BR112021003005A2

BR112021003005A2 - composição de catalisador e artigo de redução catalítica seletiva e sistema de tratamento de gases de escape

Info

Publication number: BR112021003005A2
Application number: BR112021003005-0A
Authority: BR
Inventors: Yuejin Li
Original assignee: Basf Corporation
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-05-11
Also published as: EP3840877A1; KR20210035228A; EP3840877A4; CN112638526A; US20210178380A1; JP2021533992A; CN112638526B; WO2020040944A1

Abstract

COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR E ARTIGO DE REDUÇÃO CATALÍTICA SELETIVA E SISTEMA DE TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE. Trata-se de uma composição de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) eficaz na redução de óxidos de nitrogênio (NOx). A composição de catalisador de SCR aumenta significativamente a conversão de NOx em relação a uma composição do catalisador de referência Cu-chabazita em qualquer temperatura e, especialmente, em baixas temperaturas. Também são fornecidos um artigo de catalisador, um sistema de tratamento de gás de escape e um método de tratamento de uma corrente de gás de escape, em que, cada um, inclui a composição de catalisador de SCR da invenção. A composição de catalisador de SCR é particularmente útil para o tratamento de escape de um motor de combustão pobre.

Description

“COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR E ARTIGO DE REDUÇÃO CATALÍTICA SELETIVA E SISTEMA DE TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE” CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere genericamente ao campo de catalisadores de tratamento de gás de escape, particularmente, composições de catalisadores com capacidade de reduzir NOx no escape de motores, artigos de catalisador revestidos com tais composições, sistemas de tratamento de emissões que compreendem tais artigos de catalisador e métodos de uso dos mesmos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os regulamentos ambientais para emissões de motores de combustão interna estão se tornando cada vez mais rigorosos em todo o mundo.

[003] Os gases de escape de veículos movidos por motores a diesel de combustão pobre emitem emissões de gases de escape que contêm hidrocarbonetos não queimados (HC), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx), em que NOx descreve várias espécies químicas de óxidos de nitrogênio, que incluem monóxido de nitrogênio e dióxido de nitrogênio, entre outros. “Pobre” se refere a manter a razão entre ar e combustível nas misturas de combustão fornecidas a esses motores acima da razão estequiométrica de modo que os gases de escape resultantes sejam “pobres”, ou seja, os gases de escape tenham um teor de oxigênio relativamente alto. Uma razão ar- combustível (A/F) é a razão entre a massa de ar e combustível presente em um processo de combustão, como em um motor de combustão interna. As operações de motores a diesel de combustão pobre fornecem ao usuário excelente economia de combustível devido à sua operação em altas razões ar/combustível sob condições de combustível pobre. A razão precisa entre ar e combustível que resulta em condições estequiométricas varia com as proporções relativas de carbono e hidrogênio no combustível. A razão estequiométrica A/F corresponde à combustão completa de um combustível hidrocarboneto em dióxido de carbono (CO2) e água.

[004] Os catalisadores de oxidação que compreendem um metal precioso, como metais do grupo da platina (PGM), dispersos em um suporte de óxido de metal refratário, como alumina, são conhecidos para uso no tratamento de gases de escape de motores a diesel, a fim de converter poluentes gasosos HC e CO catalisando-se a oxidação desses poluentes em dióxido de carbono e água. Esses catalisadores geralmente estão contidos em unidades chamadas catalisadores de oxidação de diesel (DOC), que são colocados no caminho do fluxo de escape de sistemas de energia a diesel para tratar o escape antes de sua ventilação para a atmosfera. Normalmente, os catalisadores de oxidação de diesel são formados em substratos cerâmicos ou metálicos sobre os quais uma ou mais composições de revestimento de catalisador são depositadas. Além da conversão das emissões gasosas de HC e CO, os catalisadores de oxidação que contêm PGM promovem a oxidação de NO em NO2.

[005] Os componentes de NOx, incluindo NO2 formado por um DOC, devem, então, ser removidos da corrente de escape, tipicamente reduzindo-se os componentes de NOx com um redutor adequado na presença de um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). O processo de SCR usa redução catalítica de óxidos de nitrogênio com um redutor (por exemplo, amônia) na presença de oxigênio atmosférico, resultando na formação predominantemente de nitrogênio e vapor: 4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O (reação de SCR padrão) 2NO2+4NH3 → 3N2+6H2O (reação de SCR lenta) NO+NO2+NH3 → 2N2+3H2O (reação de SCR rápida)

[006] Os catalisadores atuais empregados no processo de SCR incluem peneiras moleculares, como zeólitos, trocadas por íons com um metal catalítico, como ferro ou cobre. Uma composição de catalisador de SCR útil tem capacidade de catalisar eficazmente a redução do componente de escape de NOx a temperaturas acima de 200 °C e abaixo de 600 °C, de modo que níveis reduzidos de NOx possam ser alcançados mesmo em condições de baixa carga que normalmente estão associadas às temperaturas de escape mais baixas.

[007] Os motores convencionais a gasolina com injeção eletrônica de combustível e sistemas de admissão de ar fornecem uma mistura de ar-combustível que varia de forma constante e rápida e alterna entre o escape pobre e rico. Recentemente, para melhorar a economia de combustível, os motores movidos a gasolina estão sendo projetados para operar em condições econômicas. Os benefícios de eficiência de combustível que os motores de injeção direta de gasolina de combustão pobre (GDI) oferecem podem contribuir para uma redução nas emissões de gases de efeito estufa ao realizar a combustão do combustível no excesso de ar.

[008] O gás de escape de veículos movidos a motores a gasolina de combustão pobre é normalmente tratado com um catalisador de três vias (TWC), que é eficaz para reduzir os poluentes de CO e HC nos gases de escape de motores operados em condições econômicas. A emissão de NOx também deve ser reduzida para atender aos padrões de regulamentação de emissão; os catalisadores TWC, no entanto, não são eficazes para reduzir as emissões de NOx quando o motor a gasolina funciona em modo econômico. O uso de certos catalisadores de SCR para motores a gasolina de combustão pobre apresenta um desafio, visto que se espera que tais catalisadores exibam estabilidade térmica em alta temperatura sob condições transitórias de pobre/rico.

[009] Há uma necessidade contínua na técnica de catalisadores de SCR eficazes para reduzir as emissões de NOx das correntes de gases de escape de forma eficiente e eficaz. Regulamentações de emissões cada vez mais rigorosas geraram a necessidade de desenvolver de catalisadores SCR com capacidade aprimorada para gerenciar as emissões de NOx, particularmente em condições de baixa temperatura de escape do motor, ao mesmo tempo que exibem estabilidade térmica suficiente em alta temperatura.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] A presente divulgação fornece composições de catalisador de redução catalítica seletiva avançada (SCR) e artigos que compreendem as composições de catalisador de SCR, que aumentam significativamente a conversão de NOx em relação às composições de catalisador de SCR de referência de Cu-chabazita padrão. As presentes composições de catalisador de SCR melhoram a conversão de NOx em qualquer temperatura e, especialmente, em baixas temperaturas. São fornecidos ainda métodos de preparação das composições de catalisador de SCR divulgadas, bem como artigos catalíticos, sistemas de tratamento de escape e métodos de tratamento de correntes de escape, em que cada um compreende as composições de catalisador de SCR divulgadas.

[0011] Por conseguinte, em um aspecto, é fornecida uma composição de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) eficaz para catalisar a redução de óxidos de nitrogênio (NOx) de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que a composição de catalisador compreende um primeiro componente que compreende um suporte de óxido de metal refratário poroso que tem depositado no mesmo um metal do grupo da platina (PGM) e um óxido de metal de base; e um segundo componente que compreende um zeólito promovido com um metal, em que a razão em peso entre o primeiro componente e o segundo componente está em uma faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,5.

[0012] Em algumas modalidades, o óxido de metal refratário poroso compreende sílica, alumina, céria, zircônia, compósito céria-zircônia, titânia ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o óxido de metal refratário poroso compreende sílica em uma quantidade de cerca de 1% a cerca de 20% em peso e alumina em uma quantidade de cerca de 80% a cerca de 99% em peso. Em algumas modalidades, o óxido de metal refratário poroso compreende sílica em uma quantidade de cerca de 5% em peso e alumina em uma quantidade de cerca de 95% em peso.

[0013] Em algumas modalidades, o PGM é selecionado a partir de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos.

[0014] Em algumas modalidades, o óxido de metal de base é um óxido dentre Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Mo, Ag, Sn ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o óxido de metal de base é CuO.

[0015] Em algumas modalidades, o zeólito tem um tipo de estrutura selecionada a partir do grupo que consiste em AEI, AFT, AFV, AFX, AVL, CHA, DDR, EAB, EEI, ERI, IFY, IRN, KFI, LEV, LTA, LTN, MER, MWF, NPT, PAU, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SFW, TSC, UFI e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o zeólito tem um tipo de estrutura selecionada a partir do grupo que consiste em CHA e AEI.

[0016] Em algumas modalidades, o metal é um ou mais dentre Cu, Co, Ni, La, Mn, Fe, V, Ag, Ce, Nd, Mo, Hf, Y ou W. Em algumas modalidades, o metal é um ou mais dentre Cu, Fe ou Ce.

[0017] Em algumas modalidades, o óxido de metal de base está presente em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

[0018] Em algumas modalidades, o PGM está presente em uma quantidade de cerca de 0,01 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

[0019] Em outro aspecto, é fornecido um artigo de SCR eficaz para catalisar a redução de NOx de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que o artigo de SCR compreende um substrato tem uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída que definem um comprimento total, e a composição de catalisador de SCR como aqui divulgada disposta no mesmo.

[0020] Em algumas modalidades, a composição de catalisador de SCR compreende uma primeira camada de recobrimento que compreende uma mistura de (a) o primeiro componente; e (b) o segundo componente, em que a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador; e uma segunda camada de recobrimento que compreende o segundo componente, em que a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador.

[0021] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40% ou cerca de 50% do comprimento total; e a segunda camada de recobrimento está disposto em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

[0022] Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total; e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato de catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70%, cerca de 80%, cerca de 90% ou cerca de 100% do comprimento total; e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

[0023] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 20% a cerca de 40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato de catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 20, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 35% ou cerca de 40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende desde a extremidade de entrada até a extremidade de saída. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 33% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída.

[0024] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40% ou cerca de 50% do comprimento total, e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

[0025] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 20 a cerca de 40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 20, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 35% ou cerca de 40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende desde a extremidade de entrada até a extremidade de saída. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída até um comprimento de cerca de 33% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada até a extremidade de saída.

[0026] Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato de catalisador a partir da extremidade de saída até um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

[0027] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador cobrindo 100% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento está disposta na primeira camada de recobrimento cobrindo 100% do comprimento total. Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador cobrindo 100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta na segunda camada de recobrimento cobrindo 100% do comprimento total.

[0028] Em algumas modalidades, o artigo de SCR tem uma configuração zoneada em que a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador a partir da extremidade de entrada até um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e em que a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato de catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total. Em algumas modalidades, o artigo de SCR tem uma configuração zoneada, em que a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador a partir da extremidade de saída até um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e em que a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato de catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total.

[0029] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,1 a cerca de 10. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,2 a cerca de 5. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,2, cerca de 0,25, cerca de 0,3, cerca de 0,4, cerca de 0,5, cerca de 0,6, cerca de 0,7, cerca de 0,8, cerca de 0,9, cerca de 1, cerca de 2, cerca de 3, cerca de 4 ou cerca de 5.

[0030] Em algumas modalidades, o componente PGM é Pt, o óxido de metal de base é óxido de cobre, o zeólito tem a estrutura chabazita e é promovido com cobre, o óxido de metal refratário poroso é alumina contendo 5% de sílica, o Pt está presente em uma quantidade de cerca de 2,9% em peso do óxido de metal refratário poroso, e o óxido de cobre está presente em uma quantidade de cerca de 10% em peso do óxido de metal refratário poroso.

[0031] Em algumas modalidades, o substrato é um substrato alveolar. Em algumas modalidades, o substrato alveolar é metal, cerâmica, carboneto de silício, cordierita ou titanato de alumínio. Em algumas modalidades, o substrato alveolar é metal ou cerâmica. Em algumas modalidades, o substrato alveolar é um substrato de fluxo contínuo ou um filtro de fluxo de parede (também chamado de SCR no filtro, SCRoF).

[0032] Em algumas modalidades, a redução eficaz de NOx está a uma temperatura que está acima de cerca de 150 °C e abaixo de cerca de 700 °C. Em algumas modalidades, a redução eficaz de NOx está a uma temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 600 °C. Em algumas modalidades, a conversão de NOx é aumentada em pelo menos 10% a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência que tem apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposto no substrato. Em algumas modalidades, a conversão de NOx é aumentada em pelo menos 40% a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência que tem apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposto no substrato.

[0033] Em um aspecto adicional, é fornecido um sistema de tratamento de gases de escape que compreende um motor de combustão pobre que produz uma corrente de gases de escape e o artigo de SCR conforme divulgado neste documento. Em algumas modalidades, o sistema de tratamento de gases de escape compreende ainda um ou mais de um catalisador de oxidação de diesel (DOC), um filtro de fuligem, um componente de injeção de ureia, um catalisador de oxidação de amônia (AMOX), um absorvedor de NOx de baixa temperatura (LT-NA) catalisador e uma armadilha de NOx pobre (LNT).

[0034] Essas e outras características, aspectos e vantagens da divulgação serão evidentes a partir de uma leitura da descrição detalhada a seguir, juntamente com os desenhos anexos, que são brevemente descritos abaixo. A invenção inclui qualquer combinação de duas, três, quatro ou mais das modalidades mencionadas acima, bem como combinações de quaisquer duas, três, quatro ou mais características ou elementos estabelecidos nesta divulgação, independentemente se tais características ou elementos são expressamente combinados em uma descrição de modalidade específica aqui.

Esta divulgação se destina a ser lida holisticamente, de modo que quaisquer características ou elementos separáveis da invenção divulgada, em qualquer de seus vários aspectos e modalidades, sejam vistos como destinados a ser combináveis, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Outros aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir do seguinte.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0035] A fim de fornecer uma compreensão das modalidades da invenção, é feita referência aos desenhos anexos, que não são necessariamente desenhados em escala, e nos quais numerais de referência se referem a componentes de modalidades exemplares da invenção. Os desenhos são apenas exemplares e não devem ser interpretados como limitativos da invenção. A divulgação aqui descrita é ilustrada a título de exemplo e não a título de limitação nas figuras anexas. Para simplicidade e clareza de ilustração, os recursos ilustrados nas figuras não são necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns recursos podem ser exageradas em relação a outros recursos para maior clareza. Além disso, quando considerado apropriado, rótulos de referência foram repetidos entre as figuras para indicar elementos correspondentes ou análogos.

[0036] A Figura 1a é uma vista em perspectiva de um substrato de filtro de fluxo de parede.

[0037] A Figura 1b é uma vista em corte transversal de uma seção de um substrato de filtro de fluxo de parede.

[0038] As Figuras 2a, 2b e 2c são ilustrações de três configurações de revestimento possíveis de acordo com certas modalidades.

[0039] A Figura 3 mostra uma representação esquemática de uma modalidade de um sistema de tratamento de emissão em que um artigo de catalisador de SCR da presente invenção é utilizado.

[0040] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma modalidade de um projeto de zoneamento e sequência de revestimento.

[0041] A Figura 5 é uma representação esquemática de uma modalidade de um projeto de zoneamento e sequência de revestimento.

[0042] A Figura 6 é uma representação gráfica dos resultados da conversão de NOx e formação de N2O em função da temperatura para um artigo de catalisador de SCR recente e envelhecido de acordo com certas modalidades.

[0043] As Figuras 7a e 7b são representações gráficas dos resultados da conversão de NOx a 200 °C para artigos catalisadores SCR recentes de acordo com certas modalidades.

[0044] As Figuras 8a e 8b são representações gráficas dos resultados da conversão de NOx a 500 °C para artigos catalisadores SCR recentes de acordo com certas modalidades.

[0045] As Figuras 9a e 9b são representações gráficas dos resultados da formação de pico de N2O a 200 a 300 °C para artigos de catalisador de SCR recentes de acordo com certas modalidades.

[0046] As Figuras 10a e 10b são representações gráficas dos resultados da conversão de NOx a 200 °C para artigos catalisadores de SCR envelhecidos de acordo com certas modalidades.

[0047] As Figuras 11a e 11b são representações gráficas dos resultados da conversão de NOx a 500 °C para artigos catalisadores de SCR envelhecidos de acordo com certas modalidades.

[0048] As Figuras 12a e 12b são representações gráficas dos resultados da formação de pico de N2O a 200 a 300 °C para artigos de catalisador de SCR envelhecidos de acordo com certas modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0049] A presente divulgação fornece composições e artigos de catalisador de redução catalítica seletiva avançada (SCR) que aumentam significativamente a conversão de NOx em relação à composição e artigos de catalisador de SCR de referência de Cu-chabazita padrão. As presentes composições e artigos do catalisador de SCR melhoram a conversão de NOx a qualquer temperatura e, especialmente, a baixas temperaturas. São fornecidos ainda métodos de preparação das composições de catalisador de SCR divulgadas, bem como artigos catalíticos, sistemas de tratamento de escape e métodos de tratamento de correntes de escape, em que cada um compreende as composições de catalisador de SCR divulgadas.

[0050] Antes de descrever várias modalidades exemplares da invenção, será entendido que a invenção não está limitada aos detalhes das etapas de construção ou processo estabelecidas na descrição a seguir. A invenção é suscetível a outras modalidades e de ser praticada ou realizada de diversas formas.

DEFINIÇÃO

[0051] Os artigos “um” e “uma” neste documento se referem a um ou mais de um (por exemplo, pelo menos um) do objeto gramatical. Quaisquer intervalos aqui mencionados são inclusivos. O termo "cerca de" é usado para descrever e explicar pequenas oscilações. Por exemplo, "cerca de" pode significar que o valor numérico pode ser modificado em ±5%, ±4%, ±3%, ±2%, ±1%, ±0,5%, ±0,4%, ±0,3%, ±0,2%, ±0,1% ou ±0,05%. Todos os valores numéricos são modificados pelo termo "cerca de", independentemente de ser ou não indicados explicitamente. Os valores numéricos modificados pelo termo "cerca de" incluem o valor específico identificado. Por exemplo, "cerca de 5,0" inclui 5,0. A divulgação de faixas de valores neste documento meramente se destina a servir como um método de atalho de se referir individualmente a cada valor separado que está dentro da faixa, a menos que aqui indicado de outra forma, e cada valor separado é incorporado ao relatório descritivo como se o mesmo fosse aqui individualmente citado.

[0052] O termo "catalisador" se refere a um material que promove uma reação química. O catalisador inclui as “espécies cataliticamente ativas” e o “suporte” que carrega ou suporta as espécies ativas. Por exemplo, as partículas de zeólito podem ser um suporte para espécies catalíticas de metal de base.

[0053] As espécies cataliticamente ativas também são chamadas de “promotores”, pois promovem reações químicas.

[0054] Conforme usado neste documento, o termo "promovido" se refere a um componente que é intencionalmente adicionado a, por exemplo, um material de peneira molecular, tipicamente por meio de troca iônica, em oposição a impurezas inerentes à peneira molecular. Uma peneira molecular pode, por exemplo, ser promovida com cobre (Cu) e/ou ferro (Fe), embora outros metais catalíticos possam ser usados, como manganês, cobalto, níquel, cério, platina, paládio, ródio ou combinações dos mesmos.

[0055] Como usado aqui, “impregnado” ou “impregnação” se refere à permeação do material catalítico na estrutura porosa do material de suporte.

[0056] Conforme usado neste documento, o termo "suporte" ou "material de suporte" se refere a qualquer material de alta área de superfície, geralmente, um material de óxido de metal, sobre o qual um metal precioso catalítico é aplicado. O termo "em um suporte" significa "disperso em", "incorporado a", "impregnado em", "no", "em", "depositado em" ou associado de outra forma.

[0057] O termo "artigo catalítico" ou "artigo catalisador" se refere a um componente que é usado para promover uma reação desejada. Os presentes artigos catalíticos compreendem um "substrato" que tem pelo menos um revestimento catalítico disposto sobre o mesmo.

[0058] Em geral, o termo "eficaz" significa, por exemplo, de cerca de 35% a 100% eficaz, por exemplo, de cerca de 40%, cerca de 45%, cerca de 50% ou cerca de 55% a cerca de 60%, cerca de 65%, cerca de 70%, cerca de 75%, cerca de 80%, cerca de 85%, cerca de 90% ou cerca de 95%, em relação à atividade catalítica definida ou atividade de armazenamento/liberação, em peso ou em mols.

[0059] O termo "fluxo de escape" ou "fluxo de gás de escape" se refere a qualquer combinação de fluxo de gás que pode conter matéria de particulado sólida ou líquida. O fluxo compreende componentes gasosos e é, por exemplo, o escape de um motor de combustão pobre, que pode conter certos componentes não gasosos, como gotículas de líquido, partículas sólidas e semelhantes. A corrente de gás de escape de um motor de combustão tipicamente compreende ainda produtos de combustão (CO 2 e H2O), produtos de combustão incompleta (monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC)), óxidos de nitrogênio (NOx), combustível e/ou matéria particulada carbonácea (fuligem) e oxigênio e nitrogênio não reagidos.

[0060] Conforme usado neste documento, os termos “a montante” e “a jusante” se referem a direções relativas de acordo com o fluxo de uma corrente de gás de escape de um motor em direção a um tubo de escape, com o motor em um local a montante e o tubo de escape e quaisquer artigos de redução de poluição, tal como filtros e catalisadores estando a jusante do motor. A extremidade de entrada de um substrato é sinônimo de extremidade “a montante” ou extremidade “frontal”. A extremidade de saída é sinônimo de extremidade “a jusante” ou extremidade “traseira”. Uma zona a montante está a montante de uma zona a jusante. Uma zona a montante pode estar mais perto do motor ou coletor e uma zona a jusante pode estar mais longe do motor ou coletor.

[0061] O termo "em comunicação fluida" é usado para se referir a artigos posicionados na mesma linha de escape, ou seja, uma corrente de escape comum passa por artigos que estão em comunicação fluida uns com os outros. Os artigos em comunicação fluida podem ser adjacentes uns aos outros na linha de escape. Alternativamente, os artigos em comunicação fluida podem ser separados por um ou mais artigos, também chamados de "monólitos com camada de recobrimento".

[0062] Um "metal do grupo da platina (PGM)" se refere a qualquer PGM (Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt e/ou Au). A referência ao componente de “PGM” permite a presença do PGM em qualquer estado de valência. Por exemplo, o PGM pode estar na forma metálica, com valência zero, ou o PGM pode estar na forma de óxido. Os termos "componente de platina (Pt)", "componente de ródio (Rh)", "componente de paládio (Pd)", "componente de irídio (Ir)", "componente de rutênio (Ru)" e semelhantes se referem ao respectivo composto de metal do grupo platina, complexo ou semelhante que, após calcinação ou uso do catalisador, se decompõe ou, de outro modo, se converte em uma forma cataliticamente ativa, geralmente, o metal ou o óxido de metal.

[0063] Tal como aqui utilizado, "óxido de metal de base" se refere a um composto de óxido que compreende um metal de transição ou lantanídeo (por exemplo, vanádio (V), tungstênio (W), titânio (Ti), cobre (Cu), ferro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), cromo (Cr), manganês (Mn), cério (Ce), lantânio (La), praseodímio (Pr), zinco (Zn), nióbio (Nb), zircônio (Zr), molibdênio (Mo), estanho (Sn), prata (Ag), ouro (Au) ou combinações dos mesmos que são cataliticamente ativos para redução de NOx, ou promovem outro componente catalítico a ser mais ativo para redução de NOx. Os óxidos de metais básicos incluem particularmente óxidos de cobre, prata, ferro, manganês, estanho, cobalto, níquel e combinações dos mesmos. Para facilidade de referência aqui, as concentrações de materiais de metal base ou óxido de metal base são relatadas em termos de concentração de metal elementar, em vez da forma de óxido. A concentração total de metal de base no componente de óxido de metal de base (por exemplo, cobre, manganês, níquel, cobalto, ferro e combinações dos mesmos) pode variar, mas será tipicamente de cerca de 1% em peso a 50% em peso em relação ao peso do suporte poroso, tal como material de suporte de óxido refratário (por exemplo, cerca de 1% em peso a cerca de 50% em peso em relação ao suporte de óxido refratário).

[0064] "Suporte" em um material catalítico ou camada de recobrimento catalítico se refere a um material que recebe metais (por exemplo, PGMs), estabilizadores, promotores, ligantes e semelhantes por meio de precipitação, associação, dispersão, impregnação ou outros métodos adequados. Suportes exemplares incluem suportes de óxido de metal refratário poroso como descrito aqui abaixo.

[0065] “Suportes de óxido de metal refratário de alta área de superfície” se referem especificamente a partículas de suporte com poros maiores que 20 Å e uma ampla distribuição de poros. Suportes de óxido de metal refratário de alta área de superfície, por exemplo, materiais de suporte de alumina, também chamados de “alumina gama” ou “alumina ativada”, tipicamente exibem uma área de superfície de BET de material recente superior a 60 metros quadrados por grama (“m 2/g”), frequentemente até cerca de 200 m2/g ou mais alta. Essa alumina ativada é geralmente uma mistura das fases gama e delta de alumina, mas também pode conter quantidades substanciais das fases de alumina eta, capa e teta.

[0066] Conforme usado neste documento, o termo "área de superfície BET" tem o seu significado usual de se referir ao método de Brunauer, Emmett, Teller para determinar a área de superfície por adsorção de N2. O diâmetro do poro e o volume do poro também podem ser determinados usando experiências de adsorção ou dessorção de N2 do tipo BET.

[0067] Como usado aqui, o termo “peneiras moleculares”, tal como zeólitos e outros materiais estruturais zeolíticos (por exemplo, materiais substituídos isomorficamente), se referem a materiais que podem, em forma particulada, suportar componentes de metais catalíticos. Peneiras moleculares são materiais baseados em uma extensa rede tridimensional de íons de oxigênio contendo sítios de tipo geralmente tetraédrico e que têm uma distribuição de poros substancialmente uniforme, com o tamanho de poro médio não sendo maior que 20 Ångstroms (Å).

[0068] As peneiras moleculares podem ser zeolíticas (zeólitos) ou não zeolíticas. Ambas as peneiras moleculares zeolíticas e não zeolíticas podem ter a estrutura de cristal de chabazita, que também é chamada de estrutura CHA pela Associação Internacional de Zeólitos. A chabazita zeolítica inclui um mineral tectossilicato natural de um grupo zeólito com fórmula aproximada Ca6[Al12Si24O72].40H2O (isto é, de cálcio hidratado silicato de alumínio). Três formas sintéticas de chabazita zeolítica são descritas em “Zeolite Molecular Sieves”, por D. W. Breck, publicado em 1973 por John Wiley & Sons, que é aqui incorporado por referência. Três formas sintéticas relatadas por Breck são Zeólito K-G descritas em J. Chem. Soc., p. 2822 (1956), Barrer et. Al.; Zeolite D, descrito na Patente Britânica nº 868.846 (1961); e Zeolite R, descrito na Pat. nº U.S. 3.030.181. A síntese de outra forma sintética de chabazita zeolítica, SSZ-13, é descrita na Pat. nº U.S. 4.544.538. A síntese de uma forma sintética de uma peneira molecular não zeolítica que tem a estrutura cristalina de chabazita, silicoaluminofosfato 34 (SAPO-34), é descrita na Pat. nº U.S. 4.440.871 e Pat. nº U.S. 7.264.789. Um método para produzir ainda outra peneira molecular não zeolítica sintética com estrutura chabazita, SAPO-44, é descrito por exemplo na Pat. nº U.S. 6.162.415.

[0069] As peneiras moleculares compreendem peneiras moleculares de poros pequenos, médios e grandes ou combinações dos mesmos. Os tamanhos dos poros são definidos pelo tamanho do anel. Uma pequena peneira molecular de poro contém canais definidos por até oito átomos tetraédricos. Uma peneira molecular de poros médios contém canais definidos por anéis de dez membros. Uma peneira molecular de poros grandes contém canais definidos por anéis de doze membros. Como aqui utilizado, o termo “poro pequeno” se refere a aberturas de poros que são menores que cerca de 5 Å (Angstroms), por exemplo, da ordem de ~3,8 Å.

[0070] Peneiras moleculares de poros pequenos exemplares incluem tipos de estrutura ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON e misturas ou intercrescimentos dos mesmos.

[0071] A frase peneira molecular de “8 anéis” se refere a uma peneira molecular que tem aberturas de poros de 8 anéis e unidades de construção secundárias de seis anéis duplos e que têm uma estrutura tipo gaiola resultante da conexão de unidades de construção de seis anéis duplos por 4 anéis.Uma peneira molecular de poro pequeno de 8 anéis sintéticos (por exemplo, que tem a estrutura CHA) pode ser preparada através da mistura de uma fonte de sílica, uma fonte de alumina e um agente de direcionamento de estrutura sob condições aquosas alcalinas. As fontes de sílica típicas incluem vários tipos de sílica pirogênica, sílica precipitada e sílica coloidal, bem como alcóxidos de silício. As fontes típicas de alumina incluem boehmitas, pseudo- boehmitas, hidróxidos de alumínio, sais de alumínio, como sulfito de alumínio ou aluminato de sódio e alcóxidos de alumínio. Hidróxido de sódio é tipicamente adicionado à mistura de reação. Um agente de direcionamento de estrutura típico para essa síntese é o hidróxido de adamantiltrimetil amônio, embora outras aminas e/ou sais de amônio quaternário possam ser substituídos ou adicionados. A mistura de reação é aquecida em um recipiente de pressão com agitação para produzir um produto cristalino. As temperaturas de reação típicas estão na faixa de cerca de 100 °C a cerca de 200 °C, por exemplo, de cerca de 135 °C a cerca de 170 °C. Os tempos de reação típicos são entre 1 hora e 30 dias e, em algumas modalidades, de 10 horas a 3 dias.

Na conclusão da reação, o pH é opcionalmente ajustado para entre 6 e 10, por exemplo entre 7 e 7,5 e o produto é filtrado e lavado com água. Qualquer ácido pode ser usado para ajuste de pH, por exemplo, ácido nítrico. Opcionalmente, o produto pode ser centrifugado. Aditivos orgânicos podem ser usados para auxiliar no manuseio e isolamento do produto sólido. A secagem por aspersão é uma etapa opcional no processamento do produto. O produto sólido é tratado termicamente em ar ou nitrogênio. Alternativamente, cada tratamento de gás pode ser aplicado em várias sequências ou podem ser aplicadas misturas de gases. As temperaturas de calcinação típicas variam entre cerca de 400 °C a cerca de 850 °C. As peneiras moleculares com uma estrutura CHA podem ser preparadas, por exemplo, de acordo com os métodos divulgados nas Pats. nº U.S. 4.544.538 e 6.709.644.

[0072] Peneiras moleculares de poro médio exemplares incluem tipos de estrutura AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI, WEN e misturas ou intercrescimentos dos mesmos.

[0073] Peneiras moleculares de poros grandes exemplares incluem tipos de estrutura AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY, VET e misturas ou intercrescimentos dos mesmos.

[0074] Como aqui utilizado, o termo “zeólito” se refere a um exemplo específico de uma peneira molecular, incluindo ainda átomos de silício e alumínio. Geralmente, peneiras moleculares, por exemplo, zeólitos, são definidas como aluminossilicatos com estruturas tridimensionais abertas compostas por tetraedros de TO4 compartilhando cantos, onde T é Al ou Si, ou opcionalmente P. Cátions que equilibram a carga da estrutura aniônica são fracamente associadas a oxigênios de estrutura, e o volume de poro restante é preenchido com moléculas de água. Os cátions não estruturais são geralmente permutáveis e as moléculas de água removíveis.

[0075] As estruturas de zeólito de aluminossilicato não incluem fósforo ou outros metais substituídos isomorficamente na estrutura. Ou seja, “zeólito de aluminossilicato” exclui materiais de aluminofosfato, como materiais SAPO, AlPO e MeA1PO, enquanto o termo mais amplo “zeólito” inclui aluminossilicatos e aluminofosfatos. Para os fins desta divulgação, os materiais SAPO, A1PO e MeA1PO são considerados peneiras moleculares não zeolíticas.

[0076] Os zeólitos podem ser diferenciados principalmente de acordo com a geometria dos vazios que são formados pela rede rígida dos tetraedros (SiO4)/AlO4. As entradas para os vazios são formadas por 6, 8, 10 ou 12 átomos de anel em relação aos átomos que formam a abertura de entrada. Zeólitos são materiais cristalinos que têm tamanhos de poros bastante uniformes que, dependendo do tipo de zeólito e do tipo e da quantidade de cátions incluídos na rede de zeólitos, estão na faixa de cerca de 3 a 10 Angstroms de diâmetro.

[0077] Um zeólito pode compreender tetraedros SiO4/AlO4 que estão ligados por átomos de oxigênio comuns para formar uma rede tridimensional. A razão molar entre sílica e alumina ("SAR") de um zeólito presente pode variar em uma ampla faixa, mas geralmente é 2 ou maior. Por exemplo, um zeólito presente pode ter um SAR de cerca de 5 a cerca de 1000.

[0078] Conforme usado neste documento, o termo "substrato" se refere ao material monolítico sobre o qual a composição do catalisador, isto é, revestimento catalítico, está disposta, normalmente na forma de uma camada de recobrimento. Em uma ou mais modalidades, os substratos são monólitos de fluxo contínuo e filtros de fluxo de parede monolíticos. Uma camada de recobrimento é formada preparando-se uma pasta fluida contendo um teor especificado de sólidos (por exemplo, 30% a 90% em peso) de catalisador em um líquido, que é, então, revestida sobre um substrato e seca para fornecer um estrato de camada de recobrimento.

[0079] A referência a "substrato monolítico" significa uma estrutura unitária que é homogênea e contínua da entrada à saída.

[0080] “Camada de recobrimento” tem seu significado usual na técnica de um revestimento aderente fino de um material (por exemplo, um catalisador) aplicado a um "substrato", como um substrato de monólito de fluxo contínuo em forma alveolar ou um substrato de filtro que é suficientemente poroso para permitir a passagem através da corrente de gás a ser tratada. Tal como aqui utilizado e descrito em Heck, Ronald e Farrauto, Robert, Catalytic Air Pollution Control, Nova Iorque: Wiley-Interscience, 2002, pp. 18 a 19, um estrato de camada de recobrimento inclui uma camada de composição distinta de material disposto na superfície de um substrato monolítico ou um estrato de camada de recobrimento subjacente. Um substrato pode conter um ou mais estratos de camada de recobrimento e cada estrato de camada de recobrimento pode ser diferente de alguma maneira (por exemplo, pode diferir em propriedades físicas, como, por exemplo, tamanho de partícula ou fase de cristalito) e/ou pode diferir nas funções catalíticas químicas.

[0081] Os termos "ligado" e "sobre" em referência a uma camada de revestimento podem ser usados como sinônimos. O termo “diretamente ligado” significa contato direto. Os artigos divulgados são referidos em certas modalidades como compreendendo uma camada de revestimento "em" uma segunda camada de revestimento, e tal linguagem se destina a abranger modalidades com camadas intermediárias, em que o contato direto entre as camadas de revestimento não é necessário (ou seja, "em" não é equiparado a “diretamente”).

[0082] O termo "NOx" se refere a compostos de óxido de nitrogênio, como NO ou NO2.

[0083] “Redução Catalítica Seletiva” (SCR) é a redução catalítica de óxidos de nitrogênio com um redutor na presença de uma quantidade adequada de oxigênio com a formação predominantemente de nitrogênio e vapor d'água (vapor). Redutores podem ser, por exemplo, hidrocarboneto, hidrogênio e/ou amônia. As reações de SCR na presença de amônia ocorrem de acordo com as três reações a seguir (Equações 1 a 3): 4 NO + 4 NH3 + O2 —> 4 N2 + 6 H2O (Equação 1) NO + NO2 + 2 NH3 —> 2 N2 + 3 H2O (Equação 2) 6 NO2 + 8 NH3 —> 7 N2 + 12 H2O (Equação 3)

[0084] "TWC" se refere à função de conversão de três vias em que hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio são convertidos substancialmente simultaneamente. Um motor a gasolina normalmente opera sob condições de reação quase estequiométricas que oscilam ou são ligeiramente perturbadas entre as razões ar-combustível ricas em combustível e pobres em combustível (razões A/F) (·=1 ± ~0,01). O uso de "estequiométrico" neste documento se refere às condições de um motor a gasolina, levando em consideração as oscilações ou perturbações das razões A/F próximas a estequiométricas. Os catalisadores de TWC incluem componentes de armazenamento de oxigênio (OSCs), como céria ou céria- zircônia (conforme referenciado abaixo), que têm estados multivalentes que permitem que o oxigênio seja retido e liberado em razões variáveis entre ar e combustível. Sob condições aprimoradas, quando o NOx está sendo reduzido, o OSC fornece uma pequena quantidade de oxigênio para consumir CO e HC que não reagiram. Da mesma forma, em condições insuficientes, quando CO e HC estão sendo oxidados, o OSC reage com o excesso de oxigênio e/ou NO x.

Como resultado, mesmo na presença de uma atmosfera que oscila entre as razões ar-combustível rica em combustível e pobre em combustível, há conversão de HC, CO e NOx todos ao mesmo (ou essencialmente ao mesmo) tempo. Normalmente, um catalisador de TWC compreende um ou mais metais do grupo da platina, como paládio e/ou ródio e, opcionalmente, platina; um componente de armazenamento de oxigênio; e opcionalmente promotores e/ou estabilizadores. Em condições aprimoradas, os catalisadores de TWC podem gerar amônia.

[0085] "OSC" se refere a um componente de armazenamento de oxigênio, que é uma entidade que tem estados de oxidação multivalentes e pode reagir ativamente com oxidantes, como oxigênio (O2) ou NOx sob condições oxidativas, ou reage com redutores, como CO, HC ou hidrogênio (H2) sob condições de redução. Exemplos de componentes de armazenamento de oxigênio adequados incluem céria e praseodímia. A entrega de um OSC a um estrato de camada de recobrimento pode ser alcançada pelo uso de, por exemplo, óxidos mistos. Por exemplo, a céria pode ser fornecida como um óxido misto de cério e zircônio e/ou um óxido misto de cério, zircônio e neodímio. Por exemplo, a praseodímia pode ser administrada como um óxido misto de praseodímio e zircônio e/ou um óxido misto de praseodímio, cério, lantânio, ítrio, zircônio e neodímio.

[0086] “DOC” se refere a um catalisador de oxidação de diesel, que converte hidrocarbonetos e monóxido de carbono nos gases de escape de um motor a diesel. Normalmente, um DOC compreende um ou mais metais do grupo da platina, como paládio e/ou platina; um material de suporte, como alumina; zeólitos para armazenamento de HC; e, opcionalmente, promotores e/ou estabilizadores.

[0087] “LNT” se refere a uma armadilha de NOx pobre, que é um catalisador contendo um metal do grupo da platina, céria e um material de armadilha de alcalino-terroso adequado para adsorver NOx durante condições insuficientes (por exemplo, BaO ou MgO). Em condições melhores, o NO x é liberado e reduzido a nitrogênio.

[0088] "CSF" se refere a um filtro de fuligem catalisado, que é um monólito de fluxo de parede. Um filtro de fluxo de parede consiste em canais de entrada e canais de saída alternados, em que os canais de entrada são conectados na extremidade de saída e os canais de saída são conectados na extremidade de entrada. Uma corrente de gás de escape com fuligem que entra nos canais de entrada é forçada a passar pelas paredes do filtro antes de sair dos canais de saída. Além da filtração e regeneração de fuligem, um CSF pode transportar catalisadores de oxidação para oxidar CO e HC em CO2 e H2O, ou oxidar NO em NO2 para acelerar a catálise de SCR a jusante ou para facilitar a oxidação de partículas de fuligem em temperaturas mais baixas. Um CSF, quando posicionado atrás de um catalisador LNT, pode ter uma funcionalidade de oxidação de H2S para suprimir a emissão de H2S durante o processo de dessulfatação de LNT.

[0089] "SCRoF" se refere a uma composição de catalisador de SCR revestida diretamente em um filtro de fluxo de parede.

[0090] “GDI” se refere a um motor a gasolina com injeção direta, que opera em condições de combustão pobre.

[0091] "AMOx" se refere a um catalisador de oxidação de amônia seletiva, que é um catalisador contendo um ou mais metais (tipicamente Pt, embora não se limite aos mesmos) e um catalisador de SCR adequado para converter amônia em nitrogênio.

[0092] Salvo indicação em contrário, todas as partes e porcentagens são em peso. O “percentual em peso (% em peso)”, se não for indicado de outra forma, é baseado em uma composição inteira livre de quaisquer voláteis, isto é, com base no teor de sólidos secos.

[0093] Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que aqui indicado de outro modo ou de outro modo claramente contradito pelo contexto. O uso de todos e quaisquer exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, "como") fornecida neste documento, visam meramente iluminar melhor as modalidades e não representam uma limitação no escopo das reivindicações, a menos que seja indicado de outra forma. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática dos materiais e métodos divulgados.

[0094] Todos os pedidos de patentes dos EUA, pedidos de patentes publicados e patentes aqui referidos são incorporados por meio deste por referência.

I. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR

[0095] A presente divulgação fornece uma composição de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) eficaz para catalisar a redução de NOx de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que a composição de catalisador compreende um primeiro componente que compreende um suporte de óxido de metal refratário poroso que tem depositado no mesmo um metal do grupo da platina (PGM) e um óxido de metal de base; e um segundo componente que compreende um zeólito promovido com um metal, em que a razão em peso entre o primeiro componente e o segundo componente está em uma faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,5. Em algumas modalidades, a razão de peso é de cerca de 0,05, cerca de 0,06, cerca de 0,07, cerca de 0,08, cerca de 0,09 ou cerca de 0,1 a cerca de 0,2, cerca de 0,3, cerca de 0,4 ou cerca de 0,5.

[0096] O material de suporte de óxido de metal refratário poroso no qual o PGM cataliticamente ativo e o óxido de metal de base são depositados exibe estabilidade química e física em altas temperaturas, como as temperaturas associadas à gasolina ou escape de motor diesel. Óxidos de metal refratários porosos exemplares incluem alumina, sílica, zircônia, titânia, céria, praseodmia, óxido de estanho e semelhantes, bem como misturas físicas ou combinações químicas dos mesmos, incluindo combinações atomicamente dopadas e incluindo área de superfície elevada ou compostos ativados, como alumina ativada.

[0097] Óxidos de metal refratário porosos que podem ser adequados para uso para suportar o componente PGM e óxido de metal de base incluem alumina, titânia, zircônia; misturas de alumina com um ou mais dentre titânia, zircônia e céria; céria revestida de alumina; ou titânia revestida de alumina. O óxido de metal refratário poroso pode conter um óxido ou um óxido misto, como sílica-alumina, aluminossilicatos que podem ser amorfos ou cristalinos, alumina-zircônia, alumina-cromo, alumina-céria e semelhantes. Os óxidos metálicos refratários porosos são, em particular, gama alumina, sílica- alumina, céria revestida em alumina, titânia revestida em alumina ou zircônia revestida em alumina.Incluem-se as combinações de óxidos de metal, tais como sílica-alumina, céria-zircônia, praseodímia-céria, alumina-zircônia, alumina-céria-zircônia, lantana-alumina, lantana-zircônia-alumina, bária- alumina, bária-lantana-alumina, bária-lantana-neodímia alumina e alumina- céria. As aluminas exemplares incluem boehmita de poro grande, gama- alumina e delta/teta alumina. Aluminas comerciais úteis usadas como materiais de partida em processos exemplares incluem aluminas ativadas, tais como gama-alumina de alta densidade aparente, gama-alumina de poro grande de baixa ou média densidade e boehmita de poro grande de baixa densidade aparente e gama-alumina. Em algumas modalidades, o óxido de metal refratário poroso compreende sílica, alumina, céria, zircônia, compósito céria- zircônia, titânia ou combinações dos mesmos.

[0098] A composição de catalisador de SCR pode compreender qualquer um dos óxidos de metal refratário porosos mencionados acima e em qualquer quantidade. Por exemplo, óxido de metal refratário poroso na composição de catalisador de SCR pode compreender de cerca de 1% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 10% em peso, cerca de 15% em peso, cerca de 20% em peso, cerca de 25% em peso, cerca de 30% em peso ou cerca de 35% em peso a cerca de 50% em peso, cerca de 55% em peso, cerca de 60% em peso, cerca de 65% em peso ou cerca de 70% em peso com base no peso seco total da composição de catalisador. O óxido de metal refratário poroso pode, por exemplo, compreender de cerca de 10 a cerca de 99% em peso de alumina, de cerca de 15 a cerca de 95% em peso de alumina ou de cerca de 20 a cerca de 85% em peso de alumina. Em algumas modalidades, o óxido de metal refratário poroso compreende sílica em uma quantidade de cerca de 1% a cerca de 20% em peso; e alumina em uma quantidade de cerca de 80% a cerca de 99% em peso.

[0099] Em algumas modalidades, o PGM é selecionado a partir de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos. O PGM pode ser disperso no suporte de óxido de metal refratário poroso, por exemplo, dispersando um precursor solúvel (por exemplo, nitrato de paládio) no mesmo.

Alternativamente, o PGM é fornecido na forma de partículas na composição, tais como partículas finas tão pequenas quanto 1 a 15 nanômetros de diâmetro ou menores, em oposição a serem dispersas no suporte. A quantidade de PGM depositada no suporte de óxido metálico refratário poroso pode variar. Em algumas modalidades, o PGM está presente em uma quantidade de cerca de 0,01 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

Em algumas modalidades, o PGM está presente em uma quantidade de cerca de 0,01, cerca de 0,02, cerca de 0,03, cerca de 0,04, cerca de 0,05, cerca de 0,06, cerca de 0,07, cerca de 0,08, cerca de 0,09, ou cerca de 0,1, a cerca de 0,5, cerca de 1,0, cerca de 2,0, cerca de 5,0, cerca de 10,0 ou cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

[00100] Em algumas modalidades, o óxido de metal de base é um óxido dentre Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Mo, Ag, Sn ou uma combinação dos mesmos. Em certas modalidades, o óxido de metal de base é CuO. A quantidade de óxido de metal de base depositado no suporte de óxido de metal refratário poroso pode variar. Em algumas modalidades, o óxido de metal de base está presente em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso. Em algumas modalidades, o óxido de metal de base está presente em uma quantidade de cerca de 0,1, cerca de 0,2, cerca de 0,3, cerca de 0,4, cerca de 0,5, cerca de 0,6, cerca de 0,7, cerca de 0,8, cerca de 0,9 ou cerca de 1 a cerca de 2, cerca de 5, cerca de 10 ou cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

[00101] O tipo de estrutura do zeólito promovido com um metal pode variar. Em algumas modalidades, o zeólito tem um tipo de estrutura selecionada a partir do grupo que consiste em AEI, AFT, AFV, AFX, AVL, CHA, DDR, EAB, EEI, ERI, IFY, IRN, KFI, LEV, LTA, LTN, MER, MWF, NPT, PAU, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SFW, TSC, UFI e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o zeólito tem um tipo de estrutura selecionada a partir do grupo que consiste em CHA e AEI.

[00102] O metal que promove o zeólito é geralmente um metal de base (por exemplo, um metal de transição ou lantanídeo). Em algumas modalidades, o metal que promove o zeólito é um ou mais dentre Cu, Co, Ni, La, Mn, Fe, V, Ag, Ce, Nd, Mo, Hf, Y ou W. Em certas modalidades, o metal que promove o zeólito é um ou mais de Cu, Fe ou Ce. Em certas modalidades, o metal que promove o zeólito é Cu. A referência a “metal” neste contexto permite a presença do metal em qualquer estado de valência. Por exemplo, o metal promovendo o zeólito pode estar na forma metálica, com valência zero, ou o metal pode estar na forma de óxido. Geralmente, o metal promovendo o zeólitoestará presente na forma de óxido.

[00103] As composições catalisadoras podem ser preparadas usando um ligante, por exemplo, um ligante ZrO2 derivado de um precursor adequado, como acetato de zirconila ou qualquer outro precursor de zircônio adequado, como nitrato de zirconila. O ligante de acetato de zirconila fornece um revestimento que permanece homogêneo e intacto após o envelhecimento térmico, por exemplo, quando o catalisador é exposto a altas temperaturas de pelo menos cerca de 600 °C, por exemplo, cerca de 800 °C e ambientes de vapor de água superior e elevado de cerca de 5% ou mais. Outros ligantes potencialmente adequados incluem, mas não estão limitados a alumina e sílica.

Os ligantes de alumina incluem óxidos de alumínio, hidróxidos de alumínio e oxi-hidróxidos de alumínio. Sais de alumínio e formas coloidais de alumina também podem ser usados. Os ligantes de sílica incluem várias formas de SiO2, incluindo silicatos e sílica coloidal. As composições de ligante podem incluir qualquer combinação de zircônia, alumina e sílica.

[00104] Outros ligantes exemplares incluem boehmita, gama- alumina ou delta/teta alumina, bem como sílica sol. Quando presente, o ligante é tipicamente usado em uma quantidade de cerca de 1% a 5% em peso do carregamento de camada de recobrimento total. Alternativamente, o ligante pode ser à base de zircônia ou à base de sílica, por exemplo, acetato de zircônio, sol de zircônia ou sol de sílica. Quando presente, o ligante de alumina é tipicamente usado em uma quantidade de cerca de 0,003 g/cm 3 (0,05 g/in3) a cerca de 0,06 g/cm3 (1 g/in3).

MÉTODO PARA PRODUZIR COMPOSIÇÕES DE SCR

[00105] De acordo com a presente divulgação, uma composição de catalisador de SCR é geralmente preparada fornecendo um primeiro componente que compreende um suporte de óxido de metal refratário poroso que tem depositado sobre o mesmo um metal do grupo da platina (PGM) e um óxido de metal de base; e fornecer um segundo componente que compreende um zeólito promovido com um metal, em que a razão em peso entre o primeiro componente e o segundo componente está em uma faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,5.

[00106] Para preparar zeólitos promovidos por metal de acordo com várias modalidades da invenção, um metal (por exemplo, cobre, ferro, cério ou semelhantes) é trocado por íons no zeólito. Tais metais são geralmente trocados iônicos em zeólitos de metal alcalino ou NH4 (que podem ser preparados por troca iônica NH4 em um zeólito de metal alcalino por métodos conhecidos na técnica, por exemplo, como divulgado em Bleken, F. et al. Topics in Catalysis 2009, 52, 218-228, que é aqui incorporado por referência).

[00107] A preparação de zeólitos promovidos por metal compreende tipicamente um processo de troca iônica do zeólito em forma de partículas com uma solução de precursor de metal. Por exemplo, um sal de cobre pode ser usado para fornecer cobre. Quando o acetato de cobre é usado para fornecer cobre, a concentração de cobre da solução de cobre líquida usada na troca iônica de cobre está em modalidades específicas na faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,4 molar, mais especificamente na faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,3 molar, ainda mais especificamente na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,25 molar, ainda mais especificamente na faixa de cerca de 0,125 a cerca de 0,25 molar, ainda mais especificamente na faixa de cerca de 0,15 a cerca de 0,225 molar e ainda mais especificamente na faixa de cerca de 0,2.

Em modalidades específicas, um metal, como cobre, é trocado por íons em metal alcalino ou NH4-Chabazita para formar Cu-Chabazita. Além disso, os íons de metal podem ser trocados em um zeólito usando um óxido de metal sólido como um precursor de metal e uma forma de próton ou NH4 de zeólito como um precursor de zeólito em uma corrente de gás ou um ambiente de pasta fluida. Nesse caso, temperaturas elevadas podem ser necessárias para facilitar o processo de troca. Para a troca de estado sólido, certos níveis de umidade na corrente de gás também podem ser benéficos.

[00108] Para promoção adicional de SCR de óxidos de nitrogênio, em algumas modalidades, o zeólito pode ser promovido com dois ou mais metais (por exemplo, cobre em combinação com um ou mais outros metais). Quando dois ou mais metais devem ser incluídos em um material zeolítico promovido por metal, múltiplos precursores de metal (por exemplo, cobre e precursores de ferro) podem ser trocados iônicos ao mesmo tempo ou separadamente. Em certas modalidades, o segundo metal pode ser trocado por um material zeólito que foi primeiro promovido com o primeiro metal (por exemplo, um segundo metal pode ser trocado por um material zeólito promovido por cobre).

II. ARTIGOS CATALÍTICOS

[00109] Em outro aspecto, é fornecido um artigo de SCR eficaz para catalisar a redução de NOx de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que o artigo de SCR compreende um substrato tem uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída que definem um comprimento total, e a composição de catalisador de SCR como aqui divulgada disposta no mesmo.

SUBSTRATOS

[00110] Em uma ou mais modalidades, as presentes composições de catalisador são dispostas sobre um substrato para formar um artigo catalítico. Os artigos catalíticos que compreendem os substratos são geralmente empregados como parte de um sistema de tratamento de gases de escape (por exemplo, artigos catalisadores incluindo, mas não se limitando a, artigos incluindo as composições de SCR divulgadas neste documento).

Substratos úteis são 3 dimensionais, tendo um comprimento, um diâmetro e um volume, semelhantes a um cilindro. A forma não precisa necessariamente estar em conformidade com um cilindro. O comprimento é um comprimento axial definido por uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída.

[00111] De acordo com uma ou mais modalidades, o substrato para a composição (ou composições) divulgada pode ser construído de qualquer material tipicamente usado para preparar catalisadores automotivos e tipicamente compreenderá uma estrutura de metal ou cerâmica alveolar. O substrato tipicamente fornece uma pluralidade de superfícies de parede nas quais uma composição de camada de recobrimento é aplicada e aderida, atuando, desse modo, como um substrato para a composição de catalisador.

[00112] Os substratos cerâmicos podem ser produzidos a partir de qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, cordierita-α-alumina, titanato de alumínio, titanato de silício, carboneto de silício, nitreto de silício, mulita de zircão, espodumeno, alumina-sílica- magnésia, silicato de zircão, silimanita, um magnésio silicato, zircão, petalita, α- alumina, um aluminossilicato e semelhantes.

[00113] Os substratos também podem ser metálicos, compreendendo um ou mais metais ou ligas metálicas. Um substrato metálico pode incluir qualquer substrato metálico, como aqueles com aberturas ou "punções" nas paredes do canal. Os substratos metálicos podem ser empregados em várias formas, tais como péletes, fibras metálicas comprimidas, folha ondulada ou espuma monolítica. Exemplos específicos de substratos metálicos incluem ligas de metal de base resistentes ao calor, especialmente aquelas em que o ferro é um componente principal ou substancial. Tais ligas podem conter um ou mais dentre níquel, cromo e alumínio, e o total desses metais pode compreender vantajosamente pelo menos cerca de 15% em peso (porcentagem em peso) da liga, por exemplo, cerca de 10 a cerca de 25% em peso cromo, cerca de 1 a cerca de 8% em peso de alumínio e de 0 a cerca de 20% em peso de níquel, em cada caso com base no peso do substrato. Exemplos de substratos metálicos incluem aqueles com canais retos; aqueles com lâminas salientes ao longo dos canais axiais para interromper o fluxo de gás e para abrir a comunicação do fluxo de gás entre os canais; e aqueles que têm lâminas e também orifícios para melhorar o transporte de gás entre os canais, permitindo o transporte radial de gás em todo o monolito.

[00114] Qualquer substrato adequado para os artigos catalíticos divulgados neste documento pode ser empregado, tal como um substrato monolítico do tipo com passagens de fluxo de gás paralelas e finas que se estendem através de uma face de entrada ou de saída do substrato de modo que as passagens estejam abertas para o fluxo de fluido através da mesma (“substrato de fluxo contínuo”). Outro substrato adequado é do tipo que tem uma pluralidade de passagens de fluxo de gás finas substancialmente paralelas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato onde, tipicamente, cada passagem é bloqueada em uma extremidade do corpo do substrato, com passagens alternativas bloqueadas em faces de extremidade opostas (“filtro de fluxo de parede”). Os substratos de fluxo contínuo e de fluxo de parede também são ensinados, por exemplo, na Publicação de Pedido Internacional nº WO2016/070090, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

[00115] Em algumas modalidades, o substrato de catalisador compreende um substrato alveolar na forma de um filtro de fluxo de parede ou um substrato de fluxo contínuo. Em algumas modalidades, o substrato é um filtro de fluxo de parede. Em algumas modalidades, o substrato é um substrato de fluxo contínuo. Substratos de fluxo contínuo e filtros de fluxo de parede serão mais discutidos aqui abaixo.

SUBSTRATOS DE FLUXO CONTÍNUO

[00116] Em algumas modalidades, o substrato é um substrato de fluxo contínuo (por exemplo, substrato monolítico, incluindo um substrato monolítico alveolar de fluxo contínuo). Os substratos de fluxo contínuo têm passagens finas de fluxo de gás paralelas que se estendem de uma extremidade de entrada a uma extremidade de saída do substrato, de modo que as passagens estejam abertas ao fluxo de fluido. As passagens, que são caminhos essencialmente retos de sua entrada de fluido para sua saída de fluido, são definidas por paredes nas quais um revestimento catalítico é disposto de modo que os gases que fluem através das passagens entrem em contato com o material catalítico. As passagens de fluxo do substrato de fluxo contínuo são canais de paredes finas, que podem ter qualquer formato e tamanho de seção transversal adequados, como trapezoidal, retangular, quadrado, sinusoidal, hexagonal, oval, circular, etc. O substrato de fluxo contínuo pode ser cerâmica ou metálica conforme descrito acima.

[00117] Substratos de fluxo contínuo podem, por exemplo, ter um volume de cerca de 819 cm3 a cerca de 19.664 cm3 (50 polegadas cúbicas a cerca de 1.200 polegadas cúbicas), uma densidade celular (aberturas de entrada) de cerca de 9,3 (60 células por polegada quadrara (cpsi)) a cerca de 77,51 cpscm (500 cpsi) ou até cerca de 136,53 cpscm (900 cpsi), por exemplo, de cerca de 31 a cerca de 62 cpscm (cerca de 200 a cerca de 400 cpsi) e uma espessura de parede de cerca de 50 a cerca de 200 mícrons ou cerca de 400 mícrons.

SUBSTRATO DE FILTRO DE FLUXO DE PAREDE

[00118] Em algumas modalidades, o substrato é um filtro de fluxo de parede, que geralmente tem uma pluralidade de passagens de fluxo de gás finas e substancialmente paralelas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato. Normalmente, cada passagem é bloqueada em uma extremidade do corpo do substrato, com passagens alternativas bloqueadas em faces de extremidade opostas. Tais substratos de filtro de fluxo de parede monolítico podem conter até cerca de 900 ou mais passagens de fluxo (ou "células") por centímetro quadrado (polegada quadrada) de corte transversal, embora muito menos possam ser usados. Por exemplo, o substrato pode ter de cerca de 1,08 a 93,02 (7 a 600), mais geralmente, de cerca de 15,50 a 62,01 cpscm (de cerca de 100 a 400 células por polegada quadrada ("cpsi”)). As células podem ter cortes transversais retangulares, quadradas, circulares, ovais, triangulares, hexagonais ou de outras formas poligonais. O substrato de filtro de fluxo de parede pode ser de cerâmica ou metálico, conforme descrito acima.

[00119] Com referência à Figura 1a, o substrato de filtro de fluxo de parede exemplar tem uma forma cilíndrica e uma superfície externa cilíndrica com um diâmetro D e um comprimento axial L. A Figura 1b é uma vista em perspectiva de um filtro de fluxo de parede exemplar. Uma vista em corte transversal de uma seção de substrato de filtro de fluxo de parede monolítico é ilustrada na Figura 1b, mostrando passagens alternadas obstruídas e abertas (células). As extremidades bloqueadas ou tampadas 100 alternam com as passagens abertas 101, com cada extremidade oposta aberta e bloqueada, respectivamente. O filtro tem uma extremidade de entrada 102 e uma extremidade de saída 103. As setas que cruzam as paredes celulares porosas 104 representam o fluxo de gás de escape entrando nas extremidades da célula aberta, difusão através das paredes celulares porosas 104 e saindo das extremidades abertas da célula de saída. As extremidades conectadas 100 impedem o fluxo de gás e estimulam a difusão através das paredes celulares.

Cada parede celular terá um lado de entrada 104a e um lado de saída 104b.

As passagens são delimitadas pelas paredes das células.

[00120] O substrato do artigo de filtro de fluxo de parede pode ter um volume de, por exemplo, cerca de 50 cm 3, cerca de 1.638,71 cm3 (100 pol3), cerca de 3.277,41 cm3 (200 pol3), cerca de 4.916,12 cm3 (300 pol3), cerca de 6.554,83 cm3 (400 pol3), cerca de 8.193,53 cm3 (500 pol3), cerca de 9.832,24 cm3 (600 pol3), cerca de 11.470,9 cm3 (700 pol3), cerca de 13.109,7 cm3 (800 pol3), cerca de 14.748,4 cm3 (900 pol3) ou cerca de 16.387,1 cm3 (1.000 pol3) a cerca de 24.580,6 cm3 (1.500 pol3), cerca de 32.774,13 cm3 (2.000 pol3), cerca de 40.967,66 cm3 (2.500 pol3), cerca de 49.161,19 cm3 (3.000 pol3), cerca de

57.354,72 cm3 (3.500 pol3), cerca de 65.548,26 cm3 (4.000 pol3), cerca de

73.741,79 cm3 (4.500 pol3) ou cerca de 81.935,32 cm3 (5.000 pol3). Os substratos de filtro de fluxo de parede têm tipicamente uma espessura de parede de cerca de 50 mícrons a cerca de 2.000 mícrons, por exemplo, de cerca de 50 mícrons a cerca de 450 mícrons ou de cerca de 150 mícrons a cerca de 400 mícrons.

[00121] As paredes do filtro de fluxo de parede são porosas e geralmente têm uma porosidade de parede de pelo menos cerca de 40% ou pelo menos cerca de 50% com um diâmetro de poro médio de pelo menos cerca de 10 mícrons antes da disposição do revestimento funcional. Por exemplo, o substrato do artigo de filtro de fluxo de parede em algumas modalidades terá uma porosidade de ≥ 40%, ≥ 50%, ≥ 60%, ≥ 65% ou ≥ 70%.

Por exemplo, o substrato do artigo de filtro de fluxo de parede terá uma porosidade de parede de cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 65% ou cerca de 70% a cerca de 75% e um diâmetro de poro médio de cerca de 10, ou cerca de 20, a cerca de 30, ou cerca de 40 mícrons antes da disposição de um revestimento catalítico. Os termos “porosidade da parede” e “porosidade do substrato” significam a mesma coisa e são intercambiáveis. Porosidade é a razão do volume vazio (ou volume dos poros) dividido pelo volume total de um material de substrato.O tamanho dos poros e a distribuição dos tamanhos dos poros são tipicamente determinados por medição de porosimetria de Hg.

PROCESSO DE REVESTIMENTO DE SUBSTRATO

[00122] Para produzir artigos catalíticos de SCR da presente divulgação, um substrato conforme descrito neste documento é revestido com uma composição de catalisador de SCR conforme divulgado neste documento.

Os revestimentos são "composições de revestimento catalítico" ou "revestimentos catalíticos". Uma "composição de catalisador" e uma "composição de revestimento catalítico" são sinônimos.

[00123] Geralmente, a composição do catalisador é preparada e revestida em um substrato. Este método pode compreender misturar a composição do catalisador (ou um ou mais componentes da composição do catalisador) como geralmente divulgado neste documento com um solvente (por exemplo, água) para formar uma pasta fluida para fins de revestimento de um substrato do catalisador. Além da composição do catalisador (isto é, o óxido de metal refratário poroso, PGM, óxido de metal de base, zeólito e metal), a pasta fluida pode conter opcionalmente vários componentes adicionais. Os componentes adicionais típicos incluem, mas não estão limitados a, aglutinantes como aqui descritos acima, aditivos para controlar, por exemplo, pH e viscosidade da pasta fluida. Os componentes adicionais podem incluir componentes de armazenamento de hidrocarbonetos (HC) (por exemplo, zeólitos), espessantes associativos e/ou tensoativos (incluindo tensoativos aniônicos, catiônicos, não iônicos ou anfotéricos). Uma faixa de pH típica para a pasta fluida é de cerca de 3 a cerca de 6. A adição de espécies ácidas ou básicas à pasta fluida pode ser realizada para ajustar o pH de acordo. Por exemplo, em algumas modalidades, o pH da pasta fluida é ajustado pela adição de ácido acético aquoso.

[00124] A pasta fluida pode ser moída até um tamanho de partícula reduzido e para melhorar a mistura das partículas e a formação de um material homogêneo. A moagem pode ser realizada em um moinho esférico, moinho contínuo ou outro equipamento semelhante, e o teor de sólidos da pasta fluida pode ser, por exemplo, cerca de 20 a 60% em peso, mais particularmente, cerca de 20 a 40% em peso. Em uma modalidade, a pasta fluida pós-moagem é caracterizada por um tamanho de partícula D 90 de cerca de 1 a cerca de 40 mícrons, preferencialmente, 2 a cerca de 20 mícrons, mais preferencialmente, cerca de 4 a cerca de 15 mícrons.

[00125] As presentes composições de catalisador podem ser tipicamente aplicadas na forma de uma ou mais camadas de recobrimentos contendo os componentes da composição de catalisador de SCR, conforme divulgado neste documento. Uma camada de recobrimento é formada pela preparação de uma pasta fluida contendo um teor de sólidos especificado (por exemplo, cerca de 10 a cerca de 60% em peso) de composição do catalisador (ou um ou mais componentes da composição do catalisador) em um veículo líquido, que é, então, aplicado a um substrato usando qualquer técnica de camada de recobrimento conhecida na técnica e seca e calcinada para fornecer uma camada de revestimento. Se vários revestimentos forem aplicados, o substrato é seco e/ou calcinado após cada camada de recobrimento ser aplicada e/ou após o número de camada de recobrimento múltiplas desejadas serem aplicadas. Em uma ou mais modalidades, o material (ou materiais) catalítico é aplicado ao substrato como uma camada de recobrimento.

[00126] Após calcinação, o carregamento de catalisador obtido pela técnica de camada de recobrimento acima descrita pode ser determinado através de cálculo da diferença de pesos revestidos e não revestidos do substrato. Como será evidente para os especialistas na técnica, o carregamento de catalisador pode ser modificado alterando a reologia da pasta fluida. Além disso, o processo de revestimento/secagem/calcinação para gerar um estrato de camada de recobrimento (camada de revestimento) pode ser repetido conforme necessário para construir o revestimento no nível de carregamento ou na espessura desejados, o que significa que mais de uma camada de recobrimento pode ser aplicada.

[00127] O presente revestimento catalítico pode compreender uma ou mais camadas de revestimento, em que pelo menos uma camada compreende a presente composição de catalisador ou um ou mais componentes da composição do catalisador. O revestimento catalítico pode compreender uma ou mais camadas de revestimento aderentes e finas dispostas sobre e em aderência a pelo menos uma porção de um substrato.

Todo o revestimento compreende as “camadas de revestimento” individuais.

[00128] Em algumas modalidades, os presentes artigos catalíticos podem incluir o uso de uma ou mais camadas de catalisador e combinações de uma ou mais camadas de catalisador. Os materiais catalíticos podem estar presentes no lado de entrada da parede do substrato sozinho, no lado de saída sozinho, ambos os lados de entrada e saída, ou a própria parede pode consistir todo, ou em parte, do material catalítico. O revestimento catalítico pode estar nas superfícies da parede do substrato e/ou nos poros das paredes do substrato, ou seja, "dentro" e/ou "nas" paredes do substrato. Assim, a frase “uma camada de recobrimento disposta no substrato” significa em qualquer superfície, por exemplo, em uma superfície de parede e/ou em uma superfície de poro.

[00129] A camada (ou camadas) de recobrimento pode ser aplicada de modo que diferentes camadas de revestimento possam estar em contato direto com o substrato. Alternativamente, um ou mais "sub- revestimentos" podem estar presentes, de modo que pelo menos uma porção de uma camada de revestimento catalítico ou camadas de revestimento não estejam em contato direto com o substrato (mas, em vez disso, estejam em contato com o sub-revestimento). Um ou mais "revestimentos" também podem estar presentes, de modo que pelo menos uma porção da camada ou camadas de revestimento não sejam diretamente expostas a uma corrente ou atmosfera gasosa (mas, em vez disso, estejam em contato com o revestimento).

[00130] Alternativamente, a presente composição de catalisador pode estar em uma camada de revestimento superior sobre uma camada de revestimento inferior. A composição do catalisador pode estar presente em uma camada superior e uma inferior. Qualquer uma das camadas pode se estender por todo o comprimento axial do substrato, por exemplo, uma camada inferior pode se estender por todo o comprimento axial do substrato e uma camada superior também pode estender todo o comprimento axial do substrato sobre a camada inferior. Cada uma das camadas superior e inferior pode se estender a partir da extremidade de entrada ou da extremidade de saída.

[00131] Por exemplo, ambas as camadas de revestimento inferior e superior podem se estender a partir da mesma extremidade do substrato, onde a camada superior se sobrepõe parcialmente ou completamente à camada inferior e onde a camada inferior se estende por um comprimento parcial ou total do substrato e onde a camada superior se estende parcial ou comprimento total do substrato. Alternativamente, uma camada superior pode se sobrepor a uma porção de uma camada inferior. Por exemplo, uma camada inferior pode se estender por todo o comprimento do substrato e a camada superior pode se estender por cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70%, cerca de 80 % ou cerca de 90% do comprimento do substrato, tanto da extremidade de entrada quanto da extremidade de saída.

[00132] Alternativamente, uma camada inferior pode se estender por cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 45%, cerca de 50%, cerca de 55%, cerca de 60%, cerca de 65%, cerca de 70%, cerca de 75%, cerca de 80%, cerca de 85% ou cerca de 95% do comprimento do substrato a partir da extremidade de entrada ou de extremidade de saída e uma camada superior pode se estender por cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 45%, cerca de 50%, cerca de 55%, cerca de 60%, cerca de 65%, cerca de 70%, cerca de 75%, cerca de 80%, cerca de 85% ou cerca de 95% do comprimento do substrato de qualquer extremidade de entrada da extremidade de saída, em que pelo menos uma porção da camada superior se sobrepõe à camada inferior. Esta zona de "sobreposição" pode, por exemplo, se estender de cerca de 5% a cerca de 80% do comprimento do substrato, por exemplo cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60% ou cerca de 70% do comprimento do substrato.

[00133] Em algumas modalidades, a composição de catalisador de SCR conforme divulgada neste documento, disposta no substrato conforme divulgada neste documento, compreende uma primeira camada de recobrimento que compreende uma mistura de (a) o suporte de óxido de metal refratário poroso tendo depositado sobre o mesmo o componente PGM e o óxido de metal de base; e (b) o zeólito promovido com o componente de metal, em que a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador; e uma segunda camada de recobrimento que compreende o zeólito promovido com o componente de metal, em que a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador.

[00134] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento. Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total; e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 20% a cerca de

40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída.

Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 20 a cerca de 40% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída.

Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato de catalisador a partir da extremidade de saída até um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador cobrindo 100% do comprimento total e a segunda camada de recobrimento está disposta na primeira camada de recobrimento cobrindo

100% do comprimento total.

Em algumas modalidades, a segunda camada de recobrimento está disposta diretamente no substrato do catalisador cobrindo

100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta na segunda camada de recobrimento cobrindo 100% do comprimento total.

[00135] O revestimento catalítico pode ser vantajosamente "zoneado", compreendendo camadas catalíticas zoneadas, isto é, onde o revestimento catalítico contém composições variáveis ao longo do comprimento axial do substrato. Isso também pode ser descrito como "zoneado lateralmente". Por exemplo, uma camada pode se estender da extremidade de entrada em direção à extremidade de saída se estendendo cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70%, cerca de 80% ou cerca de 90% do comprimento do substrato.

Outra camada pode se estender da extremidade de saída em direção à extremidade de entrada se estendendo cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70%, cerca de 80% ou cerca de 90% do comprimento do substrato. Diferentes camadas de revestimento podem ser adjacentes umas às outras e não se sobreporem.

Alternativamente, diferentes camadas podem se sobrepor a uma porção uma da outra, fornecendo uma terceira zona "intermediária". A zona intermediária pode, por exemplo, se estender de cerca de 5% a cerca de 80% do comprimento do substrato, por exemplo cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60% ou cerca de 70% do comprimento do substrato.

[00136] As zonas da presente divulgação são definidas pela relação das camadas de revestimento. No que diz respeito às diferentes camadas de revestimento, existem várias configurações de zoneamento possíveis. Por exemplo, pode haver uma zona a montante e uma zona a jusante, pode haver uma zona a montante, uma zona intermediária e uma zona a jusante, pode haver quatro zonas diferentes, etc. Onde duas camadas são adjacentes e não se sobrepõem, há as zonas montante e jusante. Onde duas camadas se sobrepõem em certo grau, existem zonas a montante, a jusante e intermediárias. Onde, por exemplo, uma camada de revestimento se estende por todo o comprimento do substrato e uma camada de revestimento diferente se estende da extremidade de saída em um certo comprimento e se sobrepõe a uma porção da primeira camada de revestimento, existem zonas a montante e a jusante.

[00137] Por exemplo, o artigo pode compreender uma zona a montante que compreende a primeira camada de camada de recobrimento que compreende uma mistura de (a) o suporte de óxido de metal refratário poroso tendo depositado nele o componente PGM e o óxido de metal de base; e (b) o zeólito promovido com o componente de metal; e uma zona a jusante que compreende a segunda camada de camada de recobrimento que compreende o zeólito promovido com o componente de metal.

[00138] Alternativamente, uma zona a montante pode compreender a segunda camada de recobrimento e uma zona a jusante pode compreender a primeira camada de recobrimento.

[00139] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador a partir da extremidade de saída até um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e em que a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato de catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total.

[00140] Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,1 a cerca de 10. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,2 a cerca de 5. Em algumas modalidades, a primeira camada de recobrimento tem uma razão em peso de óxido de metal refratário por zeólito de cerca de 0,25.

[00141] As Figuras 2a, 2b e 2c mostram algumas configurações de camada de revestimento possíveis com duas camadas de revestimento. São mostradas as paredes de substrato 200 nas quais as camadas de revestimento 201 (camada superior) e 202 (camada inferior) são dispostas. Esta é uma ilustração simplificada e, no caso de um substrato de fluxo de parede poroso, não são mostradas os poros e revestimentos em aderência às paredes dos poros e não são mostrados as extremidades conectadas. Na Figura 2a, a camada de revestimento inferior 202 se estende da saída cerca de 50% do comprimento do substrato e a camada de revestimento superior 201 se estende da entrada mais do que 50% do comprimento e se sobrepõe a uma porção da camada 202, proporcionando uma zona a montante 203, uma zona de sobreposição intermediária 205 e uma zona a jusante 204. Na Figura 2b, as camadas de revestimento 201 e 202 se estendem cada uma por todo o comprimento do substrato com a camada superior 201 sobreposta à camada inferior 202. O substrato da Figura 2b não contém uma configuração de revestimento zoneada. A Figura 2c é ilustrativa de uma configuração zoneada com uma camada de revestimento 202 que se estende da saída cerca de 50% do comprimento do substrato para formar uma zona a jusante 204 e uma camada de revestimento 201 que se estende desde a entrada cerca de 50% do comprimento do substrato, fornecendo uma zona a montante 203. As Figuras 2a, 2b e 2c podem ser úteis para ilustrar composições de revestimento em um substrato de parede ou o substrato de fluxo contínuo.

[00142] O artigo de SCR, conforme divulgado neste documento, é eficaz para catalisar a redução de NOx de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor. Os artigos atuais são eficazes para catalisar a redução de NOx em uma variedade de temperaturas e são particularmente eficazes em temperaturas mais baixas. Em algumas modalidades, a redução eficaz de NOx está a uma temperatura que está acima de cerca de 150 °C e abaixo de cerca de 700 °C. Em algumas modalidades, a redução eficaz de NOx está a uma temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 600 °C. Em algumas modalidades, a conversão de NO x é aumentada em pelo menos 10% a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência que tem apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposto no substrato. Em algumas modalidades, a conversão de NOx é aumentada em 40% ou mais a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência tendo apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposta no substrato. Em algumas modalidades, a conversão de NOx é aumentada em 10% a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência tendo apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposta no substrato. Em algumas modalidades, a conversão de NOx em nitrogênio (N2) e água é aumentada em 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% ou mais em 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência tendo apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposto no substrato.

III.SISTEMAS DE TRATAMENTO DE GÁS DE ESCAPE

[00143] Em um aspecto adicional, é fornecido um sistema de tratamento de gases de escape que compreende um motor de combustão pobre que produz uma corrente de gás de escape e o artigo de SCR conforme divulgado neste documento. O motor pode ser, por exemplo, um motor diesel que opera em condições de combustão com ar em excesso do necessário para a combustão estequiométrica, ou seja, condições pobres.Em outras modalidades, o motor pode ser um motor a gasolina de combustão pobre ou um motor associado a uma fonte estacionária (por exemplo, geradores de eletricidade ou estações de bombeamento). Sistemas de tratamento de gases de escape em geral contém mais de um artigo catalítico posicionado a jusante do motor em comunicação fluida com a corrente de gás de escape. Um sistema pode conter, por exemplo, um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), conforme divulgado neste documento, um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um ou mais artigos contendo um injetor de redutor, um filtro de fuligem, um catalisador de oxidação de amônia (AMOx) ou uma armadilha NOx pobre (LNT). Um artigo que contém um injetor de redutor é um artigo de redução. Um sistema de redução inclui um injetor de redutor e/ou uma bomba e/ou um reservatório, etc. O presente sistema de tratamento pode compreender ainda um filtro de fuligem e/ou um catalisador de oxidação de amônia. Um filtro de fuligem pode não ser catalisado ou pode ser catalisado (CSF). Por exemplo, o presente sistema de tratamento pode compreender, de montante a jusante - um artigo contendo um DOC, um CSF, um injetor de ureia, um artigo de SCR e um artigo contendo um AMOx. Uma armadilha NOx pobre (LNT) também pode ser incluída.

[00144] A colocação relativa dos vários componentes catalíticos presentes no sistema de tratamento de emissões pode variar. Nos presentes sistemas e métodos de tratamento de gás de escape, a corrente de gás de escape é recebida no(s) artigo(s) ou sistema de tratamento entrando na extremidade a montante e saindo na extremidade a jusante. A extremidade de entrada de um substrato ou artigo é sinônimo de extremidade “a montante” ou “frontal”. A extremidade de saída é sinônimo de extremidade “a jusante” ou extremidade “traseira”. O sistema de tratamento está, em geral, a jusante e em comunicação fluida com um motor de combustão interna.

[00145] Um sistema de tratamento de emissões exemplares é ilustrado na Figura 3, que é uma representação esquemática de um sistema de tratamento de emissões 20. Como mostrado, o sistema de tratamento de emissão pode incluir uma pluralidade de componentes de catalisador em série a jusante de um motor 22, tal como um motor a gasolina de combustão pobre.

Pelo menos um dos componentes do catalisador será o catalisador de SCR da invenção conforme estabelecido neste documento. A composição do catalisador da invenção pode ser combinada com vários materiais catalisadores adicionais e pode ser colocada em várias posições em comparação com os materiais catalisadores adicionais. Figura 3 ilustra cinco componentes de catalisador, 24, 26, 28, 30, 32 em série; no entanto, o número total de componentes do catalisador pode variar e cinco componentes são apenas um exemplo.

[00146] Sem limitação, a Tabela 1 apresenta várias configurações de sistema de tratamento de gases de escape de uma ou mais modalidades. Se nota que cada catalisador é conectado ao próximo catalisador por meio de condutos de escape de modo que o motor esteja a montante do catalisador A, que está a montante do catalisador B, que está a montante do catalisador C, que está a montante do catalisador D, que está a montante de catalisador E (quando presente). A referência aos Componentes A a E na tabela pode ser cruzada com as mesmas designações na Figura 3.

[00147] O catalisador LNT observado na Tabela 1 pode ser qualquer catalisador convencionalmente usado como uma armadilha de NOx e tipicamente compreende composições de adição de NOx que incluem óxidos de metal de base (BaO, MgO, CeO2 e semelhantes) e um metal do grupo da platina para oxidação e redução catalítica de NO (por exemplo, Pt e Rh).

[00148] O catalisador LT-NA observado na Tabela 1 pode ser qualquer catalisador que pode adsorver NOx (por exemplo, NO ou NO2) em baixas temperaturas (<250 °C) e liberá-lo para a corrente de gás em altas temperaturas (>250 °C). O NOx liberado é geralmente convertido em N2 e H2O sobre um SCR a jusante ou catalisador de SCRoF. Normalmente, um catalisador LT-NA compreende zeólitos promovidos por Pd ou óxidos de metal refratários promovidos por Pd.

[00149] A referência a SCR na tabela se refere a um catalisador de SCR, que pode incluir a composição de catalisador de SCR da invenção. A referência a SCRoF (ou SCR no filtro) se refere a um filtro de partículas ou fuligem (por exemplo, um filtro de fluxo de parede), que pode incluir a composição de catalisador de SCR da invenção. Onde ambos SCR e SCRoF estão presentes, um ou ambos podem incluir o catalisador de SCR da invenção, ou um dos catalisadores pode incluir um catalisador de SCR convencional (por exemplo, catalisador de SCR com nível de carga de metal convencional).

[00150] A referência a AMOx na tabela se refere a um catalisador de oxidação de amônia, que pode ser fornecido a jusante do catalisador de uma ou mais modalidades da invenção para remover qualquer amônia escorregada do sistema de tratamento de gás de escape. Em modalidades específicas, o catalisador AMOx pode compreender um componente PGM. Em uma ou mais modalidades, o catalisador AMOx pode compreender uma camada inferior com PGM e uma camada superior com funcionalidade SCR.

[00151] Conforme reconhecido por um versado na técnica, nas configurações listadas na Tabela 1, qualquer um ou mais dos componentes A, B, C, D ou E podem ser dispostos em um filtro de partículas, como um filtro de fluxo de parede, ou um substrato alveolar de fluxo contínuo. Em uma ou mais modalidades, um sistema de escape de motor compreende uma ou mais composições de catalisador montadas em uma posição perto do motor (em uma posição acoplada, CC), com composições de catalisador adicionais em uma posição debaixo do corpo do veículo (em uma posição sob o piso, UF).

Em uma ou mais modalidades, o sistema de tratamento de gases de escape pode compreender ainda um componente de injeção de ureia.

TABELA 1. POSSÍVEIS CONFIGURAÇÕES DO SISTEMA DE TRATAMENTO

DE GASES DE ESCAPE Componente A Componente B Componente C Componente D Componente E DOC SCR AMOx Opcional - - DOC SCRoF AMOx Opcional - - DOC SCRoF SCR AMOx Opcional - DOC SCR SCRoF AMOx Opcional - DOC CSF SCR AMOx Opcional - LNT CSF SCR AMOx Opcional - LNT SCRoF SCR AMOx Opcional - DOC/LT-NA SCRoF SCR AMOx Opcional - DOC/LT-NA e/ou SCRoF SCR AMOx Opcional -

LNT DOC/LT-NA e/ou CSF SCR AMOx Opcional -

LNT MÉTODO DE TRATAMENTO DA ESCAPE DO MOTOR

[00152] Outro aspecto da presente invenção é dirigido a um método de tratamento da corrente de gases de escape de um motor de combustão pobre, particularmente um motor a gasolina de combustão pobre ou motor a diesel. O método pode incluir colocar o artigo de catalisador de SCR de acordo com uma ou mais modalidades da invenção a jusante de um motor e fluir a corrente de gás de escape do motor sobre o catalisador. Em uma ou mais modalidades, o método compreende ainda colocar componentes de catalisador adicionais a jusante do motor, como observado acima. As presentes composições de catalisador, artigos, sistemas e métodos são adequados para o tratamento de fluxos de gases de escape de motores de combustão interna, por exemplo, gasolina, diesel leve e motores diesel pesados. As composições de catalisador também são adequadas para o tratamento de emissões de processos industriais estacionários, remoção de substâncias nocivas ou tóxicas do ar interno ou para catálise em processos de reação química.

[00153] Será prontamente aparente para aqueles versados nas técnicas relevantes que modificações e adaptações adequadas às composições, métodos e aplicações aqui descritas podem ser feitas sem se afastar do escopo de quaisquer modalidades ou aspectos dos mesmos. As composições e métodos fornecidos são exemplificativos e não se destinam a limitar o escopo das modalidades reivindicadas. Todas as várias modalidades, aspectos e opções divulgados neste documento podem ser combinados em todas as variações. O escopo das composições, formulações, métodos e processos descritos neste documento incluem todas as combinações reais ou potenciais de modalidades, aspectos, opções, exemplos e preferências neste documento. Todas as patentes e publicações citadas neste documento são incorporadas por referência neste documento para os seus ensinamentos específicos, conforme observado, a menos que outras declarações específicas de incorporação sejam especificamente fornecidas.

[00154] A invenção é agora descrita com referência aos seguintes exemplos. Antes de descrever várias modalidades exemplares da invenção, será entendido que a invenção não está limitada aos detalhes das etapas de construção ou processo estabelecidas na descrição a seguir. A invenção é suscetível a outras modalidades e de ser praticada ou realizada de diversas formas.

EXPERIMENTAL

[00155] Os aspectos da presente invenção são mais completamente ilustrados pelos exemplos a seguir, que são estabelecidos para ilustrar certos aspectos da presente invenção e não devem ser interpretados como limitativos dos mesmos.

EXEMPLO 1. PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÕES E ARTIGOS DE SCR (SCROF).

[00156] Exemplos de composições de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) de acordo com certas modalidades aqui divulgadas, dispostas em um substrato de filtro (artigos SCRoF), foram feitos por camada de recobrimento componentes catalíticos SCR em um substrato de filtro de SiC de alta porosidade. O substrato de SiC era um segmento quadrado (34 mm x 34 mm x 152 mm), tendo uma porosidade de 63%, um tamanho médio de poro de 23 ·m, uma densidade celular de 1.935,48 células/cm2 (300 células/pol2) e uma espessura de parede de 0,3 mm. O substrato tinha um desenho de célula assimétrica, com uma abertura maior para os canais de entrada e uma pequena abertura para os canais de saída. Portanto, esse tipo de projeto de célula permitiu ao filtro reter mais cinzas em comparação com um projeto simétrico sem aumentar excessivamente a contrapressão do filtro.

[00157] Dois tipos de pastas foram revestidas no substrato sequencialmente, uma contendo Pt e a outra contendo Cu-CHA. O ingrediente principal da pasta fluida contendo Pt era um pó de Pt-CuO, que foi feito impregnando sequencialmente um precursor de Pt-amina e solução de nitrato de cobre em um suporte à base de alumina (5% de alumina dopada com SiO 2).

Um tratamento de calcinação (500 °C/2 h) foi aplicado após cada impregnação.

Alguns dos pós de Pt-CuO foram posteriormente calcinados a 800 °C por 4 h. A descrição detalhada dos pós de Pt-CuO com suporte é fornecida na Tabela 2.

TABELA 2. DESCRIÇÃO DAS COMPOSIÇÕES E TRATAMENTOS TÉRMICOS DO PÓ DE PT-CUO Pó Carregamento Pt Carregamento de 1a calcinação 2ª calcinação ID (% em peso) CuO (% em peso) (temperatura/tempo) (temperatura/tempo) P1 2,9 0 500 °C/2 h Nenhum P2 2,9 0 500 °C/2 h 800 °C/4 h P3 2,9 5,0 500 °C/2 h Nenhum P4 2,9 5,0 500 °C/2 h 800 °C/4 h P5 2,9 2,5 500 °C/2 h Nenhum P6 2,9 2,5 500 °C/2 h 800 °C/4 h P7 2,9 10,0 500 °C/2 h Nenhum P8 2,9 10,0 500 °C/2 h 800 °C/4 h

[00158] A Tabela 3 fornece os projetos de revestimento de artigos SCRoF de acordo com certas modalidades da presente divulgação, onde a pasta fluida contendo Pt foi revestida como a primeira camada. A amostra de referência para este grupo de artigos foi uma formulação apenas Cu-CHA (S0), sem qualquer componente de Pt. Os artigos S1 a S10 continham várias formulações de pó contendo Pt como parte de uma pasta fluida de primeira camada. Os artigos S1 a S8 também continham algum Cu-CHA em sua pasta fluida de primeira camada, enquanto os artigos S9 e 10 continham um material de Al2O3 na primeira camada. A pasta fluida contendo Pt cobriu 33% do comprimento do filtro da face de saída. O segundo revestimento para S1 a S10 foi o mesmo (por exemplo, Cu-CHA revestido da extremidade de entrada cobrindo 100% do filtro). Uma etapa de calcinação (450 °C por 1 h) foi realizada após cada revestimento. O projeto de zoneamento da camada de recobrimento e a sequência de revestimento para os artigos S1 a S10 são ilustrados na Figura 4.

TABELA 3. PROJETOS DE ARTIGOS DE CATALISADOR COM PÓ DE PT- CUO NA PRIMEIRA CAMADA (S1 A S10)* ID do Pt-CuO em pó Cu-CHA (g/cm3 Al2O3 (g/cm3 Cobertura de Direção do artigo (g/cm3 (g/pol3)) (g/pol3)) (g/pol3)) camada de revestimento recobrimento (%) S0 Nenhum 16,38 (1,0) Nenhum 100 Entrada S1 1,63 (0,1) P1 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S2 1,63 (0,1) P2 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S3 1,63 (0,1) P3 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S4 1,63 (0,1) P4 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S5 1,63 (0,1) P5 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S6 1,63 (0,1) P6 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S7 1,63 (0,1) P7 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S8 1,63 (0,1) P8 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S9 1,63 (0,1) P1 Nenhum 6,55 (0,4) 33 Saída S10 1,63 (0,1) P2 Nenhum 6,55 (0,4) 33 Saída *A segunda camada para S1 a S10 foi de 16,38 g/cm3 (1 g/pol3) de Cu-CHA revestido da entrada cobrindo 100% do comprimento do filtro. O Al2O3 em S9 e S10 era 5% de alumina dopada com SiO2. A referência S0 foi feita com uma camada.

[00159] A Tabela 4 mostra os projetos de revestimento dos artigos SCRoF de acordo com certas modalidades, onde a pasta fluida contendo Pt foi revestida como a segunda camada (S11 a S20). Cu-CHA foi primeiro revestido no substrato do filtro da extremidade de entrada com 100% de cobertura. A segunda camada era a camada contendo Pt, uma combinação do pó de Pt-CuO (mostrado na Tabela 2) e Cu-CHA ou Al2O3. A segunda camada foi revestida a partir da extremidade de saída, cobrindo 33% do comprimento. Os artigos S11 a S20 são os designs de imagem espelhada dos artigos 1 a 10. O projeto de zoneamento de camada de recobrimento e a sequência de revestimento para os artigos S11 a S20 são ilustrados esquematicamente na Figura 5.

TABELA 4. PROJETOS DE CATALISADOR COM PÓ DE PT-CUO NA SEGUNDA CAMADA (S11 A S20)* ID do artigo Pt-CuO em pó Cu-CHA Al2O3 (g/cm3 Cobertura de Direção do (g/cm3 (g/pol3)) (g/cm3 (g/pol3)) camada de revestimento (g/pol3)) recobrimento (%) S0 Nenhum 16,38 (1,0) Nenhum 100 Entrada S11 1,63 (0,1) P1 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S12 1,63 (0,1) P2 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S13 1,63 (0,1) P3 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S14 1,63 (0,1) P4 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S15 1,63 (0,1) P5 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S16 1,63 (0,1) P6 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S17 1,63 (0,1) P7 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S18 1,63 (0,1) P8 6,55 (0,4) Nenhum 33 Saída S19 1,63 (0,1) P1 Nenhum 6,55 (0,4) 33 Saída S20 1,63 (0,1) P2 Nenhum 6,55 (0,4) 33 Saída *A primeira camada para S11 a S20 foi de 16,38 g/cm3 (1 g/pol3) de Cu-CHA revestido da entrada cobrindo 100% do comprimento do filtro. O Al2O3 em S19 e S20 era 5% de alumina dopada com SiO 2. A amostra de referência S0 foi feita com uma camada.

EXEMPLO 2. AVALIAÇÃO DO ARTIGO CATALISADOR

[00160] Os artigos de catalisador identificados acima foram testados em um reator de laboratório de estado estacionário capaz de fluir 200 l/min de gás. A alimentação da reação continha 500 ppm de NO, 550 ppm de NH3, (NH3/NOx = 1,1), 500 ppm de CO, 10% de O2, 5% de CO2, 5% de H2O, equilíbrio de N2 em GHSV = 60 000 h-1. Uma amostra de artigo de filtro catalisada foi primeiro equilibrada com o gás de alimentação principal sem NO e NH3 a 200 °C por 30 min. NO e NH3 foram então sequencialmente adicionados ao sistema a 200 °C com um tempo de equilíbrio de 15 e 25 min, respectivamente. Com a alimentação totalmente reativa, a temperatura de entrada do reator foi elevada de 200 a 500 °C a 2,5 °C/min. Todos os artigos de catalisador foram testados como recentes (conforme preparado) e após envelhecimento (800 °C por 16 h com 10% de H2O no ar). Os resultados são fornecidos nas Figuras 6 a 12 e são discutidos abaixo.

[00161] A Figura 6 ilustra um resultado de teste exemplar obtido para o artigo de catalisador S1, indicando graficamente a conversão de NOx e a formação de N2O em função da temperatura de reação. Para maior clareza, apenas as conversões de NOx a 200 e 500 °C, bem como a formação de pico de N2O, são comparadas para os artigos S0 a S20 nas Figuras 7 a 12.

[00162] As Figuras 7a e 7b comparam a conversão de NOx a 200 °C de artigos de catalisador recente (S1 a S10 e S11 a S20, respectivamente) com a referência comparativa apenas de zeólito (S0). Para as amostras com Pt na primeira camada (S1 a S10), todas as amostras apresentaram conversões de NOx maiores que a referência (de 8 a 19%), com exceção de S9 e S10. Para artigos com Pt na segunda camada (S11 a 20), duas amostras apresentaram maior conversão de NOx (S14 e S16), enquanto outras foram comparáveis ou até menores (S19 e S20) do que a referência (S0).

[00163] Conforme mostrado nas Figuras 8a e 8b, as conversões de NOx a 500 °C nestes artigos de catalisador recente (S1 para S10 e S11 para S20, respectivamente) foram comparáveis entre si e com a referência S0 (87 a 90%).

[00164] As Figuras 9a e 9b mostram a formação de pico de N2O nos artigos de catalisador recente (S1 a S10 e S11 a S20, respectivamente) na região de baixa temperatura (200 a 300 °C). Foi observada muito mais elevada formação de pico N2O para S20, S2, S19, S6 e S10 (95 a 52 ppm) relativamente ao S0 (8 ppm). Outros artigos demonstraram formação de N2O ligeiramente maior.

[00165] As Figuras 10a e 10b mostram a conversão de NOx a 200 °C para S1 a S10 e S11 a S20, respectivamente, após envelhecimento hidrotérmico a 800 °C por 16 h. Dois artigos (S7 e S9) demonstraram uma conversão de NOx muito maior (70% e 62%, respectivamente), do que a referência S0 (25%). Todos os outros artigos mostraram conversões de NOx ligeiramente maiores (29 a 36%).

[00166] As Figuras 11a e 11b mostram as conversões de NO x a 500 °C para os artigos de catalisador envelhecido S1 a S10 e S11 a S20, respectivamente. Os artigos S7 e S9 demonstraram maior conversão do que a referência S0 (90 e 89%, respectivamente, vs. 83% para a referência), enquanto S10, S15, S19 e S20 foram menos ativos (68, 76, 42 e 44% de conversão, respectivamente). Outros artigos exibiram conversão de NOx comparável à referência S0.

[00167] As Figuras 12a e 12b mostram o pico de formação de N2O nos artigos de catalisador envelhecido S1 a S10 e S11 a S20, respectivamente. Foi observada formação de N2O muito elevada para S10, S19 e S20 (69 a 116 ppm), N2O ligeiramente superior para S7 e S9 (21 e 36 ppm) e formação de N2O comparável a S0 em todos os outros artigos (5 a 7 ppm).

[00168] No geral, em vista de todos os dados de desempenho, o artigo S7 demonstrou o perfil mais favorável. Sem desejar ser limitado pela teoria, se acredita que normalmente, Pt é também um componente oxidante forte, que oxidaria NH3 a N2O e NOx sob condições de SCR, que resulta em redução da conversão de NOx e alta formação de N2O.

Sem desejar ser limitado pela teoria, se acredita que ao impregnar e fixar Cu e Pt no mesmo suporte, a função oxidante de Pt pode ser moderada enquanto fornece atividade de oxidação suficiente para a oxidação de NO in situ.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE REDUÇÃO CATALÍTICA SELETIVA (SCR) eficaz para catalisar a redução de óxidos de nitrogênio (NOx) de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que a composição de catalisador é caracterizada por compreender: um primeiro componente que compreende um suporte de óxido de metal refratário poroso que tem depositado no mesmo um metal do grupo da platina (PGM) e um óxido de metal de base; e um segundo componente que compreende um zeólito promovido com um metal, em que a razão em peso entre o primeiro componente e o segundo componente está em uma faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,5.

2. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo óxido de metal refratário poroso compreender sílica, alumina, céria, zircônia, compósito céria-zircônia, titânia ou combinações dos mesmos.

3. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo PGM ser selecionado a partir de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos.

4. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo óxido de metal de base ser um óxido de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Mo, Ag, Sn ou uma combinação dos mesmos.

5. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo óxido de metal de base ser CuO.

6. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo zeólito ter um tipo de estrutura selecionado a partir do grupo que consiste em AEI, AFT, AFV, AFX, AVL, CHA, DDR, EAB, EEI, ERI, IFY, IRN, KFI, LEV, LTA, LTN, MER, MWF, NPT, PAU, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SFW, TSC, UFI e combinações dos mesmos.

7. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo zeólito ter um tipo de estrutura selecionado a partir do grupo que consiste em CHA e AEI.

8. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo metal ser um ou mais dentre Cu, Co, Ni, La, Mn, Fe, V, Ag, Ce, Nd, Mo, Hf, Y ou W.

9. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo metal ser um ou mais dentre Cu, Fe ou Ce.

10. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo óxido de metal de base estar presente em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

11. COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE SCR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo PGM estar presente em uma quantidade de cerca de 0,01 a cerca de 20% em peso do suporte de óxido de metal refratário poroso.

12. ARTIGO DE REDUÇÃO CATALÍTICA SELETIVA (SCR) eficaz para catalisar a redução de NOx de um gás de escape de motor de combustão pobre na presença de um redutor, em que o artigo de SCR é caracterizado por compreender um substrato que tem uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída que definem um comprimento total, e a composição de catalisador de SCR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, disposta no mesmo.

13. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela composição de catalisador de SCR compreender:

uma primeira camada de recobrimento que compreende uma mistura de (a) o primeiro componente; e (b) o segundo componente, em que a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador; e uma segunda camada de recobrimento que compreende o segundo componente, em que a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção do comprimento do substrato do catalisador.

14. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador e a segunda camada de recobrimento estar disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

15. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela segunda camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador e a primeira camada de recobrimento estar disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

16. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

17. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela segunda camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total; e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

18. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de 20% a cerca de 40% do comprimento total, e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída.

19. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato de catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total, e a segunda camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da primeira camada de recobrimento.

20. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato de catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 20 a cerca de 40% do comprimento total, e a segunda camada de recobrimento se estende da extremidade de entrada até a extremidade de saída.

21. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela segunda camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta em pelo menos uma porção da segunda camada de recobrimento.

22. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato do catalisador que cobre 100% do comprimento total, e a segunda camada de recobrimento está disposta na primeira camada de recobrimento que cobre 100% do comprimento total.

23. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela segunda camada de recobrimento estar disposta diretamente no substrato de catalisador que cobre 100% do comprimento total e a primeira camada de recobrimento está disposta na segunda camada de recobrimento que cobre 100% do comprimento total.

24. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ter uma configuração zoneada, em que a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador a partir da extremidade de entrada até um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e em que a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato de catalisador da extremidade de saída a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total.

25. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ter uma configuração zoneada, em que a primeira camada de recobrimento está disposta no substrato do catalisador desde a extremidade de saída até um comprimento de cerca de 10% a cerca de 50% do comprimento total; e em que a segunda camada de recobrimento está disposta no substrato de catalisador da extremidade de entrada a um comprimento de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento total.

26. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento ter uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,1 a cerca de 10.

27. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela primeira camada de recobrimento ter uma razão em peso entre óxido de metal refratário e zeólito de cerca de 0,2 a cerca de 5.

28. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo PGM ser Pt, o óxido de metal de base ser óxido de cobre, o zeólito ter a estrutura de chabazita e ser promovido com cobre, em que o óxido de metal refratário poroso é alumina que contém 5% de sílica, a Pt está presente em uma quantidade de cerca de 2,9% em peso do óxido de metal refratário poroso, e o óxido de cobre está presente em uma quantidade de cerca de 10% em peso do óxido de metal refratário poroso.

29. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo substrato ser um substrato alveolar.

30. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo substrato alveolar ser metal, cerâmica, carboneto de silício, cordierita ou titanato de alumínio.

31. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo substrato alveolar ser um substrato de fluxo contínuo ou um filtro de fluxo de parede.

32. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela redução eficaz de NOx estar a uma temperatura que está acima de cerca de 150 °C e abaixo de cerca de 700 °C.

33. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pela redução eficaz de NOx estar a uma temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 600 °C.

34. ARTIGO DE SCR, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela conversão de NOx ser aumentada em pelo menos 10% a 200 °C em relação a um artigo catalítico de referência que tem apenas uma camada de recobrimento de cobre-chabazita disposta no substrato.

35. SISTEMA DE TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE caracterizado por compreender um motor de combustão pobre que produz uma corrente de gás de escape e o artigo de SCR, de acordo com a reivindicação

12.

36. SISTEMA DE TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado por compreender ainda um ou mais dentre um catalisador de oxidação de diesel (DOC), um filtro de fuligem, um componente de injeção de ureia, um catalisador de oxidação de amônia (AMOX), um catalisador absorvedor de NOx de baixa temperatura (LT-NA) e uma armadilha de NOx pobre (LNT).