间、甚至更特别地在30与50m2/g之间；
42.■
通过汞孔隙率测定法对直径低于300nm的孔确定的孔体积在0.50cm3/g与0.90cm3/g之间、更特别地在0.50cm3/g与0.80cm3/g之间、甚至更特别地在0.50cm3/g与0.70cm3/g之间；
43.该混合氧化物呈颗粒形式，这些颗粒具有以下特性：
44.●
d50在1.0μm与2.5μm之间、更特别地在1.0μm与2.2μm之间、甚至更特别地在1.0μm与2.0μm之间或在1.5μm与2.0μm之间；
45.●
d90在2.0μm与9.0μm之间、更特别地在2.0μm与8.0μm之间、甚至更特别地在2.0μm与7.0μm之间。
46.本发明的混合氧化物包含以上提及的比例的以上提及的元素(ce、zr、hf(如果有的话)、la、re(如果有的话))，但是该混合氧化物还可以另外包含其他元素，像杂质。杂质可能来源于在制备混合氧化物的方法中使用的原料或起始材料。这些杂质的总比例总体上可以是相对于混合氧化物低于按重量计0.2％。
47.该混合氧化物包含铈。铈的比例是在8.0％与45.0％之间、更特别地在18.0％与44.0％之间、甚至更特别地在18.0％与42.0％之间。该比例还可在18.0％与37.0％之间、或在18.0％与22.0％之间、或在20.0％与35.0％之间、或在22.0％与26.0％之间、或在28.0％与32.0％之间、或在33.0％与37.0％之间、或在30％与45％之间、或在38.0％与42.0％之间。
48.该混合氧化物还包含镧。镧的比例是在1.0％与15.0％之间。此比例可以包括在1.0％与13.0％之间、更特别地在1.0％与8.0％之间、甚至更特别地在2.0％与8.0％之间或在3.0％与9.0％之间或在3.0％与7.0％之间。
49.混合氧化物还可以包含按重量计最高达15.0％的至少一种除铈和除镧以外的稀土元素(re)。如由iupac定义的稀土金属是周期表中的十七种化学元素(具体是十五种镧系元素以及钪和钇)集合中的一种。稀土元素是铈(ce)、镝(dy)、铒(er)、铕(eu)、钆(gd)、钬(ho)、镧(la)、镥(lu)、钕(nd)、镨(pr)、钷(pm)、钐(sm)、钪(sc)、铽(tb)、铥(tm)、镱(yb)和钇(y)。更特别地，除铈和除镧以外的稀土元素可为y或nd或y和nd的组合。该一种或多种除铈和除镧以外的稀土元素的比例因此在0％与15.0％之间。此比例可以在1.0％与13.0％之间、更特别地在1.0％与8.0％之间、甚至更特别地在2.0％与8.0％之间或在3.0％与7.0％之间。该比例还可在10.0％与13.0％之间。
50.镧和该一种或多种除铈和除镧以外的稀土元素的总比例低于或等于25.0％、更特别地低于或等于20.0％、甚至更特别地低于或等于18.0％。
51.就锆的比例而言，锆作为混合氧化物中的剩余部分存在。所有元素的总量为100％，因此锆的比例相当于对混合氧化物中其他元素的100％的补充。锆的比例高于45.0％、更特别地高于48.0％、甚至更特别地高于或等于50.0％。锆的比例可以是在48.0％与80.0％之间。本发明的混合氧化物可描述为富含zr的混合氧化物，即重量比zro2/ceo2》1.0、更特别地重量比zro2/ceo2≥1.25的混合氧化物。
52.现在在下面给出根据本发明的更具体的组合物：
[0053]-组合物c1
[0054]
■
按重量计在18.0％与37.0％之间的铈；
[0055]
■
按重量计在3.0％与9.0％之间的镧；
[0056]
■
剩余部分为锆。
[0057]
对于此组合物c1，铈的比例可更特别地在18.0％与22.0％之间或在33.0％与37.0％之间。镧的比例可更特别地在3.0％与7.0％之间。
[0058]-组合物c2
[0059]
■
按重量计在30.0％与45.0％之间的铈；
[0060]
■
按重量计在3.0％与9.0％之间的镧；
[0061]
■
按重量计在3.0％与9.0％之间的至少一种除铈和除镧以外的稀土元素(re)；
[0062]
■
剩余部分为锆。
[0063]
对于此组合物c2，铈的比例可更特别地在38.0％与42.0％之间或在33.0％与37.0％之间。镧的比例可更特别地在3.0％与7.0％之间。该一种或多种除铈和除镧以外的稀土元素的比例可更特别地在3.0％与7.0％之间。
[0064]-组合物c3
[0065]
■
按重量计在20.0％与35.0％之间的铈；
[0066]
■
按重量计在3.0％与9.0％之间的镧；
[0067]
■
按重量计在3.0％与15.0％之间的至少一种除铈和除镧以外的稀土元素(re)；
[0068]
■
剩余部分为锆。
[0069]
对于此组合物c3，铈的比例可更特别地在22.0％与26.0％之间或在28.0％与32.0％之间。镧的比例可更特别地在3.0％与7.0％之间。该一种或多种除铈和除镧以外的稀土元素的比例可更特别地在3.0％与7.0％之间。
[0070]
本发明的混合氧化物颗粒的特征在于以下参数。颗粒展现出在1.0μm与2.5μm之间、更特别地在1.0μm与2.2μm之间、甚至更特别地在1.0μm与2.0μm之间或在1.5μm与2.0μm之间的d50。在实施例中，d50《2.5μm(严格小于2.5μm)。
[0071]
混合氧化物的颗粒展现出在2.0μm与9.0μm之间、更特别地在2.0μm与8.0μm之间、甚至更特别地在2.0μm与7.0μm之间或在3.0μm与8.0μm之间或在3.0μm与7.0μm之间的d90。
[0072]
颗粒可展现出低于或等于1.0μm(≤1.0μm)、更特别地低于或等于0.8μm(≤0.8μm)、甚至更特别地低于或等于0.7μm(≤0.7μm)的d10。d10可高于或等于0.2μm(≥0.2μm)、更特别地高于或等于0.3μm(≥0.3μm)。d10可在0.2μm与1.0μm之间、更特别地在0.2μm与0.8μm之间、甚至更特别地在0.3μm与0.8μm之间。
[0073]
颗粒可展现出低于或等于20.0μm、更特别地低于或等于15.0μm的d99。d99可高于或等于5.0μm、更特别地高于或等于7.0μm。d99可在5.0μm与20.0μm之间、更特别地在7.0μm与20.0μm之间、甚至更特别地在7.0μm与15.0μm之间。
[0074]
d10、d50、d90以及d99(以μm计)具有统计学中使用的通常含义。因此，dn(n＝10、50、90或99)代表以下粒度，使得n％的颗粒小于或等于所述粒度。d50因此代表中值。这些参数是根据用激光衍射粒度分析仪获得的颗粒尺寸分布(按体积计)来确定的。实例中给出的分布测量条件可以适用。
[0075]
混合氧化物的特征还在于高耐热性。这种耐受性是必要的，因为涂层需要承受高温。在这方面，必须牢记汽油发动机主要以化学计量的空气/燃料混合物运行，因此废气通常展现出比稀薄燃烧发动机明显更高的温度。因此，已知汽油发动机过滤器的运行温度高于更常规的柴油微粒过滤器。混合氧化物在空气中在1100℃下煅烧4小时之后的比表面积(s
1100℃/4h
))在25与50m2/g之间、更特别地在28与50m2/g之间、甚至更特别地在30与50m2/g之间。该比表面积可在25与40m2/g之间或在25与35m2/g之间或在30与35m2/g之间。
[0076]
混合氧化物在空气中在1000℃下煅烧4小时之后的比表面积(s
1000℃/4h
)可以在50与70m2/g之间、更特别地在55与70m2/g之间。
[0077]
术语“比表面积(bet)”应理解为意指通过氮吸附确定的bet比表面积。比表面积是技术人员所熟知的并且根据布鲁诺-埃梅特-特勒(brunauer-emmett-teller)方法测量。该方法理论最初描述于期刊“the journal of the american chemical society[美国化学会志],60,309(1938)”中。关于该理论的更详细信息也可以见于“powder surface area and porosity[粉末表面积和孔隙率]”,第2版,isbn 978-94-015-7955-1的第4章。氮吸附方法披露于标准astm d 3663-03(2008年重新批准)中。
[0078]
本发明的混合氧化物的特征还在于，通过汞孔隙率测定法对直径低于300nm的孔确定的孔体积在0.50cm3/g与0.90cm3/g之间、更特别地在0.50cm3/g与0.80cm3/g之间、甚至
更特别地在0.50cm3/g与0.70cm3/g之间。该孔体积是对混合氧化物在空气中在1100℃下煅烧4小时后确定的，并且在本技术中指定为pv
0-300nm
。
[0079]
混合氧化物的特征还在于总孔体积在1.40cm3/g与3.00cm3/g之间、更特别地在1.50cm3/g与3.00cm3/g之间、甚至更特别地在1.50cm3/g与2.50cm3/g之间或在1.50cm3/g与2.20cm3/g之间。该总孔体积可以是至少1.60cm3/g。该孔体积是对氧化混合物在空气中在1100℃下煅烧4小时后确定的，并且在本技术中指定为tpv。
[0080]
汞孔隙率测定法是多孔催化剂领域中使用的标准技术，并且包括在受控的压力下将汞逐渐压入到多孔结构的孔中。孔隙率根据该领域中的熟知技术通过汞压入测量。孔隙率可以使用麦克默瑞提克公司(micromeritics)v 9620自动压汞仪根据制造商指南来确定。孔隙率计包括粉末针入度计。该方法是基于作为孔尺寸的函数的孔体积(v＝f(d)，v表示孔体积并且d表示孔直径)的确定。根据这些数据，可以获得曲线(c)，从而得到导数dv/dlogd。从曲线(c)确定孔体积pv
0-300nm
和总孔体积tpv。
[0081]
优选遵循astm国际测试方法d 4284-07中概述的程序。在以下条件下，样品量为约0.5克，汞接触角为130
°
，汞表面张力为485dyn/cm。
[0082]
必须注意，当混合氧化物被碾磨或研磨时，其比表面积和总孔体积通常倾向于降低。本发明的混合氧化物的有趣之处在于，通过所使用的方法并且尽管在步骤(g1)中颗粒尺寸减小，但比表面积没有降低太多并且保持高的总孔体积。
[0083]
本发明的混合氧化物的特征还在于颗粒在水中的分散体的低粘度。实际上，在水中含有43.0wt％混合氧化物颗粒并表现出4.0
±
0.1的ph的分散体的粘度低于或等于20.0cp(≤20.0cp)。该粘度是在20℃
±
1℃下测量的。该粘度是对于在5.0与10.0s-1
之间施加的剪切速率给出的。ph可用乙酸调节。粘度可以通过任何类型的流变仪来确定，更特别地通过适配于测量表现出低粘度(《50cp)的悬浮液/分散体的粘度的流变仪来确定。流变仪可为博勒飞(brookfield)dv2t。
[0084]
更特别地，可以施加以下方法以测量分散体的粘度：
[0085]
(1)通过将混合氧化物的颗粒混合在水中制备混合氧化物的均匀分散体；
[0086]
(2)然后用流变仪随时间迁移记录粘度。当粘度稳定时，对其进行测量。
[0087]
在步骤(1)中，例如在约15-20min内在搅拌下将混合氧化物的粉末添加到水中。可通过添加乙酸将分散体的ph调节至目标ph。例如可以用蠕动泵添加乙酸，控制分散体的ph直到达到目标ph。更具体地，实例中使用的条件可以适用。
[0088]
制备本发明的混合氧化物的方法
[0089]
本发明的混合氧化物可以通过包括以下步骤的以下方法制备：
[0090]
(a1)包含硫酸根阴离子(so
42-)、氯化锆盐、铈盐和任选地至少一种除铈和除镧以外的稀土元素的盐(re盐)的水溶液与碱性水溶液反应形成沉淀物；
[0091]
(b1)从液体介质中分离出在步骤(a1)结束时获得的该沉淀物；
[0092]
(c1)将在步骤(b1)结束时获得的沉淀物在水性介质中并且任选地在镧盐与碱性化合物的存在下加热；
[0093]
(d1)可以任选地将镧盐任选地与碱性化合物一起添加到在步骤(c1)结束时获得的混合物中；
[0094]
(e1)将有机质构剂添加到在步骤(d1)结束时获得的混合物中；
[0095]
(f1)将在步骤(e1)结束时获得的固体材料从液体介质中分离出来并在空气中煅烧；
[0096]
(g1)将在步骤(f1)结束时获得的固体材料喷射研磨以产生本发明的混合氧化物。
[0097]
该方法基于混合氧化物的元素的密切混合。这是在根据本发明的混合氧化物中氧化物密切混合的原因。这将混合氧化物与呈固体形式的氧化物的简单机械混合物进行区分。
[0098]
在步骤(a1)中，包含硫酸根阴离子(so
42-)、氯化锆盐、铈盐和任选地至少一种除铈和除镧以外的稀土元素的盐(re盐)的水溶液(指定为czr溶液)与碱性水溶液反应形成沉淀物。铈盐可以是硝酸铈或氯化铈以及还有这些盐的混合物。铈盐可以由铈(iii)盐和任选地铈(iv)盐构成。铈盐是通常由酸和碱的中和反应或用酸溶解铈化合物(如氢氧化铈)产生的离子化合物。它们由铈阳离子和阴离子构成，使得产物是电中性的。
[0099]
re的盐可以是例如硝酸盐或氯化物，如硝酸镨、和硝酸钕、氯化钇(iii)(ycl3)或硝酸钇(y(no3)3)。水溶液可包含一种或几种稀土盐。
[0100]
该氯化锆盐优选为zrocl2。
[0101]
该czr溶液每摩尔锆和铈元素包含在0.5与2.0摩尔之间的硫酸根阴离子(so
42-)。摩尔比so
42-/(zr+ce)优选在0.5-1.0的范围内、更特别地在0.5-0.8的范围内。通过添加硫酸方便地提供硫酸根阴离子。
[0102]
所使用的碱性水溶液可包含碱性化合物，像碱金属的氢氧化物或氨。该碱性化合物可以是例如氢氧化钠、氢氧化钾、或氨、或其混合物。该碱性化合物可为naoh。碱性化合物的量可以通过测量溶液的ph变化来容易地确定。通常，足够量是使得溶液的ph不低于7，并且优选量是使得ph在7.0与11.0之间。碱性化合物的量通常使得碱性化合物相对于zr、ce和re而言摩尔过量。
[0103]
为了进行步骤(a1)中的反应，使接触可以按引入反应物的任何顺序进行。然而，优选将该czr溶液引入含有碱性水溶液的槽中。此反应可以在惰性气氛下进行，值得注意地在封闭的反应器中或在半封闭的反应器中进行。接触通常在搅拌槽反应器中进行。
[0104]
步骤(a1)可以在包括在5℃与50℃之间的温度下进行。
[0105]
在步骤(b1)中，从液体介质中分离出在步骤(a1)结束时获得的沉淀物。分离可以例如用nutsche过滤器通过离心或通过倾析进行。可以任选地用水洗涤沉淀物。洗涤可以值得注意地允许减少游离离子的量，值得注意地减少到对于这些离子中的每一种小于或等于500ppm、优选小于或等于300ppm的量，ppm表示为每种离子的重量的量/以氧化物表示的固体沉淀物的重量x 100。例如，当用于制备混合氧化物的起始材料是：zrocl2、h2so4、cecl3和任选地至少一种re的氯化物或硝酸盐时，洗涤被用于减少残留在沉淀物中的so
42-、na
+
和cl-的量，值得注意地减少到对于这些离子中的每一种低于或等于500ppm、优选低于或等于300ppm的量。no
3-的量也应低于这些值。
[0106]
此外，可以任选地干燥沉淀物，值得注意地在包括在40℃与80℃之间的温度下。
[0107]
在步骤(c1)中，将在步骤(b1)结束时获得的沉淀物在水性介质中并且任选地在镧盐与碱性化合物的存在下加热。镧盐优选选自下组，该组由以下项组成：硝酸盐、氯化物、硫酸盐、磷酸盐或碳酸盐。la(no3)3是可使用的方便的la源。此热处理包括加热该介质并且将其维持在通常包括在60℃与200℃之间、并且更特别地在95℃与150℃之间的温度下。此处
理的持续时间可以是在1小时与4小时之间。此处理也可以在惰性气氛下进行，对于步骤(a)关于此气氛的描述在此同样适用。类似地，该处理可以在搅拌式反应器中进行。热处理后，可以用水洗涤固体材料。该洗涤可以在有或没有固/液分离的情况下以各种方式进行。它由此可以通过从液相中分离固体颗粒，例如通过前过滤(frontal filtration)、沉降或离心进行。所得固体随后再悬浮在水相中。该方法也可以通过切向过滤进行。如果必要，可以任选地重复这种洗涤，例如直至获得悬浮液的给定电导率，由此该电导率度量此悬浮液中存在的杂质的量。
[0108]
在任选的步骤(d1)中，可以将镧盐(值得注意地呈液态或固态形式)添加到在步骤(c1)结束时获得的混合物中。必须注意，要(i)在步骤(c1)和/或(ii)在步骤(d1)中添加镧盐。当镧盐在步骤(c1)和步骤(d1)中添加时，一部分镧盐在步骤(c1)中添加并且其另一部分在步骤(d1)中添加。
[0109]
在步骤(e1)中，向在步骤(d1)结束时获得的混合物中添加有机质构剂(通常也由术语“模板剂”指定)。有机质构剂是指能够控制该混合氧化物的多孔结构、值得注意地介孔结构的有机化合物，如表面活性剂。术语“介孔结构”是指包含具有包括在2与50nm之间的直径的孔的无机结构，通过术语“介孔”描述。可以以溶液或悬浮液的形式添加有机质构剂。有机质构剂的量，以添加剂相对于在煅烧步骤(g1)之后获得的混合氧化物的重量的重量百分比表示，通常是在5％与100％之间并且更特别地在15％与60％之间。
[0110]
有机质构剂优选地选自下组，该组由以下项组成：阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、聚乙二醇、羧酸及其盐、以及羧甲基化的脂肪醇乙氧基化物类型的表面活性剂。关于这种添加剂，可以参考申请wo-98/45212的传授内容，并且可以使用在这个文件中描述的表面活性剂。作为阴离子类型的表面活性剂，可以提及乙氧基羧酸盐，乙氧基化的脂肪酸，肌氨酸盐，磷酸酯，硫酸盐如醇硫酸盐、醇醚硫酸盐和硫酸化烷醇酰胺乙氧基化物，以及磺酸盐如磺基琥珀酸盐、以及烷基苯或烷基萘磺酸盐。作为非离子表面活性剂，可以提及炔属表面活性剂、醇乙氧基化物、烷醇酰胺、氧化胺、乙氧基化的烷醇酰胺、长链的乙氧基化的胺、环氧乙烷/环氧丙烷的共聚物、脱水山梨醇衍生物、乙二醇、丙二醇、甘油、聚甘油酯以及其乙氧基化的衍生物、烷基胺、烷基咪唑啉、乙氧基化的油以及烷基酚乙氧基化物。特别可以提及以商标以提及以商标和销售的产品。关于羧酸，具体地可以使用脂肪族一元羧酸或二元羧酸，并且在这些之中，更特别的是饱和酸。也可以使用脂肪酸并且更特别地饱和脂肪酸。因此，特别可以提及甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸。作为二元羧酸，可以提及草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸和癸二酸。
[0111]
还可以使用羧酸的盐，特别是铵。举例而言，更特别地可以提及月桂酸和月桂酸铵。
[0112]
最终，还可以使用选自羧甲基化的脂肪醇乙氧基化物类型的那些的表面活性剂。表述“羧甲基化的脂肪醇乙氧基化物类型的产品”旨在意指由在链的末端包含-ch
2-cooh基团的乙氧基化或丙氧基化的脂肪醇组成的产品。
[0113]
这些产品可以对应于下式：
[0114]r1-o-(cr2r
3-cr4r
5-o)
n-ch
2-cooh
[0115]
其中r1表示饱和或不饱和的基于碳的链，其长度通常为至多22个碳原子、优选地
至少12个碳原子；r2、r3、r4和r5可以是相同的并且可以代表氢，或者r2可以代表烷基如ch3基团并且r3、r4和r5代表氢；n是可以最高达50并且更特别地在5与15之间(这些值包括在内)的非零整数。应注意，表面活性剂可以由具有上式的产品(其中r1可以分别是饱和或不饱和的)的混合物或者可替代地包含-ch
2-ch
2-o-和-c(ch3)＝ch
2-o-基团二者的产品的混合物组成。
[0116]
在步骤(f1)中，将在步骤(e1)结束时获得的固体材料从液体介质中分离出来并在空气中煅烧。分离可以像步骤(b1)一样进行。固体材料可以任选地用水溶液、优选用处于碱性ph的水(例如氨的水溶液)洗涤。此外，可以任选地将沉淀物干燥至适合的程度。煅烧温度可包括在500℃与1200℃之间、更特别地在800℃与900℃之间。可以如所希望的进行温度的选择，这取决于比表面积和孔隙率的要求值。煅烧的持续时间可以适当地根据温度决定，并且优选可以是在1小时与20小时之间。例如，空气中的煅烧可以在850℃下进行4小时。
[0117]
在步骤(g1)中，将在步骤(f1)结束时获得的固体材料喷射研磨以产生本发明的混合氧化物。在下面提供关于喷射研磨的更多细节。
[0118]
本发明还涉及一种制备如本文所披露的混合氧化物的方法，该方法包括喷射研磨与所述混合氧化物具有相同组成的混合氧化物。
[0119]
在本发明的上下文中，术语“喷射研磨”是指其中固体材料的颗粒被吸入加速气流中并通过喷射流中的颗粒间碰撞而被碾磨的操作。粉碎本质上是喷射流中颗粒间碰撞的结果。方便地，使用的气体为空气。在喷射研磨中获得的力改变颗粒尺寸并改变颗粒的粒度分布。气体通常以极高的速度通过一系列一个或多个喷嘴加速。
[0120]
可以使用的特别方便的喷射研磨机类型为流化床喷射研磨机，因为它是能量有效的。粉碎发生在材料的流化床内。us 5,992,773中披露了可以使用的流化床喷射研磨机的实例。
[0121]
可以方便地使用且有效地使用的喷射研磨机的实例是由细川公司(hosokawa)商业化的流化床气动喷射研磨机100afg(参见https://www.hosokawa-alpine.com/powder-particle-processing/machines/jet-mills/afg-fluidised-bed-opposed-jet-mill/或https://www.hosokawa-alpine.com/fileadmin/user_upload/content/mechanische_verfahrenstechnik/applikationen/p/api-inhaler/0007-en-2013-04_-_pharmaceutical_technology_-_gmp.pdf获得更多细节：在后一份可在线获得的文件中，披露了以下内容：“工作原理——afg由两个部件构成：分类器头和带有集成喷嘴的碾磨室，这些喷嘴数量取决于研磨机尺寸。进入射流的材料颗粒在空气射流相交的焦点处加速并相互碰撞。由于焦点处的颗粒间碰撞和空气射流边缘处的剪切流，粉碎发生。因此，由于磨损而造成的污染风险几乎不存在。高性能turboplex分类器将来自内部碾磨过程的最终产品排放到分离器系统。细度可通过调节空气流速、碾磨空气压力和分类轮速度来设定”)。
[0122]
该设备通常配备有动态导流轮空气分类器，该分类器可以以不同的速度运行以改变产品的细度。可变化的此设备的参数是以下参数：研磨机内的压力、研磨机上流体喷嘴的数量和配置以及分类器的存在，该分类器去除具有希望粒度的颗粒，同时将其他颗粒留在研磨机中进行附加研磨。为制备本发明的混合氧化物而选择的此设备的使用条件可在实例和下表中找到：
[0123][0124]
分类器频率、进料压力和碾磨压力的增加以及进料频率的降低连同喷嘴的使用使得可以获得本发明的混合氧化物的目标粒度分布。因此，提高分类器的频率以选择细小颗粒。此外，安装喷嘴，以提高压缩空气进入碾磨室的速度，从而使材料碾磨得更多。进料频率和进料压力对研磨室内的颗粒数量有影响。因此，进料频率的降低和进料压力的增加影响此室内的碰撞次数。
[0125]
本发明还涉及通过以上披露的方法可获得的混合氧化物。
[0126]
本发明的混合氧化物的用途
[0127]
本发明的混合氧化物可用于废气处理领域。本发明的混合氧化物可以用于减少存在于由车辆内燃机释放的废气中的污染物的量。
[0128]
该混合氧化物可用于制备催化转化器，该催化转化器用于处理由车辆内燃机释放的废气。该催化转化器包括至少一个通过在固体支撑物上沉积催化组合物而制备的催化活性层。该层的作用是将废气中的一些污染物化学转化为对环境危害较小的产物。该固体支撑物可以是由陶瓷(例如堇青石)、碳化硅、钛酸铝或莫来石或金属(例如fecralloy)制成的整料。该支撑物通常由堇青石制成，展现出大的比表面积和低的压降。整料通常是蜂窝型的。
[0129]
催化组合物包含：
[0130]
(i)氧化铝；
[0131]
(ii)一种或多种铂族金属；以及
[0132]
(iii)至少一种本发明的混合氧化物。
[0133]
混合氧化物可用于制备催化壁流式整料。该催化壁流式整料包含多孔支撑物和在该支撑物的表面上的催化组合物。壁流式整料在本领域中熟知用作微粒过滤器。这些微粒过滤器通过使废气流(包括微粒物质)通过由多孔支撑物形成的壁来工作。多孔性有助于保留微粒物质。整料优选地具有在其之间限定纵向方向的第一面和第二面。在使用中，第一面和第二面中的一个面将是废气的入口面，并且另一面将是经处理的废气的出口面。如对于壁流式整料常规的，它具有沿纵向方向延伸的第一和第二多个通道。第一多个通道在第一面处打开并且在第二面处关闭。第二多个通道在第二面处打开并且在第一面处关闭。这些通道优选地彼此平行以在这些通道之间提供恒定的壁厚。因此，进入多个通道之一的气体不能在不通过通道壁扩散到其他多个通道中的情况下离开整料。通过将密封剂材料引入通道的开口端来关闭通道。
[0134]
优选地，第一多个通道中的通道数量等于第二多个通道中的通道数量，并且每种
多个通道均匀地分布在整个整料中。优选地，在与纵向方向垂直的平面内，壁流式整料具有从100至500个通道/平方英寸(cpsi)、优选从200至400cpsi。例如，在第一面上，打开的第一通道和关闭的第二通道的密度为从200至400个通道/平方英寸。这些通道可以具有矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形或其他多边形形状的截面。
[0135]
为了便于待处理的废气通过通道壁，整料由多孔基材形成。基材还充当支撑催化组合物的支撑物。用于形成多孔基材的合适材料包括类陶瓷材料(如堇青石)、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁或硅酸锆、或多孔难熔金属。壁流式基材也可由陶瓷纤维复合材料形成。优选的壁流式基材由堇青石和碳化硅形成。此类材料能够承受在处理废气流中遇到的环境、特别是高温，并且可以制成足够多孔的。此类材料和它们在多孔整料基材的制造中的用途是本领域熟知的。
[0136]
催化组合物以层的形式施加在多孔基材上。传统上，层的负载不应太高以避免背压。负载量可以在1.0g/in3至0.1g/in3之间、优选地从0.7g/in3至0.25g/in3、并且最优选从0.6g/in3至0.5g/in3。
[0137]
催化组合物包含氧化铝，优选γ-氧化铝。氧化铝还可包含镧、镨或两者的组合。氧化铝优选为镧稳定的氧化铝。氧化铝是有利的载体材料，因为它展现出高表面积并且是难熔金属氧化物。这导致遇到的高温条件所需的良好热容量。催化组合物还包含一种或多种铂族金属(pgm)。pgm选自由pt、pd、rh、re、ir组成的组。pgm用于催化处理废气所需的反应和烟尘颗粒燃烧。优选地，pgm为pt、pd和rh；pd和rh；或仅pd；或仅rh。
[0138]
wo 2017/109514中披露了一种可用于制备催化壁流式整料的方法，其内容通过援引完全并入。更特别地，可使用wo 2017/109514的实例3中披露的方法。
[0139]
本发明的混合氧化物还可用于制备用于废气处理系统的催化整料。整料通常呈蜂窝整料的形式。
[0140]
实例
[0141]
给出以下实例以说明本发明。混合氧化物的元素比例是按氧化物的重量计给出的。
[0142]
粒度分布
[0143]
用激光粒度分析仪(贝克曼库尔特公司(beckman-coulter)的型号ls13320)确定粒度分布。遵循制造商指南使用夫琅和费模式。该粒度分布(按体积计)是在分散剂(六偏磷酸钠)的存在下由颗粒在水中的分散体获得的。使用1.6的相对折射率。根据按体积计的分布，得到d10、d50、d90和d99的值。在下表中，它们以μm计给出。
[0144]
比表面积(bet)
[0145]
比表面积通过n2吸附在康塔公司(quantachrome)的nova 4000e上自动确定。在任何测量之前，将样品进行脱气以以解吸挥发性物质并清洁表面。
[0146]
孔隙率
[0147]
孔隙率是遵循制造商指南用autopore v 9620自动压汞仪获得的。混合氧化物在空气中于1100℃下煅烧4小时后给出tpv和pv
0-300 nm
。遵循astm国际测试方法d 4284-07中概述的程序；样品量为约0.5克，汞接触角为130
°
，汞表面张力为485dyn/cm。
[0148]
粘度：测量本发明的混合氧化物在水中的分散体的粘度v
[0149]
(1)本发明的混合氧化物的均匀分散体通过借助于以360rpm旋转并位于烧杯底部
上方2cm处的转子(直径8.7cm)将混合氧化物的颗粒在1l烧杯中在水中混合来制备：
[0150]
(1a)将500ml的水添加至烧杯中；
[0151]
(1b)然后在约15min内以粉末形式添加混合氧化物(377.2g)；
[0152]
(1c)用乙酸将ph调节至4.0
±
0.1；
[0153]
(2)然后用流变仪随时间迁移记录粘度。当粘度恒定时，对其进行测量。
[0154]
步骤(1b)可以通过振动进料器添加混合氧化物来进行。步骤(1c)可以通过用蠕动泵添加乙酸并通过控制分散体的ph直到达到目标ph来进行。
[0155]
使用的流变仪是博勒飞dv2t。
[0156]
实例1：混合氧化物zr-ce-la 60％-35％-5％的制备
[0157]
首先，用47l的h2o和16l的cecl3水溶液(1.53mol/l和密度1.33)来制备共氯化物溶液(czr溶液)，向其中添加20.2kg的zrocl2水溶液(36.2wt％zro2；烧失量loi 63.6％)。然后将添加h2so4水溶液(8.77wt％和密度1.05)。
[0158]
在50min内将czr溶液转移到预先装有110l的naoh水溶液(10.8％wt和密度1.099)的沉淀槽中。在沉淀期间，搅拌速度固定在220rpm。通过过滤/再制浆来洗涤浆料，以便除去全部so
42-、na
+
和cl-离子(每种离子低于200ppm)。以80g/l在水中再制浆后，将浆料在125℃下老化1小时。在老化后，引入la(no3)3，以便获得希望量的氧化镧(5％wt的la2o3)。然后在搅拌下经1小时将4kg的月桂酸添加到分散体中。然后过滤悬浮液，并且将固体在850℃下煅烧3小时。在下述条件下对所得氧化物材料进行喷射研磨。
[0159]
研磨后的混合氧化物的特性：d50为1.9μm，并且d90为6.0μm。在空气中在1100℃下煅烧4小时后产品的比表面积为：s
1100
℃
/4h
＝28m2/g。粘度是在20.0cp下测量的。
[0160][0161]
实例2至6:具有其他组成的混合氧化物的制备
[0162]
使用与对实例1描述的相同的方法制备具有各种其他组成的混合氧化物：
[0163]
●
实例2：zr-ce-la-y 50％-40％-5％-5％
[0164]
●
实例3：zr-ce-la-y 55％-35％-7.5％-2.5％
[0165]
●
实例4：zr-ce-la-y 60％-24％-3.5％-12.5％
[0166]
●
实例5：zr-ce-la-y 60％-30％-5％-5％
[0167]
●
实例6：zr-ce-la 75％-20％-5％
[0168]
对于含有y的混合氧化物，czr溶液含有所需量的cecl3、zrocl2和y(no3)3。还添加h2so4，使so
42-/(zr+ce)摩尔比在0.5与0.8之间。
[0169]
在与实例1相同的条件下，将在850℃下煅烧后得到的混合氧化物进行喷射研磨。得到的粒度特性为：d50在1.0μm与2.5μm之间，并且d90在2.0μm与9.0μm之间(参见表i)。
[0170]
表i：实例1-6
[0171][0172][0173]
对比实例1：用“软”喷射研磨制备混合氧化物zr-ce-la 60％-35％-5％
[0174]
此对比实例涉及与实例1的混合氧化物具有相同组成的混合氧化物的制备。除了研磨条件外，混合氧化物的制备条件与实例1相同。研磨通过喷射研磨工艺在如下文的表中所述的更软和更常用的条件下进行：
[0175][0176]
研磨后，混合氧化物展现出在3.5μm与4.5μm之间的d50和低于15μm的d90。在空气中在1100℃下煅烧4小时后产品的比表面积为：s
1100
℃
/4h
＝29m2/g。测得的粘度超过1000cp，因而远高于实例1产品的粘度。
[0177]
对比实例2：混合氧化物zr-ce-la 60％-35％-5％的，其用涉及硝酸盐的wo 2012/072439的方法制备并用锤磨机研磨
[0178]
此对比实例涉及与实例1的混合氧化物具有相同组成的混合氧化物的制备。根据wo 2012/072439中披露的涉及硝酸盐的方法制备混合氧化物。预先制备两种硝酸盐溶液，一种由硝酸铈和硝酸锆组成，并且另一种由硝酸镧组成。将324ml的水引入第一烧杯中，该烧杯具有102ml的硝酸锆zro(no3)2水溶液([zro2]＝265g/l，并且d＝1.408)以及68ml的硝酸铈ce
iv
水溶液([ceo2]＝270g/l，并且d＝1.43)。将5.5ml的硝酸镧水溶液([la2o3]＝454g/l，并且d＝1.687)引入第二烧杯中。
[0179]
在配备有斜叶搅拌转子的反应器中，在搅拌下引入氨水溶液(12mol/l)并且然后引入蒸馏水，以获得0.5升的总体积和相对于要沉淀的阳离子化学计量过量40％的氨水。
[0180]
在45分钟的过程内将第一种硝酸盐溶液引入以500rpm的速度搅拌的该反应器中，在15分钟的过程内将第二种硝酸盐溶液引入并且将搅拌固定在250rpm下。将所得沉淀物悬浮液放置在配备有搅拌转子的不锈钢高压釜中。在搅拌下使该介质的温度达到150℃持续2小时。将33克月桂酸添加到所产生的悬浮液中。保持搅拌该悬浮液1小时。
[0181]
该悬浮液通过布氏漏斗过滤，并且然后用氨水溶液洗涤。然后将所得产物在空气中以850℃煅烧4小时。所得产物用锤磨机碾磨。研磨后的混合氧化物的特性：d50＝2.0μm，并且d90＝6.0μm。研磨后产品的比表面积为：s
1100℃/4h
＝22m2/g，低于实例1的产品(28m2/g)。
[0182]
对比实例3：用“软”喷射研磨+湿磨制备混合氧化物zr-ce-la60％-35％-5％
[0183]
此实例涉及与实例1具有相同组成的混合氧化物的制备，即该组成基于按氧化物的重量计的对应比例为35％、60％、5％的铈、锆、镧。首先，用去离子水(47l)、氯化铈cecl3水溶液(16l，[c]＝1.53mol/l，和密度1.33)、氯化镧lacl3水溶液制备共氯化物溶液，以得到5％wt的la2o3和zrocl2的水溶液(20.2kg，36.2wt％zro2，loi 63.6％)。然后引入h2so4水溶液(65l，8.77wt％和密度1.05)。在50min内将溶液转移到预先装有110l的naoh水溶液(10.8％wt和密度1.099)的沉淀槽中。在沉淀期间，搅拌速度固定在220rpm。通过过滤/再制浆来洗涤浆料，以便除去全部so
42-、na
+
和cl-离子(每种离子低于200ppm)。以80g/l在水中再制浆后，将浆料在97℃下老化1小时。
[0184]
然后在搅拌下经1小时将4kg的月桂酸添加到分散体中。然后过滤悬浮液，并且将固体在850℃下煅烧3小时。如对比实例1中那样，在软的常用条件下对材料进行喷射研磨。然后将400g所得粉末分散在1l蒸馏水中并通过乙酸将ph调节至4。通过湿磨仪器对获得的悬浮液进行进一步研磨以获得在0.8μm至1.0μm之间的d50和低于5μm的d90。将固体进一步分离并煅烧以进行表征。所得材料在1100℃下煅烧4小时后的比表面积非常低：s
1100℃/4h
＝18m2/g。
[0185]
表ii：对比实例1-3
[0186][0187][0188]
这些对比实例显示出，本发明的混合氧化物表现出在s
1100℃/4h
、tpv、pv
0-300nm
与低粘度v之间的折中。
[0189]
对比实例4：用软研磨制备混合氧化物zr-ce-la-y 55％-35％-7.5％-2.5％
[0190]
在除研磨条件以外相同的条件下制备与实例3具有相同组成的混合氧化物(zr-ce-la-y 55％-35％-7.5％-2.5％)。如对比实例1中那样，研磨通过喷射研磨工艺在更软且更常用的条件下进行。
[0191]
如可以观察到的，一方面，由于在更强的条件下研磨，颗粒尺寸在实例3中低于对比实例4中；另一方面，tpv更大。对于低于300nm的孔的孔体积(pv
0-300nm
)，观察到相同的趋势。
[0192]
对比实例5和6：用涉及硝酸盐的wo 2012/072439的方法制备的混合氧化物zr-ce-la-y 55％-35％-7.5％-2.5％的制备-研磨条件的影响
[0193]
如对比实例2中描述的(研磨条件除外)，用涉及硝酸盐的wo 2012/072439的方法
制备与实例3具有相同组成的两种混合氧化物(zr-ce-la-y55％-35％-7.5％-2.5％)。研磨是通过喷射研磨工艺进行的：
[0194]-对比实例5：如实例1中的更强的条件；
[0195]-对比实例6：如对比实例1中的软且常用的条件。
[0196]
如可以观察到的，在基于wo 2012/072439的方法的混合氧化物的情况下，当颗粒尺寸由于在更强条件下研磨而更低时，tpv也更低。对于低于300nm的孔的孔体积(pv
0-300nm
)，观察到相同的趋势。
[0197]
表iii：对比实例4-5
[0198][0199]
混合氧化物的制备方法也有影响。实例3的混合氧化物用共氯化物溶液制备，而对比实例5的混合氧化物用硝酸盐溶液制备。虽然研磨相同，但对比实例5的比表面积、tpv和pv
0-300nm
更低。