本发明涉及催化剂领域，具体而言，涉及一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂、制备方法及应用。
背景技术：
1、与汽油和柴油相比，以天然气作为汽车燃料能有效减少碳氢化合物（hc）、氮氧化物（nox）、co等汽车尾气污染物及温室气体co2的排放，天然气车具有很大发展潜力。天然气发动机可采用当量比燃烧或稀薄燃烧模式。采用当量比燃烧时，仅使用三效催化剂就能将hc、nox和co三种污染物同时转化为无毒的co2、h2o和n2，后处理装置组成简单，因此目前天然气车普遍采用当量比燃烧模式。近年来，为应对气候变化和能源危机，各国发布了更严苛的油耗排放法规，明确要求大幅提升汽车燃油经济性。由于稀薄燃烧热量损失较少、发动机效率较高，因此采用稀薄燃烧模式能大大降低燃油消耗率，是降低油耗的有效方案。
2、天然气发动机采用稀薄燃烧时，可采用甲烷氧化催化剂（moc）氧化去除hc和co，但nox在富氧条件下无法被有效还原，需要增加额外的催化剂单元去除nox。以尿素作为还原剂的选择性催化还原（urea-scr）技术已广泛应用于柴油车nox排放控制，该技术可用来解决稀薄燃烧天然气发动机nox排放问题，然而，由于尿素储存与输送装置体积庞大，占用空间较多，同时尿素喷射装置还存在nh3泄露风险，需要额外加装氨氧化催化剂（asc）消除泄露的nh3，这无疑会大幅增加后处理装置的体积和成本。
3、近年来，一种用于稀薄燃烧汽油机的尾气后处理技术路线被提出：三效催化剂（twc）+被动选择性催化还原（pscr）技术。该技术路线的原理为：在富燃模式下，三效催化剂产生nh3，这些nh3存储在pscr催化剂上；在稀燃模式下nox与存储在pscr催化剂上的nh3发生scr反应而转化。该技术路线以三效催化剂作为nh3源，免去了尿素喷射系统，后处理装置体积缩小，成本降低。但该技术路线还不成熟，尚存在一些技术难题亟待解决。其中一个技术难题与twc相关，该技术路线要求三效催化剂在富燃模式下能高效催化转化hc、co和nox，且能产生大量nh3以缩减富燃模式时间，同时要求在稀燃模式下三效催化剂也要具有优异的hc和co氧化能力。而现有三效催化剂尤其是用于天然气车的三效催化剂只能在当量比附近有效消除hc、co和nox，在富燃模式下，hc和co的转化效率降低，在稀燃模式下，hc转化困难。
4、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂、制备方法及应用，以解决现有三效催化剂存在的只能在当量比附近有效消除hc、co和nox，在富燃模式下hc和co转化效率低，在稀燃模式下hc转化困难低的问题。
2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，包括基体、第一催化剂涂层材料和第二催化剂涂层材料，所述第一催化剂涂层材料和所述第二催化剂涂层材料分段涂覆于所述基体上；
4、所述第一催化剂涂层材料包括第一载体材料和第一活性组分，所述第一载体材料包括ceo2-zro2-la2o3-nd2o3、la2o3-al2o3、ceo2-al2o3中的一种或几种，所述第一活性组分包括pd；
5、所述第二催化剂涂层材料包括第二载体材料和第二活性组分，所述第二载体材料包括ceo2、ceo2-zro2-la2o3-y2o3、ceo2-zro2-la2o3-pr6o11中的一种或几种，所述第二活性组分包括pt和/或ni。
6、进一步地，所述ceo2-zro2-la2o3-nd2o3中ceo2含量为20~30wt%，zro2含量为60~75wt%，la2o3含量为2~9wt%，nd2o3含量为3~7wt%；
7、所述la2o3-al2o3中la2o3含量为3~5wt%，al2o3含量为95~97wt%；
8、所述ceo2-al2o3中ceo2含量为3~5wt%，al2o3含量为95~97wt%。
9、进一步地，所述ceo2-zro2-la2o3-y2o3中ceo2含量为60~70wt%，zro2含量为20~30wt%，la2o3含量为2~9wt%，y2o3含量为2~13wt%；
10、所述ceo2-zro2-la2o3-pr6o11中ceo2含量为60~70wt%，zro2含量为20~30wt%，la2o3含量为2~9wt%，pr6o11含量为2~7wt%。
11、进一步地，所述第一催化剂涂层材料中ceo2含量为0~30 wt%，所述第一活性组分含量为0.5~2.5wt%；所述第二催化剂涂层材料中ceo2含量为60~100wt%，所述第二活性组分含量为0.5~15wt%。
12、进一步地，所述第一催化剂涂层材料涂覆于所述基体靠近发动机的一端；所述第二催化剂涂层材料涂覆于所述基体远离发动机的一端。
13、第二方面，本发明提供了一种上述稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法，包括以下步骤：
14、s1、通过浸渍法将所述第一活性组分的前驱体溶液负载于所述第一载体材料上，经过干燥和焙烧处理后得到所述第一催化剂涂层材料；
15、s2、通过浸渍法将所述第二活性组分的前驱体溶液负载于所述第二载体材料上，经过干燥和焙烧处理后得到所述第二催化剂涂层材料；
16、s3、将所述第一催化剂涂层材料与粘结剂进行球磨混合后涂覆于靠近发动机的所述基体前段50%区域，经过干燥和焙烧处理后得到半成品催化剂；
17、s4、将所述第二催化剂涂层材料与粘结剂进行球磨混合后涂覆于远离发动机的所述基体后段50%区域，经过干燥和焙烧处理后得到成品催化剂。
18、进一步地，所述s1和s2中的前驱体溶液包括硝酸盐溶液、乙酸盐溶液、盐酸盐溶液或铵盐溶液。
19、进一步地，所述s3和s4中的粘结剂为铝溶胶、硅溶胶和锆溶胶中的一种或几种。
20、进一步地，所述s1~s4中干燥条件为100~120℃干燥3~5 h，焙烧条件为500~600℃焙烧2~5 h。
21、第三方面，本发明提供了一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂在天然气车尾气处理中的应用，所述稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂为上述稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，或采用上述稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法制备出的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂。
22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23、本发明提供的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂包括基体、第一催化剂涂层材料和第二催化剂涂层材料，所述第一催化剂涂层材料和所述第二催化剂涂层材料分段涂覆于所述基体上，其中第一催化剂涂层材料包括特定的第一载体材料和特定的第一活性组分，第二催化剂涂层材料包括特定的第二载体材料和特定的第二活性组分。该催化剂能够在富燃模式下有效去除hc、co和nox，并产生大量nh3，同时在稀燃模式下也具有很高的hc和co催化氧化性能。该催化剂用于稀薄燃烧天然气发动机twc+pscr技术路线，能达到较好的尾气污染物净化效果。
1.一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，其特征在于，包括基体、第一催化剂涂层材料和第二催化剂涂层材料，所述第一催化剂涂层材料和所述第二催化剂涂层材料分段涂覆于所述基体上；
2.根据权利要求1所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，其特征在于，所述ceo2-zro2-la2o3-nd2o3中ceo2含量为20~30wt%，zro2含量为60~75wt%，la2o3含量为2~9wt%，nd2o3含量为3~7wt%；
3.根据权利要求1所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，其特征在于，所述ceo2-zro2-la2o3-y2o3中ceo2含量为60~70wt%，zro2含量为20~30wt%，la2o3含量为2~9wt%，y2o3含量为2~13wt%；
4.根据权利要求1所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，其特征在于，所述第一催化剂涂层材料中ceo2含量为0~30 wt%，所述第一活性组分含量为0.5~2.5wt%；所述第二催化剂涂层材料中ceo2含量为60~100wt%，所述第二活性组分含量为0.5~15wt%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，其特征在于，所述第一催化剂涂层材料涂覆于所述基体靠近发动机的一端；所述第二催化剂涂层材料涂覆于所述基体远离发动机的一端。
6.权利要求1-5任一项所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法，其特征在于，所述s1和s2中的前驱体溶液包括硝酸盐溶液、乙酸盐溶液、盐酸盐溶液或铵盐溶液。
8.根据权利要求6所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法，其特征在于，所述s3和s4中的粘结剂为铝溶胶、硅溶胶和锆溶胶中的一种或几种。
9.根据权利要求6所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法，其特征在于，所述s1~s4中干燥条件为100~120℃干燥3~5 h，焙烧条件为500~600℃焙烧2~5 h。
10.一种稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂在天然气车尾气处理中的应用，其特征在于，所述稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂为权利要求1-5任一项所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂，或采用权利要求6-9任一项所述的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂的制备方法制备出的稀薄燃烧天然气发动机用三效催化剂。
