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Dokumentenidentifikation DE60129181T2 11.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001149623
Titel Katalysator und Verfahren zur Abgasreinigung
Anmelder Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Suga, Katsuo, Yokohama-shi, Kanagawa 236-0032, JP;
Nakamura, Masanori, Yokosuka-shi, Kanagawa 237-0062, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60129181
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.04.2001
EP-Aktenzeichen 011087525
EP-Offenlegungsdatum 31.10.2001
EP date of grant 04.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse B01D 53/94(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung von Abgas, welches aus einer Verbrennungseinrichtung abgegeben wird, wie einem Motor oder einem Boiler, und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas.

In den letzten Jahren wurden Kraftfahrzeuge mit niedrigen Kraftstoffverbrauch im Hinblick auf die Erschöpfung der Benzinressourcen und die Aufwärumung der Erde gefordert. In diesem Zusammenhang wurde der Entwicklung von Magermotorkraftfahrzeugen Aufmerksamkeit geschenkt. Bei dem Magermotorkraftfahrzeugen befindet sich das Abgas (Atmosphäre) in einem mageren Bereich, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während des mageren Betriebs im Vergleich mit einem stöchiometrischen Maß mager ist. In dem Fall, dass ein herkömmlicher Dreiwegekatalysator in solch einem mageren Bereich einer Abgasatmosphäre verwendet wird, kann die Reduktion des NOx unter der Wirkung des Überschusses an Sauerstoff unzureichend sein. Daher ist es besonders erwünscht, Abgasreinigungskatalysatoren zu entwickeln, welche wirksam NOx reduzieren können, auch in Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff.

In der EP-A-0856350 ist ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gezeigt, welcher ein Aluminiumoxidbasismaterial mit Gamma-Aluminiumoxid und eine Suspension aus Bindemittel wie Böhmit, umfasst, wobei der Bindemittelanteil in der Beschichtung 15 Gew.-% betrug.

Im Hinblick auf das Obige wurden eine Vielzahl von Katalysatoren zur Reinigung von Abgas zur Reduktion von NOx in dem mageren Bereich des Abgases vorgeschlagen. Ein Beispiel dieser Katalysatoren zur Reinigung von Abgas ist in der JP 5-168860 offenbart, wobei Platin und Lanthan auf einem porösen Substrat getragen werden, so dass NOx in dem mageren Bereich des Abgases gespeichert wird und freigesetzt wird, wenn sich die Konzentration an Sauerstoff verringert.

Die herkömmlichen Katalysatoren zur Reinigung von Abgas einschließlich des Katalysators, welcher in JP 5-168860 offenbart ist, zeigen jedoch Probleme, insofern dass sie eine unzureichende Leistung zeigen und nicht ausreichend aktiviert werden können, wenn die Temperatur des Abgases relativ niedrig ist (zum Beispiel in einem niedrigen Bereich von 100 bis 250°C). Zusätzlich ist in dem Kraftstoff und dem Schmieröl Schwefel enthalten, und daher wird dieser Schwefel in Form von Oxid in das Abgas abgegeben. Dieser Schwefel vergiftet ein NOx absorbierendes oder speicherndes Material in dem herkömmlichen Katalysator zur Reinigung von Abgas, wodurch die NOx Absorptionsfähigkeit des NOx absorbierenden Materials verringert wird.

Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator zur Reinigung von Abgas und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, wobei NOx in dem Abgas effektiv absorbiert oder gespeichert werden kann, wobei das Abgas nicht durch S vergiftet wird.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, welcher eine hohe Aktivität bei niedrigen Temperaturen, wie 150 bis 500°C, zeigt.

Dieser Gegenstand wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Katalysator zur Reinigung von Abgas gelöst, umfassend wenigstens ein Edelmetall gewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium, und Böhmit-Aluminiumoxid, wobei das Böhmit-Aluminiumoxid in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas enthalten ist und, wobei das wenigstens eine Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen wird.

Der Gegenstand wird gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren durch ein Verfahren zur Reinigung von Abgas gelöst, umfassend das Herstellen eines Katalysators zur Reinigung von Abgas, umfassend wenigstens ein Edelmetall, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium, und Böhmit-Aluminiumoxid, wobei das Böhmit-Aluminiumoxid in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je ein Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas enthalten ist, und wobei das Abgas aus einer Verbrennungseinrichtung durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas fließt, so dass die Stickstoffoxide in dem Abgas aus der Verbrennungseinrichtung von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert werden, wenn sich das Abgas in einem mageren Bereich befindet, und durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas zu Stickstoff reduziert werden, wenn sich das Abgas in einem Bereich befindet, einschließlich eines stöchiometrischen Bereichs und eines fetten Bereichs, und wobei das wenigstens eine Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen wird.

Hierbei ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas eine sehr hohe Aktivität bei niedrigen Temperaturen, wie 150 bis 500°C, zeigt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angeführt. Im Folgenden wird die Erfindung im größeren Detail anhand verschiedener Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei:

1 eine schematische Illustration darstellt, welche ein Konzept eines Mechanismus zeigt, wobei NOx von einem Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert wird; und

2 eine schematische Darstellung darstellt, welche ein Konzept eines Mechanismus zeigt, wobei NOx von einem herkömmlichen Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Katalysator zur Reinigung von Abgas wenigstens ein Edelmetall gewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium; und Böhmit-Aluminiumoxid dient als ein Basismaterial. In diesem Katalysator zur Reinigung von Abgas werden Stickstoffoxide in dem Abgas aus einer Verbrennungseinrichtung von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert, wenn sich das Abgas in dem mageren Bereich befindet, und wird durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas zu Stickstoff reduziert, wenn sich das Abgas in einem Bereich befindet, einschließlich eines stöchiometrischen Bereich und eines fetten Bereichs.

Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der folgenden Erkenntnis der Erfinder durchgeführt: Im Allgemeinen existieren OH Gruppen (sogenannte Oberflächenhydroxylgruppen) an dem Oberflächenbereich des Aluminiumoxids. In dem mageren Bereich oder der mageren Atmosphäre des Abgases, kann, bei einer gegenseitigen Wirkung zwischen diesen OH Gruppen und NOx, welches in der Anwesenheit von Edelmetallen, wie Pt, Pd, Rh und/oder dergleichen oxidiert wurde, NOx (NO2) von dem Aluminiumoxid gespeichert oder an diesem gehalten werden. Insbesondere wird NOx an den OH Gruppen festgehalten. Zusätzlich wird das von den OH Gruppen gehaltene NO2 in Stickstoff (N2) umgewandelt, wenn sich die Konzentration des reduzierendes Gases, wie HC, CO und dergleichen, in dem Abgas verringert. Das obige NOx, welches in der Anwesenheit von Edelmetallen oxidiert wurde, wurde als ein Ergebnis der Infrarotspektroskopieanalyse als NO2 identifiziert.

Die Verbrennungseinrichtung ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotor. In dem mageren Bereich weist das aus dem Motor ausgestoßene Abgas ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf, welches magerer (an Kraftstoff) ist, als ein stöchiometrischer Wert, bei welchem der Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird, welches ein magereres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, als ein stöchometrischer Wert. In dem stöchiometrischen Bereich weist das Abgas ein im Allgemeinen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf, wobei der Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird, mit einem im Allgemeinen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In dem fetten Bereich weist das Abgas ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf, welches reicher (an Kraftstoff) ist als der stöchiometrische Wert, wobei der Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird, mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mehr als dem stöchiometrischen Wert. Es sollte klar sein, dass in dem mageren Bereich oder der Atmolsphäre, die Konzentration an oxidierendem Gas relativ zu der Konzentration des reduzierenden Gases, wie HC und CO, hoch ist. Es sollte des Weiteren klar sein, dass die Verbrennungseinrichtung ein Ofen, ein Brenner oder ein Boiler sein kann.

Gemäß der obigen Erkenntnisse, dass NOx von den OH Gruppen des Basismaterials, wie Aluminiumoxid, gehalten werden kann, wird deutlich, dass das Basismaterial des Katalysators zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine große Anzahl (Menge) an OH-Oberflächengruppen in dem Oberflächenbereich aufweist. Ein bekanntes Bespiel solches eines Basismaterials ist Böhmit-Aluminiumoxid, dargestellt durch die chemische Formel AlOOH. In einem herkömmlichen Verfahren wurde aktiviertes Aluminiumoxid als ein Basismaterial (auf welchem die Metallbestandteile des Katalysators getragen werden) eines Katalysators zur Reinigung von Abgas verwendet. Das aktivierte Aluminiumoxid weist OH Gruppen mit einem bestimmten Maße auf, wohingegen Böhmit-Aluminiumoxid eine große Anzahl (Menge) an OH Gruppen besitzt. Es ist bevorzugt, dass Böhmit-Aluminiumoxid als das Basismaterial in dem Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das Basismaterial ist jedoch nicht besonders auf Böhmit-Aluminiumoxid beschränkt, so dass das Basismaterial auch aus anderen Materialien (mit einer relativ großen Anzahl an OH-Oberflächengruppen) bestehen kann, als Böhmit-Aluminiumoxid.

Die Menge oder der Anteil der Anwesenheit von OH Gruppen in dem Basismaterial kann zum Beispiel durch ein XRD (Röntgenstrahlbeugungs) Verfahren und eine NMR (Kemresonanzspektroskopie) Analyse spezifiziert oder gemessen werden. Das XRD Verfahren kann die Anwesenheit von Aluminiumverbindungen, welche OH Gruppen enthalten, spezifizieren. Die NMR Analyse kann Verhältnisse der Anwesenheit von OH Gruppen bereitstellen.

Böhmit-Aluminiumoxid wird vorzugsweise in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g verwendet, bevorzugter in einer Menge in dem Bereich von 50 bis 400 g je ein Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas oder je ein Liter des monolithischen Substrats, in dem Fall, dass das Böhmit-Aluminiumoxid von dem monolithischen Substrat getragen wird. Wenn die Menge oder der Anteil des Böhmit-Aluminiumoxids weniger als 20 g je ein Liter des Katalysators beträgt, ist die Anzahl (Menge) der OH Gruppen unzureichend, so dass keine ausreichende Wirkung der Bindundung von NOx an OH Gruppen im Oberflächenbereich des Böhmit-Aluminiumoxids erzielt werden kann. Auch wenn die Menge oder Anteil des Böhmit-Aluminiumoxids 400 g je ein Liter des Katalysators überschreitet, kann eine vorteilhafte Wirkung entsprechend einer erhöhten Menge an Böhmit-Aluminiumoxid nicht erzielt werden.

Die Edelmetalle, wie Pt, Pd und Rh, dienen nicht nur als Metallbestandteile des Katalysators zur Reduktion von Nox, sondern dienen auch als metallische Bestandteile des Katalysators zur Oxidation von HC und CO, wodurch das Abgas, welches vom Motor abgegeben wird, vollständig gereinigt wird.

Der Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine hohe Wärmebeständigkeit auf, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass der Katalysator hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Für diesen Zweck können metallische Bestandteile des Katalysators zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Edelmetalle und Aluminiumoxid in dem Katalysator zur Reinigung von Abgas enthalten sein, wobei Cerdioxid, Zirkondioxid, Lanthan, Barium und/oder dergleichen auf Böhmit-Aluminiumoxid getragen werden. Solch ein Cerdioxid und/oder dergleichen wurden herkömmlicher Weise für den gleichen Zweck in Dreiwegekatalysatoren verwendet.

Vorzugsweise werden Edelmetalle, wie Pt, Pd und/oder Rh, direkt auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen. Hierdurch nähern sich die Edelmetalle) und OH Gruppen in dem Oberflächenbereich des Basismaterials einander an, so dass eine gegenseitige Wirkung zwischen NOx auf den Edelmetallen und den OH-Oberflächengruppen einfach auftritt, wodurch die Wirkung des Bindung des NOx, welches durch die Edelmetalle reduziert wird, an den OH Gruppen des Oberflächenbereichs erhöht wird.

Zusätzlich ist es bevorzugt, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas Verbindungen von Alkalimetall, Verbindungen aus Erdalkalimetall und/oder Verbindungen aus Seltenerdmetall als einen metallischen Bestandteil des Katalysators enthält, wodurch die Absorptionsfähigkeit für NO2 weiter verbessert wird, und so die NOx Reduktionswirksamkeit verbessert wird. Man nimmt an, dass das Elektronenspenden von den obigen metallischen Bestandteilen des Katalysators an die Oberflächen OH Gruppen an dem Oberflächenbereich des Böhmit-Aluminiumoxids auftritt, wodurch die wechselseitige Wirkung zwischen NOx und OH Gruppen an dem Oberflächenbereich unterstützt wird. Bevorzugte Beispiele des Alkalimetalls, Erdalkalimetalls und Seltenerdmetalls im Hinblick auf die Rohrstoffmenge und die Leichtigkeit der Handhabung sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cesium (Cs), Strontium (Sr), Barium (Ba), und/oder Lanthan (La), wobei jede Kombination der obigen Metalle verwendet werden kann.

1 zeigt schematisch ein Konzept eines Mechanismus wobei NOx von dem Basismaterial (Böhmit-Aluminiumoxid) in dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung absorbiert wird. Wie aus 1 deutlich wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung NOx durch ein Edelmetall (metallischer Bestandteil des Katalysators) reduziert und anschließend nicht nur von dem Alkalimetall und/oder dergleichen absorbiert, sondern auch von den OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids absorbiert oder mit diesem kombiniert. Als ein Ergebnis kann der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung mehr NOx absorbieren als ein herkömmlicher ähnlicher Katalysator zur Reinigung von Abgas, welcher schematisch in 2 dargestellt ist. Bei dem herkömmlichen Katalysator zur Reinigung von Abgas, welcher in 2 gezeigt ist, wird NOx durch Edelmetall reduziert (metallischer Katalysatorbestandteil) und anschließend von dem Alkalimetall und/oder dergleichen absorbiert. Daher kann der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen ähnlichen Katalysatoren zur Reinigung von Abgas mehr NOx wirksam absorbieren.

Zusätzlich weist der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung ein Merkmal auf, einer S-Vergiftung freisetzenden oder zurücknehmenden Eigenschaft, durch welche der Katalysator leicht vor der Vergiftung mit Schwefel geschützt werden kann. Dies liegt daran, dass bei dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der Erfindung, S dazu neigt einfach von den OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids freigegeben werden, auch wenn OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids mit S vergiftet sind.

Des Weiteren zeigt der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung ein Merkmal, dass er eine hohe Niedertemperaturaktivität aufweist. Dies liegt daran, dass die Absorptionsreaktion von NOx an den OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids bei relativ niedrigen Temperaturen auftreten kann.

Es ist bevorzugt, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas verwendet wird, indem die Katalysatorbestandteile (das Basismaterial und die Edelmetalle der vorliegenden Erfindung auf einer Vielzahl von Formen von Substraten) aufgebracht werden. Bevorzugte Beispiele der Substrate sind monolithische Substrate gebildet durch wärmebeständiges Material, wie ein keramischer Cordieritsubstratwabenkörper und ein rostfreier Stahlsubstratwabenkörper. Um das monolithische Substrat mit dem Basismaterial und wenigstens einem Edelmetall der vorliegenden Erfindung zu beschichten, wird zum Beispiel Pulvermaterial, welches Böhmit-Aluminiumoxid enthält, in einem nassen Verfahren oder in der Anwesenheit einer Flüssigkeit pulverisiert, um eine Aufschlämmung zu bilden; und anschließend wird die Aufschlämmung auf das monolithische Substrat aufgebracht, um eine katalytische Beschichtung auf der Oberfläche des monolithischen Substrats zu bilden. Das wenigstens eine Edelmetall wird auch von dem monolithischen Substrat getragen, wenn das wenigstens eine Edelmetall zuvor auf dem Pulver des Böhmit-Aluminiumoxids oder anderen Pulvern getragen wird, gefolgt von Mischen, oder durch das Tränken des monolithischen Substrats mit einer Lösung enthaltend das wenigstens eine Edelmetall nachdem die anderen Katalysatorbestandteile als das wenigstens eine Edelmetall von dem monolithischen Substrat getragen wird. Hierdurch wird der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Der Katalysator zur Reinigung von Abgas wird in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet, in welchem NOx wirksam reduziert oder entfernt werden kann, indem die Zusammensetzung des Abgases auf solch eine Weise gesteuert wird, dass sich das Abgas abwechselnd im mageren Bereich und dem stöchiometrischen Bereich, oder im mageren Bereich und dem fetten Bereich befindet. Es ist klar, dass NOx von den Katalysatorbestandteilen absorbiert oder festgehalten oder gespeichert wird, wenn sich das Abgas in dem mageren Bereich befindet, und dass das gespeicherte NOx in N2 umgewandelt wird, wenn sich das Abgas in dem stöchiometrischen oder fetten Bereich befindet.

Es sollte auch festgehalten werden, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung NOx absorbieren und halten kann und das gehaltene NOx in N2 bei sehr niedrigen Temperaturen, wie 150°C, umwandeln kann. Demzufolge wird die Reduktion und die Entfernung von NOx möglich, auch wenn sich die Temperatur an einer Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators zur Reinigung von Abgas in einem Bereich von 150 bis 500°C befindet, wobei sich das Abgas im mageren Bereich befindet. Es wird angenommen, dass durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung, die Wechselwirkung zwischen NO2 und OH Gruppen bei Temperaturen auftritt, die niedriger sind als solche, bei denen die gegenseitige Wirkung zwischen NOx und Alkalimetall oder Erdalkalimetall bei herkömmlichen Katalysatoren auftritt, wie in 2 dargestellt. Zusätzlich wird festgehalten, dass NOx des Weiteren durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam reduziert oder entfernt werden kann, in dem Fall, dass sich das Luft/Kraftstoff (Luft/Kraftstoff) Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches, welches dem Motor zugeführt wird, in einem Bereich von 20 bis 50 und innerhalb eines Bereiches von 10,0 bis 14,6 befindet.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele im Vergleich mit Vergleichsbeispielen deutlicher, wobei diese Beispiele die Erfindung jedoch nur beschreiben sollen und nicht den Umfang der Erfindung beschränken sollen.

BEISPIEL 1

Zunächst wurde Böhmit-Aluminiumoxidpulver mit einer wässrigen Lösung aus Dinitrodiamminplatin getränkt und getrocknet und anschließend in Luft bei 400°C für 1 Stunde gebrannt, wodurch Pt-tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver (Pulver A) erhalten wurde, dessen Pt Konzentration 5,0 Gew.-% betrug.

Zusätzlich wurde Böhmit-Aluminiumoxidpulver mit einer wässrigen Lösung aus Rh Nitrat getränkt und getrocknet und anschließend für 1 Stunde in Luft bei 400°C gebrannt, wodurch Rh tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver (Pulver B) erhalten wurden, dessen Rh Konzentration 2,0 Gew.-% betrug.

Anschließend wurde eine Porzellankugelmühle mit 320 g des Pulvers A, 158 g des Pulvers B, 423 g eines aktivierten Aluminiumoxidpulvers und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von Mischen und Pulverisieren, wodurch eine Aufschlämmung erhalten wurde. Diese Aufschlämmung wurde auf ein keramisches wabenkörperartiges monolithisches Cordieritsubstrat mit einem Volumen von 1,7 Litern und 400 (axial erstreckenden) Zellen je Quadratinch aufgebracht, so dass die dünnen Wände der Zellen mit der Aufschlämmung beschichtet wurden. Anschließend wurde auf das beschichtete monolithische Substrat ein Luftstrom geblasen, um einen Überschuss an Aufschlämmung aus den Zellen zu entfernen, und bei 130°C getrocknet und anschließend bei 400°C für 1 Stunde gebrannt, wodurch ein Katalysator gebildet wurde, mit einer katalytischen Beschichtung, die auf den Wänden der Zellen des monolithischen Substrats ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtung betrug 200 g je 1 Liter des monolithischen Substrats, wobei 100 g Böhmit-Aluminiumoxid je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden.

Der so gebildete Katalysator wurde mit einer wässrigen Lösung aus Ba Acetat getränkt, und getrocknet und anschließend in Luft bei 400°C für 1 Stunde gebrannt. Als ein Ergebnis wurde ein Katalysator zur Reinigung von Abgas des Beispiels 1 hergestellt, mit einer katalytischen Beschichtung auf dem monolithischen Substrat, wobei das gesamte Gewicht der katalytischen Beschichtungen 250 g je 1 Liter des monolithischen Substrats betrug.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Ein Verfahren wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Böhmit-Aluminiumoxidpulver in Pulver A und Pulver B durch aktiviertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas des Vergleichsbeispiels 1 hergestellt wurde.

BEISPIEL 2

Ein Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein Teil des Böhmit-Aluminiumoxids in Pulver A durch aktiviertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, so dass 20 g Böhmit-Aluminiumoxid je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde.

BEISPIEL 3

Ein Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein Teil des Böhmit-Aluminiumoxids in Pulver A durch aktviertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, so dass 50 g Böhmit-Aluminiumoxid je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Beispiel 3 hergestellt wurde.

BEISPIEL 4

Zunächst wurde Böhmit-Aluminiumoxidpulver mit einer wässrigen Lösung aus Palladiumnitrat getränkt und getrocknet und anschließend in Luft bei 400°C für 1 Stunde gebrannte, um so ein Pd-tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver (Pulver C) zu erhalten, dessen Pd Konzentration 5,0 Gew.-% betrug.

Nachfolgend wurde eine Porzellankugelmühle mit 160 g Pulver A, 158 g Pulver B, 160 g Pulver C, 423 g aktivierten Aluminiumoxidpulver und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von Mischen und Pulverisieren, um so eine Aufschlämmung zu erhalten. Die Aufschlämmung wurde auf ein keramisches wabenkörperartiges monolithisches Codieritsubstrat aufgebracht, mit einem Volumen von 1,7 Litern und 400 (sich axial ersteckenden) Zellen je Quadratinch, so dass die dünnen Wände der Zellen mit der Aufschlämmung beschichtet wurden. Anschließend wurde durch das beschichtete monolithische Substrat ein Luftstrom geblasen, um einen Überschuss an Aufschlämmung aus den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und anschließend bei 400°C für 1 Stunde gebrannt. Als ein Ergebnis wurde ein Katalysator zur Reinigung von Abgas nach Beispiel 4 hergestellt, wobei eine katalytische Schicht auf den Wänden der Zellen des monolithischen Substrats sich ausgebildet hatte. Das Gewicht der katalytischen Schicht betrug 200 g je ein Liter des monolithischen Substrats.

BEISPIEL 5

Ein Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die wässrige Lösung aus Ba Acetat durch eine wässrige Lösung aus Na Karbonat ersetzt wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Beispiel 5 hergestellt wurde.

BEISPIEL 6

Ein Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die wässrige Lösung aus Ba Acetat durch eine wässrige Lösung aus Cs Karbonat ersetzt wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas nach Beispiel 6 hergestellt wurde.

ÜBERPRÜFUNG DER LEISTUNG DES KATALYSATORS ZUR REINIGUNG VON ABGAS

Überprüfungen (bezüglich der Emissionsleistung) wurde an den Katalysatoren zur Reinigung von Abgas der Beispiele und Vergleichsbeispiele durchgeführt, wobei jeder der Katalysatoren zur Reinigung von Abgas in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors eine Kraftfahrzeuges mit einem Hubraum von 2.000 cc eingebaut wurde.

Bei der Überprüfung der Emissionsleistung wurde der Motor betrieben, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches, welches dem Motor zugeführt werden sollte, auf solch eine Weise gesteuert wurde, dass ein Zyklus wiederholt wurde, bestehend aus einem ersten Bereich (30 Sekunden), bei welchem das Luft/Kraftstoff (Luft/Kraftstoff) Verhältnis mager ist (20), ein zweiter Bereich (4 Sekunden), in welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis fett ist (11,0) und ein dritter Bereich (5 Sekunden), bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis stöchiometrisch (14,7) ist. Während der Untersuchung wurde eine Konzentration A der Gasbestandteile (HC, CO und NOx) in dem Abgas aus dem Motor in einem Zustand, in welchem kein Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitgestellt wurde, gemessen und eine Konzentration B in dem Abgas, welches durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas emittierte, gemessen, wodurch die Wirksamkeit zur Reinigung des Abgases erhalten wurde („Umwandlungsrate (%)" der Gasbestandteile), wie in Tabelle 1 dargestellt.

Die Umwandlung jedes Katalysators zur Reinigung von Abgas wurde unter einer ersten Bedingung bestimmt, bei welcher sich die Temperatur des Abgases an einer Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators 200°C betrug, und unter einer zweiten Bedingung, wobei die gleiche Temperatur des Abgases 350°C betrug. Die Umwandlungsrate (%) wurde durch eine Formel berechnet [(die Konzentration A des Gasbestandteils – die Konzentration B des Gasbestandteils/die Konzentration A des Gasbestandteils)], wobei die Konzentrationen als „ppm" gemessen wurden.

Vor der Überprüfung wurden die Katalysatoren zur Reinigung von Abgas der Beispiele und Vergleichsbeispiele einem Beständigkeitstest unterworfen, wobei jeder Katalysator in das Abgassystem eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs eingebaut wurde, mit einem Hubraum von 4.400 ccm. Der Motor wurde für 50 Stunden unter Verwendung von üblichen Benzin (in Japan) als Kraftstoff betrieben, wobei die Temperatur des Abgases an einer Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators auf 650°C gehalten wurde. Das übliche Benzin hatte die Bezeichnung „Nisseki Datsu Gasolin" und wurde von Nippon Oil Co. Ltd. hergestellt und wies einen S Gehalt von nicht mehr als 30 ppm auf. Anschließend wurde jeder Katalysator zur Reinigung von Abgas einer S Vergiftungsbehandlung unterworfen, wobei der Motor welcher mit dem Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitgestellt war, 5 Stunden betrieben wurde, unter Verwendung eines Benzins mit einer S Konzentration von 300 ppm als Kraftstoff, wobei die Temperatur des Abgases an der Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators auf 350°C gehalten wurde. Anschließend wurde jeder Katalysator zur Reinigung von Abgas einer S freisetzenden Behandlung unterworfen, um das S von dem Katalysator freizugeben, indem der Motor, welcher mit dem Katalysator zur Reinigung von Abgas versehen wurde, für 30 Minuten unter Verwendung eines normalen japanischen Benzins als Kraftstoff betrieben wurde, wobei die Temperatur des Abgases an der Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators auf 650°C gehalten wurde.

Tabelle 1

Die obige Überprüfung zeigt, dass da die Katalysatoren zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung, welches Basismaterial mit viel Hydroxylgruppen an der Oberfläche enthält, das NOx in dem Abgas wirksam absorbiert oder gespeichert werden kann, während eine Vergiftung durch S kaum auftritt.

Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen oder Beispiele der Erfindung beschrieben wurde, soll die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen oder Beispiele begrenzt sein. Modifikationen und Änderungen der Ausführungsformen oder Beispiele, welche oben beschrieben wurden, sind Fachleuten auf dem Gebiet klar, im Hinblick auf die obige Lehre. Der Umfang der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.


Anspruch[de]
Katalysator zur Reinigung von Abgas umfassend:

wenigstens ein Edelmetall gewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium; und

Böhmit-Aluminiumoxid, wobei das Böhmit-Aluminiumoxid in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je ein Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas enthalten ist; und

wobei das wenigstens eine Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen wird.
Ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend wenigstens ein Metall gewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetall, Erdalkalimetall und Seltenerdmetall. Verfahren zur Reinigung von Abgas umfassend:

Herstellen eines Katalysators zur Reinigung von Abgas umfassend wenigstens ein Edelmetall gewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium, und Böhmit-Aluminiumoxid; wobei das Böhmit-Aluminiumoxid in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je ein Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas enthalten ist; und

Durchfließen des Abgases aus einer Verbrennungseinrichtung durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas, so dass die Stickstoffoxide in dem Abgas aus der Verbrennungseinrichtung von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert werden, wenn sich das Abgas in einem mageren Bereich befindet, und von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas zu Stickstoff reduziert werden, wenn sich das Abgas in einem Bereich befindet, einschließlich eines stoichiometrischen Bereichs und eines fetten Bereichs, und wobei das wenigstens eine Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen wird.






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