三元催化剂
三元催化剂被大量使用，以用于净化基本以化学计量运转的内燃机 的废气。它们能够将发动机的三种主要污染物即烃类、 一氧化碳和氮氧 化物同吋转化成非污染性组分。经常使用的是双层催化剂，该催化剂将 各催化过程分开，从而使得两个层中的催化活性能够最佳匹配。对减少内燃机排放的不断增加的要求使得需要对催化剂进行持续进 一步的开发。用于污染物转化的催化剂的起燃温度(light-off temperature) 及其热稳定性特别重要。污染物的起燃温度表示将例如多于50%的该污 染物转化时的温度。这些温度越低，冷起动后就可越早地将污染物转化。 在全负荷下，在发动机的出口可直接产生高达1150'C的废气温度。催化 剂的热稳定性越好，其就可以靠发动机越近。这同样可以在冷起动后改 善废气净化。
本文介绍一种三元催化剂的，该催化剂具有在由 陶瓷或金属构成的惰性催化剂载体上的两个叠置的催化活性涂层。该催 化剂的特征在于，这两个层各含有活性氧化铝和铈/锆混合氧化物，并且第一层的两种氧化物材料通过钯进行催化活化，而第二层的两种氧化物 材料通过铑进行活化，第二层的铈/锆混合氧化物具有比第一层的铈/锆混 合氧化物更高的氧化锆含量。"第一层"在各种情形中是指直接涂敷到 蜂窝体的层。第二层沉积在第一层上，并且与待净化的废气直接接触。将第一层和第二层的活性氧化铝和铈-锆混合氧化物以粉状固体引入 到涂层中，并且将钯和铑均沉积在各自层的氧化铝上和铈/锆混合氧化物 上。此外，第二层中的铈/锆混合氧化物具有比第一层中的钸/锆混合氧化 物更高的氧化锆含量。可以用选自以下组中元素的至少一种及其混合物的氧化物来稳定两 种混合氧化物：铁、锰、锡、钛、硅、钇、镧、镨、钕、钐，以便改善 它们的热稳定性。基于经稳定的混合氧化物的总重量计，掺杂元素的量以氧化物计优选为1-15重量％、特别为5-10重量％。优选第一铈/锆混合氧化物的氧化铈与氧化锆重量比为0.8-1.2，而第 二铈/锆混合氧化物的氧化铈与氧化锆重量比为0.5-0.1。这些材料的比表 面积有利地为50-100 m2/g。第一层和第二层的活性氧化铝优选还通过掺以氧化铝的总重量计 1-10重量％的氧化镧进行稳定化。可以通过另外用氧化锶和/或氧化钡浸 渍第一层的活性氧化铝和铈/锆混合氧化物，以进一步改善催化剂的热稳 定性。催化剂载体通常是蜂窝体，该蜂窝体具有体积V，并且具有用于内 燃机废气的平行流动通道，这些流动通道的壁涂覆有两个催化剂层，在 第一层中钯的含量为基于蜂窝体体积的0.1-10 g，在第二层中铑的含量为 0.01-1 g。在该催化剂的特定实施方案中，第二层中的活性氧化铝和第二铈/锆 混合氧化物除用铑外还可用铂进行催化活化，铂的含量为基于蜂窝体体积的0.01-1 g。为了用两种催化活性层涂覆催化剂载体，将为各自层提供的固体悬 浮在例如水中。对于第一层，所述固体是活性氧化铝和第一铈/锆混合氧 化物。通过US 6,103,660中描述的方法，使用氢氧化钡或氢氧化锶作为 碱，优选将钯从硝酸钯沉淀在这些材料上。可立刻用以这种方式获得的 悬浮体涂覆催化剂载体。随后干燥所涂敷的层，如果合适，则进行煅烧。 然后涂敷第二涂层。为此，将活性氧化铝和第二铈/锆混合氧化物再次悬 浮在水中，并且通过引入硝酸铑而将铑沉淀在它们上面。由于使用氢氧化钡或氢氧化锶作为用于使硝酸钯沉淀的碱，在最终 煅烧后，氧化钡或氧化锶残留在第一涂层上。
作为上述工序的替代方式，还可在催化剂的各个固体组分上分开沉 积贵金属。举例来说，可以仅在此时将钯活化的氧化铝和钯活化的铈/锆 混合氧化物一起悬浮在水中，并且涂敷到催化剂载体上。这种工序使得 可以将氧化铝上催化活性贵金属的含量、和铈/锆混合氧化物上催化活性 贵金属的含量按照目标方法进行设定。优选使用EP957064中描述的方法 在氧化铝和铈/锆混合氧化物上分开沉积贵金属。