BR112018076517B1 - composição de purificação de gases de escape, e, uso da mesma - Google Patents

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Abstract

RESUMO "COMPOSIÇÃO DE PURIFICAÇÃO DE GASES DE ESCAPE, USO DA MESMA COMPOSIÇÃO, E, MÉTODO DE PURIFICAÇÃO DE GASES DE ESCAPE" A presente invenção fornece uma composição de purificação de gases de escape contendo zeólita BEA contendo fósforo, em que uma quantidade de fósforo é tal que uma razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é 0,5 ou maior, e um fator de manutenção RS de uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape após aquecimento a 980^C durante 25 horas é 35% ou maior. Além do mais, a presente invenção fornece também uma composição de purificação de gases de escape que contém zeólita contendo fósforo, em que uma quantidade de fósforo é tal que uma razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e um fator de manutenção Rd de um diâmetro de cristalito após aquecimento a 980^C durante 25 horas é 50% ou maior. A composição de purificação de gases de escape da presente invenção tem excelente capacidade de purificação de HC para purificação de gases de escape em motores de combustão interna como motores a gasolina.

Description

Campo Técnico
[001] A presente invenção refere-se a uma composição de purificação de gases de escape contendo zeólita.
Fundamentos da técnica
[002] Os gases de escape liberados pelos motores de combustão interna, tais como motores a gasolina e motores a diesel de automóveis e motos (alternativamente designados por "veículos pesados"), contêm componentes prejudiciais como hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), óxido de nitrogênio (NOx) e similares. Em particular, a purificação de HC usando um catalisador é significativamente afetada pela temperatura do gás de escape e, geralmente, é necessária uma temperatura alta de 300°C ou maior. Consequentemente, quando a temperatura do gás de escape é baixa, imediatamente após a partida de um motor de combustão interna, é difícil purificar HC usando um catalisador. Além disso, imediatamente após a partida de um motor de combustão interna, uma grande quantidade de HC tende a ser liberada, e a proporção de HC na quantidade total de emissão é elevada quando a temperatura do gás de escape é baixa. Assim, a remoção de HC de um motor de combustão interna imediatamente após a partida de um motor de combustão interna é um problema convencional.
[003] Literatura Patentária 1 descreve o uso de uma zeólita tipo prótons, como mordenita, como um adsorvente de HC. Além disso, Literatura Patentária 2 descreve o uso da zeólita CHA de troca de Cu2+, como um catalisador de redução de contato seletivo para a purificação de gases de escape. Além disso, Literatura Patentária 3 descreve o uso de zeólita de suporte de fósforo, como um catalisador de craqueamento catalítico para hidrocarbonetos.
[004] Lista de citações Literatura Patentária Literatura Patentária 1: US 4985210A Literatura Patentária 2: JP 2015-196115A Literatura Patentária 3: JP 2012-239924A
Sumário da Invenção
[005] No entanto, a zeólita tipo próton, como descrita na Literatura Patentária 1, não é suficientemente hidrotermicamente estável e, portanto, se for usada para purificação de gases de escape em motores de combustão interna, como os motores a gasolina, não pode ser obtida uma capacidade adsorção suficiente de HC. Além disso, quando usando zeólita CHA como na Literatura Patentária 2, tolueno, que está contido em uma quantidade particularmente grande entre as espécies moleculares de HC na emissão, não pode ser adsorvido e, assim, uma excelente capacidade de purificação de HC não pode ser alcançada.
[006] Entretanto, a técnica descrita na Literatura Patentária 3 usa zeólita contendo fósforo apenas para craqueamento de hexano, ou similar, em aproximadamente 550°C. Este documento não descreve nem sugere o uso de zeólita contendo fósforo para aplicações na purificação de gases de escape onde a resistência a altas temperaturas, como 900 a 1000°C, é necessária, e, além disso, não descreve nem sugere qualquer configuração específica requerida do catalisador de purificação contendo zeólita em tais aplicações.
[007] É um objetivo da presente invenção fornecer uma composição de purificação de gases de escape que possa resolver várias desvantagens das técnicas convencionais descritas acima.
[008] A presente invenção fornece uma composição de purificação de gases de escape compreendendo zeólita BEA contendo fósforo, em que uma quantidade de fósforo é tal que uma razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é 0,5 ou maior, e quando (a1) A representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape após aquecimento a 980°C durante 25 horas, e (a2) B representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape antes do aquecimento, um fator de manutenção RS de uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape representado por A/B x 100 (%) é 35% ou maior.
[009] A presente invenção fornece também uma composição de purificação de gases de escape compreendendo zeólita BEA contendo fósforo, em que uma quantidade de fósforo é tal que uma razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, quando (b1) X representa um diâmetro de cristalito após aquecimento da composição de purificação de gases de escape a 980°C durante 25 horas, e (b2) Y representa um diâmetro de cristalito antes do aquecimento, X é 25 nm ou menos, e um fator de manutenção Rd de um diâmetro de cristalito representado por X/Y x 100 (%) é 50% ou maior.
Breve Descrição dos Desenhos
[0010] [FIGURA 1] Figuras 1(a) e Figura 1(b) são gráficos de 31P-RMN antes e após um teste de resistência ao calor ser realizado em uma composição de purificação de gases de escape de Exemplo 2.
Descrição de Modalidade
[0011] A seguir, a presente invenção será descrita com base em uma modalidade preferida da mesma.
[0012] Uma composição de purificação de gases de escape desta modalidade contém zeólita. Zeólita refere-se a uma substância cristalina na qual unidades de TO4 (T é um átomo central) tendo uma estrutura de tetraedro são covalentemente ligadas umas às outras via átomos O de um modo tridimensional e formam microporos regulares abertos. Exemplos específicos incluem silicato, germanato, arsenato, e similares listados em Structure Commission Database of the International Zeolite Association (a seguir, também pode ser referido como “IZA”).
[0013] Exemplos de silicato incluem aluminossilicato, galossilicato, filossilicato, titanossilicato e borossilicato, os exemplos de germanato incluem aluminogermanato e os exemplos de arsenato incluem aluminoarsenato. Estes exemplos incluem estruturas obtidas por substituição de Si ou Al no arcabouço por um cátion divalente ou trivalente de Ti, Ga, Mg, Mn, Fe, Co, Zn, ou similar. Nesta modalidade, é preferível usar aluminossilicato cristalito como a zeólita.
[0014] A composição de purificação de gases de escape contém, zeólita BEA. A zeólita BEA pode ser ou zeólita sintética ou zeólita natural, e não existe nenhuma limitação particular no método para produzir a zeólita quando ela é zeólita sintética.
[0015] Já que a composição de purificação de gases de escape desta modalidade contém zeólita BEA, a composição é excelente em termos de capacidade de adsorção de tolueno, que está contido em uma grande quantidade como uma espécie molecular de HC nos gases de escape. Zeólita BEA tem tipicamente um diâmetro de poro de aproximadamente 0,65 nm. O diâmetro do poro refere-se a um diâmetro livre cristalográfico dos canais, como definido por IZA. O diâmetro de poro refere-se a um diâmetro médio quando os poros (canais) estão, cada, no formato de um círculo perfeito, e refere-se a um eixo menor quando os poros estão, cada, em um formato que é alongado em uma direção, como em uma elipse.
[0016] A razão molar de SiO2/Al2O3 da zeólita BEA contendo fósforo contida na composição de purificação de gases de escape é preferivelmente de 25 a 600, mais preferivelmente de 28 a 400, ainda mais preferivelmente de 30 a 200, e ainda mais preferivelmente de 30 a 100, porque a estrutura BEA da zeólita pode ser mais confiavelmente mantida, e a capacidade de adsorção de HC pode ser facilmente obtida. A razão molar de SiO2/Al2O3 da zeólita BEA contendo fósforo pode ser medida usando o método nos exemplos, que serão descritos depois.
[0017] A zeólita BEA na composição de purificação de gases de escape da presente invenção contém fósforo, assim a estrutura BEA da zeólita pode ser mantida eficazmente mesmo sob um ambiente de calor severo, e alta capacidade de adsorção de HC pode ser obtida. O fósforo na composição de purificação de gases de escape é suportado preferivelmente pela zeólita BEA. O estado em que o fósforo é suportado pela zeólita refere-se a um estado de ser fisicamente ou quimicamente adsorvido ou mantido na superfície externa da zeólita ou na superfície interna dos poros. A adsorção química inclui também ligação iônica.
[0018] A quantidade de fósforo contida na composição de purificação de gases de escape é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é preferivelmente 0,5 ou maior. Consequentemente, a composição de purificação de gases de escape pode obter facilmente o efeito de obtenção de alta capacidade de adsorção de HC, mesmo sob um ambiente de calor severo, derivada da presença de fósforo.
[0019] A quantidade de fósforo contido na composição de purificação de gases de escape é tal que a razão molar (P/Al) do mesmo com relação a Al na zeólita é preferivelmente 8 ou menos. Consequentemente, a composição de purificação de gases de escape pode alcançar mais confiavelmente uma elevada capacidade de adsorção de HC. A partir destes pontos de vista, a quantidade de fósforo na composição de purificação de gases de escape é tal que a razão molar (P/Al) do mesmo com relação a Al na zeólita é mais preferivelmente de 0,5 a 5, e ainda mais preferivelmente de 1 a 3. A razão molar (P/Al) pode ser medida usando o método nos exemplos, que serão descritos depois.
[0020] Se a zeólita BEA na composição de purificação de gases de escape contém adicionalmente zircônio além de fósforo, a composição mantém de modo mais confiável a estrutura BEA da zeólita quando exposta a altas temperaturas, e a capacidade de adsorção de HC quando usado para purificação de gases de escape em um motor a gasolina e similares pode ser adicionalmente melhorada. A quantidade de zircônio contido na composição de purificação de gases de escape é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação ao Al na zeólita é preferivelmente 0,25 ou maior, porque o efeito de melhoramento da capacidade de adsorção de HC, derivado da presença de zircônio, pode ser facilmente obtido. Além disso, a quantidade de zircônio é tal que a razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é preferivelmente 8 ou menor. A partir destes pontos de vista, a quantidade de zircônio é tal que a razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é mais preferivelmente de 0,25 a 4, ainda mais preferivelmente de 0,25 a 2, ainda mais preferivelmente de 0,25 a 1, e especialmente preferivelmente de 0,5 a 1. A razão molar (Zr/Al) pode ser medida usando o método nos exemplos, que serão descritos mais tarde. O zircônio é preferivelmente suportado pela zeólita. O estado em que zircônio é suportado pela zeólita refere-se a um estado de ser fisicamente ou quimicamente adsorvido ou retido sobre a superfície externa da zeólita ou na superfície interna dos poros. A adsorção química também inclui ligação iônica.
[0021] Quando a composição de purificação de gases de escape desta modalidade, após ter sido aquecida a 980°C durante 25 horas, é submetida à medição por 31P-RMN (31P-RMN) usando uma solução aquosa de H3PO4 a 85% em massa, um pico pode ser observado na faixa de -35 a -20 ppm e, mais preferivelmente, de 34 a 21 ppm. Este pico é derivado de uma ligação Al-O-P da zeólita BEA contendo fósforo. Além disso, no caso em que a composição de purificação de gases de escape desta modalidade contém zircônio, quando a composição, após ser aquecida a 980°C durante 25 horas, é submetida à medição por 31P-RMN, um pico também pode ser observado na faixa de -50 a -35 ppm e, mais preferivelmente, de -49 a -36 ppm, também. Este pico é derivado de uma ligação Zr-O-P da zeólita BEA contendo fósforo. No entanto, estes picos não determinam o estado de P ou Zr na composição de purificação de gases de escape antes de serem aquecidos.
[0022] O aquecimento corresponde a um teste de estabilidade hidrotérmica que é realizado sob condições de teste de resistência ao calor nos exemplos, que serão descritos abaixo. Como descrito nas condições do teste, a resistência térmica, no presente relatório, inclui resistência ao calor úmido. Medição de 31P-RMN é realizada usando o método nos exemplos, que serão descritos abaixo.
[0023] A zeólita BEA pode conter outros elementos além de P e Zr. Como tais elementos, elementos de terras raras, elementos de metal de transição diferentes dos elementos de terras raras, elementos de metais alcalinos-terrosos, elementos de metais alcalinos, outros elementos de metal, elementos semicondutores e similares podem ser usados, sem qualquer limitação particular.
[0024] A composição de purificação de gases de escape preferivelmente tem a configuração seguinte (1) e/ou (2) além de conter a zeólita BEA contendo fósforo, porque a capacidade de adsorção de HC da composição de purificação de gases de escape pode se significativamente melhorada em comparação com casos convencionais.
[0025] (1) A quantidade de fósforo é tal que a razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é 0,5 ou maior, e quando (a1) A representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape após aquecimento a 980°C durante 25 horas, e (a2) B representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape antes do aquecimento, um fator de manutenção RS de uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape representado por A/B x 100 (%) é 35% ou maior.
[0026] (2) A quantidade de fósforo é tal que a razão molar da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e quando (b1) X representa um diâmetro de cristalito após aquecimento da composição de purificação de gases de escape a 980°C durante 25 horas, e (b2) Y representa um diâmetro de cristalito antes do aquecimento, X é 25 nm ou menos, e um fator de manutenção Rd de um diâmetro de cristalito representado por X/Y x 100 (%) é 50% ou maior.
[0027] A seguir, o caso de (1) será descrito em mais detalhes.
[0028] Como descrito acima, uma composição de purificação de gases de escape usada em motores a gasolina é tipicamente requerida para ser resistente a altas temperaturas como 900 a 1000°C. O fator de manutenção RS da área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape obtido através de aquecimento indica a resistência da estrutura da zeólita a altas temperaturas. Se a composição de purificação de gases de escape tem o fator de manutenção RS da área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape de 35% ou maior, a estrutura da zeólita é resistente a altas temperaturas, e, assim, alta atividade de adsorção de HC pode ser facilmente exercida.
[0029] A composição de purificação de gases de escape preferivelmente tem o fator de manutenção RS da área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape de 35% ou maior, porque a alta resistência ao calor permite que a capacidade de adsorção HC seja mantida. A partir destes pontos de vista, o fator de manutenção RS da área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape é preferivelmente 40% ou maior. O aquecimento pode ser realizado sob as condições nos exemplos, que serão descritos mais tarde. As áreas de superfície específica da composição de purificação de gases de escape podem ser medidas usando o método nos exemplos, que serão descritos mais tarde. O fator de manutenção RS da área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape pode ser determinado ajustando a quantidade de fósforo usado ou a quantidade de metal usado para suporte como necessário, durante a produção da composição de purificação de gases de escape usando um método de produção preferido, que será descrito depois.
[0030] Na composição de purificação de gases de escape, a área de superfície específica B da composição de purificação de gases de escape antes do aquecimento é preferivelmente 150 m2/g ou maior, e 200 m2/g ou maior, porque boa capacidade de adsorção de HC pode ser mais facilmente obtida. A área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape pode ser medida usando o método nos exemplos, que serão descritos mais tarde. A área de superfície específica A da composição de purificação de gases de escape após aquecimento é preferivelmente 100 m2/g ou maior, e mais preferivelmente 150 m2/g ou maior, porque boa capacidade de adsorção de HC pode ser mais facilmente obtida.
[0031] A composição de purificação de gases de escape preferivelmente tem um fator de manutenção Rd do diâmetro de cristalito em (2) acima de 50% ou maior, porque a alta resistência ao calor permite que a capacidade de adsorção de HC seja mantida. A partir destes pontos de vista, o fator de manutenção Rd do diâmetro de cristalito é mais preferivelmente 60% ou maior, e ainda mais preferivelmente 70% ou maior. O aquecimento pode ser realizado sob as condições nos exemplos, que serão descritos mais tarde. O diâmetro de cristalito pode ser medido usando o método nos exemplos, que serão descritos mais tarde. O fator de manutenção Rd do diâmetro de cristalito pode ser determinado para um valor preferido ajustando a quantidade de fósforo ou elementos de suporte usados ou o tipo de zeólita durante a produção usando um método de produção preferido, que será descrito mais tarde.
[0032] Além disso, se a composição de purificação de gases de escape tem um diâmetro de cristalito de zeólita X de 25 nm ou menos após aquecimento a 980°C durante 25 horas, alta capacidade de adsorção de HC, em particular, tolueno pode ser obtida.
[0033] Além disso, o diâmetro de cristalito X é preferivelmente 2 nm ou mais, porque a estrutura da zeólita pode ser facilmente mantida mesmo sob um ambiente de calor severo, e uma capacidade de adsorção de HC constante pode ser obtida. A partir destes pontos de vista, o diâmetro de cristalito X é mais preferivelmente de 3 a 20 nm, e ainda mais preferivelmente de 5 a 15 nm.
[0034] Além disso, o diâmetro de cristalito Y da zeólita antes do aquecimento é preferivelmente de 5 a 50 nm, e ainda mais preferivelmente de 10 a 30 nm, porque a capacidade de adsorção preferida de tolueno pode ser facilmente obtida.
[0035] A seguir, um método preferido para produzir a composição de purificação de gases de escape desta modalidade será descrito.
[0036] Um método preferido para produzir a composição de purificação de gases de escape desta modalidade inclui uma primeira etapa de preparação de uma dispersão ou solução, em que fósforo é disperso ou dissolvido em um meio líquido, uma segunda etapa para colocar zeólita BEA em contato com a dispersão ou solução, e uma terceira etapa para queimar um material tratado obtido.
[0037] Se a composição de purificação de gases de escape se destina a conter zircônio e outros elementos além de fósforo, na primeira etapa, é preferível dispersar ou dissolver zircônio e outros elementos, além de fósforo, no meio líquido.
Primeira Etapa
[0038] Exemplos de fósforo que é disperso ou dissolvido no meio líquido incluem ácido fosfórico e sais do mesmo. Exemplos de ácido fosfórico incluem ácido ortofosfórico (H3PO4), ácido pirofosfórico (H4P2O7), ácido trifosfórico (H5P3O10), ácido polifosfórico, ácido metafosfórico (HPO3), e ácido ultrafosfórico. Além disso, exemplos de fosfato incluem ortofosfato, pirofosfato, trifosfato, polifosfato, metafosfato e ultrafosfato. Exemplos de sais dos mesmos incluem sais de metais alcalinos, outros sais de metais e sais de amônio.
[0039] Exemplos preferidos do meio líquido incluem água.
[0040] Se for usado zircônio na primeira etapa, é preferível dispersar ou dissolver um sal de zircônio solúvel em água no meio líquido. Exemplos preferidos do sal de zircônio solúvel em água incluem cloreto de zircônio (ZrCl4), oxicloreto de zircônio (ZrOCl2-nH2O), sulfato de zircônio (Zr(SO4)2-nH2O), oxissulfato de zircônio (ZrOSO4-nH2O), nitrato de zircônio (Zr(NO3)4-nH2O), oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-nH2O), diacetato de zircônio (Zr(CH3COO)2), tetra-acetato de zircônio (Zr(CH3COO)4), oxiacetato de zircônio (ZrO(CH3COO)2), carbonato de zircônio de amônio ((NH4)2ZrO(CO3)2) e alcóxido de zircônio.
[0041] A quantidade de fósforo na dispersão ou na solução é tal que, por exemplo, se o fósforo está contido como íons ácido ortofosfórico, o número de mols de íons ácido ortofosfórico é preferivelmente de 0,005 a 3 mol/L, e mais preferivelmente de 0,01 a 2 mol /L. No caso em que a dispersão ou a solução contém adicionalmente zircônio, a quantidade de zircônio na dispersão ou na solução é tal que o número de mols de íons zircônio é preferivelmente de 0,005 a 1,5 mol/L e, mais preferivelmente, de 0,01 a 1 mol/L.
Segunda etapa
[0042] Na segunda etapa, aqueles descritos acima podem ser usados como zeólita BEA que é colocada em contato com a dispersão ou solução. Como zeólita BEA que é colocada em contato com a dispersão ou solução, é possível usar aquelas em que a razão molar de SiO2/Al2O3 é similar a da zeólita BEA contendo fósforo descrita acima, e também usar aquelas em que a área de superfície específica é similar a área de superfície específica preferível da zeólita BEA contendo fósforo descrita acima. A zeólita que é colocada em contato com a dispersão ou solução pode ser de um tipo próton, um tipo sódio, um tipo amônio, ou similares, sendo preferivelmente de um tipo próton.
[0043] O tratamento de contato pode ser realizado pulverizando a dispersão ou solução sobre a zeólita BEA, ou imergindo a zeólita BEA na dispersão ou solução. Durante a imersão, a zeólita BEA pode ser ou não agitada na dispersão ou na solução. Quando se leva a zeólita BEA ao contato com a dispersão ou solução, a proporção da zeólita BEA com relação a 100 partes em massa da dispersão ou solução é preferivelmente de 1 a 40 partes em massa e, mais preferivelmente, de 2 a 30 partes em massa.
[0044] O tratamento de contato entre a zeólita BEA e a dispersão ou solução pode ser realizado em temperatura ambiente, ou sob uma condição aquecida. A temperatura para o tratamento de contato é preferivelmente de 5 a 200°C e, mais preferivelmente, de 10 a 100°C.
Terceira Etapa
[0045] Na terceira etapa, um material tratado obtido no tratamento de contato da segunda etapa é queimado. Tipicamente, a queima é preferivelmente realizada em um material seco obtido por secagem de um sólido obtido através de filtração de uma pasta fluida obtida na segunda etapa. É suficiente que a secagem seja realizada até que umidade tenha desaparecido substancialmente e seja realizada, por exemplo, a 100°C ou mais durante cerca de algumas horas a 10 ou mais horas.
[0046] A queima é realizada, por exemplo, sob pressão atmosférica em função de processos e custo. Além disso, a temperatura de queima é preferivelmente 400°C ou maior, a fim de permitir que fósforo seja contido de modo estável na zeólita BEA e remover matérias-primas desnecessárias. A temperatura de queima é preferivelmente de 1100°C ou menos e, mais preferivelmente, de 1000°C ou menos, de modo a manter a estrutura de BEA. A partir destes pontos de vista, a temperatura de queima é mais preferivelmente de 500 a 700°C. Dado que a temperatura de queima está dentro da faixa acima descrita, o tempo de queima é preferivelmente de 1 a 5 horas e, mais preferivelmente, de 2 a 4 horas.
[0047] A composição de purificação do gás de escape, assim obtida, mantém a estrutura de zeólita BEA, e exerce uma capacidade de adsorção de HC estável, mesmo quando exposta a altas temperaturas de aproximadamente 900 a 1100°C (em particular 1000°C ou menos). Tal composição de purificação de gases de escape pode exercer uma capacidade de purificação estável e elevada dos gases de escape, como uma composição para purificação de gases de escape em motores de combustão interna, como motores a gasolina ou motores a diesel usando um combustível fóssil como fonte de potência motriz. Em particular, a composição de purificação de gases de escape desta modalidade é preferivelmente usada para purificar gás de escape liberado a partir de motores a gasolina, de automóveis, motocicletas e similares, devido à sua elevada resistência térmica. A composição de purificação de gases de escape desta modalidade é eficazmente usada para remover elementos no gás de escape, especialmente hidrocarboneto (HC).
[0048] Consequentemente, a presente invenção também fornece um método de purificação de gases de escape usando a composição de purificação de gases de escape da presente invenção e, mais preferivelmente, um método de purificação de gases de escape para remover hidrocarboneto contido nos gases de escape, o gás de escape sendo liberado nas passagens de escapamento dos motores de combustão interna.
[0049] A composição de purificação de gases de escape desta modalidade pode estar em qualquer forma, como um pó, pasta ou um grânulo. Por exemplo, a composição de purificação de gases de escape desta modalidade pode ser usada como uma camada de catalisador suportada sobre um suporte de catalisador. Este suporte de catalisador é obtido, por exemplo, de um material cerâmico ou metálico. Além disso, não há limitação particular sobre o formato do suporte do catalisador, mas ele está tipicamente no formato de favo de mel, placas, grânulos, um DPF, um GPF, ou similar, preferivelmente no formato de favo de mel, um DPF, ou um GPF. Além disso, exemplos do material para o suporte do catalisador incluem cerâmicas, como alumina (Al2O3), mulita (3Al2O3-2SiO2), cordierita (2MgO-2Al2O3-5SiO2), titanato de alumínio (Al2TiO5), e carboneto de silício (SiC) e materiais metálicos, como aço inoxidável.
[0050] Além disso, a composição de purificação de gases de escape desta modalidade pode ser usada como uma camada de catalisador formada sobre um suporte de catalisador, como descrito acima, e uma camada de catalisador convencional, feita de um material catalisador convencionalmente conhecido, pode ser empilhada, sobre a camada de catalisador, ou, inversamente, uma camada de catalisador convencional feita de um material catalisador convencionalmente conhecido pode ser empilhada sobre um suporte de catalisador e, então, uma camada de catalisador contendo a composição de purificação de gases de escape desta modalidade pode ser formada sobre a camada de catalisador convencional. Além disso, uma camada de catalisador, em que a composição de purificação de gases de escape desta modalidade e um material de catalisador convencionalmente conhecido são misturados, pode ser formada sobre um suporte de catalisador.
Exemplos
[0051] A seguir, a presente invenção será descrita em maiores detalhes por meio de exemplos. No entanto, o escopo da presente invenção não está limitado a estes exemplos. Salvo descrito em contrário, "%" refere-se a "% em massa". Nos exemplos e exemplos comparativos abaixo, aluminossilicato cristalito foi usado como a zeólita de matéria-prima.
Exemplo 1
[0052] 0,525 g de ácido fosfórico (H3PO4) e 2,45 g de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foram colocados em suspensão em 50 g de água pura. 10 g de zeólita BEA tipo próton (razão molar SiO2/Al2O3 35, área de superfície específica 660 m2/g) foram colocados na suspensão obtida, e agitados em temperatura ambiente (20°C) durante 4 horas. A pasta fluida obtida foi filtrada, secada a 120°C durante 12 horas e, então, queimada sob pressão atmosférica a 600°C durante 3 horas e, assim, uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida.
Exemplo 2
[0053] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que quantidade de ácido fosfórico foi mudada a 1,05 g.
Exemplo 3
[0054] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que quantidade de ácido fosfórico foi mudada a 2,10 g.
Exemplo 4
[0055] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que quantidade de ácido fosfórico foi a 4,20 g.
Exemplo 5
[0056] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de ácido fosfórico foi mudada para 2,10 g, e a quantidade de oxinitrato de zircônio foi mudada para 4,90 g.
Exemplo 6
[0057] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de ácido fosfórico foi mudada para 4,20 g, e a quantidade de oxinitrato de zircônio foi mudada para 9,80 g.
Exemplo 7
[0058] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 2, exceto que oxinitrato de zircônio não foi usado.
Exemplo Comparativo 1
[0059] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que ácido fosfórico e oxinitrato de zircônio não foram usados.
Exemplo Comparativo 2
[0060] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que ácido fosfórico não foi usado.
Exemplo Comparativo 3
[0061] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de ácido fosfórico foi mudada para 0,2625 g.
Exemplo Comparativo 4
[0062] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de ácido fosfórico foi mudada para 10,50 g.
Exemplo Comparativo 5
[0063] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de ácido fosfórico foi mudada para 10,50 g, e a quantidade de oxinitrato de zircônio foi mudada para 24,50 g.
Exemplo Comparativo 6
[0064] Zeólita CHA (diâmetro de poro 0,4 nm, SSZ13, razão molar de SiO2/Al2O3 29, área de superfície específica 650 m2/g) foi usada em vez da zeólita BEA, e ácido fosfórico e oxinitrato de zircônio não foram usados. Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto para estes pontos.
Exemplo Comparativo 7
[0065] 1,25 g de ácido fosfórico (H3PO4) e 2,93 g de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foram colocados em suspensão em 50 g de água pura. 10 g de zeólita CHA (SSZ13, diâmetro do poro 0,4 nm, razão molar SiO2/Al2O3 29, área de superfície específica 650 m2/g) foram colocados na suspensão obtida e agitados em temperatura ambiente (20°C) durante 4 horas. A pasta fluida obtida foi filtrada, secada a 120°C durante 12 horas e, então, queimada sob pressão atmosférica a 600°C durante 3 horas e, assim, foi obtida uma composição de purificação de gases de escape como um pó.
Exemplo Comparativo 8
[0066] Zeólita CHA (diâmetro de poro 0,4 nm, SAPO34, razão molar de SiO2/Al2O3 de 0,4, área de superfície específica 630 m2/g) foi usada, e ácido fosfórico e oxinitrato de zircônio não foram usados. Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto para estes pontos.
Exemplo Comparativo 9
[0067] 3,77 g de ácido fosfórico (H3PO4) e 4,41 g de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foram colocados em suspensão em 50 g de água pura. 10 g de zeólita CHA (SAPO34, diâmetro do poro 0,4 nm, razão molar SiO2/Al2O3 0,4, área de superfície específica 630 m2/g) foram colocados na suspensão obtida e agitados em temperatura ambiente (20°C) durante 4 horas. A pasta fluida obtida foi filtrada, secada a 120°C durante 12 horas e, então, queimada sob pressão atmosférica a 600°C durante 3 horas e, assim, foi obtida uma composição de purificação de gases de escape como um pó.
[0068] Cada uma das composições de purificação de gases de escape (zeólita contendo ou não contendo fósforo) obtida nos Exemplos 1 a 7 e Exemplos Comparativos 1 a 9 foi avaliada como a seguir. Tabela 1 abaixo mostra os resultados. Razão molar SiO2/Al2O3
[0069] Uma quantidade de Si e uma quantidade de Al na composição de purificação de gases de escape foram medidas usando um espectrômetro de fluorescência de raios X (número do modelo: ZSX Primus II) fabricado por Rigaku Corporation como um analisador de composição. Uma amostra de medição foi preparada como a seguir. Uma razão molar SiO2/Al2O3 foi calculada a partir da quantidade de Si e da quantidade de Al obtidas.
Método para preparação da amostra de medição
[0070] Uma amostra de medição foi preparada colocando e moldando por compressão a composição de purificação de gases de escape em um tubo de cloreto de vinila com um diâmetro de 30 mm.
Teor de fósforo e teor de zircônio
[0071] Uma quantidade de P, uma quantidade de Zr e uma quantidade de Al na composição de purificação de gases de escape foram medidas usando um espectrômetro de fluorescência de raios X (número do modelo: ZSX Primus II) fabricado por Rigaku Corporation, como um analisador de composição. Uma amostra de medição foi preparada como a seguir. Uma razão molar (P/Al) foi calculada a partir dos valores medidos obtidos e tomada como um teor de P com relação a Al na zeólita. Também, uma razão molar (Zr/Al) foi calculada a partir dos valores medidos obtidos, e tomada como um teor de Zr com relação a Al na zeólita.
Método para preparação da amostra de medição
[0072] Uma amostra de medição foi preparada colocando e moldando por compressão a composição de purificação de gases de escape em um tubo de cloreto de vinila com um diâmetro de 30 mm.
Fator de manutenção RS de área de superfície específica
[0073] Uma área de superfície específica A m2/g da composição de purificação de gases de escape após um teste de resistência ao aquecimento foi realizada sob as condições seguintes e uma área de superfície específica B m2/g da composição de purificação de gases de escape antes do teste foi medida. Então, um fator de manutenção da área de superfície específica foi obtido como A/B x 100 (%). As áreas de superfície específica foram obtidas de acordo o método BET de 3 pontos usando um analisador de área de superfície específica / distribuição de poros (número do modelo: QUADRASORB SI) fabricado por Quantachrome Instruments. Hélio foi usado como o gás para medição.
Condições de teste de resistência ao calor
[0074] O ciclo seguinte foi realizado a 980°C x 25 horas em uma atmosfera de H2O a 10% em volume.
[0075] Ciclo: Gás modelo com a seguinte composição a 3 L/min por 80 segundos, e ar a 3 L/min por 20 segundos foram alternadamente fornecidos.
Composição do gás modelo: C3H6 70 mL/min, O2 70 mL/min, e N2 o restante.
[0076] H2O a 10% em volume foi evaporado a partir de um tanque contendo água, e misturado no gás modelo ou ar como vapor. A pressão de vapor saturado foi ajustada através da temperatura, de modo que a quantidade de vapor acima descrita em % em volume foi obtida.
[0077] A composição de purificação de gases de escape no Exemplo 2 foi submetida à medição de 31P-RMN antes e depois do teste de resistência ao calor. Figura 1 mostra os resultados.
Condições de Medição de 31P-RMN
[0078] A composição de purificação de gases de escape a ser medida foi colocada em um tubo de amostra de óxido de zircônio com um diâmetro de 6 mm e medida usando um ECA400 fabricado por JEOL Ltd. nas seguintes condições.
[0079] Solução aquosa de H3PO4 a 85% foi usada como o padrão, e tomada como 0 ppm. Velocidade de rotação da amostra: 7 kHz, pulso: 90 graus, tempo de repetição: 30 segundos e número de aquisições: 64 vezes.
Capacidade de adsorção de tolueno
[0080] 200 mg de cada uma das composições de purificação de gases de escape obtidas nos exemplos e nos exemplos comparativos que foram submetidas ao teste de resistência ao calor nas condições acima descritas foram colocados em um reator de fluxo e levados a fluir com gás de avaliação tendo a composição abaixo a 50°C e com um taxa de fluxo de 30 L/min durante 30 minutos, de modo que tolueno foi adsorvido. Tolueno foi dessorvido usando o método de dessorção programado em temperatura, e a quantidade de dessorção de tolueno foi medida usando um espectrômetro de massa. Tabela 1 mostra a quantidade em uma unidade arbitrária quando a quantidade de adsorção de tolueno no Exemplo 2 é tomada como 100%. A dessorção programada em temperatura de tolueno foi realizada usando um analisador de quimissorção totalmente automatizado AutoChem II 2920, fabricado por Micromeritics, e a quantidade de dessorção foi medida usando um AutoChem Cirrus 2 fabricado por Micromeritics.
[0081] Composição de gás para avaliar a capacidade de adsorção de tolueno: tolueno 0,1% e volume, e He o restante. Tabela 1
Figure img0001
[0082] É visto a partir da tabela 1 que as composições dos exemplos usando zeólita que era de um tipo BEA e continham pelo menos a quantidade específica de fósforo, e tendo um fator de manutenção da área de superfície específica de valor específico ou maior exerceu alta capacidade de adsorção de hidrocarboneto.
[0083] Por outro lado, as composições de Exemplos Comparativos 1 a 5 usando zeólita que era de um tipo BEA, mas tendo um fator de manutenção da área de superfície específica de menor do que o valor específico, e as composições de Exemplos Comparativos 6 e 8 não contendo fósforo não exerceram capacidade de adsorção de HC como nos exemplos, ou exerceram simplesmente capacidade de adsorção de HC que era significativamente inferior à dos exemplos. Além disso, as composições dos Exemplos Comparativos 7 e 9 tendo uma quantidade de fósforo e um fator de manutenção dos valores específicos ou maior, mas usando zeólita não BEA raramente exerceram capacidade de adsorção de hidrocarboneto.
[0084] Como descrito acima, é claro que, se a composição da presente invenção contém zeólita BEA contendo pelo menos uma quantidade específica de fósforo, e tem um fator de manutenção de área de superfície específica do valor específico ou maior efeitos sinergísticos de melhoramento da capacidade de adsorção de HC podem ser alcançados, o que é útil para purificação de gases de escape.
Exemplo 8
[0085] 0,97 g de ácido fosfórico (H3PO4) e 2,26 g de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foram colocados em suspensão em 50 g de água pura. 10 g de zeólita BEA tipo próton (diâmetro de poro 0,65 nm, razão molar de SiO2/Al2O3 38, área de superfície específica 620 m2/g) foram colocados na suspensão obtida, e agitados em temperatura ambiente (20°C) durante 4 horas. A pasta fluida obtida foi agitada, seca a 120°C durante 12 horas, e então queimada sob pressão atmosférica a 600°C durante 3 horas, e, assim, uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida.
Exemplo 9
[0086] 0,92 g de ácido fosfórico (H3PO4) e 2,16 g de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foram colocados em suspensão em 50 g de água pura. 10 g de zeólita BEA tipo próton (diâmetro de poro 0,65 nm, razão molar de SiO2/Al2O3 40, área de superfície específica 595 m2/g) foram colocados na suspensão obtida, e agitados a temperatura (20°C) durante 4 horas. A pasta fluida obtida foi filtrada, seca a 120°C durante 12 horas, e então queimada sob pressão atmosférica a 600°C durante 3 horas, e, assim, uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida.
Exemplo Comparativo 10
[0087] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 8, exceto que ácido fosfórico e oxinitrato de zircônio não foram usados.
Exemplo Comparativo 11
[0088] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 9, exceto que ácido fosfórico e oxinitrato de zircônio não foram usados.
[0089] O fator de manutenção Rd do diâmetro de cristalito de cada das composições de purificação de gases de escape dos Exemplos 1 a 9 e Exemplos Comparativos 1 a 11 foi medido usando o método seguinte. Além disso, a razão molar de SiO2/Al2O3 de cada das composições de purificação de gases de escape dos Exemplos 8 e 9 e Exemplos Comparativos 10 e 11 foi medida usando o método descrito acima, o teor de fósforo e o teor de zircônio das mesmas foram medidos usando o método descrito acima, e a capacidade de adsorção de tolueno das mesmas foi medida usando o método descrito acima. Tabela 2 mostra os resultados. Tabela 2 mostra também a razão molar de SiO2/Al2O3 já medida, teor de fósforo e teor de zircônio, e quantidade de adsorção de tolueno de acordo com os Exemplos 1 a 7 e Exemplos Comparativos 1 a 9.
Fator de manutenção Rd de diâmetro de cristalito
[0090] Quando o diâmetro de cristalito de zeólita na composição de purificação de gases de escape após o teste de resistência ao aquecimento foi tomado como X nm, e o diâmetro de cristalito de zeólita na composição de purificação de gases de escape antes do teste foi tomado como Y nm, o fator de manutenção foi obtido como X/Y x 100 (%). O diâmetro de cristalito foi avaliado realizando medição de difração de raios X sob as condições seguintes, e usando a equação de Scherrer (D=KÀ/(Pcos0)) usando a metade da largura de um pico principal de zeólita em uma faixa de varredura de 21 a 24°. Na equação, D é o diâmetro de cristalito, À é o comprimento de onda de raios X, p é a amplitude de da linha de difração (meia largura), 0 é o ângulo de difração, e K é uma constante. A metade da largura foi obtida tomando K como 0,94. A difração de raios X foi realizada usando um MicroFlex600 fabricado por Rigaku Corporation. Um tubo de Cu foi usado como a fonte. A medição foi realizada em uma tensão de tubo de 40 kV, uma corrente de tubo de 15 mA, e uma velocidade de varredura de 10 graus/min. Tabela 2
Figure img0002
[0091] É visto a partir da Tabela 2 que as composições dos exemplos usando zeólita BEA contendo a quantidade específica de fósforo e tendo um fator de manutenção do diâmetro de cristalito do valor específico ou maior exerceu alta capacidade de adsorção de hidrocarboneto.
[0092] Por outro lado, é visto que a composição dos Exemplo Comparativos 1 a 6, 8, 10, e 11 não contendo fósforo, ou contendo fósforo simplesmente em uma quantidade fora da faixa da presente invenção foram significativamente inferiores aos exemplos em termos da capacidade de adsorção de HC. Além disso, é visto que a composição do Exemplo Comparativo 9 contendo fósforo em uma quantidade dentro da faixa específica, mas tendo um fator de manutenção do diâmetro de cristalito fora da faixa da presente invenção, e a composição do Exemplo Comparativo 7 tendo um diâmetro de cristalito após o aquecimento maior do que o limite superior da presente invenção eram inferiores aos exemplos em termos de capacidade de adsorção de tolueno.
[0093] Como descrito acima, é claro que, se a composição da presente invenção usa zeólita contendo a quantidade específica de fósforo, e tem um fator de manutenção do diâmetro de cristalito do valor específico ou maior e um diâmetro de cristalito após aquecimento do valor específico ou menor, efeitos sinergísticos de melhoramento da capacidade de adsorção de HC podem ser alcançados, o que é útil para purificação de gases de escape.
Exemplo 10
[0094] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foi mudada para 0,61 g.
Exemplo 11
[0095] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foi mudada para 1,22 g.
Exemplo 12
[0096] Uma composição de purificação de gases de escape como um pó foi obtida como no Exemplo 1, exceto que a quantidade de oxinitrato de zircônio (ZrO(NO3)2-2H2O) foi mudada para 4,90 g.
[0097] As composições de purificação de gases de escape obtidas nos Exemplos 10 a 12 foram avaliadas como nos Exemplos 1 a 9 em termos da razão molar de SiO2/Al2O3, o teor de fósforo e o teor de zircônio, o fator de manutenção RS da área de superfície específica, o fator de manutenção Rd do diâmetro de cristalito, e a capacidade de adsorção de tolueno. Tabelas 3 e 4 abaixo mostram os resultados. Tabela 3
Figure img0003
Tabela 4
Figure img0004
[0098] É visto a partir a Tabela 3 que, se zeólita BEA contendo a quantidade específica de fósforo e tendo um fator de manutenção da área de superfície específica do valor específico ou maior é usada, alta capacidade de adsorção de hidrocarboneto é obtida.
[0099] Além disso, é visto a partir da Tabela 4 que, se zeólita BEA contendo a quantidade específica de fósforo, tendo um diâmetro de cristalito X do valor específico ou menor, e tendo um fator de manutenção do diâmetro de cristalito do valor específico ou maior é usada, alta capacidade de adsorção de hidrocarboneto é obtida.
Aplicabilidade Industrial
[00100] A presente invenção fornece uma composição de purificação de gases de escape tendo excelente capacidade de adsorção de HC para purificação de gases de escape em motores de combustão interna como motores a gasolina.

Claims (8)

1. Composição de purificação de gases de escape compreendendo zeólita BEA contendo fósforo e zircônio, caracterizadapelo fato de que uma quantidade de fósforo contida na zeólita é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e uma quantidade de zircônio contida na zeólita é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,25 a 8, e quando (a1) A representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape após aquecimento a 980°C durante 25 horas, e (a2) B representa uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape antes do aquecimento, um fator de manutenção RS de uma área de superfície específica da composição de purificação de gases de escape representado por A/B x 100 (%) é 35% ou maior, e a zeólita BEA contendo fósforo e zircônio possui uma ligação Zr-O-P.
2. Composição de purificação de gases de escape compreendendo zeólita BEA contendo fósforo e zircônio, caracterizadapelo fato de que uma quantidade de fósforo contida na zeólita é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e uma quantidade de zircônio contida na zeólita é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,25 a 8, e quando (b1) X representa um diâmetro de cristalito da zeólita após aquecimento da composição de purificação de gases de escape a 980°C durante 25 horas, e (b2) Y representa um diâmetro de cristalito da zeólita antes do aquecimento, X é 25 nm ou menos, e um fator de manutenção Rd de um diâmetro de cristalito representado por X/Y x 100 (%) é 50% ou maior.
3. Composição de purificação de gases de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadapelo fato de que uma quantidade de fósforo é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 1 a 3, e a zeólita BEA contendo fósforo e zircônio possui uma ligação Zr-O-P.
4. Composição de purificação de gases de escape de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de que X é 15 nm ou menos.
5. Uso de uma composição para tratamento de purificação de gases de escape, caracterizadopelo fato de ser de uma composição compreendendo zeólita BEA contendo fósforo e zircônio, em que uma quantidade de fósforo contida na zeólita é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e uma quantidade de zircônio contida na zeólita é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,25 a 8, e quando (a1) A representa uma área de superfície específica da composição após aquecimento a 980°C durante 25 horas, e (a2) B representa uma área de superfície específica da composição antes do aquecimento, um fator de manutenção RS de uma área de superfície específica da composição representado por A/B x 100 (%) é 35% ou maior, e a zeólita BEA contendo fósforo e zircônio possui uma ligação Zr-O-P.
6. Uso de uma composição para tratamento de purificação de gases de escape, caracterizadopelo fato de que ser de uma composição compreendendo zeólita BEA contendo fósforo e zircônio, em que uma quantidade de fósforo contida na zeólita é tal que uma razão molar (P/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 8, e uma quantidade de zircônio contida na zeólita é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,25 a 8, e quando (b1) X representa um diâmetro de cristalito da zeólita após aquecimento da composição de purificação de gases de escape a 980°C durante 25 horas, e (b2) Y representa um diâmetro de cristalito antes do aquecimento, X é 25 nm ou menos, e um fator de manutenção Rd de um diâmetro de cristalito da zeólita representado por X/Y x 100 (%) é 50% ou maior, e a zeólita BEA contendo fósforo e zircônio possui uma ligação Zr-O-P.
7. Composição de purificação de gases de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadapelo fato de que uma quantidade de zircônio contida na zeólita é tal que uma razão molar (Zr/Al) da mesma com relação a Al na zeólita é de 0,5 a 4.
8. Composição de purificação de gases de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4 ou 7, caracterizada pelo fato de que o zircônio contido na zeólita é suportado pela zeólita.
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