BR112018068220B1 - Método de preparação de um catalisador em colmeia à base de material fibroso não tecido - Google Patents

Método de preparação de um catalisador em colmeia à base de material fibroso não tecido Download PDF

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Abstract

Método para a preparação de um catalisador em colmeia, incluindo as etapas de pré-revestimento de uma folha fibrosa não tecido, corrugando a folha fibrosa e enrolando ou empilhando a folha corrugada para formar um corpo em colmeia. O corpo em colmeia é subsequentemente revestido com washcoat, incluindo a adição de pelo menos um composto cataliticamente ativo.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um método de preparação de um catalisador em forma de colmeia formado por um substrato corrugado composto por um material fibroso não tecido.
[0002] Em particular, a invenção fornece um catalisador aperfeiçoado em forma de colmeia preparado a partir de folhas corrugadas de um material fibroso não tecido, preferencialmente provido com um revestimento plano.
[0003] Nós descobrimos que um catalisador estável em forma de colmeia pode ser feito de material fibroso não tecido, por exemplo, fibras de vidro-E como material de partida, ao revestir o material com uma camada de pré- revestimento antes de ser corrugado e formar o material fibroso em uma folha corrugada. O processo de formação pode compreender aquecimento e/ou umidificação do material fibroso pré-revestido. A camada de pré-revestimento é aplicada como uma suspensão aquosa de material cerâmico.
[0004] Constatou-se também que quando a camada de pré- revestimento é aplicada no substrato em uma quantidade que resulta em um peso total de substrato e camada de revestimento entre 60-120 g/m2 resulta em uma estabilidade e rigidez melhorada do papel de modo a que as ondas formadas no processo de corrugação retenham substancialmente a sua forma nas etapas de formação subsequentes do produto catalisador em colmeia final e operação do produto catalisador em colmeia.
[0005] De acordo com a constatação acima, esta invenção fornece um método para a preparação de um catalisador em colmeia que compreende as etapas de: (a) fornecer um substrato sob a forma de uma ou mais folhas de material fibroso não tecido; (b) pré-revestir o substrato com uma suspensão aquosa de pré-revestimento compreendendo material cerâmico e um ou mais aglutinantes em uma quantidade resultando no peso total do substrato e primeiro revestimento entre 60 e 120 g/m2; (c) corrugar o substrato pré-revestido; (d) enrolar ou empilhar o substrato pré-revestido e corrugado em um corpo cilíndrico enrolado em espiral ou em um corpo retangular suportado; (e) revestir com washcoat o corpo cilíndrico ou retangular da etapa (d) com um washcoat de transporte de catalisador, contendo um ou mais componentes ativos catalíticos ou seus precursores; e (f) secar e, opcionalmente, calcinar o corpo revestido com washcoat da etapa (e); ou alternativamente (g) revestir com washcoat o corpo cilíndrico ou retangular da etapa (d) com um washcoat de transporte de catalisador e impregnar o corpo revestido com washcoat com uma solução de um ou mais componentes ativos catalíticos ou seus precursores; e (h) secar e calcinar o corpo revestido com washcoat da etapa (g).
[0006] Preferencialmente, o substrato pré-revestido e corrugado da etapa (c) é fornecido com um revestimento plano antes da etapa (d). Em tal modalidade da invenção, o revestimento plano é pré-revestido com a suspensão aquosa de pré-revestimento em uma quantidade que resulta no peso total do revestimento e pré-revestimento entre 60 e 120 g/m2, antes de ser fornecido no substrato corrugado e pré- revestido.
[0007] Atualmente, são preferidos materiais fibrosos não tecidos compreendendo fibras de vidro.
[0008] Os materiais cerâmicos preferidos para uso na suspensão aquosa de pré-revestimento compreendem pelo menos um caulim, materiais de argila, silicatos de magnésio- alumínio, argila em esfera ou bentonita.
[0009] Os aglutinantes e plastificantes usados no material de pré-revestimento incluem um ou mais compostos poliméricos, tais como acetato de polivinila, álcoois polivinílicos, poliacrilato, éteres de celulose, polissacarídeos, poliglicóis, gomas naturais, tais como goma xantana e goma arábica.
[0010] Os aglutinantes empregados no pré-revestimento melhoram a plasticidade, a habilidade de modelagem e a estabilidade de modelagem do substrato no processo de corrugação e ao mesmo tempo tornam o substrato pré- revestido e corrugado resistente aos solventes orgânicos usados no revestimento subsequente com o washcoat de transporte de catalisador.
[0011] Uma suspensão de pré-revestimento preferida compreende caulim e acetato de polivinila suspensos em água com um conteúdo de sólidos total de 15 - 60 % em peso.
[0012] O pré-revestimento pode ser aplicado em um lado da folha ou em ambos os lados da folha (s) e nos revestimentos opcionais.
[0013] Em ambos os métodos de revestimento, a pasta pré- revestimento penetra na(s) folha(s).
[0014] Um corpo em colmeia é formado pelo empilhamento de uma pluralidade de folhas pré-revestidas e corrugadas ou pelo enrolamento de uma única folha pré-revestida e corrugada, preferivelmente revestida com um revestimento plano, em um corpo em colmeia retangular ou cilíndrico.
[0015] Em cada caso, o corpo em colmeia formado tem uma pluralidade de fluxo paralelo através de canais formados por ondas da(s) folha(s) corrugada(s) e o revestimento opcional aplicado na(s) folha(s) corrugada(s).
[0016] O corpo em colmeia assim formado é subsequentemente revestido com um washcoat contendo o material de transporte do catalisador.
[0017] O material de transporte do catalisador é selecionado a partir de pelo menos alumina, titânia, sílica e suas misturas. Preferencialmente, o washcoat de transporte compreende titânia.
[0018] O washcoat de transporte de catalisador contém preferencialmente um ou mais solventes orgânicos, preferencialmente compreendendo butanol, iso-butanol, etanol, propanol, isopropanol e solventes aromáticos.
[0019] O revestimento com washcoat do corpo em colmeia é geralmente realizada por coleta de pasta no corpo em colmeia pré-revestido com o primeiro revestimento derramando a pasta do washcoat nos canais do corpo em colmeia ou mergulhando o corpo em um lado na pasta do washcoat e opcionalmente aplicando vácuo no lado oposto.
[0020] Existem dois métodos adequados de catalisar o corpo em colmeia.
[0021] Em um método, o washcoat contém o material ativo catalítico.
[0022] No outro método, o corpo em colmeia pré-revestido e revestido com washcoat é finalmente impregnado com uma solução aquosa contendo um ou mais precursores do material cataliticamente ativo desejado, seguido de secagem e calcinação.
[0023] Os catalisadores em colmeia são tipicamente empregados na limpeza do gás de exaustão do motor. Para este propósito, o catalisador em colmeia é modelado como um corpo cilíndrico e é encapsulado em um invólucro de metal com uma esteira entre o corpo do catalisador em colmeia e o invólucro metálico. No processo de encapsulamento, o corpo em colmeia cilíndrico é comprimido radialmente para fornecer fricção suficiente entre o tapete e o corpo e entre o tapete e o invólucro metálico. A compressão radial normalmente provoca rachaduras no corpo revestido e calcinado. Assim, uma outra vantagem do pré-revestimento fornecido no substrato é que o processo de encapsulamento provoca uma quebra muito reduzida do corpo em colmeia.
[0024] O catalisador em colmeia encapsulado é, como mencionado acima, tipicamente usado na remoção catalítica de compostos nocivos no gás de exaustão, incluindo óxidos de nitrogênio, combustível do motor não queimado e monóxido de carbono.
[0025] Assim, é preferido que os compostos cataliticamente ativos do catalisador em colmeia sejam ativos na remoção de compostos nocivos no gás de escape do motor.
[0026] Os compostos catalisadores ativos na limpeza dos gases de escape do motor são por si propriamente conhecidos no estado da técnica. Para citar alguns, os catalisadores tipicamente empregados são óxido de vanádio, óxido de tungstênio, paládio e platina, e material zeolítico usado isoladamente ou como misturas dos mesmos.
[0027] Ao operar o catalisador em forma de colmeia na remoção de óxidos de nitrogênio contidos nos gases de escape, o óxido de nitrogênio é convertido em nitrogênio livre com um agente redutor, tipicamente amônia, na presença de um catalisador SCR por redução catalítica seletiva:
Figure img0001
[0028] Qualquer uma das composições catalíticas de SCR conhecidas será adequada para uso na invenção.
[0029] A Fig. 1 dos desenhos é uma vista transversal de um catalisador em colmeia de acordo com a invenção.
[0030] Como visto na Fig. 1, o substrato 1 de um catalisador em colmeia de acordo com a invenção é composto por uma folha corrugada 2 de substrato de material fibroso não tecido, opcionalmente provido de um revestimento (não mostrado). O substrato 1 pode ser enrolado em um corpo cilíndrico.
[0031] Uma camada de revestimento de pré-revestimento 3 feita de material cerâmico é revestida na folha 2. O material de pré-revestimento também pode ser difundido através do material fibroso da folha 2 e formar uma camada de pré-revestimento em ambos os lados da folha 2 e dentro do material fibroso, como mostrado na Fig.l. Uma camada de washcoat 4 é revestida na camada de pré-revestimento 3. A camada de washcoat 4 contém partículas de catalisador 5. As partículas de catalisador 5 podem adicionalmente estar presentes na camada de pré-revestimento 3 (não mostrada na Figura).

Claims (13)

1. Método para a preparação de um catalisador em colmeia caracterizado por compreender as etapas de (a) fornecer um substrato sob a forma de uma ou mais folhas de material fibroso não tecido; (b) pré-revestir o substrato com uma suspensão aquosa de pré-revestimento compreendendo material cerâmico e um ou mais aglutinantes em uma quantidade resultando no peso total do substrato e pré-revestimento entre 60 e 120 g/m2; (c) corrugar o substrato pré-revestido; (d) enrolar ou empilhar o substrato pré-revestido e corrugado em um corpo cilíndrico enrolado em espiral ou em um corpo retangular suportado; (e) revestir com washcoat o corpo cilíndrico ou retangular da etapa (d) com um washcoat de transporte de catalisador, contendo um ou mais componentes ativos catalíticos ou seus precursores; e (f) secar e, opcionalmente, calcinar o corpo revestido com washcoat da etapa (e); ou alternativamente (g) revestir com washcoat o corpo cilíndrico ou retangular da etapa (d) com um washcoat de transporte de catalisador e impregnar o corpo revestido com washcoat com uma solução de um ou mais componentes ativos catalíticos ou seus precursores; e (h) secar e calcinar o corpo revestido com washcoat da etapa (g).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material fibroso não tecido compreende as fibras de vidro.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material cerâmico na suspensão aquosa de pré-revestimento compreende pelo menos um de caulim, materiais de argila, silicatos de magnésio- alumínio, argila em esfera ou bentonita.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um ou mais aglutinantes na suspensão aquosa de pré-revestimento compreende adicionalmente um ou mais compostos poliméricos, acetato de polivinila, álcoois polivinílicos, poliacrilato, éteres de celulose, polissacarídeos, poliglicóis, gomas naturais, goma xantana e goma arábica.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a suspensão aquosa de pré- revestimento compreende caulim e acetato de polivinila suspensos em água com um conteúdo total de sólido de 15 - 60 % em peso.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o transportador de catalisador compreender pelo menos um de alumina, titânia, sílica e suas misturas.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o transportador do catalisador compreende titânia.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o washcoat de transporte de catalisador contém um ou mais solventes orgânicos.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o um ou mais solventes orgânicos compreendem pelo menos um de butanol, isobutanol, etanol, propanol, isopropanol, solventes aromáticos.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o um ou mais compostos cataliticamente ativos são ativos na remoção de compostos nocivos no gás de escape do motor.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o um ou mais compostos cataliticamente ativos compreendem pelo menos um de óxido de vanádio, óxido de tungstênio, óxido de molibdênio, material zeolítico, platina e paládio.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o substrato pré-revestido e corrugado da etapa (c) é fornecido com um revestimento plano antes da etapa (d).
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o revestimento plano é pré- revestido com a suspensão aquosa de pré-revestimento em uma quantidade resultando no peso total do revestimento e pré- revestimento entre 60 e 120 g/m2, antes de ser fornecido no substrato corrugado e pré-revestido.
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