一种LNT载体、稀燃NO的制作方法

一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车
技术领域
1.本发明属于汽车领域，特别是涉及一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车。


背景技术：

2.在汽车的排放法规(国6排放法规)中，对no
x
的排放限值，做了更严格的要求。
3.在现有技术中，由于汽机特点是富氧燃烧，因而汽车的尾气中含有大量的no
x
。本领域技术人员，为了降低no
x
的排放，lnt(lean nox trap，稀燃no
x
捕集技术)在国6法规阶段被开发出来，并应用于汽车中。其中，lnt主要用于对no
x
捕集和释放，以及对no
x
进行还原，达到净化no
x
的目的。
4.在实际应用中，通过在汽车中增加lnt，可使得no
x
的净化总效率有一定的提升，但是提升后所达到的净化总效率值，仍然低于75％(75％是判断净化效率是否良好的标准，大于75％才可称之为净化效率良好)。
5.因此，现有技术中的lnt，并不能使柴油车中no
x
的净化总效率达到良好的标准。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术中存在的问题，使柴油车中no
x
的净化总效率达到良好的标准，本发明提供了一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车。
7.第一方面，本发明提供了一种lnt载体，所述载体包括：基底和涂层；所述基底分为前后两部分，所述涂层包括第一涂层和第二涂层；
8.其中，所述第一涂层涂覆在所述基底的前部分，所述第二涂层涂覆在所述基底的后部分；
9.所述第一涂层用于lnt内的no
x
的净化；
10.所述第二涂层用于lnt内的no
x
的存储和释放。
11.优选地，所述基底的组成物质包括惰性物质和添加剂；
12.所述惰性物质包括陶瓷、金属、碳化硅、钛酸铝中的任意一种；
13.所述添加剂用于提高所述载体的比表面积和增强所述载体的no
x
附着能力。
14.优选地，所述第一涂层包括贵金属；
15.所述贵金属包括pt、pd、rh中的至少一种。
16.优选地，所述第一涂层涂覆在所述基底的前半部分；所述第二涂层涂覆在所述基底的后半部分；
17.所述第一涂层的涂覆量以及所述第二涂层的涂覆量均是根据所述基底的外形和尺寸确定的。
18.优选地，所述第二涂层包括ceo2和baco3中的一种或两种。
19.优选地，所述基底的结构包括蜂窝状结构。
20.优选地，所述基底是一体成型的。
21.优选地，所述基底由第一子基底和第二子基底组成，所述第一子基底与所述第二
子基底前后放置；
22.所述第一子基底上涂覆所述第一涂层；
23.所述第二子基底上涂覆所述第二涂层。
24.第二方面，本发明提供了一种稀燃no
x
捕集器，所述稀燃no
x
捕集器由外到内依次包括壳体、衬垫和上述第一方面所述的lnt载体。
25.第三方面，本发明提供了一种汽车，所述汽车为安装有上述第二方面所述的稀燃no
x
捕集器的汽车。
26.本发明实施例提供了一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车，该lnt载体包括：基底和涂层；其中，基底分为前后两部分，涂层包括第一涂层和第二涂层；第一涂层涂覆在基底的前部分，用于lnt内的no
x
的净化，第二涂层涂覆在所述基底的后部分，用于lnt内的no
x
的存储和释放。本发明的lnt载体，将净化no
x
的涂层涂覆在基底的前部分，将存储no
x
的涂层涂覆在基底的后部分，通过这种分段涂覆的方式，使得净化no
x
的物质可预先被充分用于no
x
的净化，而不受no
x
的释放过程的影响，进而提高了对no
x
的净化总效率。
附图说明
27.图1示出了现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图；
28.图2示出了本发明实施例中的lnt的一种结构示意图；
29.图3示出了本发明实施例中的lnt载体的一种结构示意图；
30.图4示出了本发明实施例中的对某试验车的no
x
的排放量的测试结果。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
32.现在行业内针对汽车对国6排放法规的两种排放路线主要后处理布置的处理方式如图1所示，图1为现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图。
33.如图1所示，现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式为：汽车尾气经过增压器后，从排气入口进入，依次流经lnt、dpf(diesel particulate filter，柴油颗粒捕集器)以及scr(selective catalytic reduction，选择性催化还原装置)。其中，lnt对尾气中的氮氧化物(no
x
)进行净化、捕集和释放，dpf对尾气中的碳颗粒进行捕集，scr对lnt中释放出来的no
x
进行催化还原。
34.其中，lnt的应用，使得汽车尾气中no
x
的净化总净化效率有一定的提升，但是仍然低于标志no
x
的净化效果良好的标准值(75％)。
35.因此，本发明实施例提供了一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车，以解决上述现有技术中存在的净化效果较差的问题。
36.首先，发明人探索了no
x
的净化效果较差的原因。具体如下：
37.(一)发明人探索了现有的lnt的结构
38.图2示出了本发明实施例中的lnt的一种结构示意图；如图2所示，常用的lnt的结
构如梭形，该lnt包括壳体22、衬垫23和载体21。壳体22的两端设有开口，如图2中的箭头所示，两端的开口用于尾气的流入和流出；衬垫23夹设于载体21的外周壁和壳体22的内周壁之间，起到保证密封性和减震保护作用；载体21位于壳体22的中，载体21沿纵向的两端分别朝向对应侧的壳体22的开口，载体21上设有沿纵向延伸的多个孔道，孔道的内壁上涂覆有涂层，该涂层由pt、pd、rh、ceo2以及baco3的混合而成，尾气流经载体21时，途经载体21上的多个孔道，并与多个孔道的内壁充分接触面积。
39.如图2所示，壳体22沿尾气的流经方向，依次包括第一连接管段(221)、第一扩张段222、主体段223、第二扩张段224和第二连接管段225，其中，载体21位于主体段223内，第一扩张段222和第二扩张段224形成为从一端到另一端内径逐渐增大，并且第一扩张段222和第二扩张段224的内径较大的一端均朝向主体段223，从而使得主体段具有较大的内径，即更大的内部空间，以容纳载体21，使流经主体段的气流能够在其中更充分地附着、捕集和反应。
40.(二)发明人探索了lnt在净化no
x
中的作用及其原理
41.lnt的第一个作用：利用内部涂层中的贵金属，催化如下反应(1-6)所示的氧化反应和还原反应的正常发生。该作用的目的是净化污染物co、hc、no
x
。其中，lnt内的no
x
净化也被行业内称为d-no
x
。
42.co 1/2o2→
co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)氧化反应
43.hc o2→
h2o co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)氧化反应
44.co no
→1/2n2 co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)还原反应(通过co进行d-no
x
)
45.hc no
→
n2 h2o co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)还原反应
46.no 1/2h2→
h2o nh3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)还原反应(通过h2进行d-no
x
)
47.h2 no
→
h2o 1/2n2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)还原反应(通过h2进行d-no
x
)
48.lnt的第二个作用：no、no2在ceo2、baco3的作用下存储于lnt中，此反应过程被称为no
x
存储。其中，no的氧化、no
x
存储发生的另一个条件是轻型柴油机处于稀燃阶段，具体反应如反应式(7-8)所示。
49.no
x
存储反应：
50.baco3 2no2 1/2o2→
ba(no3)2 co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
51.ceo2 3no 2o2→
ce(no3)3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
52.在轻型柴油机处于浓燃阶段时，尾气中含有大量的co(一氧化碳)和约占尾气总量1.2％的h2(氢气)，lnt在co和h2的作用下可以释放出被存储的no
x
。此过程被称为no
x
释放。释放出的no
x
被后续的排气净化装置(例如scr)净化。
53.no
x
释放反应：
54.ce(no3)3→
ceo2 3no2 1/2o2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
55.ba(no3)2 co2→
baco3 3no2 1/2o2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
56.ba(no3)2 3h2 co2→
baco3 2no 2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
57.ba(no3)2 3co
→
baco3 2no 2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
58.ba(no3)2 1/3c3h6→
baco3 2no h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
59.由上述所示的反应式(3)、(5)、(6)、(11)和(12)可知，在d-no
x
的净化反应中，所需的co和h2，在no
x
释放反应中也同样会参与反应。也就是说，如果采用现有技术中所公开的
lnt载体(lnt载体的孔道内部，由ceo2、baco3、pt、pd、rh这些物质混合均匀所得到的混合物，进行均匀涂覆)，那么d-no
x
中对no
x
的氧化反应、还原反应，会与d-no
x
的释放反应同时进行，这样，d-no
x
的净化反应中所需的h2，会被释放反应消耗掉约一半的量，使得h2不能充分地参与d-no
x
的净化反应，进而降低了d-no
x
的净化总效率。
60.并且，发明人还发现，如果让参与释放反应的h2，去d-no
x
，由反应式(12)可知，释放反应仍可以由大量的co(因为浓燃时，尾气中会排放大量的co)完成，可以不受h2的量的影响。即，在d-no
x
中，可让h2起主要作用，而在释放反应中，co起主要作用。
61.也就是说，在现有技术中，传统的lnt载体的制备方式为：在lnt载体的内部(即，尾气流经的孔道的内表面)，ceo2、baco3、pt、pd、rh这些物质被混合均匀并一起被涂在lnt载体的内部。然而，通过这种传统的制备方式制备的lnt载体，所取得的lnt中d-no
x
效率相对较低。当然，提升lnt d-no
x
的能力可以通过加大贵金属pt、pd、rh的涂覆量解决，但是这会增加成本。可预知的是贵金属pt、pd、rh比黄金的价格更贵，即，该方法成本较高，并不经济。本发明实施例的出发点：
62.h2具有非常出色的d-no
x
能力，但是轻型柴油机在浓燃时排出燃烧室的尾气中h2占比仅约1.2％，如果将ceo2、baco3、pt、pd、rh这些物质被一起均匀的涂在lnt载体上，如上文公式(11)h2与“baco
3”高效的“no
x
释放”反应，使得“baco
3”“抢占”了一些仅有的、少量的、珍贵的h2资源，所以h2被“baco
3”的“抢占”，影响了一些lnt中h2对d-no
x
的贡献。即，h2被“baco
3”“抢占”是影响lnt d-no
x
能力的主要原因。其中，“lnt d-no
x
能力”是指lnt净化no
x
的能力。
63.本发明的技术构思为：对lnt载体内部的多孔道结构进行分段涂覆，将d-no
x
所需的材料(如贵金属等)，与no
x
存储反应所需的材料(ceo2、baco3等)分开，然后分别涂覆在多孔道结构的不同位置；并且，为了避免h2被释放反应耗损，将d-no
x
所需的材料涂覆在lnt载体的前部分，该前部分是指：以尾气流入的方向为基准，接近尾气入口的部分；相应的no
x
存储反应所需的材料，涂覆在lnt载体的后部分，即接近尾气出口的部分。
64.基于上述技术构思，本发明第一方面提供了一种lnt载体，该载体包括：基底和涂层；基底分为前后两部分，涂层包括第一涂层和第二涂层；其中，第一涂层涂覆在所述基底的前部分，第二涂层涂覆在所述基底的后部分；第一涂层用于lnt内的no
x
的净化；第二涂层用于lnt内的no
x
的存储和释放。
65.具体实施时，图3示出了本发明实施例中的lnt载体的一种结构示意图，如图3所示，本发明实施例中的基底是内部具有多孔结构的多孔基底，涂层涂覆在每个孔道的内表面，尾气进入lnt后，从lnt载体中孔道流出，进而尾气会在流经孔道的过程中，与孔道内表面的涂层充分接触，并进行相应的反应。
66.在本发明实施例中，按照尾气的流向，将多孔基底分为前后两部分(如图3所示)，在前部分的孔道内表面，涂覆用于净化no
x
的材料，得到第一涂层；在后部分的孔道内表面，涂覆用于存储no
x
的材料，得到第二涂层。
67.本发明实施例提供的lnt载体，将净化no
x
的涂层涂覆在基底的前部分，将存储no
x
的涂层涂覆在基底的后部分，通过这种分段涂覆的方式，使得还原no
x
的物质可预先被充分用于no
x
的还原，而不受no
x
的存储过程的影响，进而提高了对no
x
进行还原的净化总效率。
68.本实施例中，优选地，基底的组成物质包括惰性物质和添加剂；该添加剂用于提高
lnt载体的比表面积和增强所述载体的no
x
附着能力。
69.其中，该添加剂通过提高基底的比表面积，从而提高涂层的涂覆面积，进而达到提高lnt载体的比表面积的目的；并且，该添加剂具有较强的吸附no
x
的能力，从而使用该添加剂可以增强lnt载体的no
x
附着能力。
70.具体实施时，惰性物质包括陶瓷、金属、碳化硅、钛酸铝中的任意一种；添加剂可以为氧化铝。
71.本实施例中，优选地，第一涂层包括贵金属和助剂；助剂用于提高第一涂层中催化剂(即贵金属)的催化活性、提高第一涂层的高温稳定性以及提高第一涂层的抗硫能力。
72.具体实施时，贵金属包括pt、pd、rh中的至少一种；助剂可以为氧化锆。
73.本实施例中，优选地，第一涂层涂覆在基底的前半部分；第二涂层涂覆在基底的后半部分；第一涂层的涂覆量以及第二涂层的涂覆量均是根据基底的外形和尺寸确定的。
74.具体实施时，可以将基底平均分为前后两部分，第一涂层涂覆在基底的前半部分，第二涂层涂覆在基底的后半部分。其中，第一涂覆层的涂覆量以及第一涂覆层的涂覆量均是根据基底的外形和尺寸确定的，例如，针对圆柱体基底(可参考图3所示的圆柱体)，该圆柱体内部是蜂窝状结构的多孔结构，然后根据该圆柱体的外直径、长度以及用户自身的需求，确定第一涂覆层中贵金属的涂覆量。
75.本实施例中，优选地，第二涂层包括ceo2和baco3中的一种或两种。
76.本实施例中，优选地，基底的结构包括蜂窝状结构，可参照图3所示的蜂窝状结构。
77.具体实施时，基底的结构形状，与壳体22的主体段223的形状一致，以使得基底可以无缝地镶嵌在壳体22中，从而使得尾气流入壳体22后，只能从基底的孔道中流出。
78.本实施例中，优选地，基底是一体成型的；或基底由第一子基底和第二子基底组成，第一子基底与第二子基底前后放置；第一子基底上涂覆第一涂层；第二子基底上涂覆第二涂层。
79.具体实施时，一方面，本发明实施例中的基底可以是一体成型的，即一个整体，然后第一涂层和第二涂层分别涂覆在该基底的前后两部分上；另一方面，本发明实施例中的基底也可以是由两个独立的子基底组成，为方便表述，称之为第一子基底和第二子基底，第一子基底的孔道的内表面涂覆上述的第一涂层，并放置在主体段223的前端，第二子基底的孔道的内表面涂覆上述的第二涂层，并放置在主体段223的后端。
80.为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例中的lnt载体，以下通过具体的实施例来说明本发明实施例中的lnt载体对于提高no
x
的净化总效率的具体表现。
81.本实施例的具体实施过程如下：
82.步骤1，制备1号载体和2号载体：
83.采用现有技术制备lnt载体(为方便区分，称之为1号载体)：将1.33g pt、1.33g pd、1.33g rh、2g ceo2以及2g baco3混合均匀，制成混合涂料，然后，将该混合涂料涂覆在外直径为152.4mm，长度为101.6mm的多孔圆柱体基底的孔道内表面，得到1号载体。
84.制备本发明实施例中的lnt载体(为方便区分，称之为2号载体)：首先，将1.33g pt、1.33g pd、1.33g rh混合均匀，得到第一涂层的涂料，将2g ceo2和2g baco3混合均匀，得到第二涂层的涂料；然后，将外直径为152.4mm，长度为101.6mm的多孔圆柱体基底，平均分为前后两部分，将第一涂层的涂料涂在lnt载体的前1/2部分的各孔道内表面，将第二涂层
的涂料涂在lnt载体的后1/2部分的各孔道内表面(本发明中，将这种方法称为“分段涂覆”)，得到2号载体。
85.由上述制备1号载体和2号载体的方法可知，本发明实施例中，所用的原料相同，各原料的用量相同，基底也相同。
86.步骤2，将制备的1号载体和2号载体，安装于同一试验车中，进行试验：
87.准备两个相同的lnt壳体和衬垫，并将1号载体和2号载体分别安装于各个lnt中，得到两个lnt；然后，将装有1号载体的lnt先安装于某试验车中，进行试验，并记录no
x
的排放量，该次试验可称为第一次试验；接着，将装有1号载体的lnt取下，重新在该试验车中安装装有2号载体的lnt，再进行试验，并记录此次的no
x
的排放量，该次试验可称为第二次试验。最后，进行数据统计，并计算lnt d-no
x
的总效率。
88.图4示出了本发明实施例中的对某试验车的no
x
的排放量的测试结果，图4中，“lnt前no
x
的排放量”是指进入lnt之前的尾气中的no
x
的排放含量；“lnt后no
x
的排放量”是指尾气流经装有1号载体的lnt后，所得到的尾气中的no
x
的排放含量；“使用本专利后lnt后no
x
的排放量”是指尾气流经装有2号载体的lnt后，所得到的尾气中的no
x
的排放含量，即，使用装有本发明的lnt载体后的lnt，所测得的该lnt后的尾气中的no
x
的排放含量。
89.如图4所示，根据gb 18352.6-2016要求的wltc循环测试，测试公司某试验车(此时该试验车上安装的是装有1号载体的lnt)lnt d-no
x
的总效率约66.1％。lnt前总(原排)no
x
：10.93g，lnt总处理no
x
：7.22g。然后，将装有2号载体的lnt替换在此试验车上重新测试，lnt前总(原排)no
x
：约10.93g，lnt总处理no
x
：8.49g，lnt在wltc循环处理77.9％，达到了良好的水平。
90.由测试结果可知：由于发动机的排出的尾气首先流经lnt(如图1所示)，更优先的流经第一涂层的涂料涂在lnt载体的前1/2部分(如图3所示)，h2在pt、pd、rh的作用下(尤其是pt、pd)高效净化no
x
，如上文公式(5)(6)所示。因此，采用本发明的lnt载体，可使得lnt d-no
x
的总效率达到77.9％(根据行业经验，lnt d-no
x
的总效率＞75％可以称之为良好)。
91.由本发明该实施例可知，本发明采用“分段涂覆”的方式，将pt、pd、rh涂在lnt载体的前1/2部分，再将ceo2、baco3涂在lnt载体的后1/2部分。这种“分段涂覆”的方法，使得轻型柴油机在浓燃时排出燃烧室的气体中h2占比仅约1.2％的前提下，更多的被应用到“h2的d-no
x”；进一步的，这种“分段涂覆”的方法避免了“no
x
存储”对“h2的d-no
x”的影响。
92.本发明的lnt载体是在lnt载体的pt、pd、rh、ceo2、baco3这些物质的量没有被改变的前提下，仅通过本发明的“分段涂覆”即可实现lnt d-no
x
能力的至少10％的提升。即，在各物质的用量相同、基底相同、操作手段也相同的情况下，采用本发明的“分段涂覆”，可使得lnt对no
x
的净化能力至少提升10％，并使得no
x
的净化效果达到良好的要求。
93.其中，该10％的计算公式为：(“lnt后no
x
的排放量”的总和
-“
使用本专利后lnt后no
x
的排放量”的总和)/“lnt后no
x
的排放量”的总和
×
％。“使用本专利后lnt后no
x
的排放量”的总和：使用装有2号载体的lnt后，将每一秒测得的no
x
的排放量相加，得到一个总和。lnt后no
x
的排放量”的总和：使用装有1号载体的lnt后，将每一秒测得的no
x
的排放量相加，得到一个总和。
94.并且，由于本发明实施例提供的lnt载体可有效地提高lnt d-no
x
能力，降低no
x
的排放，因此，本发明实施例提供的lnt载体，可应用于所有排放含有no
x
的尾气的汽车，特别
是no
x
排放量较多的轻型柴油车。
95.第二方面，本发明提供了一种稀燃no
x
捕集器，该稀燃no
x
捕集器由外到内依次包括壳体、衬垫和上述第一方面所述的lnt载体。
96.第三方面，本发明提供了一种汽车，该汽车为安装有上述第二方面所述的稀燃no
x
捕集器的汽车。
97.对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
98.以上对本发明所提供的一种lnt载体、稀燃no
x
捕集器及汽车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。