用于燃烧发动机的含铂催化剂的制作方法

本发明涉及用于燃烧发动机的排放处理系统的催化剂。更具体而言，本发明涉及在生产期间熟化的含铂催化剂。这种催化剂提供一氧化物(no)向二氧化氮(no2)的优异且持久的转化。

背景技术：

1、贫燃发动机例如柴油发动机和贫燃汽油发动机的操作向使用者提供优异的燃料经济性，并具有非常低的气相烃和一氧化碳排放，这是由于它们在贫燃条件下在高的空气/燃料比率下操作。特别是，柴油发动机也在耐久性和在低速下产生高力矩方面提供与汽油发动机相比的显著优势。来自贫燃发动机的nox的有效降低是难以实现的，这是因为高的nox转化率通常要求富含还原剂的条件。排气流的nox组分向无害组分的转化通常要求对于在贫燃条件下操作而言的专门的nox降低策略。

2、柴油氧化催化剂(doc)和催化烟灰过滤器(csf)催化剂通常是基于铂或基于钯的，并且用于促进no进行氧化，产生no2，no2进而氧化烟灰，其可以在下游颗粒过滤器中或在csf中被捕获。对于涉及位于doc或csf下游的选择性催化还原(scr)催化剂的重载柴油(hdd)系统，保持用于获得scr的较稳定的doc-排出或csf-排出的no2/nox比率是对于准确校准脲注射而言十分理想的，这能改善在排放系统的尾气管中的nox减少。

3、已经知道基于铂或铂主导的doc和csf催化剂显示各种熟化(degreening)程度，即新鲜状态的现有技术催化剂仅仅在使用一段时间之后经历改进的活性，这表示在熟化期间，将允许从no产生比催化剂固有活性更少的no2。这种明显的熟化作用对于保持下游scr催化剂的性能而言是不利的(因为这会导致scr催化剂随着时间进程的不稳定no2/nox比率)。

4、doc和csf催化剂在排放条件下的熟化可以通过在排气混合物中在通常约450-500℃温度下处理约1-4小时来模拟。不总是能预料到在常规贫燃发动机操作中达到这种高温条件，这表示催化剂被完全熟化并产生稳定no2量的时间是在各车辆之间不同的。例如，在hdd操作条件下，从发动机排放的废气的温度通常不会长时间超过300℃。在柴油车辆上的催化剂被完全熟化之后，催化剂性能是较稳定的，直到在使用数千小时的情况下和/或由于暴露于催化剂毒物、例如硫和磷而缓慢出现长期降低。

5、需要开发高性能的doc和csf催化剂，其在生产期间熟化，而不是在使用期间熟化，从而促进下游系统、例如包含scr催化剂的那些系统的稳定nox转化。

技术实现思路

1、本发明提供熟化的催化材料，以及其制备方法和这些材料的用途(例如熟化的doc和csf催化剂)。尤其是，含铂的doc和csf催化剂，即铂(pt)，仅仅与铂/钯(pt/pd)催化剂一起，同时具有特别有利于no氧化的pt氧化态和pt表面构造。如本文中所详述，这种表面转化可以例如通过用在潮湿空气中在高于或等于约500℃温度的处理条件代替在煅烧炉中在空气中在450-500℃温度下进行的常规煅烧来实现。此方法允许新鲜催化剂以完全熟化的形式制备，这是十分理想的特征。

2、在第一方面中，提供一种柴油氧化催化剂复合材料，其包含：在支撑体上的柴油氧化催化材料，此催化材料含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分，其中在暴露于具有柴油发动机的车辆的操作条件之前，催化材料显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率。

3、在一些实施方案中，催化材料基本上不含通过co-drifts检测的在大于(>)约2110cm-1处的氧化铂物质。在具体实施方案中，催化剂复合材料在生产催化剂材料期间被完全熟化。

4、在一个或多个实施方案中，当暴露于具有柴油发动机的车辆在约200-350℃下的连续操作时，催化材料继续显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率。

5、在一些实施方案中，铂组分可以是粒子形式，并具有通过co-化学吸附方法检测的平均粒径为约0.5-6nm。催化材料可以任选地还包含钯组分。在这些实施方案中，铂与钯之间的重量比率可以是约10:1至2:1。在各种实施方案中，支撑体可以是流通式基底或壁流式过滤器。高表面积耐火金属氧化物载体可以包含氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化硅或其组合。

6、这里所述的柴油氧化催化剂复合材料可以通过各种方法提供；但是在特定实施方案中，这些催化剂是根据以下步骤制备的：获得包含在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分的催化材料；使催化材料沉积到支撑体上以形成柴油氧化催化剂复合材料；和在至少约500℃的温度下在湿度和氧气的存在下处理催化材料以形成完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料。

7、本发明的另一方面提供一种处理排气的方法，包括接触含有氮氧化物(nox)的气流，此方法包括使得此气流从本文所述的柴油氧化催化剂复合材料通过。

8、另一方面是一种形成完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料的方法，此方法包括：获得含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分的催化材料；使催化材料沉积到支撑体上以形成柴油氧化催化剂复合材料；和在至少约500℃的温度条件下在湿度和氧气的存在下处理催化材料以形成完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料。

9、在一些实施方案中，催化材料可以作为铂组分和高表面积耐火金属氧化物载体的浆液提供。在特定实施方案中，处理步骤是在沉积步骤之前进行的。在其它实施方案中，处理步骤是在沉积步骤之后进行的。

10、在特定实施方案中，可以先将高表面积耐火金属氧化物载体施用到支撑体上，然后加入铂组分，并且此方法可以包括在将铂组分沉积到支撑体上的步骤之后处理催化材料。

11、温度可以在550-650℃的范围内。湿度可以在约0.1-20体积％的范围内。处理步骤的时间可以是约30秒至约3小时。

12、在另一方面中，本发明提供一种完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料，其包含：在支撑体上的柴油氧化催化材料，此催化材料含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分，其中在暴露于具有柴油发动机的车辆的操作条件之前，催化材料显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率，此复合材料是根据以下步骤制备的：获得含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分的催化材料；使催化材料沉积到支撑体上以形成柴油氧化催化剂复合材料；和在至少约500℃的温度下在湿度和氧气的存在下处理催化材料以形成完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料。

技术特征：

1.一种柴油氧化催化剂复合材料，其包含：在支撑体上的柴油氧化催化材料，此催化材料含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分，其中在暴露于具有柴油发动机的车辆的操作条件之前，催化材料显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率。

2.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中催化材料基本上不含通过co-drifts检测的在>约2110cm-1处的氧化铂物质。

3.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中催化剂复合材料在生产催化剂材料期间被完全熟化。

4.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中当暴露于具有柴油发动机的车辆在约200-350℃下的连续操作时，催化材料继续显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率。

5.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中铂组分是粒子形式，并具有通过co-化学吸附方法检测的平均粒径为约0.5-6nm。

6.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中催化材料还包含钯组分。

7.权利要求6的柴油氧化催化剂复合材料，其中铂与钯之间的重量比率是约10:1至2:1。

8.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中支撑体是流通式基底或壁流式过滤器。

9.权利要求1的柴油氧化催化剂复合材料，其中高表面积耐火金属氧化物载体包含氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化硅或其组合。

10.权利要求1-9中任一项的柴油氧化催化剂复合材料，其是根据以下步骤制备的：

11.一种处理含有氮氧化物(nox)的气流的方法，此方法包括使得此气流从根据权利要求1-9中任一项的柴油氧化催化剂复合材料通过。

12.权利要求11的方法，其中气流是来自柴油发动机的排气料流。

13.一种形成完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料的方法，此方法包括：

14.权利要求13的方法，其中催化材料是作为铂组分和高表面积耐火金属氧化物载体的浆液提供的。

15.权利要求13或14的方法，其中处理步骤是在沉积步骤之前进行的。

16.权利要求13或14的方法，其中处理步骤是在沉积步骤之后进行的。

17.权利要求13的方法，其中先将高表面积耐火金属氧化物载体施用到支撑体上，然后加入铂组分，并且其中在将铂组分沉积到支撑体上的步骤之后处理催化材料。

18.权利要求13或14的方法，其中温度是在约550-650℃的范围内。

19.权利要求13或14的方法，其中湿度是在约0.1-20体积％的范围内。

20.权利要求13或14的方法，其中处理步骤的时间是约30秒至约3小时。

21.一种完全熟化的柴油氧化催化剂复合材料，其包含：在支撑体上的柴油氧化催化材料，此催化材料含有在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分，其中在暴露于具有柴油发动机的车辆的操作条件之前，催化材料显示通过co-drifts检测的在约2085-2105cm-1范围内的峰振动频率，此复合材料是根据以下步骤制备的：

技术总结
本发明提供燃烧发动机的排放处理系统，其包含在生产期间、即在暴露于具有柴油发动机的车辆的操作条件之前熟化的含铂催化剂。含铂催化剂是在高表面积耐火金属氧化物载体上的铂组分的形式，其显示通过CO‑DRIFTS检测的在约2085‑2105cm<supgt;‑1</supgt;范围内的振动频率。这些催化材料基本上不含通过CO‑DRIFTS检测的在大于约2110cm<supgt;‑1</supgt;处的氧化铂物质。这些催化剂能提供一氧化氮(NO)向二氧化氮(NO<subgt;2</subgt;)的优异且持久的转化。

技术研发人员：X·魏,S·A·罗斯,H·朱
受保护的技术使用者：巴斯夫公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16