BR112017018220B1 - Catalisador para a purificação de gás de exaustão, método para a produção do mesmo, e o método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo - Google Patents
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Abstract
CATALISADOR PARA A PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO, MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DO MESMO, E O MÉTODO PARA A PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO AO USAR O MESMO. A presente invenção refere-se a um catalisador para a purificação de gás de exaustão, o qual compreende: um substrato; e uma camada de revestimento de catalisador que é formada sobre uma superfície do substrato e compreende partículas do catalisador, em que a camada de revestimento de catalisador tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm, e uma fração de espaços vazios em uma faixa de 50 a 80% em volume tal como medido por um método de peso em água, de 0,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem em poros com uma elevada relação de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm em uma imagem em seção transversal de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e que têm relações de aspecto de 5 ou mais, e os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de (...).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um catalisador para a puri ficação de gás de exaustão, a um método para a produção do mesmo, e a um método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo.
[002] Convencionalmente, como catalisadores para a purificação de gás de exaustão montados em automóveis e outros ainda, catalisadores de três vias, catalisadores de oxidação, catalisadores do tipo de redução de armazenagem de NOx, e outros ainda foram desenvolvidos para remover componentes nocivos tais como gases nocivos (hi- drocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx)) contidos no gás de exaustão. Além disso, com a maior conscientização ambiental recente, os regulamentos do gás de exaustão emitidos pelos automóveis e outros ainda foram restringidos ainda mais. Com esses regulamentos restringidos, as melhorias desses catalisadores estão sendo avançadas.
[003] Dessa maneira, um catalisador para a purificação de gás de exaustão, Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado no. 2012-240027 (Documento de Patente 1) divulga um catalisador para a purificação de gás de exaustão que compreende uma camada de catalisador, em que múltiplos espaços vazios estão presentes na camada de catalisador, um modo de uma distribuição de frequência em relação a razões entre o diâmetro e o comprimento (D/L) dos espaços vazios nas suas seção transversais é de 2 ou mais, a razão dos espaços vazios na camada de catalisador é 15% em volume ou mais e de 30% em volume ou menos, e uma espessura da camada de catalisador em uma parte mais grossa é de 150 μm ou menos. No entanto, o catalisador para a purificação de gás de exaustão divulgado no Documento de Patente 1 não é necessariamente suficiente em termos de um desempenho catalítico em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[004] Além disso, recentemente tem sido requerido que os catali sadores para a purificação de gás de exaustão tenham propriedades mais avançadas, e surge uma demanda quanto a um catalisador para a purificação de gás de exaustão que possa exibir um desempenho excelente de catalisador também em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[005] [PTL 1] Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado no. 2012-240027
[006] A presente invenção foi elaborada em vista dos problemas descritos acima da técnica convencional, e um objetivo da presente invenção consiste na provisão de um catalisador para a purificação de gás de exaustão que também pode exibir um desempenho excelente de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, um método para a produção do mesmo, e um método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo.
[007] Os autores da presente invenção realizaram um estudo in tensivo para atingir o objeto descrito acima, e consequentemente verificaram que um catalisador para a purificação de gás de exaustão que também pode exibir um desempenho excelente de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás pode ser obtido tal como segue. Especificamente, uma pasta de catalisador é preparada ao misturar partículas de um óxido de metal que têm um diâmetro específico de partícula, um material bruto de metal nobre, e uma quantidade específica de um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio específico e uma relação de aspecto média específica; uma camada da pasta de catalisador é formada ao aplicar essa pasta de catalisador sobre uma superfície de um substrato para obter uma espessura média específica; e pelo menos uma parte do material orgânico fibroso é removida por meio de calcinação. Essa descoberta conduziu à conclusão da presente invenção.
[008] Especificamente, um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende:
[009] um substrato, e
[0010] uma camada de revestimento de catalisador que é formada sobre uma superfície do substrato e que compreende partículas de catalisador,
[0011] em que a camada de revestimento de catalisador tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm, e uma fração de espaços vazios em uma faixa de 50 a 80% em volume tal como medido por um método de peso em água,
[0012] 0,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios na ca mada de revestimento de catalisador consistem em poros com uma elevada relação de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm em uma imagem em seção transversal de um seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e que têm relações de aspecto de 5 ou mais, e
[0013] os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 50.
[0014] No catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, os poros de elevada relação de aspecto são orientados de preferência de maneira tal que um valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos (ângulos de cone) cada um dos quais formado por um vetor em uma direção de diâmetro longo e um vetor na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato fica em uma faixa de 0 a 45 graus.
[0015] Além disso, no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, de 0,6 a 40,9% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem de preferência em poros com uma elevada relação de aspecto, e os poros de elevada relação de aspecto têm de preferência uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 35.
[0016] Além disso, no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, os diâmetros de partícula das partículas de catalisador são de preferência tais que um valor de diâmetro de 15% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área em seção transversal das partículas de catalisador com base na observação em microscópio eletrônico de varredura (SEM) de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 3 a 10 μm.
[0017] Além disso, no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, uma quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador fica de preferência em uma faixa de 50 a 300 g/l por unidade de volume do substrato.
[0018] Um método para a produção de um catalisador para a puri ficação de gás de exaustão da presente invenção compreende:
[0019] uma etapa de obtenção de uma pasta de catalisador ao misturar partículas de um óxido de metal que têm um valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma faixa de 3 a 10 μm em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume medida por meio de difractometria a laser, um material bruto de metal nobre, e um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm e tem uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40 de maneira tal que uma quantidade do material orgânico fibroso fica em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa em relação a 100 partes em massa das partículas de óxido de metal;
[0020] uma etapa de formação de uma camada de pasta de catali sador ao aplicar a pasta de catalisador sobre uma superfície de um substrato de maneira tal que uma camada de revestimento de catalisador após a calcinação tenha uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm; e
[0021] uma etapa de calcinação para remover pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na camada de pasta de catalisador para obter um catalisador para a purificação de gás de exaustão.
[0022] No método para a produção de um catalisador para a purifi cação de gás de exaustão da presente invenção, o material orgânico fibroso tem de preferência um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 2,0 a 6,0 μm e uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 30.
[0023] Além disso, no método para a produção de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, a pasta de catalisador é aplicada de preferência sobre a superfície do substrato de maneira tal que uma quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador depois da calcinação fica em uma faixa de 50 a 300 g/l por unidade de volume do substrato, na etapa de formação de uma camada da pasta de catalisador.
[0024] Um método para a purificação de gás de exaustão da pre- sente invenção compreende: a colocação do gás de exaustão emitido por um motor de combustão interna em contato com o catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, para purificar o gás de exaustão.
[0025] Deve ser observado que, embora não esteja exatamente claro porque o objeto descrito acima é atingido pelo catalisador para a purificação de gás de exaustão, o método para a produção do mesmo, e o método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo da presente invenção, os autores da presente invenção especulam tal como segue.
[0026] Especificamente, presume-se que uma vez que o catalisa dor para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende: um substrato; e uma camada de revestimento de catalisador que é formada sobre uma superfície do substrato e que compreende partículas de um catalisador, e uma vez que a camada de revestimento de catalisador tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm, a resistência à difusão (espessura média da camada de revestimento de catalisador/coeficiente de difusão eficaz da camada de revestimento de catalisador) da camada de revestimento de catalisador é suprimida dentro de uma faixa em que um excelente desempenho de catalisador também pode ser exibido em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0027] Além disso, presume-se que uma vez que a fração de es paços vazios da camada de revestimento de catalisador medida por um método de peso em água fica em uma faixa de 50 a 80% em volume, a resistência à difusão (espessura média da camada de revestimento de catalisador/coeficiente de difusão eficaz da camada de revestimento de catalisador) da camada de revestimento de catalisador é suprimida dentro de uma faixa em que um excelente desempenho de catalisador também pode ser exibido em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás. Isso ocorre porque o coeficiente de difusão eficaz de uma camada de revestimento de catalisador é proporcional à fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador, tal como descrito na literatura de referência ("Reaction Engineering" da autoria de Kenji Hashimoto, BAIFUKAN CO., LTD (2001), p. 222).
[0028] Também se presume que uma vez que de 0,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem em poros de elevada relação de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm em uma imagem em seção transversal de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção de fluxo do gás de exaustão no substrato, e que têm relações de aspecto de 5 ou mais, e uma vez que os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 50, a capacidade de difusão do gás (expressa como o coeficiente de difusão eficaz da camada de revestimento de catalisador) na camada de revestimento de catalisador pode ser melhorada, de modo que um excelente desempenho do catalisador possa ser exibido também em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0029] Os autores da presente invenção especulam que essas funções tornam o catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção capaz de exibir um excelente desempenho de catalisador também em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0030] Entrementes, no método para a produção de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, uma pasta de catalisador é preparada ao misturar partículas de um óxido de metal que têm um valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume em uma faixa de 3 a 10 μm tal como medido por meio de di- fractometria a laser, um material bruto de metal nobre, e um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm e tem uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40 de maneira tal que uma quantidade de material orgânico fibroso fica em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa em relação a 100 partes em massa das partículas de óxido de metal; uma camada de pasta de catalisador é formada ao aplicar essa pasta de catalisador sobre uma superfície de um substrato de maneira tal que uma camada de revestimento de catalisador após a calcinação tenha uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm; e pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na camada da pasta de catalisador é removida por meio de calcinação. Os autores da presente invenção especulam que, por esta razão, é possível obter um catalisador para a purificação de gás de exaustão que tenha as características descritas acima.
[0031] De acordo com a presente invenção, é possível prover um catalisador para a purificação de gás de exaustão que também possa exibir um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, um método para a produção do mesmo, e um método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo.
[0032] [Figura 1] A Figura 1 é uma projeção bidimensional que ilustra a informação tridimensional sobre um poro obtida ao analisar as imagens em seção transversal consecutivas das seções transversais de uma camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais são perpendiculares a uma direção do fluxo do gás de exaustão em um substrato de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção.
[0033] [Figura 2] A Figura 2 é um diagrama esquemático que mos tra o poro nas seções transversais da camada de revestimento de catalisador em A a E na Figura 1.
[0034] [Figura 3] A Figura 3 é um diagrama esquemático que mos tra um ângulo de cone de um poro de elevada relação de aspecto na projeção bidimensional da Figura 1.
[0035] [Figura 4] A Figura 4 é um diagrama esquemático que mos tra um exemplo de um método de medição FIB-SEM, em que a parte (A) é um diagrama esquemático que mostra uma parte de uma seção transversal de uma camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão em um substrato de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção; a parte (B) é um diagrama esquemático que mostra um corpo de prova obtido ao cortar o catalisador para a purificação de gás de exaustão em uma direção axial na posição da linha pontilhada mostrada na parte (A); e a parte (C) é um diagrama esquemático das imagens SEM obtidas pelo método de medição FIB-SEM.
[0036] [Figura 5] A Figura 5 é uma micrografia eletrônica de varre dura (fotografia SEM) de uma seção transversal de uma camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão em um substrato de um catalisador para a purificação de gás de exaustão obtido no Exemplo 5.
[0037] [Figura 6] A Figura 6 é uma imagem obtida mediante a bi- narização da fotografia SEM da Figura 5.
[0038] [Figura 7] A Figura 7 é um gráfico que mostra distribuições de volume de poro diferenciais logarítmicas de camadas do revestimento de catalisador nos catalisadores obtidos no Exemplo 2 e nos Exemplos Comparativos 1 e 2.
[0039] [Figura 8] A Figura 8 é um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a relação entre a quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador e a razão de remoção de NOx.
[0040] [Figura 9] A Figura 9 é um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a relação entre a espessura média da camada de revestimento de catalisador e a relação de remoção de NOx.
[0041] [Figura 10] A Figura 10 é um gráfico que mostra os resulta dos de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a relação entre o diâmetro de partícula da partícula de catalisador e a razão de remoção de NOx.
[0042] [Figura 11] A Figura 11 é um gráfico que mostra os resulta dos de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a relação entre a fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador e a razão de remoção de NOx.
[0043] [Figura 12] A Figura 12 é um gráfico que mostra a razão entre a relação de aspecto e a frequência de poros de elevada relação de aspecto do catalisador obtido no Exemplo 5 e a razão entre a relação de aspecto e a frequência de poros do catalisador obtido no Exemplo Comparativo 4.
[0044] [Figura 13] A Figura 13 é um gráfico que mostra os resulta dos de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e os Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a razão entre a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto e a razão de remoção de NOx.
[0045] [Figura 14] A Figura 14 é um gráfico que mostra os resulta dos de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a razão entre a relação dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios e à razão de remoção de NOx.
[0046] [Figura 15] A Figura 15 é um gráfico que mostra a relação entre o ângulo de cone e a relação cumulativa de poros de elevada relação de aspecto do catalisador obtido no Exemplo 16.
[0047] [Figura 16] A Figura 16 é um gráfico que mostra os resulta dos de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, e mostra a relação entre o valor de ângulo de 80% cumulativo de poros de elevada relação de aspecto e a razão de remoção de NOx.
[0048] Em seguida, a presente invenção será descrita em detalhes com base nas modalidades preferidas da mesma.
[0049] Um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende:
[0050] um substrato; e
[0051] uma camada de revestimento de catalisador que é formada sobre uma superfície do substrato e que compreende partículas de catalisador, em que
[0052] a camada de revestimento de catalisador tem uma espes sura média em uma faixa de 25 a 160 μm, e uma fração de espaços vazios em uma faixa de 50 a 80% em volume tal como medido por um método de peso em água,
[0053] de 0,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem em poros com uma elevada relação de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm em uma imagem em seção transversal de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e que têm relações de aspecto de 5 ou mais, e
[0054] os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 50. O catalisador configurado desse modo para a purificação de gás de exaustão também pode exibir um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0055] O substrato no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção não é particularmente limitado, e é possível usar um substrato conhecido que pode ser usado como um substrato para um catalisador para a purificação de gás de exaustão. O substrato é de preferência um substrato em formato de colmeia. O substrato em formato de colmeia não é particularmente limitado, e é possível usar um substrato em formato de colmeia conhecido que pode ser usado como um substrato para um catalisador para a purificação de gás de exaustão. Especificamente, é preferível empregar um substrato monolítico em formato de colmeia (filtro do tipo colmeia, colmeis de alta densidade, ou um outro ainda). Além disso, um material de substrato também não é particularmente limitado, e é preferível empregar um substrato feito de uma cerâmica tal como a cordierita, o carboneto de silício, a sílica, a alumina, ou a mulita, ou um substrato feito de um metal tal como o aço inoxidável que contém cromo e alumínio. Desses materiais, a cordierita é preferível do ponto de vista do custo.
[0056] A camada de revestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção é formada sobre uma superfície do substrato, e compreende partículas de catalisador. A camada de revestimento de catalisador é de preferência aquela que consiste em partículas de catalisador, e particularmente de preferência uma porosa que consiste em partículas de catalisador.
[0057] As partículas de catalisador na camada de revestimento de catalisador não são particularmente limitadas, contanto que as partículas de catalisador tenham um desempenho de purificação de gás de exaustão.
[0058] Especificamente, é possível usar partículas de catalisador em que um metal nobre é suportado nas partículas de substrato de catalisador (partículas de óxido (de preferência, partículas de óxido porosas)) feitas de um óxido tal como o óxido de alumínio (Al2O3, alumina), o óxido de cério (CeO2, céria), o óxido de zircônio (ZrO2, zircô- nia), o óxido de silício (SiO2, sílica), o óxido de ítrio (Y2O3, ítria), ou o óxido de neodímio (Nd2O3), um óxido compósito dos mesmos, ou um outro ainda.
[0059] O metal nobre não é particularmente limitado, e é preferível usar pelo menos um selecionado do grupo que consiste em platina (Pt), paládio (Pd), ródio (Rh), ouro (Au), prata (Ag), irídio (Ir), e rutênio (Ru). Desses metais nobres, pelo menos um selecionado do grupo que consiste em Pt, Rh, Pd, Ir e Ru é mais preferível, e pelo menos um selecionado do grupo que consiste em Pt, Rh e Pd é particularmente preferível, do ponto de vista do desempenho catalítico. A quantidade de metal nobre suportado não é particularmente limitada, e o metal nobre pode ser suportado em uma quantidade necessária, tal como apropriado, de acordo com o desenho pretendido outros ainda. No entanto, a quantidade de metal nobre suportado é de preferência de 0,01 a 10 partes em massa, e com mais preferência de 0,01 a 5 partes em mas sa em termos do metal em relação a 100 partes em massa de partículas do substrato de catalisador (partículas de óxido). Se a quantidade de metal nobre suportado for menor do que o limite inferior, a atividade catalítica tende a ser insuficiente. Entrementes, se o metal nobre for suportado em uma quantidade que excede o limite superior, a atividade catalítica tende a ser saturada, e os custos tendem a aumentar.
[0060] Uma quantidade de revestimento da camada de revesti mento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção fica de preferência em uma faixa de 50 a 300 g/l por unidade de volume do substrato. Se a quantidade de revestimento for menor do que o limite inferior, as partículas de catalisador não conferem um desempenho da atividade catalítica suficiente, de modo que o desempenho catalítico obtido tal como o desempenho da purificação de NOx tende a ser insuficiente. Entrementes, se a quantidade de revestimento exceder o limite superior, a queda da pressão tende a aumentar, causando uma diminuição na economia de combustível. Além disso, a quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador fica com mais preferência em uma faixa de 50 a 250 g/l e particularmente de preferência em uma faixa de 50 a 200 g/l por unidade de volume do substrato, do ponto de vista do equilíbrio entre a queda da pressão, o desempenho catalítico e a durabilidade.
[0061] Além disso, a camada de revestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção tem que ter uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm. Se a espessura média for menor do que o limite inferior, um desempenho catalítico suficiente não pode ser obtido. Entrementes, se a espessura média exceder o limite superior, a queda da pressão do gás de exaustão e outros ainda que passam através da camada de revestimento de catalisador aumenta, de modo que o desempenho catalítico obtido tal como o desempenho da purificação de NOx é insuficiente. Além disso, a espessura média da camada de revestimento de catalisador fica de preferência em uma faixa de 30 a 96 μm, e particularmente de preferência em uma faixa de 32 a 92 μm, do ponto de vista do equilíbrio entre a queda da pressão, o desempenho catalítico e a durabilidade. Deve ser observado que a "espessura" refere-se a um comprimento da camada de revestimento de catalisador em uma direção perpendicular a um centro de uma porção plana do substrato. Além disso, a espessura é determinada ao sujeitar a camada de revestimento de catalisador à observação da micrografia eletrônica de var-redura (SEM), à observação microscópica óptica, ou algo do gênero, e a "espessura média" pode ser determinada ao medir as espessuras aleatoriamente selecionadas de 10 ou mais pontos e ao calcular o valor médio das espessuras.
[0062] Além disso, os diâmetros de partícula das partículas de ca talisador na camada de revestimento de catalisador do catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção são de preferência tais que um valor cumulativo do diâmetro de 15% em uma distribuição de tamanho cumulativa baseada na área em seção transversal de partícula das partículas de catalisador baseadas na observação do microscópio eletrônico de varredura (SEM) de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 3 a 10 μm. Se o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) das partículas de catalisador for menor do que o limite inferior, a fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador tende a ser baixa e a capacidade de difusão do gás tende a deteriorar, de modo que o desempenho catalítico obtido tal como o desempenho da purificação de NOx tende a ser insuficiente. Entrementes, se o diâmetro de partícula exceder o limite superior, a resistência à difusão do gás dentro das partículas de catalisador aumenta, de modo que o desempenho catalítico ob- tido tal como o desempenho de purificação de NOx tende a ser insuficiente. Além disso, os diâmetros de partícula das partículas de catalisador da camada de revestimento de catalisador são tais que o valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal fica com mais preferência em uma faixa de 3 a 9 μm, e particularmente de preferência em uma faixa de 3 a 7 μm, do ponto de vista do equilíbrio entre as resistências à difusão na camada de revestimento de catalisador e as partículas de catalisador e a capacidade de revestimento da pasta.
[0063] Deve ser observado que o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) das partículas de catalisador pode ser determinado por meio da observação microscópica eletrônica de varredura (SEM). Especificamente, por exemplo, o catalisador para a purificação de gás de exaustão é embutido em uma resina epóxi ou um outro ainda, e uma seção transversal obtida ao cortar o substrato (substrato em formato de colmeia) em uma direção radial é sujeitado à observação microscópica de varredura (SEM) (ampliação: 700 a 1.500 vezes, resolução de pixel: 0,2 mm/pixel ou mais). Em seguida, o valor de diâmetro de 15% cumulativo é calculado em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área em seção transversal das partículas de catalisa-dor. Aqui, o diâmetro de 15% cumulativo das partículas de catalisador refere-se ao diâmetro de partícula das partículas de catalisador (também indicado daqui por diante como "DIS") de maneira tal que, quando as áreas em seção transversal das partículas de catalisador são contadas a partir do maior tamanho de partícula do catalisador (área em seção transversal) entre aquelas das partículas de catalisador, a soma das áreas em seção transversal das partículas de catalisador atinge 15% de todas as áreas em seção transversal da camada de revestimento de catalisador com exceção daquelas dos poros com áreas em seção transversal de menos de 0,3 μm2 (a frequência cumulativa baseada na área atinge 15%). Essa observação pode ser executada em uma região quadrilateral da camada de revestimento de catalisador que se estende por 200 μm ou mais em uma direção horizontal à porção plana do substrato e 25 por μ m ou mais na direção perpendicular direção à porção plana do substrato. Além disso, quando a seção transversal não é circular, o diâmetro de partícula refere-se a um diâmetro de um círculo circunscrito menor.
[0064] Além disso, a fração de espaços vazios da camada de re vestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção tem que ficar em uma faixa de 50 a 80% em volume em termos de uma fração de espaços vazios medida por um método de peso na água. Se a fração de espaços vazios for menor do que o limite inferior, a capacidade de difusão do gás deteriora, de modo que o desempenho catalítico obtido é insuficiente. Entrementes, se a fração de espaços vazios exceder o limite superior, a capacidade de difusão excessivamente elevado aumenta a relação de gás que passa através da camada de revestimento sem contato com qualquer um dos sítios ativos do catalisador, de modo que o desempenho catalítico obtido é insuficiente. Além disso, a fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador fica de preferência em uma faixa de 50,9 a 78,8% em volume, e particularmente de preferência em uma faixa de 54,0 a 78,0% em volume, do ponto de vista do equilíbrio entre a capacidade de difusão do gás e o desempenho catalítico. Deve ser observado que um "espaço vazio" na camada de revestimento de catalisador significa que a camada de revestimento de catalisador tem um espaço. O formato do "espaço vazio" não é particularmente limitado e, por exemplo, pode ser qualquer um de um formato esférico, um formato elíptico, um formato cilíndrico, um formato cuboi- de (prisma), um formato de disco, um formato de passagem atraves- sável, formatos similares a qualquer um deles, e outros ainda. Os espaços vazios incluem poros tais como poros finos que têm diâmetros de círculo equivalentes em seção transversal de menos de 2 μm; poros de elevada relação de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em seção transversal de 2 μm ou mais e que têm relações de aspecto de 5 ou mais; poros que têm diâmetros de círculo equivalentes em seção transversal do círculo de 2 μm ou mais, mas não têm relações de aspecto de 5 ou mais; e outros ainda. A fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador pode ser determinada ao sujeitar o catalisador para a purificação de gás de exaustão a um método de peso em água. Especificamente, a fração de espaços vazios da amostra de catalisador pode ser determinada, por exemplo, de acordo com a norma JIS R 2205.
[0065] Além disso, a camada de revestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção é de preferência tal que pelo menos dois picos estão presentes em uma distribuição de diâmetro de poro medida por um método de intrusão de mercúrio, e um diâmetro de poro modal de um pico (pico principal) em que o diâmetro de poro modal maior entre esses picos fica em uma faixa de 1 a 10 μm. Se o diâmetro de poro modal do pico principal for menor do que o limite inferior, a capacidade de difusão do gás é tão insuficiente que o desempenho catalítico obtido tende a ser insuficiente. Entrementes, se o diâmetro de poro modal do pico principal exceder o limite superior, a razão do gás que passa através da camada de revestimento sem contato com qualquer um dos sítios ativos do catalisador aumenta, de modo que o desempenho catalítico obtido tende a ser insuficiente.
[0066] Além disso, a camada de revestimento de catalisador da presente invenção tem que ser tal que de 9,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios consistam em poros com uma elevada rela- ção de aspecto que têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm em uma imagem em seção transversal de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e que têm relações de aspecto de 5 ou mais. Se a razão dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios for menor do que o limite inferior, a conectividade dos poros é insuficiente. Entrementes, se a razão exceder o limite superior, a capacidade de difusão do gás em uma direção perpendicular à direção do fluxo do gás de exaustão é tão insuficiente que um desempenho catalítico suficiente não pode ser obtido, e a diminuição na resistência da camada de revestimento de catalisador causa esfoli- ação ou um outro ainda. Além disso, a razão dos poros de elevada relação de aspecto fica de preferência em uma faixa de 0,6 a 40,9% em volume, e particularmente de preferência em uma faixa de 1 a 31% em volume, do ponto de vista do equilíbrio entre a capacidade de difusão do gás, o desempenho catalítico e a resistência da camada de revestimento de catalisador.
[0067] Os poros de elevada relação de aspecto na camada de re vestimento de catalisador da presente invenção têm que ter uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 50. Se a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto for mais baixa do que o limite inferior, a conectividade obtida dos poros é insuficiente. Entrementes, se a relação de aspecto média exceder o limite superior, a capacidade de difusão excessivamente elevada aumenta a razão do gás que passa através da camada do revestimento sem contato com qualquer um dos sítios ativos do catalisador, de modo que o desempenho catalítico obtido é insuficiente. Além disso, a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto fica de preferência em uma faixa de 10 a 35, e particularmente de preferência em uma faixa de 10 a 30, do ponto de vista de obter a capacidade de difusão do gás e o desempenho catalítico.
[0068] Deve ser observado que as "relações de aspecto dos po ros" e a "relação de aspecto média de poros de elevada relação de aspecto" na camada de revestimento de catalisador da presente invenção podem ser determinadas ao analisar as imagens em seção transversal das seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais são perpendiculares à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato (a direção axial do substrato em formato de colmeia) a partir da informação tridimensional sobre os poros na camada de revestimento de catalisador obtida por meio de FIB-SEM (Feixe de Íons Focado - Microscópio Eletrônico de Varredura), CT com raios X, ou um outro ainda.
[0069] Especificamente, por exemplo, no caso da análise de FIB- SEM, as primeiras imagens em seção transversal consecutivas (imagens SEM) das seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais são perpendiculares à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato são adquiridas por meio da análise de FIB-SEM. Em seguida, as imagens em seção transversal consecutivas obtidas são analisadas para extrair a informação tridimensional sobre os poros que têm diâmetros de círculo equivalentes em seção transversal de 2 μm ou mais. Como um exemplo dos resultados da análise da informação tridimensional sobre um poro, a Figura 1 mostra um exemplo de uma projeção bidimensional que ilustra um resultado da análise da informação tridimensional sobre um poro obtido mediante a análise das imagens em seção transversal consecutivas das seções transversais de uma camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais são perpendiculares a uma direção do fluxo do gás de exaustão em um substrato de um catalisador para a purificação de gás de exaustão. Com base no resultado da análise da informação tridimensional sobre o poro ilustrado na Figura 1, o formato do poro é indefinido, e a distância que conecta o ponto inicial e o ponto final nas imagens em seção transversal consecutivas (imagens SEM) do poro é definida como o "diâmetro longo". Deve ser observado que o ponto inicial e o ponto fina ficam nos centros de gravidade nas respectivas imagens SEM. Em seguida, entre as porções constringidas na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final pela distância mais curta nas imagens em seção transversal consecutivas (imagens SEM) do poro, uma porção constringida que tem um diâmetro de círculo equivalente que é de 2 μm ou mais e que é o menor entre as imagens SEM em seção transversal é definida como uma "garganta", e esse diâmetro de círculo equivalente na imagem SEM em seção transversal é definido como um "diâmetro da garganta" (embora múltiplas porções constringidas possam estar presentes em um poro em alguns casos, a menor porção constringida na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final pela distância mais curta é selecionada como o diâmetro da garganta para calcular a relação de aspecto, e o diâmetro de círculo equivalente da menor porção constringida (garganta) na imagem SEM em seção transversal é definido como o "diâmetro da garganta"). Além disso, a "relação de aspecto de um poro" é definida como o "diâmetro longo/diâmetro da garganta".
[0070] Em seguida, a Figura 2 mostra exemplos de imagens em seção transversal (imagens SEM) em (A) (ponto inicial do poro), (B) (porção da garganta do poro), (C) (ponto médio do diâmetro longo do poro), (D) (porção do diâmetro maior com o maior diâmetro de círculo equivalente no poro), e (E) (ponto final do poro) na Figura 1. A Figura 2 é um diagrama esquemático das imagens em seção transversal (imagens SEM) que mostram poro em seções transversais da camada de revestimento de catalisador em (A) a (E) da Figura 1. A parte (A) na Figura 2 é um diagrama esquemático de uma imagem em seção transversal do poro no ponto inicial (uma porção final em que o poro tem um diâmetro de círculo equivalente de 2 μm ou mais) na projeção bidimensional do poro ilustrado na Figura 1, e G1 indica o centro de gravidade do poro na imagem em seção transversal. A parte (B) na Figura 2 é um diagrama esquemático de uma imagem em seção transversal do poro na garganta (a porção constringida que tem um diâmetro de círculo equivalente de 2 μm ou mais e que é a menor na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final pela distância mais curta) na projeção bidimensional do poro ilustrado na Figura 1. A parte (C) na Figura 2 é um diagrama esquemático de uma imagem em seção transversal do poro no ponto médio na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final do diâmetro longo pela distância mais curta na projeção bidimensional do poro ilustrado na Figura 1. A parte (D) na Figura 2 é uma imagem em seção transversal do poro em uma porção na qual o diâmetro de círculo equivalente é o maior na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final do diâmetro longo pela distância mais curta na projeção bidimensional do poro ilustrado na Figura 1. A parte (E) na Figura 2 é um diagrama esquemático de uma imagem em seção transversal do poro no ponto final (a outra porção de extremidade que tem um diâmetro de círculo equivalente de 2 μm ou mais) na projeção bidimensional do poro ilustrado na Figura 1, e G2 indica o centro de gravidade do poro na imagem em seção transversal. Aqui, na Figura 2, a distância da linha reta que conecta o ponto inicial (G1 mostrado na parte (A) da Figura 2) do poro e o ponto final (G2 mostrado na parte (E) da Figura 2) do poro é definida como "diâmetro longo". Além disso, entre as porções constringidas na rota que conecta o ponto inicial e o ponto final do poro pela distância mais curta, uma porção constringida que tem um diâmetro de círculo equivalente que é de 2 μm ou mais e que é o menor entre as imagens SEM em seção transversal é definida como uma "garganta", e esse diâmetro de círculo equivalente na ima- gem SEM em seção transversal é definido como um "diâmetro da garganta". A "relação de aspecto de um poro" é definida como "diâmetro longo/diâmetro da garganta". Além disso, a "relação de aspecto média de poros de elevada relação de aspecto" em uma camada de revestimento de catalisador pode ser determinada ao efetuar a medição descrita acima em uma faixa de 500 μm ou mais na direção horizontal para a porção plana do substrato, 25 μm ou mais na direção perpendicular à porção plana do substrato, e 500 μm ou mais na direção axial, ou uma faixa equivalente a essa, da camada de revestimento de catalisador, e ao calcular a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto que são poros que têm relações de aspecto de 5 ou mais entre os poros.
[0071] Além disso, a relação dos poros de elevada relação de as pecto em relação a todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador da presente invenção pode ser determinada ao dividir a fração de espaços vazios dos poros de elevada relação de aspecto em uma faixa de 500 μm ou mais na direção horizontal para a porção plana do substrato, 25 μm ou mais na direção perpendicular à porção plana do substrato, e 500 μm ou mais na direção axial, ou uma faixa equivalente a essa, da camada de revestimento de catalisador, pela fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador obtida pela medição pelo método de peso em água.
[0072] Além disso, na camada de revestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, os poros de elevada relação de aspecto são orientados de preferência de maneira tal que um valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos (ângulos de cone) cada um dos quais é formado por um vetor em uma direção do diâmetro longo de cada um dos poros de elevada relação de aspecto e um vetor na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato fica em uma faixa de 0 a 45 graus. Essa configuração melhora especialmente a capacidade de difusão do gás na direção do fluxo do gás de exaustão (a direção axial do substrato em formato de colmeia), de modo que a eficiência da utilização de sítios ativos pode ser melhorada. Se o valor de ângulo de 80% cumulativo exceder o limite superior, o componente da direção axial da capacidade de difusão do gás tende a ser insuficiente, o que resulta em uma diminuição na eficiência da utilização de sítios ativos. Além disso, o valor de ângulo de 80% cumulativo fica com mais preferência em uma faixa de 15 a 45 graus, e particularmente de preferência em uma faixa de 30 a 45 graus, do ponto de vista do desempenho catalítico.
[0073] Deve ser observado que o ângulo de cone (ângulo de orien tação) de um poro de elevada relação de aspecto na camada de revestimento de catalisador da presente invenção pode ser determinado ao analisar imagens em seção transversal das seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais são perpendiculares à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato (a direção axial do substrato em formato de colmeia) a partir da informação tridimensional sobre o poro na camada de revestimento de catalisador. Especificamente, por exemplo, no caso da análise de FIB- SEM, o "ângulo de cone" pode ser determinado a partir do ângulo for-mado por um vetor em uma direção do diâmetro longa obtida pelo "diâmetro longo" do poro de elevada relação de aspecto obtido tal como descrito acima e um vetor na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato. A Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra o ângulo de cone (ângulo de orientação) de um poro de elevada relação de aspecto, e mostra um exemplo de como determinar o "ângulo de cone". A Figura 3 mostra o vetor (Y) na direção do diâmetro longo do poro de elevada relação de aspecto e o vetor (X) na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato na projeção bidimensional da Figura 1, e o ân- gulo formado pelo vetor (Y) na direção do diâmetro longo e o vetor (X) na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato é definido como o "ângulo de cone". Por uma análise de imagem da informação tridimensional (imagem tridimensional) sobre os poros, o valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos de cone descritos acima pode ser calculado. Aqui, o ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos de cone dos poros de elevada relação de aspecto refere-se ao ângulo de cone de um poro de relação de aspecto tal que, quando os poros de elevada relação de aspecto são contados a partir do poro de elevada relação de aspecto com o menor ângulo de cone (ângulo) entre os poros de elevada relação de aspecto, o número de poros de elevada relação de aspecto contados alcança 80% do número total dos poros de elevada relação de aspecto (a frequência cumulativa baseada em ângulo do ângulo do cone alcança 80%). Deve ser observado que o valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos de cone dos poros de elevada relação de aspecto pode ser determinado aleatoriamente mediante a extração de 20 ou mais poros de elevada relação de aspecto, a medição dos valores cumulativos do ângulo de 80% em distribuições de ângulo cumulativas baseadas em ângulos dos ângulos de cone desses poros de elevada relação de aspecto, e o cálculo da média desses valores de ângulo de 80% cumulativos.
[0074] Além disso, no que diz respeito à camada de revestimento de catalisador no catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, a expressão "que consiste em partículas de catalisador" significa que a camada de revestimento de catalisador é constituída somente de partículas de catalisador, ou a camada de revestimento de catalisador é constituída principalmente de partículas de ca- talisador e contém outros componentes, contanto que um efeito da presente invenção não seja prejudicado. Tal como os outros componentes, é possível usar outros óxidos de metal, aditivos, e outros ainda, usados para uma camada de revestimento de catalisador desse tipo de finalidade pretendida. Especificamente, os outros componentes podem ser um ou mais dos metais alcalinos tais como o potássio (K), o sódio (Na), o lítio (Li) e o césio (Cs), dos metais alcalino terrosos tais como o bário (Ba), o cálcio (Ca) e o estrôncio (Sr), dos elementos de terras raras tais como o lantânio (La), o ítrio (Y) e o cério (Ce), dos metais de transição tais como o ferro (Fe), e outros ainda.
[0075] O catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende: o substrato descrito acima; e a camada de revestimento de catalisador descrita acima que é formada sobre uma superfície do substrato e que compreende as partículas de catalisador. Deve ser observado que o catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção pode ser usado em combinação com um outro catalisador. O outro catalisador não é particularmente limitado, e é possível usar um catalisador conhecido (por exemplo, no caso de um catalisador para a purificação de gás de exaustão automotivo, um catalisador de oxidação, um catalisador de redução de NOx, um catalisador do tipo de redução de armazenagem de NOx (catalisador NSR), um catalisador de captura de NOx magro (catalisador LNT), um catalisador de redução seletiva de NOx (catalisador SCR), ou um outro ainda), tal como apropriado.
[0076] A seguir, é descrito um método para a produção de um ca talisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção. O método para a produção de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende:
[0077] uma etapa de obtenção de uma pasta de catalisador (etapa de preparação da pasta de catalisador) de misturar partículas de um óxido de metal que têm um valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma faixa de 3 a 10 μm em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume medida por meio de difractometria a laser, um material bruto de metal nobre, e um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm e tem uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40 de maneira tal que uma quantidade do material orgânico fibroso fica em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa em relação a 100 partes em massa das partículas de óxido de metal;
[0078] uma etapa de formação de uma camada de pasta de catali sador (etapa de formação da camada de pasta de catalisador) de aplicar a pasta de catalisador sobre uma superfície de um substrato de maneira tal que uma camada de revestimento de catalisador após a calcinação tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm; e
[0079] uma etapa de calcinação (etapa de calcinação) de remover pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na camada de pasta de catalisador para obter o catalisador para a purificação de gás de exaustão. Esse método torna possível produzir um catalisador para a purificação de gás de exaustão que também pode exibir um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0080] No método para a produção de um catalisador para a purifi cação de gás de exaustão da presente invenção, em primeiro lugar, são preparadas partículas de óxido de metal que têm um valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma faixa de 3 a 10 μm em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume medi- da por meio de difractometria a laser (etapa de preparação de partículas de óxido).
[0081] Como partículas de óxido de metal preparadas na etapa de preparação de partículas de óxido, as mesmas partículas de substrato de catalisador (partículas de óxido) que aquelas para as partículas de catalisador descritas para a camada de revestimento de catalisador no catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão da presente invenção são usadas. Deve ser observado que um método para a preparação das partículas de óxido de metal preparadas na etapa de preparação de partículas de óxido não é particularmente limitado, e um método conhecido pode ser empregado, tal como apropriado. Além disso, partículas comercialmente disponíveis também podem ser usadas como partículas de óxido de metal. As formas das partículas de óxido de metal preparadas na etapa da preparação de partículas de óxido da presente invenção incluem partículas de óxido de metal (incluindo partículas de óxido compósitas) preparadas por um método conhecido, partículas de óxido de metal comercialmente disponíveis (incluindo partículas de óxido compósitas), umas misturas das mesmas, umas dispersões obtidas mediante a dispersão de qualquer uma dessas partículas em um solvente tal como a água com troca de íons ou outros do gênero, e outros ainda.
[0082] Os diâmetros de partícula das partículas de óxido de metal usadas na etapa de preparação de partículas de óxido de acordo com o método de produção da presente invenção têm que ser tais que o valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada no volume medida por meio de difrac- tometria a laser fica em uma faixa de 3 a 10 μm. Se o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) das partículas de óxido de metal for menor do que o limite inferior, o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) das partículas de catalisador da camada de revestimento de catalisador no catalisador obtido para a purificação de gás de exaustão é excessivamente pequeno, o que causa uma diminuição na fração de espaços vazios da camada e a deterioração do revestimento de catalisador na capacidade de difusão de gás, de modo que o desempenho catalítico obtido tal como o desempenho de purificação de NOx é insuficiente. Entrementes, se o diâmetro de partícula exceder o limite superior, o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) das partículas de catalisador da camada de revestimento de catalisador no ca-talisador obtido para a purificação de gás de exaustão é excessivamente grande, o que aumenta a resistência à difusão do gás dentro das partículas de catalisador, de modo que o desempenho catalítico obtido tal como o desempenho de purificação de NOx é insuficiente. Além disso, o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal é tal que o valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume fica de preferência em uma faixa de 3 a 9 μm, e particularmente de preferência em uma faixa de 3 a 7 μm, do ponto de vista do equilíbrio entre a capacidade de revestimento, a resistência à difusão nas partículas de catalisador, e o desempenho catalítico.
[0083] Deve ser observado que o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) das partículas de óxido de metal pode ser determinado por meio de difractometria a laser. Especificamente, por exemplo, pela difractometria a laser ao usar um difractômetro a laser tal como um aparelho de medição da distribuição de tamanho de partícula do tipo de difração a laser, a medição é efetuada para 1.000 ou mais partículas de óxido de metal extraídas aleatoriamente (selecionadas aleatoriamente), e o valor de diâmetro de 50% cumulativo é calculado em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume das partículas de óxido de metal. Aqui, o diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume de partículas de óxido de metal refere-se ao diâmetro de partícula de uma partícula de óxido de metal tal que, quando as partículas de óxido de metal são contadas a partir das partículas de óxido de metal com o menor tamanho (área) entre as partículas de óxido de metal, o número de partículas de óxido de metal alcança 50% do número total de partículas de óxido de metal (a frequência cumulativa baseada no volume alcança 50%). Além disso, quando a seção transversal não é circular, um diâmetro de partícula refere-se a um diâmetro de um menor círculo circunscrito.
[0084] Um método para a preparação de partículas de óxido de metal que têm tal diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) não é particularmente limitado, e pode ser, por exemplo, um método em que, em primeiro lugar, um material bruto de partículas de óxido de metal, tal como um pó de partículas de óxido de metal é preparado; em seguida, o pó de partículas de óxido de metal ou algo do gênero é misturado com um solvente tal como a água com troca de íons, ou algo do gênero; e então o pó de partículas de óxido de metal ou algo do gênero é disperso no solvente tal como a água ao agitar a solução obtida usando um moinho mediado tal como um moinho de grânulo, um outro tipo de pulverizador do tipo de agitação, ou um outro ainda para ajustar o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal a um valor predeterminado. Deve ser observado que as condições de agitação em um caso em que um moinho mediado tal como um moinho de grânulos é usado não são particularmente limitadas, e são de preferência tais que os diâmetros dos grânulos ficam em uma faixa de 100 a 5.000 μm, o tempo de tratamento fica em uma faixa de 3 minutos a 1 hora, e a velocidade de agitação fica em uma faixa de 50 a 500 rpm.
[0085] Em seguida, no método para a produção de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, uma pasta de catalisador é obtida ao misturar as partículas de óxido de metal, um material bruto de metal nobre, e um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm e tem uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40, de maneira tal que uma quantidade do material orgânico fibroso fica em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa em relação a 100 partes em massa das partículas de óxido de metal (etapa de preparação da pasta de catalisador).
[0086] O material bruto de metal nobre usado na etapa de prepa ração da pasta de catalisador de acordo com o método de produção da presente invenção não é particularmente limitado, e pode ser, por exemplo, uma solução em que um sal (por exemplo, sal de ácido acético, sal de ácido carbônico, sal de ácido nítrico, sal de amônio, sal de ácido cítrico, sal de dinitro diamina, ou um outro ainda) de um metal nobre (por exemplo, Pt, Rh, Pd, Ru, ou um outro ainda, ou um composto dos mesmos), um complexo dos mesmos (por exemplo, um complexo de tetraamina) é dissolvido em um solvente tal como a água, um álcool, ou um outro ainda. Além disso, a quantidade de metal nobre não é particularmente limitada, e o metal nobre pode ser suportado em uma quantidade necessária, tal como apropriado, de acordo com o desenho pretendido ou um outro ainda. A quantidade de metal nobre é de preferência de 0,01% em massa ou mais. Deve ser observado que quando a platina é usada como metal nobre, os exemplos de sais de platina incluem, mas sem ficar a eles limitados em particular, o sal de ácido acético, o sal de ácido carbônico, o sal de ácido nítrico, o sal de amônio, o sal de ácido cítrico, o sal de dinitro diamina, ou um outro ainda de platina (Pt), ou os complexos dos mesmos. Em especial, um sal de dinitro diamina é preferível dos pontos de vista da facilidade de suportar e da elevada capacidade de dispersão. Entrementes, quando o paládio é usado como metal nobre, os exemplos de sais de paládio incluem, mas sem ficar a elas limitados em particular, soluções de sal de ácido acético, de sal de ácido carbônico, de sal de ácido nítrico, de sal de amônio, de sal de ácido cítrico, de sal de dinitro diamina, ou outros ainda de paládio (Pd), e os complexos dos mesmos. Em especial, o sal de ácido nítrico ou o sal de dinitro diamina são preferíveis dos pontos de vista da facilidade de suportar e de elevada capacidade de dispersão. Além disso, o solvente não é particularmente limitado, e os exemplos do mesmo incluem os solventes que têm a capacidade de dissolver o material bruto de metal nobre na forma de íons, tais como a água (de preferência água pura tal como a água com troca de íons ou a água destilada).
[0087] Além disso, o material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta de catalisador não é particularmente limitado, contanto que a substância possa ser removida na etapa de calcinação descrita mais adiante. Os exemplos de material orgânico fibroso incluem fibras de tereftalato de polietileno (PET), fibras acrílicas, fibras de nylon, fibras de rayon e fibras de celulose. Dessas fibras, é preferível usar pelo menos uma selecionada do grupo que consiste em fibras de PET e fibras de nylon do ponto de vista do equilíbrio entre a processa- bilidade e a temperatura de calcinação. Fazer com que a pasta do catalisador compreenda o material orgânico fibroso e remover pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na etapa subsequente tor-nam possível a formação de espaços vazios com formatos que são os mesmos que os formatos do material orgânico fibroso na camada de revestimento de catalisador. Os espaços vazios preparados desse modo servem como trajetos do fluxo de difusão para o gás de exaustão, de modo que um excelente desempenho de catalisador também pode ser exibido em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[0088] O material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta do catalisador tem que ter um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm. Se o diâmetro médio da fibra do material orgânico fibroso for menor do que o limite inferior, os poros que têm eficazmente relações de aspecto elevadas não podem ser obtidos, de modo que o desempenho catalítico é insuficiente. Entrementes, se o diâmetro médio da fibra exceder o limite superior, o aumento na espessura da camada de revestimento de catalisador aumenta a queda da pressão, causando a deterioração na economia de combustível. Além disso, o diâmetro médio de fibra do material orgânico fibroso fica de preferência em uma faixa de 2,0 a 6,0 μm, e particularmente de preferência em uma faixa de 2,0 a 5,0 μm, do ponto de vista do equilíbrio entre o desempenho catalítico e a espessura do revestimento.
[0089] Além disso, o material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta do catalisador tem que ter uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40. Se a relação de aspecto média for menor do que o limite inferior, a conectividade dos poros é tão insuficiente que a capacidade de difusão do gás é insuficiente. Entrementes, se a relação de aspecto média exceder o limite superior, a capacidade de difusão excessivamente elevada aumenta a razão do gás que passa através da camada do revestimento sem contato com qualquer um dos sítios ativos do catalisador, de modo que o desempenho catalítico obtido é insuficiente. Além disso, a relação de aspecto média do material orgânico fibroso fica de preferência em uma faixa de 9 a 30, e particularmente de preferência em uma faixa de 9 a 28, do ponto de vista do equilíbrio entre a capacidade de difusão do gás e o desempenho catalítico. Deve ser observado que o aspecto médio do material orgânico fibroso é definido como "comprimento médio de fibra/diâmetro médio de fibra". Aqui, o comprimento da fibra é a distância de uma li- nha reta que conecta entre o ponto inicial e o ponto final de uma fibra. O comprimento médio de fibra pode ser determinado mediante a extração aleatória d 50 ou mais partes do material orgânico fibroso, a medição dos comprimentos de fibra dessas partes do material orgânico fibroso, e o cálculo da média dos comprimentos de fibra. Entrementes, o diâmetro médio da fibra pode ser determinado mediante a extração aleatória de 50 ou mais partes do material orgânico fibroso, a medição dos diâmetros de fibra dessas partes do material orgânico fibroso, e o cálculo da média dos diâmetros de fibra.
[0090] Além disso, a quantidade de material orgânico fibroso mis turado usado na etapa de preparação da pasta do catalisador tem que ficar em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa, em relação a 100 partes em massa de partículas de óxido de metal. Se a quantidade do material orgânico fibroso misturado for menor do que o limite inferior, uma conectividade de poro suficiente não pode ser obtida, o que resulta em um desempenho catalítico insuficiente. Entrementes, se a quantidade de material orgânico fibroso misturado exceder o limite superior, o aumento na espessura da camada de revestimento de catalisador aumenta a queda da pressão, causando a deterioração na economia de combustível. Além disso, do ponto de vista do equilíbrio entre o desempenho catalítico e a queda da pressão, a quantidade de material orgânico fibroso misturado fica de preferência em uma faixa de 0,5 a 8,0 partes em massa, e particularmente de preferência em uma faixa de 1,0 a 5,0 partes em massa, em relação a 100 partes em massa de partículas de óxido de metal.
[0091] Além disso, a quantidade de material orgânico fibroso mis turado usado na etapa de preparação da pasta do catalisador é de preferência de 80% em massa ou mais e com mais preferência de 90% em massa ou mais da quantidade total de material orgânico sólido adicionado à pasta de catalisador. É particularmente preferível que todo o material orgânico sólido adicionado à pasta do catalisador seja o material orgânico fibroso (100% em massa). Se a razão entre o material orgânico fibroso misturado em relação a todo o material orgânico sólido for menor do que o limite inferior, a formação de poros de elevada relação de aspecto tende a ser insuficiente, o que resulta em um desempenho catalítico insuficiente.
[0092] Além disso, o material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta do catalisador tem com mais preferência um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 2,0 a 6,0 μm e uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 30.
[0093] Entrementes, um método para a preparação da pasta de catalisador na etapa de preparação da pasta do catalisador não é par-ticularmente limitado, e um método conhecido pode ser empregado, tal como apropriado, contanto que as partículas de óxido de metal, o material bruto de metal nobre e o material orgânico fibroso sejam misturados entre si. Deve ser observado que as condições para essa mistu- ração não são particularmente limitadas e, por exemplo, são de preferência tais que a velocidade de agitação fica em uma faixa de 100 a 400 rpm, e o tempo do tratamento é de 30 minutos ou mais. As condições podem ser qualquer uma, contanto que o material orgânico fibroso possa ser uniformemente misturado e disperso na pasta de catalisador. Além disso, a ordem de misturação não é particularmente limitada, e qualquer um dos métodos a seguir pode ser empregado: um método em que o material bruto de metal nobre é misturado com uma dispersão que contém partículas de óxido de metal para suportar o metal nobre na mesma, e o material orgânico fibroso é então misturado; um método em que o material orgânico fibroso é misturado com uma dispersão que contém partículas de óxido de metal, e o material bruto de metal nobre é então misturado; um método em que o material bruto de metal nobre e o material orgânico fibroso são misturados si- multaneamente com uma dispersão que contém partículas de óxido de metal; um método em que as partículas de óxido de metal e o material orgânico fibroso são misturados com uma solução que contém o material bruto de metal nobre; e outros ainda. As condições de tratamento não são particularmente limitadas, e são selecionadas, tal como apropriado, de acordo com o desenho pretendido do catalisador para a purificação de gás de exaustão e outros ainda.
[0094] No método para a produção de um catalisador para a purifi cação de gás de exaustão da presente invenção, subsequentemente, a pasta de catalisador é aplicada sobre uma superfície de um substrato para formar uma camada de pasta de catalisador (etapa de formação da camada de pasta de catalisador).
[0095] A espessura média da camada de revestimento de catali sador na etapa de formação da camada de pasta de catalisador tem que ser tal que a espessura média da camada de revestimento de catalisador depois da calcinação fique em uma faixa de 25 a 160 μm, de preferência em uma faixa de 30 a 96 μm, e particularmente de preferência em uma faixa de 32 a 92 μm.
[0096] Além disso, a quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador na etapa de formação da camada de pasta de catalisador é de preferência tal que a quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador depois da calcinação fique em uma faixa de 50 a 300 g/l, com mais preferência em uma faixa de 50 a 250 g/l, e particularmente de preferência em uma faixa de 50 a 200 g/l por unidade de volume do substrato.
[0097] O substrato usado na etapa de formação da camada de pasta de catalisador não é particularmente limitado, e é possível usar, por exemplo, o mesmo substrato que aquele descrito acima para o substrato no catalisador para a purificação de gás de exaustão da pre- sente invenção.
[0098] Além disso, um método para a aplicação da pasta de catali sador sobre a superfície do substrato não é particularmente limitado, e um método conhecido pode ser empregado, tal como apropriado. Especificamente, o método pode ser um método em que o substrato é imerso na pasta de catalisador para aplicar a pasta de catalisador sobre a mesma (método de imersão), um método de revestimento com lavagem, um método em que a pasta de catalisador é inserida por um meio de inserção, ou um outro ainda. Deve ser observado que, no que diz respeito às condições para a aplicação, a pasta de catalisador tem que ser aplicada sobre a superfície do substrato de maneira tal que a espessura média da camada de revestimento de catalisador após a calcinação fique em uma faixa de 25 a 160 μm.
[0099] No método para a produção de um catalisador para a purifi cação de gás de exaustão da presente invenção, a seguir, pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na camada de pasta de catalisador é removida para obter o catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão da presente invenção (etapa de calcinação).
[00100] Na etapa de calcinação de acordo com o método para a produção de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, o substrato (camada de pasta de catalisador - substrato de suporte) em que a camada de pasta de catalisador foi formada é de preferência calcinado a uma temperatura em uma faixa de 300 a 800°C e com mais preferência calcinado a uma temperatura em uma faixa de 400 a 700°C. Se a temperatura de calcinação for mais baixa do que o limite inferior, o material orgânico fibroso tende a permanecer. Entrementes, se a temperatura de calcinação exceder o limite superior, as partículas de metal nobre tendem a ser sinterizadas. Além disso, o tempo de calcinação (aquecimento) não pode ser geralmente ser especificado porque varia dependendo da temperatura de calcinação; no entanto, o tempo de calcinação é de preferência de 20 minutos ou mais, e com mais preferência de 30 minutos a 2 horas. Além disso, uma atmosfera na etapa de calcinação não é particularmente limitada, e a etapa de calcinação é executada de preferência no ar ou em um gás inerte tal como o nitrogênio (N2).
[00101] A seguir, é descrito um método para a purificação de gás de exaustão da presente invenção. O método para a purificação de gás de exaustão da presente invenção compreende: a colocação do gás de exaustão emitido por um motor de combustão interna em contato com o catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão da presente invenção para purificar o gás de exaustão.
[00102] No método para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, um método para colocar o gás de exaustão em contato com o catalisador para a purificação de gás de exaustão não é particularmente limitado, e um método conhecido pode ser empregado, tal como apropriado. Por exemplo, é possível empregar um método em que o catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão de acordo com a presente invenção é disposto em uma tubulação de exaustão através da qual o gás emitido por um motor de combustão interna flui para colocar o gás de exaustão do motor de combustão interna em contato com o catalisador para a purificação do gás de exaustão.
[00103] Deve ser observado que, uma vez que o catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção usado no método para a purificação de gás de exaustão da presente invenção também exibe um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, a colocação do gás de exaustão emitido, por exemplo, por um motor de combustão interna de um automóvel ou algo do gênero em contato com o catalisador descrito acima para a purificação de gás de exaustão da presente invenção também torna possível purificar o gás de exaustão em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás. A partir de tal ponto de vista, o método para a purificação de gás de exaustão da presente invenção pode ser empregado de preferência como um método para a remoção de componentes nocivos tais como gases nocivos (hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx)) no gás de exaustão emitido por um motor de combustão interna de, por exemplo, um automóvel ou algo do gênero, ou ou-tros ainda.
[00104] A seguir, a presente invenção é descrita mais especificamente com base em Exemplos e Exemplos Comparativos; no entanto, a presente invenção não é limitada aos exemplos a seguir.
[00105] Em primeiro lugar, 500 g de água com troca de íons, 150 g de um pó de Al2O3 (manufaturado pela Sasol Limited; área de superfície específica: 100 m2/g, diâmetro médio de partícula: 30 μm) e 300 g de um pó de uma solução de sólidos de CeO2-ZrO2 (manufaturado pela Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.; teor de CeO2: 20% em massa, teor de ZrO2: 25% em massa, área de superfície específica: 100 m2/g, diâmetro médio de partícula: 10 nm) foram adicionados e misturados entre si. A solução obtida foi sujeitada a um tratamento de agitação ao usar um moinho de grânulos (manufaturado pela AS ONE Corporation sob o nome de comércio "ALUMINA BALL", grânulos usados: micro grânulos de alumina que têm um diâmetro de 5.000 μm) sob condições de um tempo de tratamento de 25 minutos e uma velocidade de agitação de 400 rpm para preparar uma dispersão que con- tém partículas de óxido de metal que consistem em uma mistura (óxido de metal compósito) da solução de sólidos de CeO2-ZrO2 e Al2O3 em pó. Deve ser observado que o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal foi medido por meio de difractometria a laser ao usar um aparelho de medição de tamanho de partícula do tipo de difração a laser (manufaturado pela HORIBA, Ltd. sob o nome de comércio "LA- 920"), e o valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área era de 3,2 μm.
[00106] Em seguida, à dispersão obtida, 0,05 litro de uma solução de dinitro diamina platina que contém 4 g de platina (Pt) em termos de metal como um material bruto de metal nobre e uma fibra orgânica (fibra de PET, diâmetro médio: 3 μm x comprimento: 42 μm, relação de aspecto média: 14) como um material orgânico fibroso em uma quantidade de 1,0 parte em massa em relação a 100 partes em massa de partículas de óxido de metal foram adicionadas, seguido pela mistura- ção sob uma condição de uma velocidade de agitação de 400 rpm por 30 minutos para preparar uma pasta de catalisador.
[00107] Subsequentemente, a pasta de catalisador obtida foi aplicada por meio de revestimento com lavagem sobre um substrato de colmeia monolítico de cordierita de células hexagonais (manufaturado pela DENSO CORPORATION sob o nome de comércio "D6OH/3-9R- 08EK", diâmetro: 103 mm, comprimento: 105 mm, volume: 875 ml, densidade da célula: 600 células/polegada quadrada) servindo como um substrato, seguido pela secagem sob uma condição de temperatura de 100°C no ar por 0,5 hora. A seguir, o revestimento com lavagem, a secagem e a calcinação preliminar da pasta de catalisador foram ainda executadas repetidamente, até que a quantidade de revestimento da pasta de catalisador no substrato alcançou 100 g por litro de substrato (100 g/l). Desse modo, uma camada de pasta de catalisador foi formada sobre o substrato.
[00108] Depois disso, a camada de pasta de catalisador foi calcinada sob uma condição de temperatura de 500°C no ar por 2 horas para obter um catalisador para a purificação de gás de exaustão (amostra de catalisador) em que a camada de revestimento de catalisador feita de partículas de catalisador foi formada sobre a superfície de substrato do substrato monolítico de cordierita em formato de colmeia.
[00109] Deve ser observado que a Tabela 1 mostra o tempo de tratamento [minutos] do tratamento de agitação na etapa de preparação de partículas de óxido, o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) [μm] das partículas de óxido de metal obtidas, a espécie de material bruto, o diâmetro médio da fibra [μm], a relação de aspecto média, e a quantidade misturada [partes em massa] do material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta de catalisador, e a quantidade de revestimento [g/l] da camada de revestimento de catalisador.
[00110] Cada pasta do catalisador foi obtida da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto pelo fato que o tempo de tratamento ao usar o moinho de grânulos foi ajustado tal como mostrado nas Tabelas 1 a 5, o tratamento de agitação foi executado ao usar o moinho de grânulos de maneira tal que o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal assumiu o valor mostrado nas Tabelas 1 a 5 em termos do valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume, e o material orgânico fibroso com a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra, a relação de aspecto média, e a quantidade misturada mostrada nas Tabelas 1 a 5 foi usada. Em seguida, a pasta de catalisador obtida foi aplicada (usada para revestir) a um substrato de colmeia monolítico de cordierita e calcinada da mesma maneira que no Exemplo 1 para obter cada catalisador para a purificação de gás de exaustão (amostra de catalisador).
[00111] Deve ser observado que o material orgânico fibroso usado nos Exemplos 31 a 39 foi preparado tal como segue. Especificamente, isopropóxido de titânio (Ti(OPri)4), polietileno glicol (PEG), e partículas de resina de metacrilato de polimetila (PMMA) (diâmetro médio: 3 μm) foram adicionados a isopropanol, e a mistura foi injetada em água destilada para preparar uma fibra orgânica em um formato predeterminado.
[00112] Além disso, as Tabelas 1 a 5 mostram o tempo de tratamento [minutos] do tratamento de agitação e o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) [μm] das partícula de óxido de metal obtidas na etapa de preparação de partículas de óxido, e a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra [μm], a relação de aspecto média, e a quantidade misturada [partes em massa] do material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta de catalisador, e a quantidade de revestimento [g/l] da camada de revestimento de catalisador.
[00113] Cada pasta de catalisador para a comparação foi obtida da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto pelo fato que o tempo de tratamento ao usar o moinho de grânulos foi ajustado tal como mostrado na Tabela 6, o tratamento de agitação foi executado ao usar o moinho de grânulos de maneira tal que o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal assumiu o valor mostrado na Tabela 6 em termos do valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume, e nenhum material orgânico sólido (material orgânico fibroso) foi usado. Em seguida, a pasta de catalisador obtida para a comparação foi aplicada (usada para revestir) em um substrato de colmeia monolítico de cordi- erita e calcinada da mesma maneira que no Exemplo 1. Desse modo, cada catalisador para a purificação de gás de exaustão para a comparação (amostra de catalisador para a comparação) foi obtido.
[00114] Deve ser observado que a Tabela 6 mostra o tempo de tratamento [minutos] do tratamento de agitação e o diâmetro da partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) [μm] das partículas de óxido de metal obtidas na etapa de preparação de partículas de óxido, e a quantidade de revestimento [g/l] da camada de revestimento de catalisador.
[00115] Cada pasta de catalisador para a comparação foi obtida da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto pelo fato que o tempo de tratamento ao usar o moinho de grânulos foi ajustado tal como mostrado nas Tabelas 7 a 22, o tratamento de agitação foi executado ao usar o moinho de grânulos de maneira tal que o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal assumiu o valor mostrado nas Tabelas 7 a 22 em termos do valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada no volume, um material orgânico fibroso ou um material orgânico sólido com a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra ou diâmetro médio, a relação de aspecto média, e a quantidade misturada mostrada nas Tabelas 7 a 22 foi usada. Em seguida, a pasta de catalisador obtida para a comparação foi aplicada (usada para revestir) em um substrato de colmeia monolítico de cordierita e calcinada da mesma maneira que no Exemplo 1. Desse modo, cada catalisador para a purificação de gás de exaustão para a comparação (amostra de catalisador para a comparação) foi obtido.
[00116] Deve ser observado que o material orgânico sólido (material orgânico fibroso) usado nos Exemplos Comparativos 122 a 125 foi preparado tal como segue. Especificamente, isopropóxido de titânio (Ti(OPri)4), polietileno glicol (PEG), e partículas de resina de metacrila- to de polimetila (PMMA) (diâmetro médio: 3 μm) foram adicionados a isopropanol, e a mistura foi injetada em água destilada para preparar uma fibra orgânica em um formato predeterminado.
[00117] Além disso, as Tabelas 7 a 22 mostram o tempo de tratamento [minutos] do tratamento de agitação e o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) [μm] das partículas de óxido de metal obtidas na etapa de preparação de partículas de óxido, a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra ou o diâmetro médio [μm], a relação de aspecto média, e a quantidade misturada [partes em massa] do material orgânico fibroso ou do material orgânico sólido usado na etapa de preparação de pasta de catalisador, e a quantidade de revestimento [g/l] da camada de revestimento de catalisador.
[00118] Cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão (amostras de catalisador) obtidos nos Exemplos 1 a 42 e dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão para a comparação (amostras de catalisador para a comparação) obtidos nos Exemplos Comparativos 1 a 127 foram medidos quanto à espessura média [μm] da camada de revestimento de catalisador, o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) [μm] das partículas de catalisador, a fração de espaços vazios [% em volume] da camada de revestimento de catalisador, a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto, a razão [%] dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios, e o ângulo de orientação (valor de ângulo de 80% cumulativo) [graus (°)] dos poros de elevada relação de aspecto, e a distribuição de diâmetro de poro da camada de revestimento de catalisador.
[00119] Cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foi embutida em uma resina epóxi e cortada na direção radial do substrato (substrato em formato de colmeia), e o seção transversal foi polida. Essa amostra foi medida quanto à espessura média da camada de revestimento de catalisador sob a observação microscópica eletrônica de varredura (SEM) (ampliação: 700 vezes). Deve ser observado que a espessura média foi determinada mediante a extração aleatória de 10 sítios da camada de revestimento de catalisador, a medição das espessuras de camada da camada de revestimento de catalisador nesses sítios, e o cálculo da média dessas espessuras de camada. As Tabelas 1 a 22 mostram os resultados obtidos.
[00120] Cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foi embutida em uma resina epóxi e cortadas na direção radial do substrato (substrato em formato de colmeia), e a seção transversal foi polida. Essa amostra foi medida sob a observação microscópica eletrônica de varredura (SEM) (ampliação: 700 vezes), e o valor de diâmetro de 15% cumulativo foi calculado em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área em seção transversal das partículas de catalisador. Deve ser observado que o valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal das partículas de catalisador foi determinado tal como segue. Especificamente, as partículas de catalisador foram extraídas de uma região quadrilateral da camada de revestimento de catalisador que se estende por 200 μm ou mais na direção horizontal para a porção plana do substrato e por 25 μm ou mais na direção perpendicular à porção plana do substrato. Em seguida, o valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal de partícula das partículas de catalisador foi determinado ao medir o valor do diâmetro de partícula das partículas de catalisador de maneira tal que, quando as áreas em seção transversal dessas partícula de catalisador foram contadas a partir do maior tamanho de partícula de catalisador (área em seção transversal) entre aquelas dessas partículas de catalisador, a soma das áreas em seção transversal das partículas de catalisador alcançou 15% de todas as áreas em seção transversal da camada de revestimento de catalisador com exceção daquelas dos poros que têm áreas em seção transversal de menos de 0,3 μm2. As Tabelas 1 a 22 mostram os resultados obtidos.
[00121] A fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador de cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foi determinada ao usar a fórmula a seguir por um método de peso em água de acordo com a norma JIS R 2205. Deve ser observado que a desgaseificação era uma desgaseifi- cação a vácuo. Fração de espaços vazios (porosidade) (% em volume) = (W3 - W1)/(W3 - W2) x 100
[00122] W1: massa seca (120°C x 60 minutos)
[00123] W2: massa em água
[00124] W3: massa saturada com água
[00125] As Tabelas 1 a 22 mostram os resultados obtidos.
[00126] Os poros na camada de revestimento de catalisador de cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foram analisados por meio de FIB-SEM.
[00127] Em primeiro lugar, cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foi cortada na direção axial na posição da linha pontilhada mostrada na parte (A) da Figura 4 para obter um corpo de prova que tem o formato mostrado na parte (B) da Figura 4. Em seguida, enquanto o corpo de prova estava sendo raspado com um FIB (aparelho de processamento de feixe de íons focados manufaturado pela Hitachi High-Technologies Corporation sob o nome de comércio "NB5000"), imagens SEM (microscópio eletrônico de varredura manufaturado pela Hitachi High-Technologies Corporation sob o nome de comércio "NB5000") foram tiradas a um passo de 0,28 μm na direção de profundidade tal como mostrado na parte (C) da Figura 4 na faixa mostrada pela linha pontilhada em formato de quadro retangular na parte (B) da Figura 4. Deve ser observado que as condições para a análise de FIB-SEM eram tais que cada imagem SEM tinha 25 μm ou mais de comprimento e 500 μm ou mais na largura, a profundidade de medição eram de 500 μm ou mais, o número dos campos visuais capturados era de 3 ou mais, e a ampliação das imagens era de 2.000 vezes. A Figura 4 é um diagrama esquemático que mostra um exemplo do método de medição de FIB-SEM, onde a parte (A) é um diagrama esquemático que mostra uma parte de uma seção transversal de uma camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal era perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão em um substrato de um catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção, a parte (B) é um diagrama esquemático que mostra um corpo de prova obtido ao cortar o catalisador para a purificação de gás de exaustão na direção axial na posição da linha pontilhada mostrada na parte (A), e a parte (C) mostra um diagrama esquemático das imagens de SEM obtidas pelo método de medição de FIB-SEM. Como um exemplo dos resultados da observação pela análise de FIB-SEM, a Figura 5 mostra uma das imagens SEM em seção transversal consecutivas obtidas mediante a medição da amostra de catalisador do Exemplo 5. As partes pretas na Figura 5 são poros. A Figura 5 é uma micrografia eletrônica de varredura (fotografia SEM) de uma seção transversal de uma camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato do catalisador para a purificação de gás de exaustão obtido no Exemplo 5. Deve ser observado que as imagens consecutivas tal como mostrado na parte (C) da Figura 4 também podem ser obtidas por CT de Raios X ou um outro ainda.
[00128] Em seguida, as imagens em seção transversal consecutivas (imagens SEM) obtidas pela análise de FIB-SEM foram sujeitadas a uma análise de imagens baseada na diferença na luminância entre os poros e o catalisador ao usar um software de análise de imagem comercialmente disponível (manufaturado pela Mitani Corporation, "software de análise de imagem bidimensional WinROOF"), e os poros foram extraídos por meio de processamento de binarização. Como um exemplo dos resultados obtidos, a Figura 6 mostra uma versão binari- zada da fotografia SEM da Figura 5. Na Figura 6, a parte preta representa o catalisador, e as partes brancas representam os poros. Deve ser observado que, no que diz respeito à análise dos poros, os poros que têm diâmetros de círculo equivalentes de 2 μm ou mais na imagem em seção transversal de cada seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal era perpendicular à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato foram sujei-tados à análise. Além disso, a função de extrair o objeto ao utilizar a diferença na luminância não é limitada àquela de WinROOF, mas é possível usar uma função contida como uma função padrão no software de análise usado em comum (por exemplo, image-Pro Plus manufaturado pela Planetron).
[00129] Por essa análise de imagem, a área dentro do contorno de cada poro foi determinada, e o diâmetro de círculo equivalente do poro foi calculado. Desse modo, o diâmetro de círculo equivalente foi obtido como o diâmetro de partícula do poro.
[00130] Em seguida, as imagens em seção transversal consecutivas obtidas pelo método descrito acima foram analisadas, e a informação tridimensional sobre os poros foi extraída. Aqui, o método para medir a relação de aspecto média de poros de elevada relação de aspecto era o mesmo que aquele descrito acima ao usar as Figuras 1 e 2, e a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto foi determinada mediante a criação de duas projeções dimensionais que ilustram a informação tridimensional sobre cada poro e imagens em seção transversal do poro, que correspondem às Figuras 1 e 2 descritas acima, e ao analisar os poros de elevada relação de aspecto em uma área de 25 μm ou mais no comprimento e 500 μm ou mais na largura da imagem SEM e em uma profundidade de medição de 500 μm ou mais (o número dos campos visuais capturados era de 3 ou mais, e a ampliação das imagens era de 2.000 vezes). Deve ser observado que a projeção bidimensional que ilustra a informação tridimensional sobre os poros obtidos mediante a análise das imagens em seção transversal consecutivas das seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal era perpendicular à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato do catalisador para a purificação de gás de exaustão obtido no Exemplo 5 era similar à projeção bidimensional descrita acima que ilustra a informação tridimensional sobre um poro mostrado na Figura 1. Como resul-tado, foi verificado que a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto é de 18,9 no Exemplo 5. Além disso, as Tabelas 1 a 22 mostram os resultados da medição (as relações de as- pecto médias de poros de elevada relação de aspecto) dos exemplos com exceção do Exemplo 5 e de Exemplos Comparativos.
[00131] Em seguida, a razão dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios foi determinada ao dividir a fração de espaços vazios dos poros de elevada relação de aspecto pela fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador.
[00132] Deve ser observado que, para a fração de espaços vazios (% em volume) de poros de elevada relação de aspecto, em primeiro lugar, os poros de elevada relação de aspecto em uma área de 25 μm ou mais no comprimento e de 500 μm ou mais na largura da imagem SEM e em uma profundidade de medição de 500 μm ou mais (o número de campos visuais capturados era de 3 ou mais e a ampliação das imagens era de 2.000 vezes) foram extraídos, e o volume de cada um dos poros de elevada relação de aspecto foi calculado pelo método mostrado a seguir. Especificamente, os volumes dos poros de elevada relação de aspecto foram calculados mediante a multiplicação das áreas em seções transversais dos poros de elevada relação de aspecto nas imagens em seção transversal obtidas por FIB-SEM pelo passo (0,28 μm) das imagens em seção transversal consecutivas, e a adição desses valores. Em seguida, os valores obtidos dos "volumes dos po-ros de elevada relação de aspecto" são divididos pelo volume da faixa (a faixa das imagens SEM) onde as imagens de FIB-SEM foram tiradas para obter a fração de espaços vazios (% em volume) dos poros de elevada relação de aspecto.
[00133] Em seguida, a fração de espaços vazios obtida (% em volume) dos poros de elevada relação de aspecto foi dividida pela fração de espaços vazios (% em volume) da camada de revestimento de catalisador obtida no "Teste para a medição da fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador" descrito acima para determinar a razão (% em volume) dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios ("razão (%) dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios" = "fração de espaços vazios (% em volume) dos poros de elevada relação de aspecto"/"fração de espaços vazios (% em volume) da camada de revestimento de catalisador" x 100).
[00134] Como resultado, a razão dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios era de 11,1% em volume no Exemplo 5. Além disso, as Tabelas 1 a 22 mostram os resultados da medição (razão dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios) dos exemplos com exceção do Exemplo 5 e dos Exemplos Comparativos.
[00135] Em seguida, como um ângulo de orientação dos poros de elevada relação de aspecto, o valor de ângulo de 80% cumulativo foi determinado em uma distribuição cumulativa baseada em ângulo dos ângulos (ângulos de cone) cada um deles formado pelo vetor na direção de diâmetro longo de cada um dos poros de elevada relação de aspecto e pelo vetor na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato. Aqui, o método para a medição do ângulo de orientação (valor de ângulo de 80% cumulativo) dos poros de elevada relação de aspecto era o mesmo que aquele descrito acima ao usar as Figuras 1 a 3. Deve ser observado que a projeção bidimensional obtida no Exemplo 5 era similar à projeção bidimensional ilustrada na Figura 1, e a Figura 3 é similar a um diagrama esquemático que mostra o ângulo de cone de um poro de elevada relação de aspecto em uma projeção bidimensional obtida no Exemplo 5. Tal como mostrado no diagrama esquemático da Figura 3, o ângulo (ângulo de cone) formado pelo vetor (Y) na direção de diâmetro longo de cada poro de elevada relação de aspecto e pelo vector (X) na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato (a direção axial da colmeia) foi determinado, e o valor do ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos de cone foi calculado pela análise de imagens descrita acima da imagem tridimensional. Deve ser observado que o ângulo de orientação (valor de ângulo de 80% cumulativo) de poros de elevada relação de aspecto foi determinado mediante a extração aleatória de 20 poros de elevada relação de aspecto, a medição dos valores de ângulo de 80% cumulativos nas distribuições de ângulo cumulativas baseadas em ângulo dos ângulos de cone desses poros de elevada relação de aspecto, e o cálculo da média dos valores de ângulo de 80% cumulativos. As Tabelas 1 a 22 mostram os resultados obtidos (valor de ângulo de 80% cumulativo).
[00136] Uma distribuição de volume de poro diferencial logarítmica da camada de revestimento de catalisador de cada uma das amostras de catalisador e das amostras de catalisador para a comparação foi medida com um porosímetro de mercúrio do tipo de inserção. A Figura 7 mostra os resultados obtidos. Além disso, a presença de pelo menos dois picos na distribuição de volume de poro diferencial logarítmica obtida foi observada, e o diâmetro de poro modal do pico (pico principal) que tem o maior diâmetro de poro modal entre esses picos foi lido. A Tabela 23 mostra os resultados obtidos.
[00137] Cada uma das amostras de catalisador obtidas nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127 foi sujeitada a um teste de medição da razão de remoção de NOx tal como descrito a seguir, e o desempenho catalítico de cada catalisador foi avaliado.
[00138] Cada uma das amostras de catalisador obtidas nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127 foi medida quanto à razão de remoção de NOx em uma atmosfera variável transiente durante um período transiente tal como descrito a seguir.
[00139] Especificamente, em primeiro lugar, um controle de feedback de A/F focado em 14,1 e 15,1 foi realizado ao usar um motor de 4 cilindros e linha de 2,4 litros, e a razão de remoção de NOx foi calculada a partir da quantidade média de NOx emitida na troca A/F. Aqui, as condições de operação do motor e a configuração da tubulação foram ajustadas de maneira tal que a quantidade de ar de entrada era de 40 (g/s), e a temperatura do gás que flui para o catalisador era de 750°C. As Tabelas 1 a 22 mostram os resultados obtidos (razão de remoção de NOx).
[00140] Tal como é aparente a partir dos resultados mostrados na Figura 7 e na Tabela 23, foi verificado que as camadas de revestimento de catalisador dos catalisadores (Exemplos 1, 2, e 6 e Exemplo Comparativo 3) produzidos ao usar partículas de óxido de metal que têm diâmetros de partícula (diâmetros de 50% cumulativos em distribuições de tamanho de partícula cumulativas baseadas no volume) em uma faixa de 3 a 10 μm, cada um dos quais tinha pelo menos dois picos na distribuição de diâmetro de poro medida pelo método de inserção de mercúrio, e o diâmetro de poro modal de pico (pico principal) que tem o maior diâmetro de poro modal entre esses picos estava em uma faixa de 1 a 10 μm. Entrementes, foi verificado que as camadas de revestimento de catalisador dos catalisadores (Exemplos Comparativos 1 e 2) produzidos ao usar partículas de óxido de metal que têm diâmetros de partícula (diâmetros de 50% cumulativos em distribuições de tamanho de partícula cumulativas baseadas no volume) de menos de 3 μm, cada um dos quais tinha pelo menos dois picos na distribuição de diâmetro de poro medida pelo método de inserção de mercúrio, mas o diâmetro de poro modal de pico (pico principal) que tem o maior diâmetro de poro modal entre esses picos era menor do que 1 μm.
[00141] Como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 8 mostra um gráfico que mostra a relação entre a quantidade de reves-timento da camada de revestimento de catalisador e a razão de remoção de NOx. Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Comparativos 1 a 127 mostrados na Figura 8 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiu um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que a quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 50 a 300 g/l.
[00142] Como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 9 mostra um gráfico que mostra a relação entre a espessura média da camada de revestimento de catalisador e a razão de remoção de NOx. Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Comparativos 1 a 127 mostrados na Figura 9 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiu um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que a espessura média da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 25 a 160 μm.
[00143] Como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 10 mostra um gráfico que mostra a relação entre o diâmetro de partícula das partículas de catalisador (valor de diâmetro de 15% cumulativo na distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área em seção transversal das partículas de catalisador) e a razão de remoção de NOx. Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Com-parativos 1 a 127 mostrados na Figura 10 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiu um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que o diâmetro da partícula (valor de diâmetro de 15% cumulativo baseado na área em seção transversal) das partícula do catalisador fica em uma faixa de 3 a 10 μm.
[00144] Como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 11 mostra um gráfico que mostra a relação entre a fração de espaços va-zios da camada de revestimento de catalisador e a razão de remoção de NOx (a fração de espaços vazios é medida por um método de peso na água). Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Com-parativos 1 a 127 mostrados na Figura 11 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiu um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que a fração de espaços vazios da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 50 a 80% em volume.
[00145] Em primeiro lugar, a Figura 12 mostra um gráfico que mostra a razão entre a relação de aspecto de poros de elevada relação de aspecto do catalisador obtida no Exemplo 5 e a frequência (%) (a relação de aspecto é determinada ao analisar os poros que têm diâmetros de círculo equivalentes de 2 μm ou mais em imagens em seção transversal de seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais eram perpendiculares à direção de fluxo do gás de exaustão no substrato, e é uma relação de aspecto dos poros de elevada relação de aspecto que têm relações de aspecto de 5 ou mais entre os poros). Deve ser observado que a Figura 12 também mostra a razão entre a relação de aspecto e a frequência (%) dos poros no catalisador obtido no Exemplo Comparativo 4. A partir de uma comparação entre os resultados do Exemplo 5 e os resultados do Exemplo Comparativo 4 mostrado na Figura 12, foi verificado que os poros de elevada relação de aspecto eram muito poucos no catalisador para a purificação de gás de exaustão para a comparação do Exemplo Comparativo 4.
[00146] A seguir, como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 13 mostra um gráfico que mostra a razão entre a relação de aspecto média de poros de elevada relação de aspecto e a razão de remoção de NOx (a relação de aspecto média é determinada ao analisar os poros que têm diâmetros de círculo equivalentes de 2 μm ou mais em imagens em seção transversal de seções transversais da camada de revestimento de catalisador em que as seções transversais eram per- pendiculares à direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e é uma relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto que têm relações de aspecto de 5 ou mais entre estes poros). Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Comparativos 1 a 127 mostrados na Figura 13 e nas Tabelas 1 a 22, cada um dos catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiu um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que a relação de aspecto média dos poros de elevada relação de aspecto fica em uma faixa de 10 a 50.
[00147] Como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 14 mostra um gráfico que mostra a razão entre a relação dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios (a relação de poros de elevada relação de aspecto) e a razão de remoção de NOx. Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Comparativos 1 a 127 mostrados na Figura 14 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que os catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiram um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que a razão dos poros de elevada relação de aspecto em relação a todos os espaços vazios fica em uma faixa de 0,5 a 50%.
[00148] Em primeiro lugar, a Figura 15 mostra um gráfico que mos- tra a relação entre o ângulo de cone (graus (°)) dos poros de elevada relação de aspecto do catalisador obtido no Exemplo 16 e a relação cumulativa (%) (o ângulo de cone é o ângulo formado pelo vetor Y na direção do diâmetro longo do poro de elevada relação de aspecto e pelo vetor X na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato). A partir da Figura 15, foi verificado que o ângulo de cone tinha uma distribuição.
[00149] A seguir, como um gráfico que mostra os resultados de um teste de avaliação do desempenho catalítico dos catalisadores obtidos nos Exemplos 1 a 42 e nos Exemplos Comparativos 1 a 127, a Figura 16 mostra um gráfico que mostra a relação entre o valor de ângulo de 80% cumulativo dos poros de elevada relação de aspecto e a razão de remoção de NOx (o valor de ângulo de 80% cumulativo é um valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo do ângulo dos ângulos (ângulos de cone), cada um dos quais formado pelo vetor Y na direção do diâmetro longo de cada poro de elevada relação de aspecto e pelo vetor X na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato). Tal como é aparente a partir de uma comparação entre os resultados dos Exemplos 1 a 42 e os resultados dos Exemplos Comparativos 1 a 127 mostrados na Figura 16 e nas Tabelas 1 a 22, foi verificado que os catalisadores para a purificação de gás de exaustão dos Exemplos 1 a 42 também exibiram um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, em que o ângulo de orientação (valor de ângulo de 80% cumulativo baseado no ângulo) dos poros de elevada relação de aspecto fica em uma faixa de 0 a 45 graus (°).
[00150] Cada pasta de catalisador foi obtida da mesma maneira que aquela no Exemplo 4, exceto pelo fato que o tempo de tratamento ao usar o moinho de grânulos foi ajustado tal como mostrado na Tabe- la 24, o tratamento de agitação foi executado ao usar o moinho de grânulos de maneira tal que o diâmetro de partícula das partículas de óxido de metal assumiu o valor mostrado na Tabela 24 em termos do valor de diâmetro de 50% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume, um material orgânico fibroso com a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra, a relação de aspecto média, e a quantidade misturada mostrada na Tabela 24 e um material orgânico esférico com a espécie de material bruto, o diâmetro médio, e a quantidade misturada mostrada na Tabela 24 foi usada como material orgânico sólido. Em seguida, a pasta de catalisador obtida foi aplicada sobre (usada para revestir) um substrato de colmeia monolítico de cordierita e calcinada da mesma maneira que aquela no Exemplo 4. Desse modo, cada catalisador para a purificação de gás de exaustão (amostra do catalisador) foi obtido.
[00151] Deve ser observado que a Tabela 24 mostra o tempo de tratamento [minutos] do tratamento de agitação e o diâmetro de partícula (valor de diâmetro de 50% cumulativo baseado no volume) [μm] das partícula de óxido de metal obtidas na etapa da preparação das partículas de óxido, a espécie de material bruto, o diâmetro médio de fibra [μm], a relação de aspecto média, e a quantidade misturada [partes em massa] do material orgânico fibroso usado na etapa de preparação da pasta de catalisador, a espécie de material bruto, o diâmetro médio [μm], e a quantidade misturada [partes em massa] do material orgânico esférico usado na etapa da preparação da pasta de catalisador, e a quantidade de revestimento [g/l] da camada de revestimento de catalisador.
[00152] Tal como é aparente a partir dos resultados mostrados na Tabela 24, foi verificado que o desempenho catalítico na região de carga ele-vada com uma elevada vazão de gás foi melhorado com o aumento na razão de material orgânico fibroso misturado em relação a todo o material orgânico sólido, e foi verificado que os catalisadores para a purificação de gás de exaustão (Exemplos 4 e 43), em que a razão do material orgânico fibroso misturado em relação a todo o material orgânico sólido era de 80% em massa ou mais, podia exibir um desempenho catalítico especialmente excelente na região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[00153] A partir dos resultados descritos acima, foi verificado que o catalisador para a purificação de gás de exaustão da presente invenção também pode exibir um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás.
[00154] Tal como descrito acima, de acordo com a presente invenção, é possível obter um catalisador para a purificação de gás de exaustão que também pode exibir um excelente desempenho de catalisador em uma região de carga elevada com uma elevada vazão de gás, um método para a produção do mesmo, e um método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo.
[00155] Por conseguinte, o catalisador para a purificação de gás de exaustão, o método para a produção do mesmo e o método para a pu-rificação de gás de exaustão ao usar o mesmo da presente invenção são especialmente úteis como um catalisador para a purificação de gás de exaustão para remover os componentes nocivos contidos no gás de exaustão emitido por um motor de combustão interna tal como um motor automotivo, um método para a produção do mesmo e um método para a purificação de gás de exaustão ao usar o mesmo.
Claims (8)
1. Catalisador para a purificação de gás de exaustão, ca-racterizado pelo fato de que compreende: um substrato; e uma camada de revestimento de catalisador que é formada sobre uma superfície do substrato e que compreende partículas de catalisador em que um metal nobre é suportado em partículas de óxido selecionadas do grupo que consiste em óxido de alumínio, óxido de cério, óxido de zircônio, óxido de silício, óxido de ítrio, óxido de neodí- mio e óxido composto dos mesmos, em que a camada de revestimento de catalisador tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm, e uma fração de espaços vazios em uma faixa de 50 a 80% em volume tal como medido por um método de peso em água de acordo com JIS R 2205, em que 0,5 a 50% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem em poros com uma elevada relação de aspecto têm diâmetros de círculo equivalentes em uma faixa de 2 a 50 μm na imagem em seção transversal de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador em que a seção transversal é perpendicular a uma direção do fluxo do gás de exaustão no substrato, e têm relações de aspecto de 5 ou mais, e os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 50.
2. Catalisador para a purificação de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os poros de elevada relação de aspecto são orientados de maneira tal que um valor de ângulo de 80% cumulativo em uma distribuição de ângulo cumulativa baseada em ângulo dos ângulos (ângulos de cone), cada um dos quais é formado por um vetor em uma direção do diâmetro longo e por um vetor na direção do fluxo do gás de exaustão no substrato que fica em uma faixa de 0 a 45 graus.
3. Catalisador para a purificação de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que de 0,6 a 40,9% em volume de todos os espaços vazios na camada de revestimento de catalisador consistem em poros com uma elevada relação de aspecto, e os poros de elevada relação de aspecto têm uma relação de aspecto média em uma faixa de 10 a 35.
4. Catalisador para a purificação de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os diâmetros de partícula das partículas de catalisador são tais que um valor de diâmetro de 15% cumulativo em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada na área em seção transversal das partículas de catalisador com base na observação de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de uma seção transversal da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 3 a 10 μm.
5. Catalisador para a purificação de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de revesti-mento da camada de revestimento de catalisador fica em uma faixa de 50 a 300 g/l por unidade de volume do substrato.
6. Método para a produção de um catalisador para a purifi-cação de gás de exaustão como definido em qualquer uma das reivin-dicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende: uma etapa de preparação de partículas de óxido de metal com um valor de diâmetro cumulativo de 50% em uma faixa de 3 a 10 μm em uma distribuição de tamanho de partícula cumulativa baseada em volume medida por difratometria a laser, misturando um pó de par- tícula de óxido de metal com um solvente e dispersando o metal pó de partícula de óxido no solvente por agitação, em que o óxido de metal é selecionado do grupo que consiste em óxido de alumínio, óxido de cé- rio, óxido de zircônio, óxido de silício, óxido de ítrio, óxido de neodímio e óxido composto dos mesmos; uma etapa de obtenção de uma pasta de catalisador ao misturar as partículas de um óxido de metal, um material bruto de metal nobre e um material orgânico fibroso que tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 1,7 a 8,0 μm e tem uma relação de aspecto média em uma faixa de 9 a 40 de maneira tal que uma quantidade de material orgânico fibroso fica em uma faixa de 0,5 a 9,0 partes em massa em relação a 100 partes em massa das partículas de óxido de metal; uma etapa de formação de uma camada de pasta de catali-sador ao aplicar a pasta de catalisador sobre uma superfície de um substrato em uma quantidade que uma quantidade de revestimento da camada de revestimento de catalisador após a calcinação está em uma faixa de 50 a 300 g/l por unidade de volume do substrato de maneira tal que uma camada de revestimento de catalisador após a calcinação tem uma espessura média em uma faixa de 25 a 160 μm, e secar a pasta de catalisador; e uma etapa de calcinação para remover pelo menos uma parte do material orgânico fibroso na camada de pasta de catalisador por calcinação da camada de pasta de catalisador a uma temperatura na faixa de 300 a 800°C por 20 minutos ou mais para obter um catalisador para a purificação de gás de exaustão.
7. Método para a produção de um catalisador para a purifi-cação de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 6, caracteri-zado pelo fato de que o material orgânico fibroso tem um diâmetro médio de fibra em uma faixa de 2,0 a 6,0 μm e uma relação de aspec- to média em uma faixa de 9 a 30.
8. Método para a purificação de gás de exaustão, caracteri-zado pelo fato de que compreende a colocação do gás de exaustão emitido por um motor de combustão interna em contato com o catalisador para a purificação do gás de exaustão como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 para purificar o gás de exaustão.
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| JP2015037879 | 2015-02-27 | ||
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| PCT/JP2016/054612 WO2016136560A1 (ja) | 2015-02-27 | 2016-02-17 | 排ガス浄化用触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 |
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