一种催化剂装置、发动机及车辆的制作方法

本申请涉及催化，尤其涉及一种催化剂装置、发动机及车辆。

背景技术：

1、氮氧化物是一种常见的空气污染物，广泛来源于自然界和人类活动，我国氮氧化物污染物人为排放的主要来源于交通运输业的发动机。使用选择性催化还原(selectivecatalytic reduction，简称scr)系统通过催化剂的作用，可选择性地将氮氧化物气体还原为氮气和水，可以有效地降低汽车尾气中的氮氧化物气体排放。但现有scr催化剂在较高温度窗口下550℃～650℃催化活性下降显著，难以满足排放标准的要求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种催化剂装置、发动机及车辆，旨在解决催化剂装置在550℃～650℃的温度窗口范围内的催化活性较低的问题。

2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种催化剂装置，包括壳体，壳体内设有容纳腔，容纳腔内设置有催化剂，催化剂用于催化氮氧化物气体的还原反应，催化剂包括：铜元素；铜元素包括：孤立铜离子和存在于氧化铜中的铜离子，孤立铜离子的原子个数大于氧化铜中的铜离子的原子个数。

4、本申请实施例提供的催化剂装置，催化剂中的铜元素是对氮氧化物气体的还原反应具有催化功能的活性组分，铜元素中的活性位点可以促进氮氧化物气体与还原剂之间的反应，铜元素的存在形式主要有：孤立铜离子和存在于氧化铜中的铜离子，即包括孤立cu2+，cuo和cu+。其中，孤立cu2+为氮氧化物气体的还原反应的活性位点，能更容易与氮氧化物气体接触并发生相互作用，孤立铜离子与氮氧化物气体反应经过两步还原反应最终还原为cu(cu2+→cu+，cu+→cu)：在低于800℃时，cu2+被还原为cu+；在高于800℃时，cu+被还原为cu，从而促进催化反应的进行；而且孤立铜离子更倾向于直接参与氮氧化物的还原反应，通过电子转移等过程促进氮氧化物的分解和还原。通过孤立铜离子的原子个数大于氧化铜中的铜离子的原子个数的设置，即使在550℃～650℃的较高温下有少部分孤立的铜离子发生聚集，也仍有足够的孤立铜离子存在，不会形成大量的氧化铜颗粒，对于氨气氧化的作用的影响也会减弱，从而减少了还原剂的消耗，使得更多的还原剂可用于氮氧化物的还原反应，从而提高氮氧化物的转化率。

5、因此，铜元素中，孤立铜离子的原子个数越多，活性位点越多，催化剂装置性能越好，增加其原子个数将有助于提高整个催化剂装置的催化活性，促进氮氧化物的还原反应的进行，可以提高催化剂装置在550℃～650℃的温度窗口范围内对氮氧化物气体的还原反应的转化率。

6、在一些实施例中，催化剂还包括：分子筛。

7、铜元素的质量，与分子筛的质量和铜元素的质量之和的比值范围为0.01～0.04。

8、在一些实施例中，催化剂包括第一催化剂和第二催化剂，且所述第二催化剂与所述第一催化剂不同。

9、在一些实施例中，在550℃～650℃的温度范围下，第一催化剂对氮氧化物气体还原反应的转化率大于第二催化剂对氮氧化物气体还原反应的转化率。

10、在一些实施例中，第一催化剂包括：aei型分子筛和cha型分子筛中的至少一种。

11、在一些实施例中，第一催化剂包括：cu-ssz-39。

12、在一些实施例中，cu-ssz-39中的铜元素的质量，与cu-ssz-39的质量的比值范围为0.01～0.04。

13、在一些实施例中，cu-ssz-39中的铜元素的质量，与cu-ssz-39的质量的比值范围为0.01～0.03。

14、在一些实施例中，第二催化剂包括：bea型分子筛、mfi型分子筛和cha型分子筛中的至少一种。

15、在一些实施例中，第二催化剂包括：cu-ssz-13。

16、在一些实施例中，cu-ssz-13中的铜元素的质量，与cu-ssz-13的质量的比值范围为0.01～0.04。

17、在一些实施例中，cu-ssz-13中的铜元素的质量，与cu-ssz-13的质量的比值范围为0.01～0.03。

18、在一些实施例中，催化剂还包括：载体。催化剂设于载体上。

19、在一些实施例中，载体包括多孔陶瓷材料。

20、在一些实施例中，载体包括：第一载体和第二载体，第一催化剂设于第一载体上，第二催化剂设于第二载体上。

21、在一些实施例中，第一载体具有孔结构，第一催化剂至少部分设于第一载体的孔壁上，第一催化剂在第一载体的孔壁上的厚度范围为50μm～100μm。

22、在一些实施例中，第二载体具有孔结构，第二催化剂至少部分设于第二载体的孔壁上，第二催化剂在第二载体的孔壁上的厚度范围为50μm～100μm。

23、在一些实施例中，第一催化剂在第一载体的孔壁上的厚度范围为70μm～80μm。

24、在一些实施例中，第二催化剂在第二载体的孔壁上的厚度范围为70μm～80μm。

25、在一些实施例中，催化剂包括沿第一方向排布的第一催化区域和第二催化区域；第一方向为氮氧化物气体的流动方向；第一催化区域具有第一载体和第一催化剂；第二催化区域具有第二载体和第二催化剂。

26、在一些实施例中，第一催化区域的长度与第二催化区域的长度之间的比值范围为0.2～5，长度方向为氮氧化物气体的流动方向。

27、在一些实施例中，第一催化剂的质量与第二催化剂的质量的比值范围为0.2～5。

28、第二方面，本申请提供一种发动机，包括如上述实施例任一项所述的催化剂装置。

29、在一些实施例中，发动机包括发动机主体和多个排气管，所述多个排气管首尾依次连接，并与所述发动机主体连接，所述催化剂装置设置于所述多个排气管之间，以处理所述发动机排放的氮氧化物。

30、在一些实施例中，多个排气管之间还设置有氨气生成模块，在所述氮氧化物气体的流动方向上，所述氨气生成模块设于所述催化剂装置的上游，

31、其中，所述氨气生成模块用以生成氨气，所述催化剂装置用以加快氮氧化物和氨气的反应。

32、在一些实施例中，所述氨气生成模块包括氨发生催化剂模块，所述氨发生催化剂模块用以将氮氧化物催化转化为氨气。

33、在一些实施例中，氨气生成模块包括尿素喷射装置，所述尿素喷射装置用以提供尿素水溶液以生成氨气。

34、可以理解地，本申请的上述实施例提供的发动机，其所能达到的有益效果可参考上文中催化剂装置的有益效果，此处不再赘述。

35、第三方面，本申请提供一种车辆。该车辆包括：如上述实施例中的催化剂装置，或者如上述实施例中的发动机。

36、可以理解地，本申请的上述实施例提供的车辆，其所能达到的有益效果可参考上文中催化剂装置的有益效果，此处不再赘述。

1.一种催化剂装置，包括壳体，壳体内设有容纳腔，容纳腔内设置有催化剂，所述催化剂用于催化氮氧化物气体的还原反应，其特征在于，所述催化剂包括：铜元素；所述铜元素包括：孤立铜离子和存在于氧化铜中的铜离子；

2.根据权利要求1所述的催化剂装置，其特征在于，催化剂还包括：分子筛；

3.根据权利要求1或2所述的催化剂装置，其特征在于，所述催化剂包括：第一催化剂和第二催化剂；且所述第二催化剂与所述第一催化剂不同。

4.根据权利要求3所述的催化剂装置，其特征在于，在550℃～600℃的温度范围下，所述第一催化剂对氮氧化物气体还原反应的转化率大于所述第二催化剂对氮氧化物气体还原反应的转化率。

5.根据权利要求3或4所述的催化剂装置，其特征在于，所述第一催化剂包括：aei型分子筛和cha型分子筛中的至少一种。

6.根据权利要求3～5任一项所述的催化剂装置，其特征在于，所述第一催化剂包括：cu-ssz-39。

7.根据权利要求6所述的催化剂装置，其特征在于，所述cu-ssz-39中的铜元素的质量与所述cu-ssz-39的质量的比值范围为0.01～0.04。

8.根据权利要求7所述的催化剂装置，其特征在于，所述cu-ssz-39中的铜元素的质量与所述cu-ssz-39的质量的比值范围为0.01～0.03。

9.根据权利要求3～8任一项所述的催化剂装置，其特征在于，所述第二催化剂包括：bea型分子筛、mfi型分子筛和cha型分子筛中的至少一种。

10.根据权利要9所述的催化剂装置，其特征在于，所述第二催化剂包括：cu-ssz-13。

11.根据权利要求10所述的催化剂装置，其特征在于，所述cu-ssz-13中的铜元素的质量与所述cu-ssz-13的质量的比值范围为0.01～0.04。

12.根据权利要求11所述的催化剂装置，其特征在于，所述cu-ssz-13中的铜元素的质量与所述cu-ssz-13的质量的比值范围为0.01～0.03。

13.根据权利要求1～12任一项所述的催化剂装置，其特征在于，所述催化剂还包括：载体，所述催化剂设于所述载体上。

14.根据权利要求13所述的催化剂装置，其特征在于，所述载体包括：多孔陶瓷材料。

15.根据权利要求13或14所述的催化剂装置，其特征在于，所述载体包括：第一载体和第二载体，所述第一催化剂设于所述第一载体上，所述第二催化剂设于所述第二载体上。

16.根据权利要求15所述的催化剂装置，其特征在于，所述第一载体具有孔结构，所述第一催化剂至少部分设于所述第一载体的孔壁上，所述第一催化剂在所述第一载体的孔壁上的厚度范围为50μm～100μm；和/或，

17.根据权利要求16所述的催化剂装置，其特征在于，所述第一催化剂在所述第一载体的孔壁上的厚度范围为70μm～80μm；和/或

18.根据权利要求13所述的催化剂装置，其特征在于，所述催化剂包括沿第一方向排布的第一催化区域和第二催化区域；所述第一方向为所述氮氧化物气体的流动方向；

19.根据权利要求18所述的催化剂装置，其特征在于，所述第一催化区域的长度与所述第二催化区域的长度的比值范围为0.2～5；所述长度方向为所述氮氧化物气体的流动方向。

20.一种发动机，其特征在于，包括：如权利要求1～19任一项所述的催化剂装置。

21.根据权利要求20所述的发动机，其特征在于，包括发动机主体和多个排气管，所述多个排气管首尾依次连接，并与所述发动机主体连接，所述催化剂装置设置于所述多个排气管之间，以处理所述发动机排放的氮氧化物。

22.根据权利要求21所述的发动机，其特征在于，所述多个排气管之间还设置有氨气生成模块，在所述氮氧化物气体的流动方向上，所述氨气生成模块设于所述催化剂装置的上游，

23.根据权利要求22所述的发动机，其特征在于，所述氨气生成模块包括氨发生催化剂模块，所述氨发生催化剂模块用以将氮氧化物催化转化为氨气。

24.根据权利要求22所述的发动机，其特征在于，所述氨气生成模块包括尿素喷射装置，所述尿素喷射装置用以提供尿素水溶液以生成氨气。

25.一种车辆，其特征在于，包括：如1～19任一项所述的催化剂装置，或者如权利要求20～24所述的发动机。