一种汽油车颗粒捕集催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽油车颗粒捕集催化剂及其制备方法，尤其是一种低背压高捕集效率的汽油车颗粒捕集催化剂及其制备方法，属于汽车尾气净化技术领域。

背景技术

一氧化碳、氮氧化物、碳氢等气体污染物和颗粒物是汽油车排放污染物的主要控制对象，传统的后处理技术是通过采用三元催化剂和颗粒捕集催化剂实现气态污染物的控制，同时利用颗粒捕集催化剂的过滤性能实现汽油车颗粒物的控制。但随着汽油机发动机技术水平的不断提升，通过三元催化剂可完全解决气态污染物排放的问题，颗粒捕集催化剂主要用于颗粒污染物的控制。但颗粒捕集催化剂高的颗粒捕集效率通常会伴随着高的背压，影响车辆的动力性和燃油经济性。因此，低背压、高颗粒物捕集效率的颗粒捕集催化剂成为该领域的技术难点。

影响颗粒捕集催化剂初始背压和颗粒捕集效率的主要参数是催化涂层在载体内壁孔道的分布状态。当前市场常见的几种汽油机颗粒捕集催化剂的涂层分布形态：第一种是将催化活性涂层涂覆到载体内壁孔道中，优点是催化剂的初始背压低，对整车的油耗、动力性比较友好，缺点是催化剂对颗粒物的捕集效率较低；第二种是将大部分催化活性涂层涂覆到载体内壁孔道表面，优点是催化剂对颗粒物捕集效率比较高，对污染物尤其氮氧化物的处理比第一种涂覆方式要好，缺点是背压比较高，长期使用对整车的动力及油耗具有一定的不利影响；第三种是将催化活性涂层一部分涂覆到载体的内壁孔道中，一部分涂覆到载体内壁孔道表面上，优点是对颗粒物具有很高的捕集效率，缺点是催化剂的初始背压增幅较大。以上几种汽油机颗粒捕集催化剂都无法将活性涂层百分之百的分布在载体的内壁孔道表面上，因此也不能同时满足低背压高颗粒物捕集效率的要求。

发明内容

本发明的目的解决当前市场上汽油机颗粒捕集催化剂紧耦合在三元催化剂后无法同时满足低背压高颗粒物捕集效率要求，提供了一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂及其制备方法，通过用纤维素浆液占据载体内壁的孔道，再将惰性浆液涂层均匀涂覆到载体内壁表面上，最后将催化剂内壁孔道中的纤维素在高温环境中燃烧干净，保留了载体内壁中微小孔道，同时在载体内壁表面增加一层惰性浆液涂层，这样不仅能提升了催化剂对颗粒物的捕集效率，同时降低了气流通过催化剂内壁的阻力。

根据本发明提供的一种技术方案，以壁流式蜂窝状堇青石为载体，先在载体的进出气孔道内壁涂覆一层纤维素浆液，所述纤维素浆液占据载体孔道内壁的微孔；再在载体进出气孔道表面上涂上一层惰性浆液涂层，所述惰性浆液涂层的总负载量为140～900g/ft

进一步的，所述纤维素浆液的组成为：固体质量百分比浓度为1～3wt％的羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧丙基纤维素一种或几种的水溶液。

进一步的，所述惰性浆液涂层组成为：固体质量百分比浓度为2～25％的ZrO

进一步的，所述的惰性涂层组成材料主要用于阻止颗粒物快速穿过载体内壁和贵金属承载的作用。

优选的，所述惰性浆液涂层组成为：占所述固体80wt％的SiO

优选的，所述惰性浆液涂层组成为：占所述固体100wt％的ZrO

优选的，所述惰性浆液涂层组成为：占所述固体100wt％的Al

优选的，所述惰性浆液涂层其浆液D90在25～35um之间，D50在10～20um之间。

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，首先将一定量的纤维素加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，并用HAc、HNO

步骤(2)，将步骤(1)所得浆液A涂覆到目数为300的壁流式蜂窝载体进气端孔道中，涂覆浆液A量为5000～6000g/ft

步骤(3)，再将一定量的惰性浆液涂层组分加入到去离子水中，搅拌得到浆液B；

步骤(4)，将步骤(3)所得浆液B涂覆到步骤(2)制得的带有纤维素涂层的蜂窝载体上，负载量为70-450g/ft

步骤(5)，将步骤(4)制得的带有涂层的蜂窝载体在150℃烘干30min后在500℃焙烧 1小时备用；

步骤(6)，将步骤(1)所得浆液A涂覆到步骤(5)备用带涂层载体出气端孔道内壁表面上，涂覆浆液量为5000～6000g/ft

步骤(7)，将步骤(3)所得浆液B涂覆到步骤(6)制得的带有纤维素涂层的蜂窝载体上，负载量为70～450g/ft

优选的，步骤(1)中所述浆液A中固体质量百分比浓度为1～3wt％。

优选的，步骤(3)中所述浆液B中固体质量百分比浓度为2～25％。

本发明一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂优点在于在壁流式载体进出气端内壁微孔中先涂覆一层纤维度涂层，再在载体进出气孔道内壁表面上涂覆一层惰性浆液涂层，通过对惰性浆液涂层负载量和颗粒度精确控制，避免涂层渗入到载体内壁微孔中，使惰性浆液涂层能够均匀分布在载体内壁孔道表面，这样在保证气体高流通速率的同时增加了催化剂对尾气中颗粒物的拦截效率，从而降低了颗粒捕集剂催化剂背压增幅的同时也提升了对整车颗粒物捕集效率。本发明的惰性涂层组成材料主要用于阻止颗粒物快速穿过载体内壁和贵金属承载的作用。

具体实施方式

下面将结合具体实施案例对本发明作进一步的描述。

对比实施例1

一种汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L；在载体涂上一层Pd、Rh涂层，涂覆量为2500g/ft

将500g的铈锆和氧化铝的复合氧化物和适量去离子水混合，铈锆和氧化铝的复合氧化物和去离子水质量比为1:1，搅拌后加入硝酸钯和硝酸铑溶液球磨，控制D90为1～3um，D50为0.5～1um，将得到的浆液分两等份分别涂覆到上述蜂窝载体进出气孔道中，在150℃烘干30min，再将烘干的带有涂层的蜂窝载体在550℃焙烧120min，即可得到一种汽油车颗粒捕集催化剂，其中铈锆和氧化铝的复合氧化物主要组成为：35wt％的CeO

对比实施例2

一种汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L；在载体涂上一层Pd、Rh涂层，涂覆量为2500g/ft

将500g的铈锆和氧化铝的复合氧化物和适量去离子水混合，铈锆和氧化铝的复合氧化物和去离子水质量比为1:1，搅拌后加入硝酸钯和硝酸铑溶液球磨，控制D90为8～10um， D50为2～4um，将得到的浆液分两等份分别涂覆到上述蜂窝载体进出气孔道中，在150℃烘干30min，再将烘干的带有涂层的蜂窝载体在550℃焙烧120min，即可得到一种汽油车颗粒捕集催化剂，其中铈锆和氧化铝的复合氧化物主要组成为：35wt％的CeO

对比实施例3

一种汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L；在载体涂上一层对比实施例1和对比实施例2的Pd、Rh混合涂层，总涂覆量为2500g/ft

实施例4

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为3wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在4500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在33～35um之间，D50在18～20um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为2％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为4500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为6000g/ft

实施例5

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为1.5wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3000cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为15％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为3000cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例6

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为1wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在2500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为25％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为2500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例7

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为2wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在27～29um之间，D50在12～14um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为3％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为3500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5500g/ft

实施例8

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为2wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3000cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为10％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为3000cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例9

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为2wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3000cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为10％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为3000cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例10

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф118.4mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为18um，体积为1.40L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为3wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在4500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在33～35um之间，D50在18～20um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为2％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为4500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为6000g/ft

实施例11

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为18um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为3wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在4500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在33～35um之间，D50在18～20um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为2％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为4500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为6000g/ft

实施例12

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф118.4mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为16um，体积为1.40L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为3wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在4500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在33～35um之间，D50在18～20um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为2％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为4500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为6000g/ft

实施例13

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф143.8mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为2.06L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为2wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3000cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，同时调整惰性浆液中固体质量百分比浓度为10％，将得到的浆液备用。

最后将制得的粘度为3000cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例14

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为3wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在4500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在33～35um之间，D50在18～20um，加入3g/ft

最后将制得的粘度为4500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为6000g/ft

实施例15

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为1.5wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在3000cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，加入2g/ft

最后将制得的粘度为3000cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

实施例16

一种低背压高捕集效率汽油车颗粒捕集催化剂，选用规格Ф132.1mm×127mm，孔密度为300cpsi，孔壁厚为8mil，孔隙率为65％，平均孔径为20um，体积为1.74L的载体。

首先将8g的纤维素，加入到去离子水中，搅拌得到悬浊液，控制悬浊液中固体质量百分比浓度为1wt％。并用HAc溶液的调节悬浊液的粘度在2500cP备用。

其次将200g的惰性材料和适量去离子水混合，惰性材料和去离子水质量比为1:3，搅拌均匀后球磨，控制D90在25～27um之间，D50在10～12um，加入1g/ft

最后将制得的粘度为2500cP纤维素悬浊液涂覆到载体进气端，涂覆量为5000g/ft

将实施例1～6制得的颗粒捕集催化剂分别安装到一辆国六排放车三元催化剂后端的紧耦合位置，整车排放测试按WLTC循环进行，测试车辆发动机排量为1.5TL，其PN捕集效率测试结果如下表1所示。

表1

将实施例1～6制得的颗粒捕集催化剂在25±5℃，100kpa，空气流量为600m

表2

表1、表2的催化剂排放测试结果表明，本发明一种汽油车颗粒捕集催化剂具有背压低、对颗粒物高捕集效率的特点。