BR112015020301B1 - catalisador para a purificação de gases de escape e método de purificação de gases de escape usando o mesmo - Google Patents

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Naohiro Kato
Yuta Akasaka
Shota KAWASHIMA
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Abstract

CATALISADOR PARA A PURIFICAÇÃO DE GASES DE ESCAPE E MÉTODO DE PURIFICAÇÃO DE GASES DE ESCAPE USANDO O MESMO. A presente invenção é para proporcionar um catalisador que não só é capaz de tratar eficazmente CO mesmo a uma baixa temperatura do gás de escape, mas também capaz de exercer favorável eficiência de purificação de CO num gás de escape a baixa temperatura, mesmo em um caso de ser exposto durante um longo período de tempo a um gás de escape do motor que está a uma temperatura alta e contém HC, CO, NOx, vapor d'água e outros semelhantes; e uma técnica de tratamento dos gases de escape. A presente invenção é um catalisador para a purificação de gases de escape contendo: um metal nobre; um óxido que contém como material de base A pelo menos dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio; e um óxido que contém como material de base B pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio; em que o material de base A e o material de base B satisfazem uma fórmula específica.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção refere-se a um catalisador para purificação dos gases de escape, e a um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador. Em particular, a presente invenção se refere a um catalisador para a purificação dos gases de escape descarregado a partir de um motor a gasolina, e um motor diesel, e a um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[002] Como para uma técnica para o tratamento dos gases de escape gerados por um motor de combustão interna, têm sido propostas muitas técnicas convencionalmente. Em particular, como para um tratamento de gases de escape de um motor diesel, várias técnicas têm sido propostas para o efeito da redução dos gases de escape do material particulado (PM) e NOx contido nos gases de escape. Por exemplo, como um catalisador para purificação de gases de escape, um catalisador de oxidação que oxida um monóxido de carbono (daqui em diante também referido como "CO") e um hidrocarboneto (daqui em diante também referido como "HC") para CO2 ou H2O, um catalisador de armazenamento de NOx que armazena um óxido de nitrogênio (daqui em diante também referido como "NOx"), além disso, um catalisador de três vias, que remove de NOx, CO, e HC, ao mesmo tempo, e similares têm sido proposto.
[003] Nos últimos anos, devido ao reforço da regulamentação sobre gases de escape, uma técnica de tratamento de CO é eficaz a uma baixa temperatura do gás de escape é desejado, e por exemplo uma técnica que melhora a eficiência do tratamento de CO a baixa temperatura utilizando uma alumina, um óxido tal como zircônia ou céria, que tem um diâmetro de partícula fina, e um metal nobre, tal como platina em combinação foi proposto (Literatura de Patente 1). Como uma outra técnica, uma técnica que pode tratar eficazmente CO por um metal nobre, e um óxido complexo de alumínio e zircônio ou um óxido complexo de alumínio, zircônio e titânio, mesmo a uma baixa temperatura do gás de escape foi proposto (Literatura de Patente 2). Foi divulgado que o metal nobre é preferivelmente paládio tendo um diâmetro de partícula da ordem de nano, e quanto menor a partícula de paládio é, o melhor desempenho de purificação do CO a uma temperatura baixa é obtido.
Lista de Citações Literatura de Patentes
[004] Literatura de Patente 1: Publicação Internacional WO 2012/121085
[005] Literatura de Patente 2: Publicação Internacional WO 2012/137930
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema técnico
[006] Um objeto da presente invenção consiste em proporcionar um catalisador para purificação dos gases de escape, que pode eficazmente realizar um tratamento aos gases de escape , em particular purificação de CO, mesmo a uma temperatura baixa do gás de escape, e um método de purificação dos gases de escape que utiliza o catalisador.
[007] Um outro objeto da presente invenção consiste em proporcionar um catalisador para purificação dos gases de escape, que pode manter e exercer uma atividade particularmente elevada de CO, mesmo quando está sendo exposto ao escape de gás a uma temperatura elevada durante um longo período de tempo, e um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador.
Solução para o problema
[008] Os vários objetos acima descritos são resolvidos pela provisão do seguinte (1): um catalisador para purificação dos gases de escape contendo um metal nobre; um óxido contendo como um material de base A pelo menos dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio; e um óxido que contém como material de base B pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio; em que uma relação do material de base representada pela seguinte equação (X): [Expressão matemática 1]
Figure img0001
é (a), 0,01 a 8% em peso quando o material de base B é silício, (b) 0,01 a 2% em peso quando o material de base B é cério, (c) 0,01 ou mais a menos de 2% em peso quando o material base B é praseodímio, e (d) 0,01 a 10% em peso quando o material de base B é o lantânio. Além disso, os objetos são resolvidos pelo fornecimento de um método de purificação de gases de escape, utilizando o catalisador para purificação dos gases de escape descritos em (1). Efeitos vantajosos da invenção
[009] De acordo com a presente invenção, um catalisador para a purificação de gases de escape, que pode eficazmente realizar um tratamento de gases de escape, particularmente purificação de CO mesmo a uma temperatura baixa do gás de escape, e um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador pode ser fornecido.
[0010] Além disso, de acordo com a presente invenção, um catalisador para purificação dos gases de escape, que, mesmo quando está sendo exposto aos gases de escape à alta temperatura (em particular, dos gases de escape do motor) (em particular, HC, CO, NOx, vapor d’água e afins estão contidos), particularmente durante um longo tempo, pode manter e exercer uma atividade elevada de CO (em particular, nos gases de escape a baixa temperatura), e um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador pode ser fornecido.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0011] Figura 1 é um gráfico mostrando a avaliação de um catalisador no qual é adicionado sílica.
[0012] Figura 2 é um gráfico que mostra a dependência de uma quantidade de adição de titânia.
[0013] Figura 3 é um gráfico que mostra a purificação de CO no teste de avaliação 2 de um catalisador no qual é adicionado cério.
DESCRIÇÃO DE FORMAS DE REALIZAÇÃO
[0014] Daqui em diante, a forma de realização da presente invenção será descrita. Além disso, a presente invenção não se limita apenas às formas de realização seguintes. Além disso, no presente relatório descritivo, "X para Y", mostrando uma variação significa "X ou mais ou Y ou menos" e "peso" e "massa", "% em peso" e "% em massa", e "partes em peso" e "partes em massa", são tratados como sinônimos. Além disso, salvo indicação em contrário, a operação, e a medição de propriedades e semelhantes são realizadas sob as condições de uma temperatura ambiente (20 a 25°C)/a uma umidade relativa de 40 a 50%.
[0015] O primeiro da presente invenção é o seguinte (1): um catalisador para purificação de gases de escape, contendo um metal nobre; um óxido que contém como material de base A pelo menos dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio; e um óxido contendo como base o material B pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e de lantânio, em que uma razão de material de base representada pela equação seguinte (X): [Expressão matemática 2]
Figure img0002
é (a), 0,01 a 8% em peso quando o material de base B é silício, (b) 0,01 a 2% em peso quando o material de base B é cério, (c) 0,01 ou mais a menos de 2% em peso quando o material base B é praseodímio, e (d) 0,01 a 10% em peso quando o material de base B é o lantânio.
[0016] Além disso, no presente relatório descritivo, "catalisador para purificação de gases de escape" é também referido como "catalisador". Além disso, no "óxido" de "um óxido que contém como material de base A pelo menos dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio" um óxido de material de base B não está incluído.
[0017] Tal como descrito acima, em que o catalisador para purificação dos gases de escape, contendo como material de base B pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio em uma quantidade específica, o calor dos gases de escape é suprimida, e ainda mais, por oxidação de HC e semelhantes, a sinterização gerada devido ao movimento de PGM (grupo de metais preciosos, metais nobres), que é promovida por calor devido à alta temperatura em locais em uma superfície de um catalisador é suprimida. Além disso, assegurando o local de reação de CO de PGM devido à interação eletrônica que suprime envenenamento de HC a um ponto ativo de PGM, um tratamento dos gases de escape, em particular purificação de CO pode ser realizada de forma eficaz, mesmo a uma temperatura baixa do gás de escape. Por conseguinte, mesmo quando está sendo exposto à alta temperatura do gás de escape (em particular, dos gases de escape do motor) (em particular, HC, CO, NOx, vapor d’água e outros semelhantes estão contidos), particularmente durante um longo período, a atividade elevada de CO (em particular, no gás de escape a baixa temperatura) pode ser mantida e exercida. No entanto, o mecanismo descrito acima é apenas uma presunção, e o âmbito técnico da presente invenção não é limitado pelo mecanismo.
[0018] De acordo com a presente invenção, formas de realização preferidas das sequência (2) a (14) são fornecidas.
[0019] (2) O catalisador descrito em (1), em que o metal nobre é, pelo menos, um tipo selecionado de entre o grupo que consiste de ouro, prata, platina, paládio, ródio, irídio, rutênio e ósmio.
[0020] (3) O catalisador descrito em (1) ou (2), em que o metal nobre é, pelo menos, um tipo selecionado de entre o grupo que consiste de platina, paládio, ródio e irídio.
[0021] (4) O catalisador descrito em qualquer um de (1) ou (3), em que o metal nobre é, pelo menos, um tipo selecionado de entre o grupo consistindo de platina, paládio e ródio.
[0022] (5) O catalisador descrito em qualquer um de (1) ou (4), em que a quantidade do metal nobre é de 0,5 a 20% em peso quando quantidade total (em termos de óxido) do material de base A e o material de base B é definido como 100% em peso.
[0023] (6) O catalisador descrito em qualquer um de (1) ou (5), em que o óxido do material de base A é um óxido misto ou óxido complexo ou dos dois tipos de elementos.
[0024] (7) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em qualquer um de (1) ou (6), em que um óxido de alumínio como material de base A, e um óxido de zircônio como material de base A, estão contidos.
[0025] (8) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em (7), em que o óxido de zircônio é de 0,1 a 20% em peso, quando o peso total (em termos de óxido) do material de base A é definido como 100% em peso.
[0026] (9) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em (7) ou (8), em que um óxido de titânio como material de base A está ainda contido.
[0027] (10) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em (9), em que o óxido de titânio é de 0,1 a 20%, em peso quando o peso total (em termos de óxido) do material de base A é definido como 100% em peso.
[0028] (11) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em qualquer um de (1) a (10), em que o metal nobre, o óxido do material de base A, e o óxido do material de base B são suportados num corpo de estrutura tridimensional que é um suporte.
[0029] (12) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em qualquer um de (1) a (11), em que outros componentes de aditivos são ainda contidos.
[0030] (13) O catalisador para purificação dos gases de escape descrito em (12), na qual outro componente aditivo é zeólito.
[0031] (14) O catalisador para purificação de gases de escape descrito em (12) ou (13), em que o outro componente de aditivo é suportado numa corpo de estrutura tridimensional, que é um suporte.
[0032] (15) O catalisador para purificação de gases de escape descrito em qualquer um de (12) a (14), em que o outro componente de aditivo está contido numa quantidade de 1 a 150 g por litro de suporte.
[0033] (16) Um método de purificação dos gases de escape utilizando o catalisador para purificação dos gases de escape descrito em qualquer um de (1) a (15). - Catalisador para a purificação de gases de escape - (Metal nobre)
[0034] Um metal nobre utilizado no catalisador de acordo com a presente invenção é de preferência um ou mais tipos selecionados a partir do grupo que consiste de ouro (Au), prata (Ag), platina (Pt), paládio (Pd), ródio (Rh), irídio (Ir), rutênio (Ru) e ósmio (Os). Estes podem ser utilizados sozinhos, ou em combinação de dois ou mais tipos dos mesmos, e são, de preferência platina, paládio, ródio e irídio, e mais preferencialmente platina, paládio e ródio.
[0035] Em um caso da combinação de dois tipos, do ponto de vista da melhoria do desempenho de oxidação de HC e CO, platina, e paládio são adequadamente utilizados. Quando os componentes do catalisador são platina e paládio, a razão em peso da platina e o paládio é de preferência 50: 1 a 1:1, mais preferivelmente de 40:1 a 1:1, ainda mais preferivelmente 30:1 a 1,1:1, ainda mais preferivelmente ainda 20:1 a 1,3: 1, e mais preferencialmente 5:1 a 1,5:1. Como a variação da razão em peso da platina e o paládio é mais preferido, um efeito de eficiência de purificação de CO é mais exercido.
[0036] A quantidade utilizada de metal nobre é preferivelmente 0,01 a 20 g, mais preferencialmente 0,05 a 10 g, e mais preferivelmente 0,3 a 10 g por litro de suporte em termos de um metal nobre. Além disso, num caso da combinação de dois ou mais tipos, a quantidade total está de preferência dentro da faixa acima descrita.
[0037] A quantidade do metal nobre por 100 partes em peso da quantidade total (em termos de óxido) do material de base A e o material de base B é de 0,01 a 100 partes em peso, de preferência de 0,1 a 50 partes em peso, mais preferencialmente 0,5 a 20 partes em peso, e ainda mais preferivelmente 0,8 a 3 partes em peso. Isto porque, quando a quantidade é inferior a 0,01 parte em peso, existe um receio que o desempenho do catalisador se torna reduzido, e, por outro lado, quando a quantidade excede 100 partes em peso, a tolerância à alta temperatura é facilmente diminuída.
[0038] Como uma fonte de metal nobre, uma matéria- prima que é normalmente utilizada pode ser usada, negro de metal nobre, um sal de metal nobre solúvel em água, um complexo de metal nobre, o coloide de metal nobre ou similares podem ser usados, e estes podem ser alterados para ser usado, dependendo de um método de preparação de um catalisador.
[0039] Os exemplos específicos da matéria-prima preferida de uma metal nobre incluem, no caso de platina, um halogeneto, tal como brometo de platina e cloreto de platina; sais inorgânicos, tais como um sal de ácido hexa- hidroxo, e um sal de ácido tetranitro de platina; um carboxilato tal como um acetato; e um hidróxido, um halogeneto, tal como platina tetramina, e platina hexamina; sais inorgânicos; um carboxilato; e um hidróxido, um alcóxido, platina dinitrodiamina e um óxido. Os exemplos preferidos incluem um nitrato, um carboxilato, um hidróxido e um sal de ácido hexa-hidroxo de platina dinitrodiamina, platina tetramina e platina hexamina, e um nitrato, um carboxilato, um hidróxido e de um sal de ácido hexa-hidroxo platina dinitrodiamina, platina tetramina e platina hexamina, e outros semelhantes são particularmente adequadas.
[0040] Exemplos no caso de paládio incluem um halogeneto, tal como cloreto de paládio; sais inorgânicos tais como um nitrato e um sulfato de paládio; um carboxilato tal como um acetato; e um hidróxido, um halogeneto de paládio tetramina e paládio hexamina; sais inorgânicos; um carboxilato; e um hidróxido, um alcóxido, paládio dinitrodiamina, e um óxido. Os exemplos preferidos incluem um nitrato, um nitrato de paládio dinitrodiamina, paládio tetramina e paládio hexamina; um carboxilato; e um hidróxido, e um nitrato (nitrato de paládio), um nitrato de paládio tetramina e paládio hexamina; um carboxilato de metilo; e um hidróxido.
[0041] Exemplos no caso de ródio incluem ródio; um halogeneto tal como cloreto de ródio; sais inorgânicos, tais como um nitrato, um sulfato, um sal de hexamina e um sal do ácido hexaciano de ródio; um carboxilato tal como um acetato; e um hidróxido, um alcóxido e um óxido. Os exemplos preferidos incluem um nitrato e um sal de hexamina, e um nitrato (nitrato de ródio). (Base de material A)
[0042] Um material de base A é, pelo menos, dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio. Quando o material de base A é composto de um só tipo, existe um problema de que a resistência ao calor é diminuída.
[0043] Como descrito acima, o material de base A é, pelo menos, dois tipos de elementos, e em um catalisador para purificação dos gases de escape da presente invenção, o material de base A é usado sob a forma de um óxido. O óxido do material de base A pode ser em qualquer combinação de óxidos de alumínio, zircônio e titânio, no entanto, quando o catalisador da presente invenção contém a combinação de um óxido de alumínio e um óxido de zircônio, este é preferido do ponto de vista do melhoramento da resistência ao calor.
[0044] A razão entre o material de base A pode ser qualquer uma razão desde que o material de base A atua como um catalisador, no entanto, se a quantidade de um óxido de zircônio é de 0,1 a 20% em peso, quando o peso total (em termos de óxido) do material de base A é definido como 100% em peso, este é preferido do ponto de vista da melhoria da resistência ao calor.
[0045] Além disso, quando além do óxido de alumínio como material de base A, e o óxido de zircônio como material de base de A, o óxido de titânio como material de base A é adicionalmente contido, este é preferido do ponto de vista do melhoramento da resistência ao calor. Além disso, se a quantidade de um óxido de titânio é de 0,1 a 20% em peso, quando o peso total (em termos de óxido) do material de base A é definido como 100% em peso, esta é preferida a partir do melhoramento da resistência ao calor.
[0046] Além disso, como acima descrito, a relação (em termos de óxido) de um material de base A pode ser qualquer relação, desde que o material de base atua como um catalisador, no entanto, em consideração a elevada área superficial específica, e a resistência ao calor de temperatura elevada, mais especificamente, Al2O3 é preferivelmente de 60 a 96% em peso, ZrO2 é de preferência 4 a 20% em peso de TiO2 e é de preferência 0 a 20% em peso, quando peso total (em termos de óxido) do material de base A é definido como 100% em peso. Além disso, do ponto de vista da resistência ao calor, Al2O3 é mais preferivelmente 70 a 97% em peso, ZrO2 é mais preferencialmente 2,5 a 20% em peso e TiO2 é mais preferencialmente 1,5 a 10% em peso. Além disso, do ponto de vista da resistência ao calor, Al2O3 é ainda mais preferencialmente 75 a 95% em peso, ZrO2 é ainda mais preferencialmente 3 a 20% em peso e TiO2 é ainda mais preferivelmente 2 a 5% em peso.
[0047] Além disso, num caso em que um óxido de titânio como material de base A está contido além de um óxido de alumínio como material de base A, e um óxido de zircônio como material de base de A, o óxido de zircônio (% por peso)/o óxido de titânio (% em peso) é, do ponto de vista do melhoramento da resistência ao calor, de preferência 1,2 a 3,0, mais preferivelmente 1,4 a 2,6 e, além disso, de um modo preferido 1,6 a 2,3.
[0048] Aqui, como fonte de alumínio (Al), sulfato de alumínio (um sulfato), nitrato de alumínio (um nitrato), cloridrato de alumínio (um cloridrato), acetato de alumínio (um acetato), ou outros semelhantes, que se tornam, alumina por calcinação podem, ser utilizados em conjunto com alumina, tais como y alumina, δ alumina e θ alumina, e a fonte de alumínio é de preferência nitrato de alumínio. Além disso, estas podem ser uma forma de hidrato. Além disso, uma fonte de alumínio possuindo um grupo hidroxila, tal como boemita, também pode ser usado.
[0049] À medida que a fonte de zircônio (Zr), sulfato de zirconila (um sulfato), nitrato de zirconila (um nitrato), cloridrato de zirconila (um cloridrato), acetato de zirconila (um acetato), carbonato de zirconila (um carbonato), cloreto de zirconila (um cloreto) ou hidróxido de zirconila (um hidróxido), que se tornam zircônia por calcinação, pode ser utilizada além de um óxido tal como zircônia, e sol de zircônia. Estas são de preferência utilizadas sob a forma de uma solução aquosa.
[0050] À medida que a fonte de titânio (Ti), sulfato de titânio (um sulfato), cloreto de titânio (cloreto) e alcóxido de titânio, que se torna um óxido por calcinação, pode ser utilizado além de um óxido tal como titânia, e sol de titânia. (Material de base B)
[0051] Um material de base B é pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio, estes também podem ser utilizados em combinação. Em um catalisador para purificação dos gases de escape da presente invenção, o material de base B é usado na forma de um óxido.
[0052] (a) Quando o material de base B é o silício, a razão do material base (X):
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é de 0,01 a 8% em peso. Quando a razão de material de base é inferior a 0,01% em peso, existe um problema de que a temperatura de ignição do CO (temperatura da taxa de conversão de CO 50%, inflamabilidade de CO) é aumentada, e a taxa de conversão de CO é reduzida. Por outro lado, num caso em que a razão do material de base excede 8% em peso, existe um problema de que a taxa de conversão de CO é reduzida. A razão do material de base quando o material de base B é o silício é, do ponto de vista da melhoria do desempenho de purificação de CO a uma temperatura baixa, de preferência de 0,07 a 6% em peso, mais preferivelmente 0,08 a 5% em peso, e ainda mais de preferência 1 a 5%.
[0053] Além disso, como uma fonte de silício, óxido de silício ou um seu sal, ácido ortossilícico ou um seu sal, ácido metassilícico ou um seu sal, sol de sílica ou semelhantes, podem ser utilizados. Além disso, como um sal, sódio, potássio e semelhantes são particularmente adequados.
[0054] (b) Quando o material de base B é o cério, a razão do material de base é de 0,01 a 2% em peso. Quando a razão de material de base está fora da faixa, a inflamabilidade de CO é reduzida. A razão do material de base quando o material de base B é cério é, do ponto de vista da melhoria do desempenho de purificação de CO a uma temperatura baixa, de preferência entre 0,3 a 1,7% em peso, e mais preferivelmente 0,5 a 1,5% em peso.
[0055] Além disso, como uma fonte de cério, óxido de cério, nitrato de cério, sulfato de cério, carbonato de cério ou outros semelhantes podem ser utilizados. Estes podem ser uma forma de hidrato.
[0056] (c) Quando o material de base B é praseodímio, a razão do material de base é de 0,01 ou mais a menos de 2% em peso. Quando a razão de material de base está fora da faixa, a inflamabilidade de CO é reduzida. A razão do material de base, quando o material de base B é praseodímio, é, do ponto de vista da melhoria do desempenho de purificação de CO a uma temperatura baixa, de preferência 0,2 a 1,7% em peso, e mais preferivelmente 0,7 a 1,3.
[0057] Além disso, como uma fonte de praseodímio, óxido de praseodímio, nitrato de praseodímio, sulfato de praseodímio, carbonato de praseodímio ou semelhante podem ser usados. Estes podem ser uma forma de hidrato.
[0058] (d) Quando o material de base B é lantânio, a razão do material de base é de 0,01 a 10% em peso. Quando a razão de material de base está fora da faixa, a inflamabilidade de CO é reduzida. A razão do material de base quando o material de base B é lantânio é, do ponto de vista da melhoria do desempenho de purificação de CO a uma temperatura baixa, de preferência de 0,5 a 9%, em peso, e mais preferencialmente de 3 a 6% em peso.
[0059] Além disso, como uma fonte de lantânio, óxido de lantânio, nitrato de lantânio, sulfato de lantânio, carbonato de lantânio ou semelhantes podem ser utilizados. Estes podem ser uma forma de hidrato. (Área de superfície específica do material de base A e do material de base B)
[0060] Na presente invenção, como um componente de catalisador de um catalisador para purificação dos gases de escape, um óxido contendo pelo menos dois tipos de elementos (material de base A) selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio, e um óxido contendo pelo menos um tipo de elemento (material de base B) selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio estão contidos. Além disso, o óxido do material de base A e o óxido de o material de base B podem ser uma mistura (óxido misto) ou um complexo de óxido, no entanto, é de preferência uma mistura (óxidos mistos) a partir dos pontos de vista da melhoria do desempenho de purificação de CO a uma temperatura baixa e a manutenção da durabilidade.
[0061] Além disso, a área de superfície específica do material de base A e o material de base B (total da área superficial específica do material de base A e do material de base B) é, apesar do material de base A e do material de base B não estão particularmente limitados, enquanto sendo geralmente usados como um catalisador para o tratamento dos gases de escape, de forma independente de preferência 100 a 250 m2/g, mais de preferência 150 a 250 m2/g, ainda mais preferivelmente 160 a 250 m2/g, e mais preferivelmente 180 a 250 m2/g. Além disso, num caso em que a área de superfície específica é menor do que 100 m2/g, há o receio de que a durabilidade a alta temperatura é facilmente diminuída, e quando a área de superfície específica excede a 250, há o receio de que a taxa de purificação de CO é facilmente diminuída. Além disso, no presente relatório descritivo, o valor da área de superfície específica significa um valor medido por um método BET (Brunauer- Emmett-Teller) utilizando N2 gasoso.
[0062] Aqui, os métodos de preparação de (um óxido de) um material de base A (um óxido de) e o material de base B não estão particularmente limitados, desde que exercam um efeito de ação da presente invenção, no entanto, (1) um método no qual cada óxido é suficientemente misturado um no outro em uma quantidade predeterminada (método misto),(2) um método no qual cada uma solução aquosa de um composto que se torna um precursor de cada óxido é misturado no outro, em seguida, a mistura resultante é ajustado o pH para ser coprecipitado como um hidróxido, e o hidróxido resultante é seco e sinterizado (método de coprecipitação), (3) um método em que uma solução aquosa em que um outro precursor de composto foi dissolvido é misturado em um óxido de (1) ou (2), e, em seguida, a mistura resultante é seca e sinterizada (método de impregnação), e semelhantes, são adequados.
[0063] Além disso, a temperatura no momento da secagem é, do ponto de vista da conveniência de utilização, de preferência 50 a 250°C, e mais preferivelmente 80 a 200°C. Além disso, a temperatura no momento da sinterização é, do ponto de vista da conveniência de utilização, de preferência 200 a 1100°C, e de um modo mais preferido 300 a 1000°C.
[0064] Em mais detalhe, por exemplo, um método no qual uma fonte de alumínio, uma fonte de zircônio e uma fonte de silício são dissolvidas em água, em seguida, misturadas, e a mistura resultante é ajustado o pH para ser coprecipitada como um hidróxido, e em seguida o hidróxido resultante é seco e calcinado (método de coprecipitação); um método em que qualquer uma de uma fonte de alumínio, uma fonte de zircônio e uma fonte de silício é usada como uma fonte sólida, e a outra é usada como uma solução aquosa, uma é impregnada com a solução aquosa, e, em seguida, o produto resultante impregnado é seco e sinterizado (método de impregnação); ou um método no qual cada fonte sólida é misturada, e a mistura resultante é seca e sinterizada (método misto) pode ser usado.
[0065] A calcinação pode ser realizada numa só fase, ou pode ser realizada em múltiplas fases. O método e as condições de calcinação em um caso em que a calcinação é realizada em múltiplas fases não são particularmente limitadas, no entanto, por exemplo, em um caso em que a calcinação é realizada em três fases, é preferível que a sinterização seja realizada a uma temperatura de 80°C a 150°C durante 30 minutos a 10 horas, adicionalmente, a uma temperatura de 250°C a 550°C durante 30 minutos a 8 horas, e, além disso, a uma temperatura de 600°C a 750°C (Exemplos: 700°C) durante 30 minutos a 7 horas. Por calcinação, assim, em múltiplas fases, a umidade pode gradualmente ser removida a uma temperatura baixa, e um efeito de ajudar a formação de cristais de partículas finas a uma temperatura alta é exercido. (Outros componentes aditivos)
[0066] Na presente invenção, outros componentes aditivos podem também ser adicionados, desde que o efeito de um catalisador da presente invenção não seja reduzido. Por exemplo, como um componente capaz de adsorver um hidrocarboneto (HC) e um óxido de nitrogênio (NOx) em gases de escape, zeólito pode ser usado.
[0067] Tal como o tipo de zeólito, qualquer um de um produto natural e um produto sintético pode ser usado, por exemplo, tipo A, tipo X, tipo Y, tipo L, tipo β, tipo ZSM, tipo ferrierita, tipo linde, tipo faujasita ou semelhantes podem ser utilizados. Além disso, na presente invenção, o zeólito é distinguido do material de base A, e do material de base B.
[0068] Além disso, a fim de melhorar a área de superfície específica e a resistência ao calor de um catalisador, um óxido inorgânico resistente ao fogo que é normalmente usado como um catalisador de gases de escape pode também estar contido. No entanto, em tal caso, o óxido inorgânico resistente ao fogo é utilizado como um distinto do material de base A, e do material de base B. Além disso, um metal alcalino, e um metal alcalino-terroso também podem ser adicionados para a adsorção de NOx.
[0069] Exemplos específicos do óxido inorgânico resistente ao fogo de um distinto do material de base A e do material de base B incluem, por exemplo, um óxido de metal tendo uma elevada área de superfície específica, que é habitualmente utilizada para um catalisador para purificação dos gases de escape.
[0070] Além disso, o teor de outros componentes aditivos (de preferência, zeólito) não é também particularmente limitado, no entanto, de um modo preferido 1 a 150 g, mais preferencialmente 5 a 100 g, e ainda mais preferivelmente 40 a 60 g por litro de suporte (reivindicação 10). Isto é porque em um caso em que o teor é menos do que 1 g, há o receio de que um efeito da adição de outros componentes aditivos se tornar pequeno, e por outro lado, quando o teor for superior a 150 g, há o receio de que um efeito, dependendo da adição se torne pequeno. - Método de produção de catalisador para purificação de gases de escape
[0071] Um catalisador de acordo com a presente invenção é basicamente composto por um metal nobre, um óxido de um material de base A, e (um óxido de) um material de base B. No entanto, um catalisador para purificação dos gases de escape da presente invenção é obtido de um modo preferido por suportar o metal nobre, o óxido de um material de base A, e o óxido de um material de base B sobre um suporte.
[0072] Neste caso, como o suporte, um suporte que é utilizado como um suporte no campo pode ser usado sem qualquer limitação, no entanto, do ponto de vista da força do catalisador, um corpo de estrutura tridimensional é preferencialmente utilizado.
[0073] À medida que o corpo de estrutura tridimensional, por exemplo, um suporte resistente ao calor tal como um suporte alveolar tendo uma forma triangular, quadrangular, ou hexagonal através do furo pode ser utilizado. Além disso, como o corpo da estrutura tridimensional, um corpo moldado integralmente (corpo estruturado monoliticamente fabricado) é o preferido, por exemplo, um suporte monolítico, um suporte alveolar de metal, um suporte alveolar conectado que tem uma função de filtro de um filtro particulado de diesel ou análogos, um puncionamento, ou semelhante, é de preferência utilizado. Além disso, não é necessariamente requerido utilizar um corpo de estrutura tridimensional monolítico, e por exemplo, um suporte de pastilha ou outros semelhantes também podem ser usados. Além disso, um suporte de forma esférica ou corrugado pode ser usado. Como o material para o suporte, uma cerâmica ou um metal pode ser usado, e como o cerâmico, cordierita, mulita, SiC ou semelhantes podem ser utilizados.
[0074] À medida que o suporte monolítico, normalmente um suporte referido como pode ser utilizado um suporte em favo de mel de cerâmica, em particular, um suporte feito de cordierita, mulita, α-alumina, carboneto de silício, nitreto de silício ou semelhante, é preferido. Entre eles, um suporte feito de cordierita (um suporte de cordierita) é particularmente preferido. Além disso, um corpo de estrutura monolítica ou semelhante, que é obtido usando um metal resistente à oxidação e resistente ao calor contendo em aço inoxidável, uma liga de Fe-Cr-Al e semelhantes, pode ser utilizado.
[0075] Esses suportes monolíticos são produzidos por um método de moldagem por extrusão, um método de enrolamento de endurecimento de um elemento em forma de folha ou semelhante. A forma por meio de porta (porta que passa gás, forma da célula) pode ser qualquer um de hexagonal (favo de mel), quadrilátero, triangular ou corrugado (forma de corrugação). O suporte monolítico pode ser suficientemente utilizado, desde que sendo 100 a 1200 células por polegada quadrada em corte transversal do suporte, e as células são preferivelmente 200 a 900 células, mais preferencialmente de 200 a 600 células, e, além disso, de preferência, 250 a 500 células. Além disso, um método de suporte de um catalisador da presente invenção em um corpo de estrutura tridimensional não é particularmente limitada. Por exemplo, um método em que revestimento de lavagem e semelhantes são realizados e, em seguida, a calcinação é realizada pode ser usada.
[0076] Exemplos preferidos do método para a produção de um catalisador da presente invenção incluem: (1) um método no qual uma solução aquosa de um metal nobre, e um material de base A e um material de base B são misturados, a mistura foi moída a úmido para se obter uma suspensão, depois a suspensão é colocada em contato com um corpo de estrutura tridimensional, o excesso de suspensão é removido, e o produto resultante é seco e calcinado; (2) um método no qual um material de base A e um material de base B são moídas a úmido para se obter uma suspensão, depois a suspensão é trazida em contato com um corpo de estrutura tridimensional, o excesso de suspensão é removido, e o resultante é seco e calcinado, e mais posto em contato com uma solução aquosa de um metal nobre, o excesso de suspensão é removido, e o produto resultante é seco e calcinado; (3) um método no qual um material de base A e uma solução de um metal nobre são misturados, a mistura é seca e calcinada para obter os pós, os pós e um material de base B são moídas a úmido para se obter uma suspensão, em seguida, a suspensão é posta em contato com um corpo de estrutura tridimensional, o excesso de suspensão é removido, e o produto resultante é seco e calcinado; (4) um método no qual um material de base B e uma solução de um metal nobre são misturados, a mistura é seca e calcinada para obter os pós, os pós e um material de base A são moídas a úmido para se obter uma suspensão, depois a suspensão é colocada em contato com um corpo de estrutura tridimensional, o excesso de suspensão é removido, e o produto resultante é seco e calcinado; (5) um método no qual um material de base A, um material de base B, e uma solução de um metal nobre são misturados, a mistura é seca e calcinada para obter os pós, os pós são moídas a úmido para se obter uma suspensão, depois a suspensão é colocada em contato com um corpo de estrutura tridimensional, o excesso de suspensão é removido, e o produto resultante é seco e calcinado; e semelhantes, contudo, estes métodos podem apropriadamente ser mudados para ser usados.
[0077] Uma suspensão é lavada revestida de um corpo de estrutura tridimensional que é um suporte tal como cordierita ou semelhante, em seguida, o produto resultante pode ser sujeito à calcinação em múltiplas fases, e um catalisador em que um componente de catalisador foi revestido sobre um suporte de cordierita pode ser obtido. Além disso, em cada processo de calcinação, o ambiente pode ser adequadamente modificado. Por exemplo, num caso de realizar a calcinação em duas fases, no primeiro processo de calcinação, qualquer atmosfera pode ser utilizada, desde que a calcinação é realizada, e a sinterização pode também ser realizada numa atmosfera com menos oxigênio, ou o ar, no entanto, do ponto de vista do manuseamento, a calcinação é realizada de preferência a uma temperatura de 250°C a 550°C por 30 minutos a 8 horas no ar ou semelhante. Além disso, no segundo processo de calcinação, a partir do ponto de vista de promoção da metalização de um metal nobre, a calcinação é realizada de preferência a uma temperatura de 250°C a 550°C durante 30 minutos a 8 horas numa mistura de gás de hidrogênio e nitrogênio, ou semelhantes. - Método de purificação de gases de escape -
[0078] O segundo da presente invenção é um método de purificação de gases de escape, utilizando o primeiro catalisador para a purificação de gases de escape da presente invenção.
[0079] À medida que o gás de escape para que um catalisador de acordo com a presente invenção é submetido, qualquer gás de escape pode ser utilizado, desde que contém CO, e de preferência, o gás de escape descarregado do motor de uma gasolina ou um motor diesel é usado. A concentração de CO nos gases de escape não é particularmente limitada, no entanto, de um modo preferido de 10 a 50.000 ppm em volume, mais preferivelmente de 50 a 15.000 ppm em volume, e ainda mais preferivelmente de 50 a 5.000 ppm em volume. Além disso, mesmo se HC e NOx estão contidos nos gases de escape que não sejam o CO, o tratamento pode ser realizado, em tal caso, o tratamento pode ser realizado de forma mais eficiente, utilizando um catalisador no qual os componentes do aditivo acima descrito foram adicionados.
[0080] A concentração de HC no gás de escape não é particularmente limitada, no entanto, de um modo preferido 1 a 50.000 ppm em volume, mais preferivelmente 10 a 10.000 ppm em volume, e, além disso de preferência de 50 a 1000 ppm em volume.
[0081] A concentração de NO no gás de escape não é particularmente limitada, no entanto, de um modo preferido 1 a 10.000 ppm em volume, mais preferencialmente de 10 a 5000 ppm em volume, e ainda mais preferencialmente 20 a 1000 ppm em volume.
[0082] Além disso, num caso em que um componente particulado (PM) está contido nos gases de escape, um corpo de estrutura tridimensional tendo uma função de filtro é de preferência usado. O contato é de preferência realizado a uma velocidade espacial de preferência de 1.000 a 500.000 h-1, e mais preferencialmente de 5.000 a 150.000 h-1, e a uma velocidade do gás de preferência de 0,1 a 8,5 m/segundo, e mais preferivelmente 0,2 a 4,2 m/segundo.
[0083] Além disso, outros catalisadores também podem ser usados em combinação, por exemplo, no caso do gás de escape no qual HC está contido em uma quantidade grande, um catalisador de oxidação, e num caso em que o gás de escape repete rico e pobre, um catalisador de três vias, também pode ser utilizado em combinação.
EXEMPLOS
[0084] Os efeitos da presente invenção serão descritos usando os seguintes Exemplos e Exemplos Comparativos. Contudo, o âmbito técnico da presente invenção não se limita apenas aos exemplos seguintes. (Exemplo 1)
[0085] 6917,0 g de nitrato de alumínio nona-hidratado (Al(NO3)3.9H2O) foi completamente dissolvido em 4,5 l (litro, daqui em diante referida como "l") de água desionizada, e ainda mais para a mistura, 260,8 g de uma solução aquosa de nitrato de zirconila (concentração de 20% em peso em termos de ZrO2) foi adicionada e cuidadosamente agitada para preparar uma solução aquosa mista. A solução aquosa misturada foi adicionada gota a gota, em 10 l de uma solução aquosa a uma temperatura de 25°C, o qual foi ajustada a pH 10 com 106,0 g de metassilicato de sódio, e amônia. Apesar de ser adicionada gota a gota, a solução foi ajustada de modo a que o seu pH se encontra no intervalo de 7 a 10. O precipitado produzido foi filtrado, e lavado completamente com água desionizada, em seguida, o precipitado resultante foi seco a 120°C durante 8 horas, e sinterizada a 400°C durante 5 horas e em 700°C durante 5 horas para se obter alumina-zircônia-sílica (90% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, e 5% em peso de sílica, e a área de superfície específica de 200 m2/g).
[0086] Além disso, como descrito acima, um óxido de zircônio é de preferência de 0,1 a 20% em peso quando o peso total do material de base A em termos de óxido é definido como 100% em peso. No Exemplo 1, um óxido de zircônio é o 5 / (90 + 5) x 100 = 5,26% em peso, e pode ser entendido que o óxido de zircônio está dentro da faixa preferida. A seguir, o cálculo é realizado da mesma maneira.
[0087] Em seguida, com 1396,45 g de uma solução aquosa mista obtida pela diluição de uma solução aquosa de platina dinitrodiamina numa quantidade equivalente a 33,7 g de platina e uma solução de nitrato de paládio em uma quantidade equivalente a 16,85 g de paládio com água deionizada, 2,057,5 g de alumina-zircônia-sílica acima descrita foi impregnada, então a alumina-zircônia-sílica resultante foi seca a 120°C durante 8 horas para se obter pós, e além disso, os pós foram calcinados a 500°C durante 1 hora para obter alumina-zircônia-sílica em que um metal nobre foi suportado (alumina-zircônia-sílica suportada por metal nobre ). A alumina-zircônia-sílica suportada de metal nobre, 578,8 g de beta-zeólito (a razão de sílica/alumina (razão molar) de 35, e o diâmetro da partícula média de 0,6 μm), e 2000 ml (mililitro) de água desionizada foram misturados, e a mistura foi moída úmida para se obter uma suspensão.
[0088] A suspensão foi lavada revestida sobre um suporte de cordierita possuindo um diâmetro de 103 mm, um comprimento de 130 mm, e um volume de 1,1 l (o número de células: 600 células por polegada quadrada da área da seção transversal), o suporte resultante foi seco a 150°C durante 5 minutos, em seguida, sinterizado a 500°C durante 1 hora no ar, e ainda tratado em 500°C durante 3 horas, sob o fluxo de ar de 5% de hidrogênio e 95% de nitrogênio para obter um catalisador em que 148,2 g de componentes de catalisador (1,8 g de platina, 0,9 g de paládio, 105,5 g de alumina-zircônia-sílica, e 40 g de beta-zeólito) por litro de suporte foi revestido sobre um suporte de cordierita.
[0089] Além disso, em adição ao catalisador de um, um catalisador em que a quantidade de SiO2 foi alterada foi preparado, e o efeito de SiO2 foi investigado (ver Figura 1). Como um catalisador, no Exemplo 1, a quantidade de SiO2 foi alterada para 1% em peso, 10% em peso, e 20% em peso, um catalisador foi obtido da mesma forma que no Exemplo 1. Além disso, o aumento ou diminuição da quantidade de SiO2 foi suplementado com o aumento ou diminuição da quantidade de Al2O3. Na Figura 1, a taxa de conversão de CO é mostrada no eixo vertical, e % da quantidade de SiO2 é mostrada no eixo horizontal.
(Exemplo 2)
[0090] 6917,0 g de nitrato de alumínio nona-hidratado (Al(NO3)3.9H2O) foram completamente dissolvidos em 4,5 l de água desionizada, e ainda mais na mistura, 269,5 g de uma solução aquosa de nitrato de zirconila (concentração de 20% em peso em termos de ZrO2), e 89,9 g de uma solução de ácido sulfúrico de sulfato de titânio (concentração de 30% em peso em termos de TiO2) foram adicionados e agitados cuidadosamente para se preparar uma solução aquosa misturada. A solução aquosa misturada foi adicionada gota a gota em 10 l de uma solução aquosa a uma temperatura de 25°C, o qual foi ajustado ao pH 10 com 109,1 g de metassilicato de sódio, e amônia. Apesar de ser adicionada gota a gota, a solução foi ajustada de modo a que o seu pH se encontra no intervalo de 7 a 10. O precipitado produzido foi filtrado, e lavado completamente com água desionizada, em seguida, o precipitado resultante foi seco a 120°C durante 8 horas, e calcinado a 400°C durante 5 horas e a 700°C durante 5 horas para se obter alumina-zircônia- titânia-sílica (87,5% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 2,5% em peso de titânia e 5% em peso de sílica, e a área de superfície específica de 180 m2/g).
[0091] Além disso, como descrito acima, um óxido de titânio é, de preferência 1,5 a 10% em peso quando o peso total do material de base A em termos de óxido é definido como 100% em peso. No também Exemplo 2, da mesma maneira, um óxido de titânio é 2,5/(87,5 + 5 + 2,5) x 100 = 2,6% em peso, e pode ser entendido que o óxido de titânio está dentro da faixa preferida. A seguir, o cálculo é realizado da mesma maneira.
[0092] Em seguida, com 1475,45 g de uma solução aquosa misturada obtida por diluição de uma solução aquosa de platina dinitrodiamina numa quantidade equivalente a 22,7 g de platina e uma solução de nitrato de paládio numa quantidade equivalente a 11,33 g de paládio com água deionizada, 2,025,8 g da alumina-zircônia-titânia-sílica acima descrita foi impregnado, em seguida, a alumina- zircônia-titânia-sílica resultante foi seca a 120°C durante 8 horas para obter os pós, e ainda os pós foram calcinados a 500°C durante 1 hora para se obter alumina-zircônia- titânia-sílica na qual um metal nobre foi suportado (metal nobre suportado de alumina-zircônia-titânia-sílica). O metal nobre suportado de alumina-zircônia-titânia-sílica, 600,5 g de beta-zeólito (a razão de sílica/alumina (razão molar) de 35, e o diâmetro médio de partícula de 0,6 μm), e 2000 ml de água desionizada foram misturados, e a mistura foi moída úmida para se obter uma suspensão. A suspensão foi lavada revestida sobre um suporte de cordierita possuindo um diâmetro de 103 mm, um comprimento de 130 mm e um volume de 1,1 l (o número de células: 600 células por polegada quadrada da área da seção transversal), o suporte resultante foi secado a 150°C durante 5 minutos, em seguida calcinado a 500°C durante 1 hora, no ar, e ainda tratado a 500°C durante 3 horas sob o fluxo de ar de 5% de hidrogênio e 95% de nitrogênio para se obter um catalisador b em que 147,3 g de componentes de catalisador (1,2 g de platina, 0,6 g de paládio, 105,5 g de alumina-zircônia-titânia- sílica, e 40 g de beta-zeólito) por litro de suporte foi revestido.
[0093] Em adição ao catalisador b, um catalisador em que a quantidade de TiO2 foi alterada foi preparado, e a dependência da quantidade de adição de TiO2 no material de base A foi investigado (ver Figura 2). Como um catalisador, no Exemplo 2, a quantidade de TiO2 foi alterada para 5% em peso, e de 0% em peso como um exemplo comparativo, um catalisador foi obtido do mesmo modo que no Exemplo 2. Além disso, o aumento ou diminuição da quantidade de TiO2 foi suplementado com o aumento ou diminuição da quantidade de Al2O3. Na Figura 2, a taxa de conversão de CO é mostrada no eixo vertical, e % de quantidade de TiO2 é mostrada no eixo horizontal.
(Exemplo 3)
[0094] 6917,0 g de nitrato de alumínio nona-hidratado (Al(NO3)3.9H2O) foram completamente dissolvidos em 4,5 l de água desionizada, e ainda mais na mistura, 259,5 g de uma solução aquosa de nitrato de zirconila (concentração de 20% em peso em termos de ZrO2), e 85,9 g de uma solução de ácido sulfúrico de sulfato de titânio (concentração de 30% em peso em termos de TiO2), e 25,9 g de hexa-hidrato de nitrato de cério foram adicionados e cuidadosamente agitados para preparar uma solução aquosa misturada. A solução aquosa misturada foi adicionada gota a gota em 10 l de uma solução aquosa a uma temperatura de 25°C, o qual foi ajustado ao pH 10 com amônia. Enquanto sendo adicionado gota a gota, a solução foi ajustada de modo que o seu pH se encontra no intervalo de 7 a 10. O precipitado produzido foi filtrado, e lavado completamente com água desionizada, em seguida, o precipitado resultante foi seco a 120°C durante 8 horas, e calcinado a 400°C durante 5 horas e em 700°C durante 5 horas para se obter alumina-zircônia- titânia-céria (91,5% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 2,5% em peso de titânia e 1% em peso de céria, e a área de superfície específica de 151 m2/g).
[0095] Em seguida, com 1482,1 g de uma solução aquosa misturada obtida pela diluição de uma solução aquosa de platina dinitrodiamina numa quantidade equivalente a 24,5 g de platina e uma solução de nitrato de paládio, numa quantidade equivalente a 12,3 g de paládio com água desionizada, 2071,9 g de alumina-zircônia-titânia-céria acima descrita foi impregnada, em seguida, a alumina- zircônia-titânia-céria resultante foi seca a 120°C durante 8 horas para obter os pós, e ainda os pós foram sinterizados a 500°C durante 1 hora para se obter alumina- zircônia-titânia-céria em que um metal nobre foi suportado (metal nobre suportado de alumina-zircônia-titânia-céria). Este metal nobre suportado de alumina-zircônia-titânia- céria, 591,6 g de beta-zeólito (a razão de sílica/alumina (razão molar) de 35, e o diâmetro médio de partícula de 0,6 μm), e 2000 ml de água desionizada foram misturadas, e a mistura foi moída úmida para se obter uma suspensão. A suspensão foi lavada revestida sobre um suporte de cordierita com um volume de 0,0303 l, que foi cortada em uma coluna cilíndrica tendo um diâmetro de 24 mm, e um comprimento de 67 mm (o número de células: 400 células por polegada quadrada da área da seção transversal), o suporte resultante foi seco a 150°C durante 5 minutos, em seguida, sinterizado a 500°C durante 1 hora, no ar, e ainda tratado a 500°C durante 3 horas sob o fluxo de ar de 5% de hidrogênio e 95% de nitrogênio para se obter um catalisador c no qual 147,45 g de componentes de catalisador (1,3 g de platina, 0,65 g de paládio, 105,5 g de alumina-zircônia- titânia-céria, e 40 g de beta-zeólito) por litro de suporte foi revestido.
[0096] Em adição ao catalisador c, um catalisador no qual a quantidade de CeO2 foi alterada foi preparado, e o efeito de CeO2 foi investigado (Figura 3). Como um catalisador, no Exemplo 3, a quantidade de CeO2 foi alterada para 2,5% em peso, e 5% em peso, e a quantidade de CeO2 foi alterada para 0% em peso como um exemplo comparativo, um catalisador foi obtido do mesmo modo que no Exemplo 3. Além disso, o aumento ou a diminuição da quantidade de CeO2 foi suplementada com o aumento ou diminuição da quantidade de Al2O3. Na Figura 3, também mostrou no seguinte "teste de avaliação", no entanto, a temperatura a um ponto de tempo quando a taxa de conversão de CO se torna 50% (CO T50°C) é mostrada no eixo vertical, e uma % da quantidade de CeO2 é mostrada no eixo horizontal. É indicado que, como a temperatura é mais baixa, a inflamabilidade do CO (combustão a baixa temperatura) pode ser mais favorável.
(Exemplo 4)
[0097] No Exemplo 3, exceto que 26,2 g de nitrato de praseodímio hexa-hidratado foram usadas no lugar de nitrato de cério hexa-hidratado, de alumina-zircônia-titânia- praseódia (91,5% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 2,5% em peso de titânia, e 1% em peso de praseódia, e a área de superfície específica de 152 m2/g) foi obtido do mesmo modo que no Exemplo 3, e um catalisador d foi obtido do mesmo modo que no Exemplo 3.
[0098] Em adição ao catalisador d, um catalisador no qual a quantidade de Pr6O11 foi alterada foi preparado, e o efeito de Pr6O11 foi investigado (Tabela 1). Como um catalisador, no Exemplo 4, a quantidade de Pr6O11 foi alterada para 2% em peso e 0% em peso, e um catalisador foi obtido da mesma forma que no Exemplo 4. Além disso, o aumento ou diminuição da quantidade de Pr6O11 foi suplementado com o aumento ou diminuição da quantidade de Al2O. Tabela 1 apresentou uma temperatura, e % da quantidade de Pr6O11 em um ponto de tempo quando a taxa de conversão do CO se tornou de 50%. É indicado que à medida que a temperatura é mais baixa, a inflamabilidade de CO (combustão a baixa temperatura) pode ser mais favorável.
(Exemplo 5)
[0099] No Exemplo 3, 141,5 g de nitrato de lantânio hexa-hidratado foi usado no lugar de nitrato de cério hexa- hidratado de um material de base B, as quantidades de uma solução aquosa de nitrato de zirconila e uma solução de ácido sulfúrico de sulfato de titânio foram alteradas, e alumina-zircônia-titânia-lantânia (87,5% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 2,5% em peso de titânia e 5% em peso de lantânia, e a área de superfície específica de 154 m2/g) foi ajustada para preparar um catalisador.
[00100] A seguir, no Exemplo 3, exceto que a alumina- zircônia-titânia-céria foi alterada para a alumina- zircônia-titânia-lantânia (87,5% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 2,5% em peso de titânia, e 5 % em peso de lantânia), um catalisador e foi obtido do mesmo modo.
[00101] Em adição ao catalisador e, um catalisador no qual a quantidade de La2O3 foi alterada foi preparado, e o efeito de La2O3 foi investigado (Tabela 1). Como um catalisador, no Exemplo 5, a quantidade de La2O3 foi alterada para 0% em peso, 1% em peso, e 10% em peso, e um catalisador foi obtido da mesma forma que no Exemplo 5. Além disso, a diminuição da quantidade de La2O3 foi suplementada com o aumento da quantidade de Al2O3. Tabela 1 apresentou uma temperatura, e % da quantidade de La2O3 em um ponto de tempo quando a taxa de conversão de CO se torna 50%. É indicado que à medida que a temperatura é mais baixa, a inflamabilidade do CO (combustão de baixa temperatura) pode ser mais favorável.
(Exemplo 6)
[00102] 6917,0 g de nitrato de alumínio nona-hidratado (Al(NO3)3.9H2O) foi completamente dissolvido em 4,5 l de água desionizada, e ainda mais para a mistura, 266,7 g de uma solução aquosa de nitrato de zirconila (concentração de 20% em peso em termos de ZrO2) e 26,6 g de nitrato de cério hexa-hidratado foram adicionados e cuidadosamente agitados para preparar uma solução aquosa misturada. A solução aquosa misturada foi adicionada gota a gota, em 10 l de uma solução aquosa a uma temperatura de 25°C, o qual foi ajustado ao pH 10 com 139,2 g de metassilicato de sódio, e amônia. Enquanto está sendo adicionada, gota a gota, a solução foi ajustada de modo a que o seu pH se encontra no intervalo de 7 a 10. O precipitado produzido foi filtrado, e lavado completamente com água desionizada, em seguida, o precipitado resultante foi seco a 120°C durante 8 horas, e o precipitado resultante foi sinterizado a 400°C durante 5 horas e a 700°C durante 5 horas para se obter alumina- zircônia-sílica-céria (89% em peso de alumina, 5% em peso de zircônia, 5% em peso de sílica, e 1% em peso de céria, e a área de superfície específica de 230 m2/g). Além disso, como um catalisador, no Exemplo 6, a quantidade de CeO2 foi alterada para 0 % em peso, e um catalisador foi obtido da mesma forma que no Exemplo 6. Além disso, a diminuição da quantidade de CeO2 foi suplementada com o aumento da quantidade de Al2O3.
[00103] Além disso, tal como no Exemplo 6, quando dois ou mais tipos de material de base B são utilizados, é considerado ser "quando material de base B é silício" e " quando material de base B é cério". Isto é, sílica é 5%, em peso, e céria é 1% em peso, portanto, as descrições de "(a) 0,01 a 8% em peso quando o material de base B é silício", e "(b) 0,01 a 2% em peso quando o material de base B é cério", na presente invenção são satisfeitas.
[00104] Em seguida, com 1482,1 g de uma solução aquosa misturada obtida pela diluição de uma solução aquosa de platina dinitrodiamina em uma quantidade equivalente a 24,5 g de platina e uma solução de nitrato de paládio, em uma quantidade equivalente a 12,3 g de paládio com água deionizada, 2,071,9 g de alumina-zircônia-sílica-céria foi impregnada, então a alumina-zircônia-sílica-céria resultante foi seca a 120°C durante 8 horas para obter os pós, e ainda os pós foram calcinados a 500°C durante 1 hora para se obter alumina-zircônia-sílica-céria no qual um metal nobre foi suportado (metal nobre com suporte de alumina-zircônia-sílica-céria). Este metal nobre suportado de alumina-zircônia-sílica-céria, 607,2 g de beta-zeólito (a razão de sílica/alumina (razão molar) de 35, e o diâmetro médio de partícula de 0,6 μm), e 2000 ml de água desionizada foram misturados, e a mistura foi moída úmida para se obter uma suspensão. A suspensão foi lavada revestida sobre um suporte de cordierita com um volume de 0,0303 l, que foi cortado em uma coluna cilíndrica que tem um diâmetro de 24 mm, e um comprimento de 67 mm (o número de células: 400 células por polegada quadrada de área da seção transversal), o suporte resultante foi seco a 150°C durante 5 minutos, em seguida calcinado a 500°C durante 1 hora no ar, e ainda tratado a 500°C durante 3 horas, sob o fluxo de ar de 5% de hidrogênio e 95% de nitrogênio para se obter um catalisador f em que 147,45 g de componentes de catalisador (1,3 g de platina, 0,65 g de paládio, 105,5 g de alumina-zircônia-sílica-céria, e 40 g de beta-zeólito) por litro de suporte foi revestido. Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 1. (Exemplo Comparativo 1)
[00105] Exceto que uma fonte de silício não foi usada no Exemplo 1, um catalisador h comparativo foi obtido da mesma maneira como no Exemplo 1. Os resultados do catalisador h foram mostrados como 0% em peso da quantidade de SiO2 na Figura 1, que foi alterada. (Teste de avaliação)
[00106] Cada um dos catalisadores obtidos foi exposto ao motor de gases de escape a 800°C durante 20 horas no Exemplo 2, e ao motor de gases de escape a 700°C durante 50 horas nos outros Exemplos e Exemplos Comparativos, e em seguida foi submetido a um teste de ignição de CO.
[00107] A temperatura acima descrita medida no momento em que a taxa de conversão de CO atinge 50% por aumento da temperatura dos gases de escape a partir 100°C a uma velocidade de 20°C/minuto, a uma concentração de gases de escape mostrada abaixo é mostrada no eixo vertical (CO T50 [°C]), a razão de material de base de cada material de base B é mostrada no eixo horizontal, e um gráfico é obtido. O gráfico indica que o material de base B proporciona a inflamabilidade do CO.
[00108] É indicado que à medida que a temperatura é mais baixa, a inflamabilidade CO é mais elevada. Além disso, o catalisador é um catalisador h comparativo num caso em que o material de base B é zero % em peso. Além disso, os catalisadores c e h são ilustrados. Os outros catalisadores são mostrados na Tabela 1.
[00109] Como as condições de concentração de gás de escape, as condições em que o gás modelo é usado foram definidas da seguinte maneira: a concentração de CO é de 1000 ppm em volume; a concentração de NO é de 80 ppm em volume; a concentração de HC é de 350 ppm em volume (concentração em termos de 1 átomo de carbono); a concentração de CO2 é de 6%; a concentração de oxigênio é de 12%; a H2O é de 6%; e o resto é nitrogênio; e a velocidade espacial é de 40,000 h-1.
[00110] À medida que as condições sob as quais o motor é usado, as características de purificação de um catalisador de CO foram comparadas usando uma taxa total de purificação de CO num modo de percurso variável em que a temperatura do gás de escape é repetidamente aumentada e diminuída. As condições foram definidas como se segue: a concentração de CO é 100 a 1400 ppm em volume; o NOx é de 50 a 1.100 ppm em volume; o HC é 100 a 650 ppm em volume (a concentração em termos de 1 átomo de carbono); e a velocidade espacial é de 30.000 a 100.000 h-1.
[00111] Tabela 1
Figure img0004
[00112] A presente invenção pode ser utilizada para um catalisador para purificação dos gases de escape, e um método de purificação, e em particular é apropriada para um tratamento de gases de escape contendo CO.
[00113] Além disso, o presente pedido de patente é baseado no Pedido de Patente Japonesa N° 2013-034837 depositado em 25 de fevereiro de 2013, e o conteúdo do mesmo divulgado é referido a, e incorporado como um todo.

Claims (4)

1. Catalisador para a purificação de gases de escape, caracterizadopelo fato de que compreende: um metal nobre; um óxido que compreende como um material de base A pelo menos dois tipos de elementos selecionados a partir do grupo que consiste de alumínio, zircônio e titânio; e um óxido que compreende, como um material de base B pelo menos um tipo de elemento selecionado a partir do grupo que consiste de silício, cério, praseodímio e lantânio; em que uma relação de material de base representada pela seguinte Equação (X):
Figure img0005
é (a), 0,01 a 8% em peso quando o material de base B é silício, (b) 0,01 a 2% em peso quando o material de base B é cério, (c) 0,01 ou mais a menos de 2% em peso quando o material de base B é praseodímio, e (d) 0,01 a 10% em peso quando o material de base B é o lantânio, em que um óxido de alumínio como material de base A, e um óxido de zircônio como material de base A, estão contidos, em que o óxido de zircônio é de 0,1 a 20% em peso quando o peso total do material de base A em termos de óxido é definido como 100% em peso.
2. Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende ainda: um óxido de titânio como material de base A.
3. Catalisador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o óxido de titânio é 0,1 a 20% em peso quando o peso total do material de base A em termos de óxido é definido como 100% em peso.
4. Método de purificação de gases de escape, caracterizadopelo fato de que usa o catalisador para a purificação dos gases de escape, como definido na reivindicação 1.
BR112015020301-9A 2013-02-25 2014-02-24 catalisador para a purificação de gases de escape e método de purificação de gases de escape usando o mesmo BR112015020301B1 (pt)

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