BR112016009487B1 - Catalisador de controle de gás de escapamento - Google Patents
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Abstract
catalisador de controle de gás de escapamento. é provido um catalisador de controle de gás de escapamento incluindo: um substrato (21); e uma camada de catalisador (22) que está disposta sobre o substrato, em que a camada de catalisador (22) inclui uma região de paládio (23) que contém paládio, óxido de alumínio, solução sólida de cério-zircônia, e um óxido compósito de lantânio, ferro e zircônio, e uma região de ródio (24) que está disposta adjacente à região de paládio ao longo de uma direção plana da camada de catalisador e contém ródio, óxido de alumínio, e solução sólida de cério-zircônia.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um catalisador de controle de gás de escapamento.
[002] Um catalisador de controle de gás de escapamento de um automóvel faz com que hidrocarboneto (HC) e óxido de carbono (CO) sejam oxidados dentro da água e de dióxido de carbono e faz com que óxido de nitrogênio (NOx) seja reduzido em nitrogênio, em que hidrocarboneto (HC), óxido de carbono (CO), e óxido de nitrogênio (NOx) estão contidos no gás escapado de um motor. Como o que catalisador de controle de gás de escapamento, um catalisador suportado por metal nobre em que uma camada de catalisador contendo partículas de metais nobres catalíticas tais como paládio (Pd), ródio (Rh) e platina (Pt) é suportada sobre um suporte de metal resistente ao calor é comumente usada.
[003] A camada de catalisador do catalisador suportado por metal nobre contém um material de OSC tendo capacidade de armazenamento de oxigênio (a seguir também referido como "OSC") como um cocatalisador além das partículas de metais nobres catalíticas. O material de OSC armazena e libera oxigênio para promover uma reação de controle de gás de escapamento pelos metais nobres catalíticos. Como o material de OSC, solução sólida de céria (CeO2)-zircônia (ZrO2) é amplamente usada, mas vários materiais de OSC estão sendo desenvolvidos para mais melhoria de desempenho.
[004] Por exemplo, a Patente Japonesa no 4670603 descreve partículas catalíticas que têm uma função de armazenar e liberar oxigênio, as partículas incluindo um composto de ferro em que um elemento que não Fe tendo duas valências é dissolvido sólido em um óxido de Fe tendo três valências; e uma porção de núcleo formada de um óxido de Fe tendo três valências como um componente principal, em que o composto de ferro constitui uma camada formada sobre a superfície periférica externa da porção de núcleo.
[005] A Patente Japonesa no 46660066 descreve um catalisador de controle de gás de escapamento em que uma camada de catalisador é formada sobre um suporte, a camada de catalisador incluindo: partículas de óxido contendo Ce tendo capacidade de armazenamento de oxigênio; e um metal catalítico formado de pelo menos um metal nobre selecionado a partir do grupo consistindo de Pt, Pd e Rh. Na camada catalítica, uma grande quantidade de partículas de óxido de ferro é dispersa e contida, pelo menos uma parte das partículas de óxido de ferro são partículas de óxido de ferro tendo um tamanho de partícula de 300 nm ou menos, as partículas de óxido de ferro finas estão em contato com as partículas de óxido contendo Ce, uma relação da área das partículas de óxido de ferro finas para a área total das partículas de óxido de ferro é 30% ou maior quando observada com um microscópio eletrônico.
[006] A Patente Japonesa no 4525909 descreve um catalisador para uma reação de deslocamento de gás de água que é formado de um óxido compósito. Este catalisador contém cálcio e alumínio como componentes principais e contém ferro em uma quantidade de 0,001%mol a 10%mol com respeito a alumínio. No catalisador, uma capacidade de armazenamento de oxigênio a 500°C é 20 μmol/g a 200 μmol/g, e um valor de área de superfície específica BET é 20m2/g ou maior.
[007] Como descrito acima, vários materiais contendo óxido de ferro foram desenvolvidos como um material de OSC usado para um catalisador de controle de gás de escapamento. No entanto, quando um catalisador de controle de gás de escapamento que contém um material contendo óxido de ferro como um material de OSC é usado durante um longo período de tempo, a atividade catalítica de um metal nobre catalítico pode diminuir, e/ou a capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC pode diminuir.
[008] A invenção provê um catalisador de controle de gás de escapamento capaz de inibir substancialmente um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC após ser usado durante um longo período de tempo.
[009] Os presentes inventores descobriram que, em um catalisador de controle de gás de escapamento em que óxido de ferro é usado como um material de OSC de uma camada de catalisador, um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC pode ser substancialmente inibido dispondo uma região contendo o óxido de ferro e uma região contendo um metal nobre catalítico para ser adjacente uma à outra ao longo de uma direção plana da camada de catalisador, deste modo completando a invenção.
[0010] De acordo com um aspecto da invenção, é provido um catalisador de controle de gás de escapamento incluindo: um substrato, e uma primeira camada de catalisador que é disposta sobre o substrato, em que a primeira camada de catalisador inclui uma região de paládio que contém paládio, óxido de alumínio, solução sólida de céria-zircônia, e um óxido compósito de lantânio, ferro e zircônio, e uma região de ródio que é disposta adjacente à região de paládio ao longo de uma direção plana da primeira camada de catalisador e contém ródio, óxido de alumínio e solução sólida de céria-zircônia.
[0011] No catalisador de controle de gás de escapamento, uma área de superfície da região de paládio sobre uma superfície mais superior da primeira camada de catalisador pode totalizar 20% a 40% de uma área de superfície total da primeira camada de catalisador.
[0012] O catalisador de controle de gás de escapamento pode incluir ainda uma ou mais segundas camadas de catalisador que estão dispostas entre o substrato e a primeira camada de catalisador.
[0013] De acordo com a invenção, é possível prover um catalisador de controle de gás de escapamento capaz de inibir substancialmente um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC após ser usado durante um longo período de tempo.
[0014] Os aspectos, vantagens e significado técnico e industrial das modalidades exemplares da invenção serão descritos abaixo com referência aos desenhos anexos, em que números iguais indicam elementos iguais, e em que:
[0015] a Figura 1 é um diagrama esquemático ilustrando uma configuração de um catalisador de controle de gás de escapamento da técnica relacionada;
[0016] a Figura 2A é um diagrama esquemático ilustrando uma configuração de uma modalidade de um catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a presente invenção;
[0017] a Figura 2B é um diagrama esquemático ilustrando outra modalidade do catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a presente invenção;
[0018] a Figura 3 é um gráfico ilustrando os resultados de avaliar a capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) do estágio inicial e após um tratamento de durabilidade com respeito aos catalisadores dos exemplos comparativos 1 a 3 e exemplo 1;
[0019] a Figura 4 é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura do catalisador do exemplo comparativo 2 após o teste de durabilidade; e
[0020] a Figura 5 é um gráfico ilustrando uma relação entre a área de superfície de uma região de paládio sobre uma camada mais superior de uma camada de catalisador e capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) máxima.
[0021] A seguir as modalidades preferidas da invenção serão descritas em detalhe.
[0022] Nos desenhos, a dimensão e forma de cada porção são ilustradas com exagero por uma questão de clareza e não são exatamente iguais à dimensão e forma atuais dos mesmos. Consequentemente, o escopo técnico da invenção não é limitado à dimensão e à forma de cada porção ilustrada nos desenhos.
[0023] Um catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com uma modalidade da invenção inclui um substrato e uma camada de catalisador que está disposta sobre o substrato, em que a camada de catalisador inclui uma região de paládio e uma região de ródio que é disposta adjacente à região de paládio ao longo de uma direção plana da camada de catalisador.
[0024] Os presentes inventores descobriram que, em um catalisador de controle de gás de escapamento em que um material contendo óxido de ferro é usado como um material de OSC de uma camada de catalisador, um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC após ser usado durante um longo período de tempo pode ser substancialmente inibido dispondo uma região contendo o óxido de ferro e uma região contendo um metal nobre catalítico na camada de catalisador para ser adjacente uma à outra ao longo de uma direção plana da camada de catalisador. A razão porque o catalisador de controle de gás de escapamento tem as características descritas acima pode ser descrita como a seguir. A invenção não está limitada à seguinte ação e princípio.
[0025] A Figura 1 é um diagrama esquemático ilustrando uma configuração de um catalisador de controle de gás de escapamento da técnica relacionada. Como ilustrado na Figura 1, tipicamente, um catalisador de controle de gás de escapamento 1 da técnica relacionada inclui um substrato 11 e uma camada de catalisador 12 que está disposta sobre o substrato 11. A camada de catalisador 12 inclui uma primeira camada de catalisador 13 que está disposta sobre o substrato 11 e uma segunda camada de catalisador 14 que está disposta sobre a primeira camada de catalisador 13 (a seguir também referido como um "catalisador de duas camadas"). Tipicamente, a primeira camada de catalisador 13 contém partículas de um metal nobre catalítico tal como paládio e um material de OSC. Tipicamente, a segunda camada de catalisador 14 contém partículas de outro metal nobre catalítico, tal como ródio, tendo uma atividade catalítica mais baixa do que o metal nobre catalítico contido na primeira camada de catalisador e um material de OSC. A configuração descrita acima é selecionada para evitar um decréscimo na atividade catalítica causado por um componente tal como enxofre no gás de escapamento. Consequentemente, quando um material contendo óxido de ferro é usado como o material de OSC na primeira camada de catalisador 13, o óxido de ferro é difundido na segunda camada de catalisador 14. Como um resultado, a atividade catalítica de outro metal nobre catalítico contido na segunda camada de catalisador 14 diminui, e/ou a capacidade de armazenamento de oxigênio do material de OSC pode diminuir.
[0026] A Figura 2A é um diagrama esquemático ilustrando uma configuração do catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade da presente invenção. Como ilustrado na Figura 2A, um catalisador de controle de gás de escapamento 2 inclui um substrato 21 e uma camada de catalisador 22 que está disposta sobre o substrato 21, em que a camada de catalisador 22 inclui uma região de paládio 23 e uma região de ródio 24 que está disposta adjacente à região de paládio 23 ao longo da direção plana da camada de catalisador 22 (a seguir também referido como "catalisador de zona"). Com a configuração descrita acima do catalisador de zona, o catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade da invenção pode inibir substancialmente a difusão de óxido de ferro usado como o material de OSC da camada de catalisador, como comparado ao catalisador de duas camadas da técnica relacionada. Consequentemente, com o catalisador de controle de gás de escapamento, um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC após ser usado durante um longo período de tempo pode ser substancialmente inibido.
[0027] No catalisador de controle de gás de escapamento 2, uma relação da área de superfície da região de paládio 23 sobre a superfície de camada mais superior da camada de catalisador 22 para a área de superfície total da camada de catalisador 22 está preferivelmente em uma faixa de 10% a 60% e mais preferivelmente em uma faixa de 20% a 40%. Na invenção, "a área de superfície sobre a camada mais superior da camada de catalisador" refere-se à área de superfície de uma superfície (isto é, a camada mais superior) da camada de catalisador que é laminada sobre o substrato. Ao controlar a área de superfície da região de paládio no catalisador de controle de gás de escapamento para estar na faixa descrita acima, a difusão de óxido de ferro a partir da região de paládio para a região de ródio pode ser substancialmente inibida, e um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio de um material de OSC após ser usado durante um longo período de tempo pode ser substancialmente inibido.
[0028] No catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade, a região de paládio contém paládio, óxido de alumínio, solução sólida de céria-zircônia e um óxido compósito de lantânio, ferro e zircônio. Além disso, a região de ródio contém ródio, óxido de alumínio e solução sólida de céria-zircônia.
[0029] Na modalidade da invenção, "solução sólida de céria- zircônia"refere-se a um óxido compósito contendo céria (CeO2) e zircônia (ZrO2). A solução sólida de céria-zircônia (a seguir também referida como "CZ") e um óxido compósito de lantânio, ferro e zircônio (a seguir também referido como "LFZ") são usados como o material de OSC da camada de catalisador. A solução sólida de céria-zircônia contém preferivelmente 10% em massa a 70% em massa de CeO2 e 30% em massa a 90% em massa de ZrO2 com respeito à massa total da solução sólida. O óxido compósito de lantânio, ferro e zircônio contém preferivelmente 30% em massa a 70% em massa de La2O3, 10% em massa a 25% em massa de Fe2O3, e 15% em massa a 40% em massa de ZrO2 com respeito à massa total do óxido compósito. Ao usar a solução sólida de céria-zircônia (CZ) tendo a composição descrita acima e o óxido compósito (LFZ) de lantânio, ferro e zircônio tendo a composição acima, a capacidade de armazenamento de oxigênio do catalisador de controle de gás de escapamento pode ser melhorada.
[0030] Opcionalmente, é preferível que a solução sólida de céria- zircônia (CZ) contenha ainda óxidos de um ou mais metais de transição tais como ítrio (Y), lantânio (La), neodímio (Nd), e praseodímio (Pr). É preferível que cada um dos óxidos dos metais de transição seja Y2O3, La2O3, Pr2O3 ou Nd2O3. É preferível que a solução sólida de céria- zircônia contenha cada um dos óxidos dos metais de transição em uma quantidade de 0,5% em massa a 10% em massa com respeito à massa total da solução sólida. Pela solução sólida de céria-zircônia (CZ) contendo os óxidos dos metais de transição, a capacidade de armazenamento de oxigênio do catalisador de controle de gás de escapamento pode ser mais ainda melhorada.
[0031] No catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade da invenção, opcionalmente, a região de paládio e a região de ródio podem conter ainda um ou mais materiais adicionais. É preferível que cada um dos materiais adicionais seja, por exemplo, BaSO4 ou La2O3. Pela região de paládio e pela região de ródio contendo os materiais adicionais, a capacidade de armazenamento de oxigênio do catalisador de controle de gás de escapamento pode ser ainda mais melhorada.
[0032] A composição de cada material contido na região de paládio e na região de ródio não é particularmente limitada e pode ser determinada usando um método, por exemplo, um método de dissolver cada região da camada de catalisador em um ácido ou semelhante e realizar espectroscopia de emissão de plasma acoplada indutivamente (ICP) em um componente de metal na solução, um método de realizar espectroscopia de raios X dispersiva de energia (EDX) ou microanálise de sonda de elétrons (EPMA) em uma seção transversal ou uma superfície da camada de catalisador, ou um método de realizar análise de fluorescência de raios X (XRF) no pó da camada de catalisador.
[0033] No catalisador de controle de gás de escapamento 2, a forma do substrato 21 é preferivelmente forma de favo de mel, pelota, e mais preferivelmente a forma de favo de mel. Além disso, é mais preferível que o substrato 21 contenha um material inorgânico resistente ao calor tal como cordierita ou metal. Usando tal substrato, a atividade catalítica do catalisador de controle de gás de escapamento pode ser mantida sob uma condição de alta temperatura.
[0034] A Figura 2B é um diagrama esquemático ilustrando outra modalidade do catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a presente invenção. Como ilustrado na Figura 2B, um catalisador de controle de gás de escapamento 3 inclui uma ou mais camadas de catalisador 35 adicionais que são dispostas para ser interpostas entre o substrato 31 e a camada de catalisador 32. Na modalidade, o substrato 31, a camada de catalisador 32, região de paládio 33 e a região de ródio 34 têm as mesmas características como descrito acima, respectivamente. É preferível que a camada de catalisador 35 adicional seja formada do mesmo material como a região de paládio 33. Pela camada de catalisador 35 adicional tendo a configuração descrita acima, a durabilidade do catalisador de controle de gás de escapamento pode ser ainda mais melhorada.
[0035] O catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade da invenção não é particularmente limitado, mas pode ser produzido usando, por exemplo, um método que é comumente usado na técnica relacionada tal como um método de revestimento com lavagem sequencialmente uma pasta contendo um óxido de metal e, opcionalmente, um metal nobre catalítico sobre o substrato.
[0036] Como descrito acima, com o catalisador de controle de gás de escapamento de acordo com a modalidade da invenção, a difusão de óxido de ferro que é usada como o material de OSC da camada de catalisador pode ser substancialmente inibida, e assim um decréscimo na atividade catalítica e/ou um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio do material de OSC pode ser inibido. Consequentemente, usando este catalisador de controle de gás de escapamento para purificar o gás de escapamento de um automóvel, o desempenho de controle de gás de escapamento pode ser exibido após o automóvel estar dirigido durante um longo período de tempo.
[0037] A seguir, a invenção será descrita em mais detalhe usando Exemplos. No entanto, o escopo técnico da invenção não é limitado a estes Exemplos.
[0038] Como um material de óxido de alumínio, um óxido compósito contendo 1% em massa de La2O3 e 99% em massa de Al2O3 foi usado (a seguir referido também como "material de LA").
[0039] Como um material de solução sólida de céria-zircônio (CZ), um óxido compósito contendo 30% em massa de CeO3, 60% em massa de ZrO2, 5% em massa de Y2O3, e 5% em massa de La2O3 foi usado (a seguir também referido como material de "CZYL").
[0040] Como um material de um óxido compósito de lantânio (LFZ), ferro e zircônio, um óxido compósito de LaFO3-La2Zr2O3-ZrO2 que foi preparado de modo que uma relação atômica (La:Fe:Zr) de La, Fe e Ze foi 1:2:1 foi usada (a seguir também referido como um "material de LFZ"). O material usado não é limitado à composição descrita acima. Por exemplo, um material tendo uma composição exemplificada na Publicação do Pedido de Patente Japonesa no 2013-241328 (Japonesa 2013-241328 A) pode ser usado.
[0041] Como um material de um catalisador de paládio, uma solução de nitrato de paládio aquosa (fabricada por Cataler Corporation) tendo um teor de metal nobre de 8,8% em massa foi usada (a seguir também referida como "material de Pd/metal nobre").
[0042] Como um material de um catalisador de ródio, uma solução de cloreto de ródio aquosa (fabricada por Cataler Corporation) tendo um teor de metal nobre de 2,8% em massa foi usada (a seguir também referida como "material de Rh/metal nobre"). Como um material de um substrato, um substrato de favo de mel cordierita (fabricado por Denso Corporation) de 875 cm3 foi usado.
[0043] [Exemplo Comparativo 1] Catalisador de duas camadas incluindo uma camada de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75)) e uma camada de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0044] Um material (Pd/CZ) em que paládio (Pd) foi suportado sobre a solução sólida de céria-zircônia (CZ) foi preparado usando um método de impregnação em que o material de CYZL e o material de Pd/metal nobre foram usados. O material de Pd/CZ, o material de LA, e um aglutinante baseado em óxido de alumínio (AS-200, fabricado por Nissan Chemical Industries Ltd.) foram colocados em suspensão em água destilada sob agitação para obter uma lama. A lama foi ajustada de modo que os volumes de Pd, do material de LA e do material de CYZL foram 1 g/l, 75 g/l e 50 g/l, com respeito ao volume total da lama, respectivamente. A lama obtida foi induzida a fluir para dentro do substrato. A lama desnecessária foi soprada para fora por um soprador. Através da operação descrita acima, os materiais foram revestidos sobre uma superfície de uma parede interna do substrato. O substrato revestido com a lama foi deixado permanecer em uma máquina de secagem ajustada em 120°C durante duas horas para evaporar a água da lama. Em seguida, o substrato foi deixado permanecer em um forno elétrico ajustado em 500°C durante duas horas para queimar o substrato e o revestimento. Através da operação descrita acima, uma camada de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que uma parte em massa de Pd foi suportada e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre a superfície da parede interna do substrato.
[0045] Um material (Rh/CZ) em que ródio (Rh) foi suportado sobre a solução sólida de céria-zircônia (CZ) foi preparado usando um método de impregnação em que o material CZYL e o material de Rh/metal nobre foram usados. O material de Rh/CZ, o material de LA e um aglutinante baseado em óxido de alumínio (AS-200, fabricado por Nissan Chemical Industries Ltd.) foram colocados em suspensão em água destilada sob agitação para obter uma lama. A lama foi ajustada de modo que os volumes de Rh, do material de LA e do material de CYZL foram 0,2 g/l, 40 g/l e 60 g/l, com respeito ao volume total da lama, respectivamente. A lama obtida foi induzida a fluir para dentro do substrato. A lama desnecessária foi soprada para fora por um soprador. Através da operação descrita acima, os materiais foram revestidos sobre uma superfície de uma parede interna do substrato. O substrato revestido com a lama foi deixado permanecer em uma máquina de secagem ajustada em 120°C durante duas horas para evaporar a água da lama. Em seguida, o substrato foi deixado permanecer em um forno elétrico ajustado em 500°C durante duas horas para queimar o substrato e o revestimento. Através da operação descrita acima, uma camada de ródio contendo 60 partes em massa de CZ, em que 0,2 partes em massa de Rh foram suportadas, e 40 partes em massa de Al2O3 foi formada sobre uma superfície da camada de paládio formada sobre a superfície da parede interna do substrato.
[0046] [Exemplo Comparativo 2] Catalisador de duas camadas incluindo uma camada de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75)) e uma camada de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0047] Um catalisador de duas camadas do exemplo comparativo 2 foi preparado do mesmo procedimento como no exemplo comparativo 1, exceto que 30 g/l do material de LFZ com respeito ao volume total da lama foram adicionados à lama para formar a camada de paládio no exemplo comparativo 1.
[0048] [Exemplo Comparativo 3] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui um região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75)) e uma camada de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0049] Um material (Pd/CZ) em que paládio (Pd) foi suportado sobre uma solução sólida de céria-zircônia (CZ) foi preparado usando um método de impregnação em que o material de CZYL e o material de Pd/metal nobre foram usados. O material de Pd/CZ, o material de LA e um aglutinante baseado em óxido de alumínio (AS-200, fabricado por Nissan Chemicals Industries Ltd.) foram colocados em suspensão em água destilada sob agitação para obter uma lama. A lama foi ajustada de modo que os volumes de Pd, de material de LA e de material de CZYL foram 1 g/l, 75 g/l e 50 g/l, com respeito ao volume total da lama, respectivamente. A lama obtida foi induzida a fluir para dentro de um lado de estágio frontal do substrato (50% da largura de superfície do substrato). A lama desnecessária foi soprada por um soprador. Através da operação descrita acima, os materiais foram revestidos sobre uma superfície de uma parede interna do lado de estágio frontal do substrato. O substrato revestido com a lama foi deixado permanecer em uma máquina de secagem ajustada em 120°C durante duas horas para evaporar a água da lama. Em seguida, o substrato foi deixado permanecer em um forno elétrico ajustado em 500°C durante duas horas para queimar o substrato e o revestimento. Através da operação descrita acima, uma região de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que 1 parte em massa de Pd foi suportada, e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio frontal da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 50% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0050] Um material (Rh/CZ) em que ródio (Rh) foi suportado sobre uma solução sólida de céria-zircônia (CZ) foi preparado usando um método de impregnação em que o material de CZYL e o material de Pd/metal nobre foram usados. O material de Rh/CZ, o material de LA e um aglutinante baseado em óxido de alumínio (AS-200, fabricado por Nissan Chemicals Industries Ltd.) foram colocados em suspensão em água destilada sob agitação para obter uma lama. A lama foi ajustada de modo que os volumes de Rh, de material de LA e de material de CZYL foram 0,2 g/l, 40 g/l e 60 g/l, com respeito ao volume total da lama, respectivamente. A lama obtida foi induzida a fluir para dentro de um lado de estágio frontal do substrato (50% da largura de superfície do substrato). A lama desnecessária foi soprada por um soprador. Através da operação descrita acima, os materiais foram revestidos sobre uma superfície de uma parede interna do lado de estágio traseiro do substrato. O substrato revestido com a lama foi deixado permanecer em uma máquina de secagem ajustada em 120°C durante duas horas para evaporar a água da lama. Em seguida, o substrato foi deixado permanecer em um forno elétrico ajustado em 500°C durante duas horas para queimar o substrato e o revestimento. Através da operação descrita acima, uma região de ródio contendo 60 partes em massa de CZ, em que 0,2 partes em massa de Rh foi suportada, e 40 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio traseiro da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 50% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0051] [Exemplo 1] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui uma região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75))+LFZ(30) e uma camada de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0052] Um catalisador de zona do exemplo 1 foi preparado no mesmo procedimento como no exemplo comparativo 3, exceto que 30 g/l do material de LFZ com respeito ao volume total da lama foram adicionados à lama para formar a região de paládio no exemplo comparativo 3.
[0053] [Exemplo 2] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui uma região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75))+LFZ(30) e uma região de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0054] Um catalisador de zona do exemplo 2 foi preparado no mesmo procedimento como no exemplo 1, exceto que uma relação de largura de revestimento da região de paládio e da região de ródio foi 10:90 no exemplo 1. Através da operação acima, uma região de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que 1 parte em massa de Pd foi suportada e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio frontal da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 10% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0055] [Exemplo 3] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui uma região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75))+LFZ(30) e uma região de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0056] Um catalisador de zona do exemplo 3 foi preparado no mesmo procedimento como no exemplo 1, exceto que uma relação de largura de revestimento da região de paládio e da região de ródio foi 20:80 no exemplo 1. Através da operação descrita acima, uma região de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que uma parte em massa de Pd foi suportada, e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio frontal da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 20% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0057] [Exemplo 4] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui uma região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75))+LFZ(30) e uma região de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0058] Um catalisador de zona do exemplo 4 foi preparado no mesmo procedimento como no exemplo 1, exceto que uma relação de largura de revestimento da região de paládio e da região de ródio foi 40:60 no exemplo 1. Através da operação descrita acima, uma região de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que uma parte em massa de Pd foi suportada, e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio frontal da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 40% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0059] [Exemplo 5] Catalisador de camada de zona incluindo uma camada de catalisador que inclui uma região de paládio (Pd(1,0)/CZ(50)+Al2O3(75))+LFZ(30) e uma região de ródio (Rh(0,2)/CZ(60)+ Al2O3(40))
[0060] Um catalisador de zona do exemplo 5 foi preparado no mesmo procedimento como no exemplo 1, exceto que uma relação de largura de revestimento da região de paládio e da região de ródio foi 60:40 no exemplo 1. Através da operação descrita acima, uma região de paládio contendo 50 partes em massa de CZ, em que uma parte em massa de Pd foi suportada, e 75 partes em massa de Al2O3 foram formadas sobre o lado de estágio frontal da superfície da parede interna do substrato, isto é, uma região que é 60% da área de superfície total da camada de catalisador.
[0061] Usando um motor de gasolina (2AZ-FE, fabricado por Toyota Motor Corporation), as características de armazenamento de oxigênio dos catalisadores dos exemplos comparativos 1 a 3 e exemplos 1 a 5 foram avaliadas. Uma relação de ar-combustível (A/F) foi controlada com realimentação objetivando uma A/F de 14,1 ou 15,1. O excesso ou deficiência de oxigênio foi calculado de acordo com a seguinte expressão de uma diferença (ΔA/F) entre a relação de ar combustível teórica e uma saída de sensor de A/F no ponto estequiométrico. O armazenamento de oxigênio máximo foi avaliado como OSC. OSC (g)=0,23 x ΔA/F x Quantidade de Injeção de Combustível
[0062] Usando um motor de gasolina (1UR-FE, fabricado por Toyota Motor Corporation), um tratamento de deterioração acelerado foi realizado nos catalisadores dos exemplos comparativos 1 a 3 e exemplos 1 a 5 sob condições de 1000°C (temperatura de leito de catalisador) e 25 horas. Neste momento, ao ajustar um ângulo de abertura de acelerador e uma carga de motor, o tratamento foi realizado repetidamente em um círculo constante: uma condição rica, uma condição estequiométrica, e uma condição simples. Como um resultado, a deterioração dos catalisadores foi acelerada enquanto trocando a composição do gás de escapamento.
[0063] Com respeito a cada um dos catalisadores dos exemplos comparativos 1 a 3 e exemplo 1, os valores da capacidade de armazenamento de oxigênio máximos do estágio inicial e após o tratamento de durabilidade foram avaliados no procedimento descrito acima. Os resultados são mostrados na Figura 3.
[0064] Como ilustrado na Figura 3, no catalisador do exemplo comparativo 2, embora a camada de paládio contivesse LFZ, a capacidade de armazenamento de oxigênio máxima após o tratamento de durabilidade diminuiu significativamente quando comparada ao valor do estágio inicial. Da análise de superfície do catalisador do exemplo comparativo 2 após o tratamento de durabilidade usando uma imagem de microscópio eletrônico de varredura e microanálise de sonda de elétrons (EPMA), verificou-se que ferro no LFZ contido na camada de paládio foi difundido para a interface entre a camada de paládio e a camada de ródio (Figura 4). Por outro lado, no catalisador do exemplo 1 tendo uma estrutura do catalisador de zona, um decréscimo na capacidade de armazenamento de oxigênio máxima após o tratamento de durabilidade foi notavelmente inibido quando comparado ao valor do estágio inicial.
[0065] Com respeito a cada um dos catalisadores dos exemplos 1 a 5, a capacidade de armazenamento de oxigênio do estágio inicial foi avaliada no procedimento descrito acima. Os resultados são mostrados na Figura 5.
[0066] Como ilustrado na Figura 5, quando a área de superfície da região de paládio à qual LFZ foi adicionado totalizou 20% a 40% da área de superfície total da camada de catalisador, OSC estava no máximo.
Claims (4)
1. Catalisador de controle de gás de escapamento que compreende: um substrato (21); e uma primeira camada de catalisador (22) que está disposta no substrato (21), caracterizado pelo fato de que a primeira camada de catalisador (22) inclui: uma região de paládio (23) que contém paládio, óxido de alumínio, solução sólida de céria-zircônia, e um óxido compósito LaFeO3—La2Zr2O7—ZrO2, e uma região de ródio (24) que está disposta adjacente à região de paládio (23) ao longo de uma direção plana da primeira camada de catalisador (22) e contém ródio, óxido de alumínio e solução sólida de céria-zircônia.
2. Catalisador de controle de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma área de superfície da região de paládio (23) sobre uma superfície mais superior da primeira camada de catalisador (22) totaliza 20% a 40% de uma área de superfície total da primeira camada de catalisador (22).
3. Catalisador de controle de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma ou mais segundas camadas de catalisador que estão dispostas entre o substrato (21) e a primeira camada de catalisador (22).
4. Catalisador de controle de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de paládio (23) e a região de ródio (24) são diretamente providas no substrato (21).
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