沸石/氧化铝催化剂载体组合物及其制备方法
2019-11-22

沸石/氧化铝催化剂载体组合物及其制备方法

本发明公开了沸石/氧化铝复合材料以及其制备方法,该用作催化剂基材或催化剂载体的复合材料包含二氧化硅/氧化铝比值大于300的沸石和比表面积大于100m

在本发明的另一个实例中,向催化剂载体的结构内混入贵金属催化剂,从而形成三元催化净化剂(TWC)体系,用于从废气中除去烃、一氧化碳和氮的氧化物。具体而言,该TWC体系催化剂包含上述沸石/氧化铝复合催化剂载体,其中沸石的二氧化硅/氧化铝比至少为300,氧化铝包含比表面积大于100m2/g的γ-氧化铝。

合适的沸石包括任何具有所需非常高的二氧化硅/氧化铝比的以二氧化硅为基的沸石。可用于本发明的高二氧化硅/氧化铝比的沸石可以是选自以下的沸石:丝光沸石、超稳定的Y(USY)、ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11、ZSM-12、HyperY、β-沸石、H-镁碱沸石、H-硅铝钾沸石、HL粉末、八面沸石、X沸石、L型沸石、针沸石、EMC-2,以及它们的组合,优选是硅质岩,以及任何天然沸石,包括毛沸石、斜发沸石、菱沸石(chanazite)和钙十字沸石。具有所需高含量二氧化硅的一种商购沸石是得自PQ Corporation的CBV 3002。

实施例1将包含450克SiO2/Al2O3比值为300的ZSM-5沸石(CBV-3002,得自PQCorporation)、270克γ-氧化铝(TA 2300,得自Sumitomo Chemical,掺有4重量%镧且表面积为110m2/g)、180克勃姆石(Catapal B,得自Vista Chemical Co.,表面积为250m2/g)和54克甲基纤维素临时粘合剂(Methocel A4M,得自DowChemical Co.)的批料混合物,用2重量%乙酸(Aldrich Chemical Company Inc.)处理之后在Littleford干混机中混合。然后将混合批料转移到研磨机中,向批料中加入350毫升水用来均匀地塑化该批料。

实施例2将包含360克沸石、360克γ-氧化铝、180克勃姆石和54克甲基纤维素临时粘合剂的批料进行混合,并挤出形成蜂窝体和棒,所用的方法和具体材料与实施例1中所用的相同。挤出的沸石/氧化铝复合材料的物理和机械性能示于表II。

用于氧化铝的较佳稳定剂是氧化镧(La2O3),它通过浸渍方法混入到复合材料的γ-氧化铝组分中。镧浸渍是使得复合材料包含占氧化铝总量0.5-20重量%,较好是4-6重量%的氧化镧。若镧的加入量小于该范围,那么就观察不到由于其加入而产生活性增加的有益效果。

在一个较佳实例中,本发明的TWC催化剂体系包含0.142-1.70g/m3(5-60g/ft3)的贵金属催化剂,更好是铂和铑的混合物(铂/铑比约为5)。一种较佳混合物包含最多为1.13g/m3(40g/ft3)的铂和最多为0.23g/m3(8g/ft3)的铑,更好是0.94g/m3(33.3g/ft3)的铂和0.19g/m3(6.6g/ft3)的Rh。

实施例3将包含2270克沸石、450克γ-氧化铝、180克勃姆石(Versal 700,得自LaRoche Industries)、54克甲基纤维素临时粘合剂和2重量%的乙酸的批料混合在一起,挤出形成蜂窝体和棒,所用的方法和具体材料(除勃姆石以外)与实施例1中所用的相同。物理和机械性能示于表I。如实施例1所述使挤出的蜂窝体负载以催化剂,同样测试其催化活性,具体是测量CO、NOx和HC半转化率的温度(即点火温度)。催化结果示于表II。

本发明还针对一种三元催化净化剂(TWC)体系,用来从废气中除去烃、一氧化碳和氮的氧化物,该TWC体系包括以下组分:(1)沸石/氧化铝复合材料催化剂载体,其断裂模量至少为52.7kg/cm2(750psi),其中沸石的二氧化硅/氧化铝比值至少为300,氧化铝包含比表面积大于100m2/g的γ-氧化铝;(2)浸渍在催化剂载体上的贵金属催化剂,所述贵金属选自铂、铑、铱和钯。

从表II可见,比较例5的100%氧化铝样品的催化性能低于本发明实施例1-3和实施例6-11的样品。具体来说,比较例5催化剂的点火温度低于200℃。可以认为,尽管孔隙率高,但尺寸非常小孔隙的存在限制了催化性能,因为废气污染物分子扩散经过这些细孔很困难。

催化剂领域中熟知,通道尺寸较小和通道壁厚较薄的催化转化器中催化剂几何表面积就增加,从而增强了污染物扩散进入催化剂并与其接触,即无需显著增加背压就能提高通量。其次,通道密度高的蜂窝体的通道尺寸小,这就增大了污染物扩散至催化剂表面的浓度梯度。这使得到达催化剂表面的污染气流通量高。