BR112012011595B1 - Artigo catalisador para uso em um pequeno motor, método para produzir um artigo catalisador, e, sistema de motor pequeno - Google Patents
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Abstract
artigo catalisador para uso em um pequeno motor, método para produzir um artigo catalisador, e, sistema de motor pequeno. artigos catalisadores compreendendo substancialmente apenas um componente de paládio metal precioso em uma primeira camada catalítica e um componente de ródio em uma segunda camada catalítica e métodos relacionados de preparação e utilização estão descritos. também descrito é um artigo catalisador compreendendo uma primeira camada formada sobre um substrato carreador, em que a primeira camada compreende um óxido de metal refratário e tem uma superfície que é substancialmente uniforme; uma segunda camada formada na primeira camada, em que a segunda camada compreende i) um componente de armazenamento de oxigênio que é de cerca de 50-90%, em peso, da segunda camada e ii) um componente de paládio em uma quantidade de cerca de 2-5% em peso da segunda camada, em que o componente de paládio é substancialmente o metal do grupo da platina só componente, e um terceira camada livre de paládio que compreende um componente de ródio suportado sobre um componente de armazenamento de oxigênio termoestável que é cerca de 80-99% em peso da segunda camada. uma ou mais propriedades melhoradas são exibidas pelo artigo catalisador.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício da prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) para o Pedido Provisório U.S. No de Série 61/258.783, depositado em 6 de novembro de 2009, que é aqui incorporado por referência.
[002] Esta invenção se refere aos artigos catalisadores úteis para o tratamento de correntes gasosas contendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, métodos de usar os artigos catalisadores para tratar as correntes gasosas, aos sistemas incluindo os artigos catalisadores, e aos métodos de fabricar os artigos catalisadores. Mais particularmente, a invenção fornece os artigos catalisadores e os métodos para o tratamento de descarga produzida por motores pequenos.
[003] Os gases de descarga dos motores de combustão interna,incluindo motores pequenos, são conhecidos conter poluentes tais como hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio (NOK) que poluem o ar.
[004] Os motores de combustão interna pequenos, geralmente motores de ignição por centelha de dois tempos e de quatro tempos são usados para fornecer energia a uma variedade de mecanismos, por exemplo, cortadores de grama, motosserras, sopradores de folhas, cortadores de corda, motonetas, motocicletas, bicicletas motorizadas equipadas com motor a gasolina e outros. Tais motores fornecem um ambiente severo para um aparelho de tratamento de descarga catalítico. Isto é porque nos motores pequenos, o gás de descarga contém uma alta concentração de combustível não queimado e oxigênio não consumido. Um artigo catalisador pode ser montado a jusante do motor dentro de outra estrutura tal como um silenciador. Os exemplos de artigos catalisadores montados dentro dos silenciadores são descritos no Publicação de Pedido de Patente dos Estados Unidos No 20040038819, conteúdo inteiro o qual é aqui incorporado por referência.
[005] Adicionalmente, a vibração de um motor de dois tempos pode ser duas ou três vezes aquela de um motor de quatro tempos. Por exemplo, as acelerações vibracionais de 70 G para 90 G (G = aceleração gravitacional) a 150 hertz (Hz) foram registradas para os motores pequenos. A vibração severa e as condições de temperatura do gás de descarga associadas com os motores pequenos levam a vários modos de falha no aparelho de tratamento de descarga catalítico, incluindo falha da estrutura de montagem pela qual um artigo catalisador é preso no aparelho e o consequente dano ou destruição do artigo catalisador devido à vibração mecânica e à flutuação do fluxo do gás de descarga sob condições de alta temperatura. O artigo catalisador geralmente compreende um carreador semelhante a cerâmica que tem uma pluralidade de passagens de fluxo de gás paralelas finas se estendendo através do mesmo (às vezes indicado como um “favo de mel”) e que é tipicamente feito de, por exemplo, cordierita, mulita, etc., no qual materiais catalíticos são revestidos. O material semelhante a cerâmica é submetido ao craqueamento e pulverização através da vibração excessiva e é exposto a velocidades espaciais extremamente altas (isto é, a quantidade de ar que escoa através do artigo catalisador, que pode ser de 400 a 500 K ou maior). Enquanto catalisadores de favo de mel monolíticos de cerâmica e metal são conhecidos ser usados em aplicações de motor pequeno, estes são desejados ter modelos alternativos que são adaptados a espaços menores, condições de operação extremas e custos gerais inferiores de motores pequenos. Em tais casos, carreadores metálicos tais como placas metálicas e malha de arame metálico foram usadas. Embora a malha de arame metálico possa ser facilmente adaptada a espaços pequenos e é relativamente barata, sua flexibilidade a torna propensa à degradação da camada catalítica na vibração extrema e condições de fluxo de ar de um motor pequeno, deste modo encurtando a vida útil do catalisador.
[006] Os catalisadores úteis em aplicações de motor pequeno são descritos na Publicação de Pedido de Patente dos Estados Unidos No 20060171866, conteúdo inteiro o qual é aqui incorporado por referência. Em resumo, tais catalisadores compreendem um ou mais composto ou complexos metálicos do grupo da platina que podem estar em um material de suporte adequado, o termo “composto” significa qualquer composto, complexo ou outro de um componente catalítico que, nas calcinações ou uso do catalisador, decompõe ou de outro modo converte a uma forma cataliticamente ativa, que é muitas vezes um óxido ou metal. Vários compostos ou complexos de um ou mais componentes catalíticos podem ser dissolvidos ou colocados em suspensão em qualquer líquido que umidificará ou impregnará o material de suporte.
[007] Os catalisadores de conversão de três vias (TWC) possuem utilidade em uma variedade de campos incluindo o tratamento das correntes de gás de descarga dos motores de combustão interna, tal como motores de automóveis, caminhões e outros motores movidos a gasolina. Os padrões de emissão para os contaminantes de hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio foram apresentados por vários governos e devem ser cumpridos tanto pelos veículos mais velhos quanto pelos mais novos. De modo a satisfazer tais padrões, conversores catalíticos contendo um catalisador de TWC estão localizados na linha de gás de descarga dos motores de combustão interna. Tais catalisadores promovem a oxidação através do na corrente de gás de descarga dos hidrocarbonetos não queimados e monóxido de carbono bem como a redução dos óxidos de nitrogênio para nitrogênio.
[008] Os catalisadores de TWC conhecidos que apresentam boa atividade e longa vida compreendem um ou mais metais do grupo da platina (por exemplo, platina, paládio, ródio, rênio e irídio) dispostos e uma alta área de superfície, suporte de óxido de metal refratário, por exemplo, um revestimento de alumina com alta área de superfície. O suporte é carregado em um carreador ou substrato adequados tal como um carreador monolítico que compreende uma estrutura em favo de mel refratária cerâmica ou metálica, ou partículas refratárias tais como esferas ou segmentos curtos, submetidos à extrusão de um material refratário adequado. O carreador de catalisador de TWC também pode ser uma malha de arame, tipicamente uma malha de arame metálico, que é particularmente útil em motores pequenos. Os catalisadores de TWC podem ser fabricados de muitas maneiras. A Patente U.S. No 6.478.874, por exemplo, apresenta um sistema para o revestimento catalítico de um substrato. Os detalhes de um catalisador de TWC são encontrados, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos 4.714.694 e 4.923.842. As Patentes U.S. Nos 5.057.483; 5.597.771; 7.022.646; e WO95/35152 descrevem os catalisadores de TWC tendo duas camadas com metais preciosos. A Patente U.S. No 6.764.665 descreve um catalisador de TWC tendo três camadas, incluindo uma camada de paládio não tendo substancialmente nenhum componente de armazenamento de oxigênio. A Patente U.S. No 5.898.014 descreve as composições catalisadores contendo os componentes de armazenamento de oxigênio.
[009] Os óxidos de metal refratários tais como alumina, ceria volumosa, zircônia, alfa alumina e outros materiais são conhecidos para o uso como um suporte para os componentes catalíticos de um artigo catalisador. Os materiais de suporte de alumina, também indicados como “gama alumina” ou “alumina ativada,” tipicamente apresentam uma área de superfície BET em um excesso de 60 metros quadrados por grama (“m2/g”), muitas vezes até cerca de 200 m2/g ou maior. Tal alumina ativada é geralmente uma mistura das fases gama e delta de alumina, mas também podem conter quantidades substanciais de fases eta, capa e teta alumina. Embora muitos dos outros suportes de óxido de metal refratário sofram da desvantagem de ter uma área de superfície BET consideravelmente menor do que a alumina ativada, esta desvantagem tende a ser compensada por uma durabilidade maior do catalisador resultante.
[0010] Em um motor em operação, as temperaturas de gás de descarga podem alcançar 600°C e o catalisador temperaturas que podem exceder 1000°C. Tais temperaturas elevadas fazem com que a alumina ativada ou outro material de suporte sejam submetidos à degradação térmica causada por uma transição de fase acompanhada por uma diminuição do volume, especialmente na presença de vapor, por meio do qual o metal catalítico se torna absorvido no meio de suporte encolhido com uma perda da área de superfície catalisadora exposta e uma diminuição correspondente na atividade catalítica. É um recurso conhecido na técnica estabilizar os suportes de alumina contra tal degradação térmica através do uso de materiais tais como zircônia, titânia, óxidos metálicos de terra alcalina tais como bária, cálcia ou estrôncia ou óxidos de metais terrosos raros, tais como céria, lantana e misturas de dois ou mais óxidos de metais terrosos raros. Por exemplo, ver C. D. Keith et al., Pat. U.S. No 4.171.288, conteúdo inteiro o qual é aqui incorporado por referência.
[0011] Dos metais do grupo da platina, o paládio (Pd) é de interesse particular para o controle das emissões do motor a gasolina por causa do seu baixo custo com relação a platina (Pt) e ródio (Rh), sua maior disponibilidade com relação à platina e suas vantagens de desempenho com relação aos outros metais do grupo da platina sob certas condições de operação. Contudo, com relação às vantagens de preço e disponibilidade, existem vários problemas associados com o uso do paládio como o único material catalítico nos artigos catalisadores. O paládio é menos resistente ao envenenamento por combustível e contaminantes do óleo do motor do que a platina. Este também é inferior à platina quanto sua capacidade de converter os hidrocarbonetos saturados de cadeia curta tais como etano e propano. Estas desvantagens são parcialmente compensadas pela durabilidade do paládio, isto é, este é mais resistente à sinterização do que a platina. Não obstante, as vantagens de custo de um artigo catalisador somente de paládio são particularmente importantes para satisfazer os requerimentos do tratamento de gás de descarga nos tipos menos dispendiosos de máquinas que incorporam os motores pequenos. Ainda há uma necessidade de um artigo catalisador com base principalmente em paládio com durabilidade melhorada e desempenho no ambiente severo do motor pequeno. A presente invenção satisfaz essa necessidade.
[0012] Uma forma de realização da presente invenção é direcionada a um artigo catalisador em que o paládio é o principal componente catalítico em uma primeira camada catalítica, que opcionalmente também inclui platina, e ródio e opcionalmente platina são componentes catalíticos em uma segunda camada catalítica, e aos métodos relacionados de preparação e uso. O artigo catalisador compreende uma primeira camada catalítica formada em um carreador ou em um sub-revestimento aderida ao carreador, em que a primeira camada catalítica compreende i) um componente de armazenamento de oxigênio e ii) um componente de paládio, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina, e; uma segunda camada catalítica formada na primeira camada catalítica, em que a segunda camada catalítica compreende ródio e opcionalmente platina suportada em um componente de armazenamento de oxigênio termoestável. A segunda camada catalítica não contém paládio. Em uma forma de realização, o artigo catalisador apresenta durabilidade e desempenho melhorados com relação aos artigos catalisadores somente de paládio usados nos motores pequenos, particularmente após maturar a 1050°C em vapor/ar. O carreador do artigo catalisador pode ser qualquer carreador adequado para o uso em motores pequenos, tais como malha de arame, um monólito metálico ou tubo de calor, ou um carreador cerâmico que são adequados para o uso em motores pequenos.
[0013] Em outro aspecto da invenção, o artigo catalisador é feito através do revestimento em um carreador i) uma camada de sub-revestimento que compreende um óxido de metal refratário em um sol ácido, secar a primeira camada usando calor e fluxo de ar tal que uma superfície substancialmente uniforme é formada na camada de sub-revestimento, ii) depositar uma primeira camada catalítica na camada de sub-revestimento através do revestimento de uma pasta fluida na camada de sub-revestimento, a pasta fluida compreendendo um componente de armazenamento de oxigênio e um óxido de metal refratário impregnado com um componente de paládio, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina, e secar a primeira camada catalítica, e iii) depositar uma segunda camada catalítica na segunda camada revestindo-se uma pasta fluida na primeira camada catalítica, a pasta fluida compreendendo ródio e opcionalmente platina suportada e um componente de armazenamento de oxigênio, e secar a segunda camada catalítica.
[0014] Os artigos catalisadores da invenção são particularmente úteis para tratamento do gás de descarga produzido pelos motores pequenos, onde as condições de operação produzem alta vibração, alta temperatura (na faixa de 800 a 1100°C) e altas vazões de descarga.
[0015] A Fig. 1 é um gráfico de barras comparando as temperaturas de ignição de CO, NOx e HC para dois catalisadores de acordo com a invenção como comparado para os dois catalisadores de referência.
[0016] A presente invenção se refere aos artigos catalisadores, componentes de artigos catalisadores, métodos de usar os artigos catalisadores e métodos de fazer os artigos catalisadores geralmente indicados como um catalisador de conversão de três vias tendo a capacidade de catalisar de maneira simultânea a oxidação dos hidrocarbonetos e monóxido de carbono e a redução dos óxidos de nitrogênio. O artigo catalítico de acordo com uma forma de realização da invenção compreende duas camadas de revestimento reativo. Além disso, foi descoberto que se fornecendo uma superfície substancialmente uniforme em uma camada de sub-revestimento formada no carreador antes da adição das camadas catalíticas, as camadas catalíticas apresentam aderência melhorada no carreador. As camadas catalíticas, portanto, possuem durabilidade e desempenho melhorados se comparado com os artigos catalisadores de multicamada convencionais. Isto é, a camada catalítica da invenção resiste ao craqueamento e é expelida do artigo catalisador sob condições de operação de vibração severa, tal como em um motor pequeno. Portanto, menos metal do grupo da platina é necessário no artigo catalisador, ao passo que a capacidade do artigo catalisador satisfazer os requerimentos regulatórios para o controle das emissões é menos impactada pela depleção física da camada catalítica durante o uso do motor pequeno com o tempo.
[0017] Como aqui usado, o termo “substancialmente uniforme” com relação a uma camada do artigo catalisador significa que a superfície da camada é isenta de defeitos sobre pelo menos cerca de 90% da área de superfície total. A superfície substancialmente uniforme apresenta não mais do que cerca de 10% da área de superfície total da camada de rachaduras, fissuras ou lascas da superfície da camada. Em alguns aspectos da invenção, a superfície da camada é pelo menos cerca de 95% isenta de defeitos, e em um aspecto detalhada da invenção é 100% isenta de defeito. A avaliação da uniformidade da superfície da camada é prontamente realizada usando procedimentos conhecidos na técnica, incluindo metalografia, microscopia por varredura eletrônica (SEM), microscopia de transmissão eletrônica (TEM) e inspeção visual direta da superfície da camada usando, por exemplo, um microscópio de luz convencional.
[0018] Como aqui usado, o termo “suporte” com relação a uma camada catalítica se refere a um material que recebe metais do grupo da platina, estabilizadores, promotores, aglutinantes, e outros, através da associação, dispersão, impregnação, ou outros métodos adequados. Os exemplos de suportes incluem, mas não são limitados a óxidos de metal refratários, óxidos de metal refratários de alta área de superfície e materiais contendo componentes de armazenamento de oxigênio. Uma ou mais formas de realização da presente invenção incluem um suporte de óxido de metal refratário de alta área de superfície que compreende um composto ativado selecionado do grupo que consiste de alumina, alumina-zircônia, alumina- céria-zircônia, lantana-alumina, lantana-zircônia-alumina, bária-alumina, bária lantana-alumina, bária-lantana-neodímia-alumina e alumina-céria. Os exemplos de materiais contendo os componentes de armazenamento de oxigênio incluem, mas não são limitados a céria-zircônia, céria-zircônia- lantana, óxidos de ítrio e óxidos de praseodímio. Referência a um “compósito de céria-zircônia” significa um compósito que compreende céria e zircônia, sem especificar a quantidade de componente. Os materiais de céria-zircônia adequados incluem, mas não são limitados a, materiais tendo, por exemplo, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou ainda 95% de teor de céria. Algumas formas de realizações fazem com que o suporte compreenda céria volumosa tendo um teor de céria nominal de 100% (isto é, > 99% de pureza).
[0019] Como aqui usado, o termo “componente de armazenamento de oxigênio” (OSC) se refere a uma entidade que tem um estado de multi- valência e pode reagir ativamente com os oxidantes tais como oxigênio ou óxidos nitrosos sob condições oxidativas, ou que reage com um agente de redução tal como monóxido de carbono (CO) ou hidrogênio sob condições de redução. Os exemplos de componentes de armazenamento de oxigênio adequados incluem céria e praseodímia. A liberação de um OSC para a camada pode ser obtida através do uso, por exemplo, de óxidos misturados. Por exemplo, céria pode ser liberado através de um óxido misturado de cério e zircônio, e/ou um óxido misto de cério, zircônio e neodímio. Por exemplo, praseodímio pode ser liberado através de um óxido misturado de praseodímio e zircônio, e/ou um óxido misturado de praseodímio, cério, lantano, ítrio, zircônio e neodímio. O termo “termoestável” com relação a um OSC se refere a um componente de armazenamento de oxigênio que é estável com relação a área de superfície (perda observada da área de superfície não é prejudicial ao funcionamento do catalisador) em temperaturas de 900°C ou acima, ou entre 900°C e 1100°C ou entre 1050°C e 1100°C. Por exemplo, a área de superfície do OSC termoestável permanece a cerca de 30 m2/g após tratar a 1050°C sob vapor.
[0020] Como aqui usado, o termo “impregnado” significa que uma solução contendo um metal do grupo da platina é colocado nos poros de um suporte. Nas formas de realização detalhadas, a impregnação dos metais do grupo da platina é obtida através da umidade incipiente, onde um volume de metal do grupo da platina diluído é aproximadamente igual ao volume de poro dos corpos de suporte. A impregnação de umidade incipiente geralmente leva a uma distribuição substancialmente uniforme da solução do precursor pro todo o sistema de poros do suporte.
[0021] Como aqui usado, os termos “componente de paládio”, “componente de platina”, “componente de ródio” e “componente metálico do grupo da platina” significam qualquer composto, complexo, ou outros que, na calcinação ou uso do mesmo, decompõe ou de outro modo converte a uma forma cataliticamente ativa, geralmente o metal ou o óxido metálico. Os compostos solúveis em água ou compostos dispersáveis em água ou complexos do componente metálico podem ser usado contanto que o meio líquido usado para impregnar ou depositar o componente metálico nas partículas de suporte de óxido de metal refratário não reaja de maneira adversa com o metal ou seu composto ou seu complexo ou outros componentes que podem estar presentes na composição catalisadora e é capaz de ser removido do componente metálico através da volatilização ou decomposição no aquecimento e/ou aplicação de um vácuo. Em alguns casos, o término da remoção do líquido pode não ocorrer até o catalisador ser colocado em uso e submetido às altas temperaturas encontradas durante a operação. Geralmente, tanto do ponto de vista dos aspectos econômicos quanto ambientais, as soluções aquosas dos compostos ou complexos solúveis dos metais preciosos são utilizados. Por exemplo, os compostos adequados incluem nitrato de paládio, nitrato de platina ou nitrato de ródio. Durante a etapa de calcinação, ou pelo menos durante a fase inicial do uso do compósito, tais compostos são convertidos em uma forma cataliticamente ativa do metal ou um composto do mesmo.
[0022] Como aqui usado, referência ao paládio como “substancialmente o único componente metálico do grupo da platina” de uma camada significa que outros metais do grupo da platina presentes na camada estão em quantidades menores do que 10% da quantidade do paládio, preferivelmente menos do que 5% da quantidade de paládio.
[0023] Em um primeiro aspecto, o artigo catalisador da invenção compreende: um sub-revestimento opcional em um carreador, o sub- revestimento compreendendo um óxido de metal refratário, e uma primeira camada catalítica no sub-revestimento, se presente, ou diretamente no carreador que compreende um alto nível (por exemplo, 50 a 90% em peso) de um OSC e um componente de paládio, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina. A platina pode ser opcionalmente incluída na primeira camada catalítica em uma pequena quantidade. Não há componente metálico do grupo da platina no sub- revestimento. Outros aspectos da invenção fazem com que o sub-revestimento também compreenda uma alta área de superfície óxido de metal refratário, por exemplo, um óxido de metal refratário tendo uma área de superfície de cerca de 200 m2/g, tal como gama alumina.
[0024] Em outro aspecto, o OSC é um material de céria-zircônia, que pode estar presente como 50 a 90%, 60 a 80% ou 65 a 70% em peso da primeira camada catalítica.
[0025] Em uma forma de realização detalhada, o material de céria- zircônia compreende adicionalmente lantana, neodímia, praseodímia, samário, ítrio, ou combinações dos mesmos. O material de céria-zircônia pode compreender lantana em uma quantidade na faixa de 1 a 10% em peso para o compósito de céria-zircônia.
[0026] Outro aspecto faz com que o componente de paládio da primeira camada catalítica seja associado em um suporte de óxido de metal refratário em uma quantidade entre cerca de 2% e 5% em peso. O paládio também pode ser associado no suporte de óxido de metal refratário em uma quantidade de cerca de 3% a 4% em peso do suporte, por exemplo, cerca de 3,2% em peso ou cerca de 3,46% em peso.
[0027] Outro aspecto faz com que o componente de platina seja associado no suporte de óxido de metal refratário da primeira camada catalítica em uma quantidade entre 0% e 0,5% em peso da primeira camada catalítica. A platina também pode ser associada no suporte de óxido de metal refratário da primeira camada catalítica em uma quantidade de cerca de 0,04% a 0,08% em peso, ou cerca de 0,06% em peso da primeira camada catalítica.
[0028] Outros aspectos da invenção fazem com que a primeira camada catalítica compreende um óxido de metal refratário, tal como um óxido de metal refratário de alta área de superfície. Em uma ou mais formas de realização, o óxido de metal refratário compreende um composto ativado selecionado do grupo que consiste de alumina, alumina-zircônia, alumina- céria-zircônia, lantana-alumina, lantana-zircônia-alumina, bária-alumina, bária lantana-alumina, bária-lantana-neodímia-alumina e alumina-céria. É particularmente desejado que o óxido de metal refratário apresente resistência a alta temperatura. Também é útil na invenção fornecer dois suportes de óxido de metal refratário diferentes na primeira camada catalítica, cada um impregnado com o componente de paládio e com o componente de platina opcional. Por exemplo, a camada catalítica pode compreender a alumina termicamente estável tal como alumina estabilizada em terra rara (para sua resistência a alta temperatura) e gama alumina (para sua alta área de superfície) como suportes para o paládio e componentes de platina adicionais.
[0029] Em outro aspecto da invenção, a primeira camada catalítica também pode compreender um promotor selecionado do grupo que consiste de BaO, SrO, La2O3, Nd2O3, Pr6O11, Y2O3, Sm2O3, e combinações dos mesmos.
[0030] O artigo catalisador da invenção compreende adicionalmente uma segunda camada catalítica revestida na primeira camada catalítica. A segunda camada catalítica compreende ródio e opcionalmente platina associados com um OSC, mas não contém paládio. O OSC da segunda camada catalítica também está presente em alta quantidade, tipicamente uma quantidade maior do que ou igual a quantidade de OSC na primeira camada catalítica.
[0031] Uma ou mais formas de realização fazem com que o componente metálico do grupo da platina da segunda camada catalítica seja ródio e, opcionalmente, platina. Uma segunda camada catalítica contendo tanto ródio quanto platina é preferida para algumas aplicações. Em tais casos, a platina na segunda camada catalítica representa a maioria da platina no artigo catalisador, por exemplo, de 80 a 100% ou de 90 a 100% da platina no artigo catalisador. O componente de ródio pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0,2% e 1% em peso da segunda camada catalítica, tipicamente cerca de 0,3 a 0,9% em peso, ou cerca de 0,38% ou 0,83%. Se a segunda camada catalítica contém platina, esta pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0,2% e 1% em peso da segunda camada catalítica, cerca de 0,5% e 1% em peso ou cerca de 0,69% em peso. O componente de ródio e o componente de platina, se presentes, são sustentados em um OSC termoestável presente em uma quantidade de cerca de 80 a 99% em peso da segunda camada catalítica. O suporte de OSC pode ser céria- zircônia ou céria, mas outros suportes de OSC também são adequados para o uso na segunda camada catalítica. A segunda camada catalítica tipicamente não contém alumina, mas pode opcionalmente incluir até cerca de 70% de alumina. Os suportes de OSC preferidos incluem os termoestáveis presentes em quantidades maiores do que ou iguais às quantidades de OSC na primeira camada catalítica. O OSC pode ser de 80 a 99%, 90 a 99% ou de 95 a 97% em peso da segunda camada catalítica.
[0032] Uma ou mais formas de realização fazem com que os componentes metálicos do grupo da platina do artigo catalisador estejam presentes em uma quantidade total de cerca de 10 a 150 g/ft3 (0,357 a 5,355 g/l), cerca de 20 a 100 g/ft3 (0,714 a 3,57 g/l), ou cerca de 25 a 75 g/ft3 (0,9 a 2,7 g/l). Em uma forma de realização específica, os componentes metálicos do grupo da platina estão presentes em uma quantidade de cerca de 65 a 70 g/ft3 (2,3 a 2,5 g/l) no artigo catalisador. Em outra forma de realização específica, os componentes metálicos do grupo da platina do artigo catalisador estão presentes em uma quantidade de cerca de 65 g/ft3 (2,3 g/l) no artigo catalisador. Em tais formas de realização a razão em peso dos componentes metálicos do grupo da platina no artigo catalisador podem ser de cerca de 0 a 4 de PT/3 a 15 de Pd/0,5 a 1,5 de Rh, por exemplo 2 de Pt/10 de Pd/1 de Rh ou 0 de Pt/15 de Pd/1 de Rh.
[0033] Outros aspectos fazem com que os componentes metálicos do grupo da platina na primeira camada catalítica possam estar presentes em uma razão em peso de cerca de 0 a 1 de Pt/3 a 15 de Pd, por exemplo, 0 de Pt/5Pd ou 0,2 de Pt/10 de Pd. Na segunda camada catalítica os componentes metálicos do grupo da platina podem estar presentes em uma razão em peso de cerca de 0 a 3 de Pt/0,5 a 1,5 de Rh, por exemplo, 0 de Pt/1 de Rh ou 1,8 de Pt/1 de Rh.
[0034] Outros aspectos fornecem os métodos para tratar um gás que compreende os hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio, o método compreendendo: contactar o gás em uma corrente de descarga de um motor a gasolina com um artigo catalisador, em que uma primeira camada catalítica do artigo catalisador compreende um alto nível de céria-zircônia e um componente de paládio como substancialmente o único componente metálico do grupo da platina, em que qualquer componente metálico do grupo da platina que não paládio na primeira camada catalítica é platina, e uma segunda camada catalítica do artigo catalisador compreende ródio e, opcionalmente, platina sustentada em um OSC termoestável tal como céria- zircônia ou céria termoestáveis.
[0035] Um aspecto fornece um artigo catalisador que compreende: uma primeira camada catalítica em um carreador, a primeira camada catalítica compreendendo de 50 a 90% em peso de um OSC que compreende céria- zircônia e um componente de paládio, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina e em que a primeira camada catalítica é revestida em um sub-revestimento que compreende um óxido de metal refratário de alta área de superfície que compreende lantana-alumina. Em outro aspecto, a primeira camada catalítica pode opcionalmente compreender uma pequena quantidade de um componente de platina. Ainda em outro aspecto, o componente de paládio da primeira camada catalítica e o componente de platina da primeira camada catalítica, se presente, são impregnados em cada um dos dois suportes de lantana-alumina diferentes. A segunda camada catalítica do artigo catalisador é revestida na primeira camada catalítica e compreende ródio. A platina também pode estar opcionalmente presente na segunda camada catalítica. Os componentes metálicos do grupo da platina da segunda camada catalítica são sustentados em OSC termoestável tal como céria-zircônia termoestável ou céria termoestável. O OSC termoestável na segunda camada é de 80 a 99% em peso da segunda camada catalítica.
[0036] Em outro aspecto, é fornecido um método para tratar um gás que compreende hidrocarbonetos, monóxido de carbono, e óxidos de nitrogênio, o método compreendendo: contactar o gás em uma corrente de descarga de um motor a gasolina com um artigo catalítico que compreende, em um carreador, 1) uma primeira camada catalítica que compreende um componente de armazenamento de oxigênio que é de cerca de 50 a 90% em peso da primeira camada catalítica e um componente de paládio, em que o componente de paládio é cerca de 3 a 4% em peso da primeira camada catalítica e é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina da primeira camada catalítica; 2) uma segunda camada catalítica revestido na primeira camada catalítica, em que a segunda camada catalítica compreende um componente de ródio, mas não contém paládio e em que o componente de ródio é de cerca de 0,3 a 0,9% em peso da segunda camada catalítica.
[0037] O artigo catalisador da invenção fornece uma redução significante na temperatura de ignição do monóxido de carbono (CO), hidrocarboneto (HC) e óxido de nitrogênio (NOx) se comparado a um catalisador que não contém um OSC termoestável na segunda camada catalítica. Além disso, a conversão em % de CO, HC e NOx é significantemente mais alta para o catalisador inventivo se comparado com o catalisador de referência. Em comparação com um artigo catalisador somente de paládio que corresponde apenas à primeira camada catalítica, a conversão de CO máxima em % foi significantemente aumentada se ou não havia platina presente no artigo catalisador inventivo. As conversões de HC e NOx em % também foram significantemente aumentadas quando o catalisador da invenção continha apenas paládio e ródio. Também foi mostrado que com a platina no artigo catalisador da invenção a conversão de HC e NOx em % foi equivalente à conversão em % usando o artigo catalisador somente de paládio, contudo, o artigo catalisador da invenção obteve ser resultado usando menos carga de metal do grupo da platina [65 g/ft3 (2,3 g/l) VS. 70 g/ft3 (2,5 g/l)].
[0038] Em geral, a eficiência a quente a 450°C foi significantemente melhorada para CO, HC e NOx quando o paládio foi o único grupo de platina na primeira camada catalítica e ródio foi o único metal do grupo da platina na segunda camada catalítica. Se uma pequena quantidade de platina estava presente na primeira e segunda camadas catalíticas uma melhora substancial na eficiência a quente foi vista para CO com melhoras menores, porém mensuráveis de HC e NOx se comparado a um artigo catalisador somente de paládio. Estes resultados foram obtidos usando o catalisador da invenção após maturar a 1050°C por 4 horas em ar e 10% de vapor.
[0039] Muitos motores pequenos são motores de dois tempos ou de quatro tempos que são calibrados no lado rico do estequiométrico. O ar é injetado na descarga para promover a oxidação completa, e o artigo catalítico pode encontrar temperaturas até e em um excesso de 500°C. Como aqui usado, “rico” se refere a um valor lambda na faixa de cerca de 0,9 a 1, especificamente, na faixa de cerca de 0,94 a 0,98, e mais especificamente, na faixa de cerca de 0,95 a 0,97. Tal regime é especialmente aplicável aos motores pequenos. O desempenho melhorado do artigo catalisador da invenção como descrito acima é visto sob condições de operação ricas encontradas em motores de dois tempos e motores de quatro tempos. Nas experiências que avaliam o desempenho do catalisador através da curva de lambda, a conversão em % de CO e NO em lambda < 1 foi substancialmente maior para o artigo catalisador de duas camadas da invenção se comparado a um artigo catalisador de referência tendo uma camada catalítica somente de paládio única.
[0040] Outro aspecto fornece um método de fazer um artigo catalisador, o método compreendendo: opcionalmente, formar um sub- revestimento em um carreador, revestindo-se um óxido de metal refratário, preferivelmente um óxido de metal refratário de alta área de superfície, no carreador. O revestimento pode ser efetuado através de qualquer um dos métodos de revestimento conhecidos na técnica, tais como imersão manual ou aerografia. O sub-revestimento é subsequentemente seco usando calor e ar, selecionando a temperatura e fluxo de ar tal que uma superfície do sub- revestimento substancialmente uniforme é formada, Tipicamente, a temperatura de secagem pode ser na faixa de cerca de 60 a 140°C. Em uma forma de realização específica, a secagem da camada protetora é efetuada na faixa de cerca de 70 a 110°C, mais especificamente na faixa de cerca de 80 a 90°C. Um fluxo de ar de gentil a moderado é mantido através do carreador durante a secagem da camada interna, como pode ser fornecido por um ventilador convencional. O fluxo de ar pode ser fornecido por qualquer meio adequado, e será determinado pelo tamanho e/ou configuração do forno de secagem. A camada de subrevestimento é depois calcinada, tipicamente de 490 a 550°C por de 1 a 2 horas. A uniformidade de superfície desejada é determinada por através de métodos visuais ou microscópicos, tais como visualização direta através de microscopia de luz, micrógrafos por varredura eletrônica, metalografia e outros. Em um aspecto particular, o sub- revestimento é preferivelmente fina, por exemplo, de menos do que 10 μm de espessura. Em outras formas de realização, o sub-revestimento é de 1 a 8 μm de espessura, 1 a 5 μm de espessura, 1 a 3 μm de espessura ou cerca de 1 μm de espessura. Um sub-revestimento fino e uma superfície de sub-revestimento substancialmente uniforme aumentam a aderência da camada catalítica ao sub-revestimento e ao carreador. Uma primeira camada catalítica é revestida no sub-revestimento. O primeiro primeira revestimento de camada catalítica é efetuado depositando-se um material catalítico que compreende uma alta quantidade de um componente de OSC (em alguns aspectos de 50 a 90%, 60 a 80% ou 65 a 70% em peso da primeira camada catalítica) e um componente de paládio (em alguns aspectos cerca de 2 a 5% em peso da primeira camada catalítica, ou cerca de 3 a 4% da primeira camada catalítica), em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina. A primeira camada catalítica também pode compreender platina como cerca de 0% a 0,5% em peso, cerca de 0,04% a 0,08% em peso ou cerca de 0,06% em peso da primeira camada catalítica. A primeira camada catalítica é depois seca e calcinada, tipicamente de 490 a 550°C por de 1 a 2 horas. Uma segunda camada catalítica é depois revestida na primeira camada catalítica. A segunda camada catalítica compreende um componente de ródio como cerca de 0,2% a 1% em peso da segunda camada catalítica, cerca de 0,3 a 0,9% em peso, ou cerca de 0,38% ou 0,83% em peso. A segunda camada catalítica pode opcionalmente conter platina que, se presente, está em uma quantidade de entre cerca de 0,2% e 1% em peso da segunda camada catalítica, entre cerca de 0,5% e 1% em peso ou cerca de 0,69% em peso. Os componentes metálicos do grupo da platina da segunda camada catalítica são suportados em um OSC termoestável presente como de 80 a 99%, 90 a 99% ou 95 a 97% em peso da segunda camada catalítica. Se a platina está presente na segunda camada catalítica, esta representa uma maioria substancial da platina no artigo catalisador, por exemplo, 80 a 100% ou 90 a 100% da platina total. O material catalítico da segunda camada catalítica é aplicado à primeira camada catalítica usando os métodos similares àqueles descritos para a aplicação da primeira camada catalítica. O OSC na primeira camada catalítica pode ser céria-zircônia-lantana e a lantana-alumina na primeira camada catalítica pode ser uma alta área de superfície de lantana-alumina, por exemplo, tendo uma área de superfície de cerca de 200 m2/g. O suporte de OSC da segunda camada catalítica pode ser céria-zircônia ou céria e preferivelmente apresenta alta termoestabilidade.
[0041] Os detalhes dos componentes de um artigo catalisador de acordo com a invenção são fornecidos abaixo.
[0042] De acordo com uma ou mais formas de realização, o carreador pode ser qualquer um daqueles materiais tipicamente usados para preparar os catalisadores de TWC e preferivelmente compreenderão uma estrutura de metal ou de cerâmica. Qualquer carreador adequado pode ser utilizado, tal como um carreador monolítico do tipo tendo uma pluralidade de fluxo de gás paralelas finas que se estendem através deste a partir de uma entrada ou uma saída do carreador, tal que as passagens são abertas para o fluido passar por este. As passagens, que são essencialmente caminhos estreitos a partir da sua entrada de fluidos para a sua saída de fluidos, são definidas pelas paredes em que o material catalítico é revestido como um “revestimento reativo” de modo que os gases que escoam através das passagens contactam com o material catalítico. As passagens de fluxo do carreador monolítico são canais de parede fina que podem ser de qualquer forma transversal e tamanho adequados tais como: trapezoidal, retangular, quadrada, sinusoidal, hexagonal, oval, circular, etc. Tais estruturas podem conter de cerca de 60 a cerca de 600 ou mais aberturas de entrada de gás (isto é, “células”) por polegada quadrada de seção transversal.
[0043] O carreador de cerâmica pode ser feito de qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, cordierita-α-alumina, nitrito de silício, mulita de zircônio, espodumeno, alumina-sílica-magnésia, silicato de zircônio, silimanita, silicatos de magnésio, zircônio, petalita, α-alumina, aluminossilicatos e outros.
[0044] Os carreadores particularmente úteis para os compósitos de catalisador em camadas da presente invenção também podem ser naturalmente metálicos e ser compostos de um ou mais metais ou ligas metálicas. Os carreadores metálicos podem ser utilizados em várias formas tais como lâmina ondulada, placa de metal, malha de arame ou forma monolítica. Os suportes metálicos preferidos incluem os metais resistentes ao calor e ligas metálicas tais como titânio e aço inoxidável bem como outras ligas em que o ferro é um componente substancial ou principal. Tais ligas podem conter um ou mais de níquel, cromo e/ou alumínio, e a quantidade total destes metais pode vantajosamente compreender pelo menos 15% em peso da liga, por exemplo, 10 a 25% em peso do cromo, 3 a 8% em peso do alumínio e até 20% em peso do níquel. As ligas também podem conter quantidades pequenas ou traço de um ou mais outros metais tais como manganês, cobre, vanádio, titânio e outros. A superfície dos carreadores metálicos pode ser oxidada em altas temperaturas, por exemplo, 1000°C e maior, para melhorar a resistência à corrosão da liga formando uma camada de óxido na superfície do carreador. Tal oxidação induzida por alta temperatura pode aumentar a aderência do suporte de óxido de metal refratário e os componentes metálicos que se promovem cataliticamente para o carreador.
[0045] Os materiais catalíticos da presente invenção são formados em múltiplas camadas. Os materiais podem ser prontamente preparados através de processos bem conhecidos na técnica anterior. Um processo representativo é apresentado abaixo. Como aqui usado, o termo “revestimento reativo” tem seu significado habitual na técnica de um revestimento aderente fino de um material catalítico ou outro aplicado a um material carreador de substrato, tal como um membro carreador do tipo de favo de mel ou malha de arame, que é suficientemente poroso para permitir a passagem através da corrente de gás sendo tratada.
[0046] O material catalítico pode ser preparado em camadas no carreador. Para uma primeira camada de um revestimento reativo específico, as partículas finamente divididas de um óxido de metal refratário de alta área de superfície tal como gama alumina são transformadas em pasta fluida em um veículo apropriado, por exemplo, água. O carreador pode ser depois imerso uma ou mais vezes em tal pasta fluida ou a pasta fluida pode ser revestida no carreador tal que será depositada no carreador a carga desejada do óxido metálico, por exemplo, cerca de 0,5 a cerca de 2,5 g/m3 por imersão, para incorporar os componentes tais como metais do grupo da platina (por exemplo, paládio, ródio, platina, e/ou combinações dos mesmos), estabilizadores e/ou promotores, tais componentes podem ser incorporados na pasta fluida como uma mistura de compostos ou complexos solúveis e água ou dispersáveis em água. Em seguida, o carreador revestido é calcinado aquecendo-se, por exemplo, de 500 a 600°C por cerca de 1 a cerca de 3 horas. Tipicamente, quando paládio é desejado, o componente de paládio é utilizado na forma de um composto ou complexo para obter a dispersão do componente no suporte do óxido de metal refratário, por exemplo, alumina ativada. Um método adequado de preparar a primeira camada catalítica do compósito catalisador em camadas da invenção é preparar uma mistura de uma solução de um composto de paládio e pelo menos um suporte, tal como um suporte de óxido de metal refratário finamente dividido de alta área de superfície, por exemplo, gama alumina, que é suficientemente seco para absorver substancialmente toda a solução para formar um sólido úmido que é depois combinado com água para formar uma pasta fluida que pode ser revestida. Em uma ou mais formas de realização, a pasta fluida é ácida, tendo, por exemplo, um pH de cerca de 2 a menos do que cerca de 7. O pH da pasta fluida talvez diminuído pela adição de uma quantidade adequada de um ácido inorgânico ou um ácido orgânico à pasta fluida. As combinações de ambos podem ser usadas quando a compatibilidade do ácido e materiais de partida é considerada. Os ácidos inorgânicos incluem, mas não são limitados a ácido nítrico. Os ácidos orgânicos incluem, mas não são limitados a ácido acético, propiônico, oxálico, malônico, succínico, glutâmico, adípico, maléico, fumárico, ftálico, tartárico, cítrico e outros. Em seguida, se desejado, os compostos solúveis em água ou dispersáveis em água do componente de armazenamento de oxigênios, por exemplo, compósito de cério-zircônio, um estabilizador, por exemplo, acetato de bário, e um promotor, por exemplo, nitrato de lantano, podem ser adicionados à pasta fluida. Os componentes de paládio adicionais podem ser impregnados no componente de óxido de metal refratário de uma maneira similar antes da adição à pasta fluida. Isto é particularmente útil para realizar as vantagens da invenção para fornecer um material catalítico que compreende dois diferentes óxidos de metal refratários na primeira camada catalítica, por exemplo, uma tendo resistência a altas temperaturas e outra tendo alta área de superfície, cada uma a qual é impregnada com o componente de paládio.
[0047] Em uma forma de realização, a pasta fluida é em seguida triturada para resultar em substancialmente todos dos sólidos tendo tamanhos de partícula de menos do que cerca de 20 micros em um diâmetro médio. A trituração pode ser efetuada em um moinho de esferas ou outro equipamento similar, e o teor de sólidos da pasta fluida pode ser, por exemplo, de cerca de 20 a 60% em peso, mais particularmente de cerca de 30 a 40% em peso. Em um aspecto particular da presente invenção, os sólidos da camada de subrevestimento pode ter um tamanho de partícula que é menor do que o tamanho de partícula dos sólidos na camada catalítica. Em uma forma de realização, o tamanho de partícula de sub-revestimento é de cerca de 6 a 8 microns e o tamanho de partícula da camada catalítica é de cerca de 9 a 11 microns.
[0048] A segunda camada catalítica, pode ser preparada e depositada na primeira camada da mesma maneira como descrito acima para a deposição da primeira camada catalítica usando um OSC como o suporte para ródio e, opcionalmente, componentes de platina. Um suporte de alumina também pode ser incluído na segunda camada catalítica, mas não é necessário.
[0049] Antes de descrever várias formas de realização exemplares da invenção, deve ser entendido que a invenção não é limitada aos detalhes da construção ou etapas de processo apresentadas na seguinte descrição. A invenção é capaz de outras formas de realização e de ser praticada de várias maneiras.
[0050] Os seguintes exemplos não limitantes devem servir para ilustrar as várias formas de realização da presente invenção. Em cada um dos exemplos, o carreador foi cordierita.
[0051] Uma porção de uma solução do componente de paládio e uma porção de uma solução do componente de platina foram misturadas com um lantana-alumina com alta área de superfície e água para formar um pó úmido e obter umectação incipiente. Separadamente, outra porção de uma solução do componente de paládio e outra porção de uma solução do componente de platina foram misturados com um lantana-alumina termoestável e água para formar um pó úmido e obter umectação incipiente. Céria-zircônia, octanol, ácido acético e acetato zircônio foram adicionados e combinados com a mistura de suporte de Pd/Pt+ em um misturador planetário (misturados em P). A preparação do pó úmido foi triturada até um tamanho de partícula de 90% = 5 a 15 μm, A pasta fluida foi revestida no carreador de monólito usando métodos de deposição conhecidos na técnica para depositar o catalisador em um substrato. Após o revestimento, o carreador com o sub-revestimento e a primeira camada catalítica foi seco e calcinado em uma temperatura de 550°C por cerca de 1 a 2 horas. A composição final da primeira camada catalítica foi como segue: alumina estabilizada com lantana na faixa de 14 a 20% de ganho seco (DG), OSC 60 a 75% de DG, óxido de zircônio 7 a 12% de DG, paládio 3 a 3,5% de DG e platina 0,05 a 0,07% de DG.
[0052] Uma segunda amostra também foi preparada da mesma maneira, em que a composição da primeira camada catalisadora continha paládio na faixa de 3,1 a 3, 7% de DG e nenhuma platina.
[0053] O componente de ródio e o componente de platina foram diluídos em água e misturados com OSC termoestável (céria-zircônia estabilizado com terra rara) para obter a umectação incipiente. A mistura de suporte Rh/Pt+ foi adicionada lentamente ao octanol, água e uma base orgânica enquanto mantendo o pH acima de 7. O céria-zircônia e nitrato de zircônio foram adicionados e o pH foi ajustado a 3,5 a 4,5 como necessário, o pó úmido foi triturado até um tamanho de partícula de 90% = 5-15 μm e revestido na primeira camada catalítica usando os métodos de deposição conhecidos na técnica para depositar o catalisador em um substrato. Após revestir, o artigo catalisador foi seco e calcinado a uma temperatura de 550°C por cerca de 1 a 2 horas. A composição final da segunda camada catalítica foi como segue: terra rara estabilizada com céria zircônia 90 a 98% de DG, ZrO2 2 a 3% de DG, Pt de 0,55 a 0,75% de DG e Rh de 0,32 a 0,42% de DG.
[0054] Uma segunda amostra também foi preparada da mesma maneira, em que a composição da segunda camada catalítica continha Rh de 0,7 a 0,9% de DG e nenhuma platina.
[0055] Os artigos catalisadores experimentais preparados acima foram testados em um reator modelo para avaliar a ignição de CO, NO e HC. O catalisador 1 tinha uma carga metálica de 65 g/ft3 (2,3 g/l) e uma razão Pt/Pd/Rh de 2/10/1. O catalisador 2 tinha uma carga metálica de 65 g/ft3 (2,3 g/l) e uma razão de Pt/Pd/Rh de 0/5/1. O Catalisador 1 e o Catalisador 2 foram comparados a um catalisador tendo uma camada única de somente paládio com 70 g/ft3 (2,5 g/l) de carga (o “catalisador de Pd”). Isto correspondeu na composição à primeira camada catalítica de Catalisador 2. O desempenho dos catalisadores experimentais também foi comparado a um artigo catalisador de duas camadas comparável na composição ao Catalisador 1 mas com um OSC menos termoestável na segunda camada catalítica (o “Catalisador de referência”). Todos os catalisadores foram maturados por 4 horas a 1050°C em 10% de vapor antes do teste.
[0056] Os resultados são mostrados no gráfico de barras da Fig. 1. As temperaturas de ignição para todos os componentes do gás de descarga foram substancialmente reduzidas para todos os catalisadores se comparado ao Catalisador OSC. O Catalisador 1 e o Catalisador de Pd tinha uma temperatura de ignição menor para todos os componentes de exaustão do que o Catalisador 2. Contudo, as temperaturas de ignição para o Catalisador 2 e o Catalisador de Pd foram essencialmente equivalentes.
[0057] As curvas de ignição correspondentes para estas experiências mostram que as curvas para o Catalisador 1 e Catalisador 2 produziram substancialmente a conversão de CO máxima superior do que o Catalisador de Pd. Para a conversão de HC, as curvas do Catalisador 1 e Catalisador de Pd foram substancialmente similares por toda a faixa de temperatura experimental. Neste caso, contudo, o Catalisador 2 apresentou um nível máximo substancialmente maior da conversão de HC do que o Catalisador 1. A conversão de NO máxima também foi de algum modo maior para o Catalisador 2. Quando comparado ao Catalisador de referência, ambos os catalisadores experimentais produziram os níveis de conversão de CO, NO e HC máximos substancialmente maiores.
Claims (15)
1. Artigo catalisador para o uso em um motor pequeno, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira camada catalítica formada em um carreador, a primeira camada catalítica compreendendo i) um componente de armazenamento de oxigênio que é de 50 a 90% em peso da primeira camada catalítica, em que o dito componente de armazenamento de oxigênio é céria- zircônia e ii) um componente de paládio em uma quantidade de 2 a 5% em peso da primeira camada catalítica, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina na primeira camada catalítica, e; uma segunda camada catalítica formada na primeira camada catalítica, a segunda camada catalítica compreendendo um componente de ródio em uma quantidade de 0,2 a 1% em peso da segunda camada catalítica, em que a segunda camada catalítica não contém paládio e o componente de ródio é associado com um componente de armazenamento de oxigênio termoestável.
2. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o componente de paládio está presente em 3 a 4% em peso da primeira camada catalítica e o componente de ródio está presente em 0,3 a 0,9% em peso da segunda camada catalítica.
3. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sub- revestimento de óxido de metal refratário no carreador.
4. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o componente de armazenamento de oxigênio na segunda camada catalítica está presente em uma quantidade de 80 a 99% em peso da segunda camada catalítica.
5. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o componente de armazenamento de oxigênio na segunda camada catalítica é céria-zircônia.
6. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o carreador é selecionado do grupo que consiste de carreadores metálicos, carreadores de cerâmica e malha de arame.
7. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende de 25 a 75 g/ft3 (0,9 a 2,7 g/l) de metais do grupo da platina.
8. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a primeira camada catalítica compreende adicionalmente 0 a 0,5% em peso de um componente de platina e a segunda camada catalítica compreende adicionalmente de 0,2 a 1% em peso de um componente de platina.
9. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a primeira camada catalítica compreende de 0,04 a 0,08% em peso do componente de platina e a segunda camada catalítica compreende de 0,5 a 1% em peso do componente de platina.
10. Método de tratamento de descarga de um motor pequeno, caracterizado pelo fato de que compreende os hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio que compreendem contactar a descarga com um artigo catalisador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
11. Método para fabricar um artigo catalisador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma primeira camada catalítica em um carreador depositando-se uma pasta fluida no carreador ou, opcionalmente, em um subrevestimento de óxido de metal refratário aderido ao carreador, a pasta fluida compreendendo um componente de armazenamento de oxigênio que fornece 50 a 90% em peso do componente de armazenamento de oxigênio na primeira camada catalítica, em que o dito componente de armazenamento de oxigênio na primeira camada é céria-zircônia, e um componente de paládio, em que o componente de paládio é substancialmente o único componente metálico do grupo da platina na primeira camada catalítica, e em que o componente de paládio está presente em uma quantidade suficiente para fornecer 2 a 5% em peso do componente de paládio na primeira camada catalítica; secar a primeira camada catalítica; formar uma segunda camada catalítica na primeira camada catalítica depositando-se uma pasta fluida na primeira camada catalítica, a pasta fluida compreendendo um componente de ródio associado com um suporte de componente de armazenamento de oxigênio termoestável, em que o componente de ródio está presente em uma quantidade suficiente para fornecer 0,2 a 1% em peso do componente de ródio na segunda camada catalítica, e; secar a segunda camada catalítica.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um subrevestimento contendo um óxido de metal refratário selecionado do grupo que consiste de alumina, alumina-zircônia, alumina- céria-zircônia, lantana-alumina, lantana-zircônia-alumina, bária-alumina, bária-lantana-alumina, bária-lantana-neodímia-alumina e alumina-céria é formada no carreador.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o óxido de metal refratário é lantana-alumina em um sol de ácido acético.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que uma primeira camada catalítica contendo um componente de armazenamento de oxigênio de céria-zircônia, é depositada no sub-revestimento.
15. Sistema de motor pequeno, caracterizado pelo fato de que compreende um motor de dois tempos, em que o sistema compreende uma saída de gás de descarga para descarregar o gás de descarga e um artigo catalítico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 próximo à saída do gás de descarga.
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