以天燃气为燃料的汽车尾气净化的三效催化剂
汽车工业的发展也显著增加了对石油的需求量，我国石油资源日益紧缺，1993年起已成为石油净进口国。2004年进口原油1亿吨。最近国际原油价格飞涨，燃油价格也随之不断攀升，因此从我国能源结构、环境保护、资源特点出发，发展清洁的代用燃料汽车受到我国各级政府的大力支持。天燃气(简称CNG，下同)具有燃烧特性接近汽油，辛烷值较汽油高，热效率大等优点。CNG用于汽车燃料，由于其化学组成简单和具有高的氢碳比，而易于完全燃烧，与汽油车尾气排放相比，CO和HC均有大幅度的下降。同时将汽油车改装为CNG汽车所需的改装技术简单，因而CNG燃料车得到了广泛的应用。目前，CNG汽车都是在定型的汽油车的基础上改装而成的，所使用的尾气净化催化剂是针对汽油车的工况和排放特点而设计的，不能很好的适应CNG汽车的尾气净化。如：CNG汽车尾气中CO浓度较低、HC多为饱和烃、NOx含量高、操作温度较高等等。因此汽油车尾气净化催化剂对CNG车不能很好的适应，有必要针对CNG汽车尾气的工况和排放特点研究开发出CNG汽车专用的尾气净化催化剂。国际上通常所采用的汽车尾气催化剂的组成为：在蜂窝状陶瓷或金属合金载体上涂覆大比表面积的涂层(Washcoat)，然后再负载催化活性组分。催化活性组分一般为Pt、Rh、Pd等贵金属，根据实际需要，既可采用单贵金属组分，也可采用多贵金属组分。一般而言，性能优良的汽车尾气三效催化剂应具备：1)具有较低的起燃温度，降低冷启动时污染物的排放；2)很高的净化效率，适应越来越严格的排放标准；3)能承受大空速负荷；4)有较高的耐热性能和机械强度；6)具有足够长的使用寿命；7)合理的成本等。
本文介绍的技术方案为：铈锆固溶体的重量比为7∶3～3∶7，所述的铈锆固溶体还包括铈锆固溶体总重量0.2～3％的其他元素，该其他元素选自其他稀土元素的氧化物、碱土金属、铝或硅等元素的一种或一种以上；其中以铈锆比为4∶6～6∶4的铈锆固溶体为最佳；其他稀土元素氧化物为镧系元素的氧化物或氧化钡，其中以氧化镧为最佳；涂层的重量占载体重量的15～25％；涂层中，铈锆固溶体、稀土氧化物和氧化铝的重量比为：铈锆固溶体∶稀土氧化物∶氧化铝＝1∶0.1～0.6∶8～20；催化剂中活性组分铂-铑-铈金属氧化物的重量为催化剂重量的0.5～6％，催化剂中铂-铑-铈的重量比为3～6∶2～4∶15～30，催化剂中铂含量为0.1～0.4克/升催化剂，铑含量为0.05～0.2克/升催化剂。
制备方法为：(1)将堇青石蜂窝状陶瓷载体浸泡在重量浓度为50～30％的涂层水浆料中5～15分钟，烘干，400～600℃焙烧3～6小时。所说的涂层水浆料为铈锆固溶体、稀土氧化物、氧化铝、增粘剂和水的混合物。其中，铈锆固溶体、稀土氧化物和氧化铝的重量比如前所述，增粘剂的重量为铈锆固溶体、稀土氧化物和氧化铝总重量的0.5～5％，所说的增粘剂为硝酸；(2)然后将步骤(1)制备的已含有涂层的堇青石蜂窝状陶瓷载体，采用等体积浸渍法浸渍在重量浓度为0.5～6％的含有铂盐、铑盐和铈盐的水溶液中5～10分钟，干燥、500～800℃焙烧3～6小时，经氢气还原后即制得催化剂；在铂盐、铑盐、铈盐的水溶液中，铂盐、铑盐、铈盐的重量比为3～6∶2～4∶15～30；所说的氢气还原为一种常规的方法，同文献(Roberta Brayber，Dacid dosSantos Cunha，Francois Bozon-Berduraz.Catalysis Today，2003，78，419～432)中的描述；所说的铂盐选自氯铂酸或硝酸铂；所说的铑盐选自氯化铑或硝酸铑；所说的铈盐选自硝酸铈；按照本发明，最好可在真空条件下，将堇青石蜂窝状陶瓷状陶瓷载体浸泡在涂层浆料中5～10分钟；或将步骤(1)制备的已含有涂层材料的堇青石蜂窝状陶瓷载体采用等体积浸渍法先用铂盐、铑盐水溶液进行浸渍后，干燥、400～600℃焙烧3～6小时后，再用铈盐水溶液进行浸渍，然后干燥，500～800℃焙烧3～6小时；铂盐、铑盐水溶液的重量浓度为0.1～1.5％；铈盐水溶液的重量浓度为0.5～4.5％；或将步骤(1)制备的已含有涂层的堇青石蜂窝状陶瓷载体采用等体积浸渍法先用铈盐水溶液进行浸渍，干燥，500～800℃焙烧3～6，再用铂盐、铑盐进行浸渍，干燥，400～600℃焙烧3～6小时；铂盐、铑盐水溶液的重量浓度为0.1～1.5％；铈盐水溶液的重量浓度为0.5～4.5％。
本文制备的催化剂对CNG汽车尾气净化具有优良的三效催化净化性能。如对CO的起燃温度为185℃，对HC的起燃温度为210℃，对NOx的起燃温度为218℃，具有很好的低温起燃性能。同时具有较宽的空燃比操作窗口和优良的耐高温性能，最高使用温度可达1000℃，使用寿命CNG汽车行驶8万公里后仍能符合欧洲II号排放标准。在催化活性组分中引进贱金属稀土铈，大大降低了贵金属铂、铑的用量。