BR112021011904A2 - Artigo catalítico, processos para a preparação de um artigo catalítico, sistema de exaustão para motores de combustão interna, método para reduzir níveis de hidrocarbonetos e uso do artigo catalítico - Google Patents

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Abstract

artigo catalítico, processos para a preparação de um artigo catalítico, sistema de exaustão para motores de combustão interna, método para reduzir níveis de hidrocarbonetos e uso do artigo catalítico. a presente invenção fornece um artigo catalítico compreendendo a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga.

Description

“ARTIGO CATALÍTICO, PROCESSOS PARA A PREPARAÇÃO DE UM ARTIGO CATALÍTICO, SISTEMA DE EXAUSTÃO PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA, MÉTODO PARA REDUZIR NÍVEIS DE HIDROCARBONETOS E USO DO ARTIGO CATALÍTICO” CAMPO DA DIVULGAÇÃO
[001] A invenção presentemente reivindicada se refere a um artigo catalítico útil para o tratamento dos gases de exaustão para reduzir poluentes contidos no mesmo. Particularmente, a invenção presentemente reivindicada se refere ao artigo catalítico compreendendo um metal do grupo da platina e um metal do grupo não platina para reduzir emissão de monóxido de carbono, emissão de óxido de nitrogênio e emissão de hidrocarboneto.
ANTECEDENTES
[002] Os catalisadores, tal como catalisadores de conversão de três vias (TWC), são bem conhecidos na indústria automobilística por reduzir os poluentes, tal como hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx) dos gases de exaustão de motor. Esses catalisadores de TWC contêm tipicamente metal do grupo da platina (PGM), tal como platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos, que funcionam para estimular a reação de oxidação de HC e CO e a redução de NOx.
[003] Em anos recentes, regulamentações governamentais de vários países, tal como EUA, impuseram restrições estritas sobre a emissão de monóxido de carbono, isto é, os valores aceitáveis para emissão de CO do tubo de escape estão diminuindo constantemente. Assim, uma tecnologia de catalisador aprimorada é necessária para atender aos padrões rígidos. Algumas das técnicas anteriores divulgaram uso de um catalisador de três vias compreendendo níquel ou uma combinação de níquel e cobre para reduzir poluentes. Esses catalisadores compreendem alumina impregnada com níquel ou cobre. No entanto, esses catalisadores não são comercialmente bem-
sucedidos, pois tanto níquel quanto cobre podem reagir com alumina para formar aluminato de níquel e aluminato de cobre. A formação do respectivo aluminato ocorre tipicamente durante as severas condições de envelhecimento que podem causar desativação do catalisador.
[004] Além disso, também se descobriu que esses catalisadores não têm eficiência desejada para oxidar HC e CO e reduzir NOx, pois a presença de metal de base pode causar envenenamento de PGM e têm baixa estabilidade térmica. Por conseguinte, é desejável desenvolver um catalisador contendo níquel, cobre e metal do grupo da platina usando transportador(es) e arranjo específico(s) que podem fornecer redução significativa de monóxido de carbono, embora simultaneamente reduzindo os níveis de emissões de HC e NO x, a fim de atender aos regulamentos crescentemente rigorosos.
SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO
[005] A invenção reivindicada aqui em um aspecto fornece um artigo catalítico compreendendo a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga de
1mm a 10 mm.
[006] Em outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada também fornece um processo para a preparação de um artigo catalítico. Em uma modalidade, o processo compreende preparar uma primeira pasta de camada; depositar a primeira pasta de camada em um substrato para obter uma primeira camada; preparar uma pasta de camada de barreira e depositar a pasta de camada de barreira como uma camada intermediária na primeira camada; preparar uma segunda pasta de camada; e depositar a segunda pasta de camada na camada intermediária para obter uma segunda camada seguida de calcinação a uma temperatura variando de 400 a 700ºC, em que a etapa de preparar a primeira pasta de camada ou segunda pasta de camada compreende uma técnica selecionada de impregnação de umidade incipiente, coimpregnação de umidade incipiente e pós-adição.
[007] Em ainda outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece um sistema de exaustão para motores de combustão interna, o referido sistema compreendendo i) um artigo catalítico da presente invenção; e ii) opcionalmente, um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina compreendendo 1 a 300g/ft 3 de um metal do grupo da platina selecionado de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos.
[008] Em ainda outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece um método para tratar uma corrente de exaustão gasosa compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, o método compreendendo contatar a corrente de exaustão com um artigo catalítico ou um sistema de exaustão da presente invenção.
[009] Em um aspecto adicional, a invenção presentemente reivindicada fornece um método para reduzir níveis de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio em uma corrente de exaustão gasosa, o método compreendendo contatar a corrente de exaustão gasosa com um artigo catalítico ou um sistema de exaustão para reduzir os níveis de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio nos gases de exaustão.
[010] Em outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece uso do artigo catalítico da presente invenção para purificar uma corrente de exaustão gasosa compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[011] A fim de proporcionar uma compreensão de 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 limitando a invenção.
As características acima e outras da invenção presentemente reivindicada, sua natureza e várias vantagens se tornarão mais evidentes mediante consideração da seguinte descrição detalhada, tomada em conjunto com os desenhos anexos.
[012] FIG. 1 é uma representação esquemática de projetos de artigo catalítico em configurações exemplares de acordo com algumas modalidades da invenção presentemente reivindicada.
[013] FIG. 2 é uma representação esquemática de sistemas de exaustão de acordo com algumas modalidades da invenção presentemente reivindicada.
[014] FIGS. 3A e 3B são gráficos de linha mostrando resultados de testes comparativos para emissão de CO cumulativa, emissão de HC, emissão de NO e NH3 de vários materiais de catalisadores.
[015] FIGS. 4A e 4B são gráficos de linha mostrando resultados de testes comparativos para emissão cumulativa de CO, emissão de HC, emissão de NO e NH3 de vários materiais catalisadores.
[016] FIGS. 5A e 5B são gráficos de linha mostrando resultados de testes comparativos para emissão cumulativa de CO, emissão de HC, emissão de NO e NH3 de vários materiais de catalisadores.
[017] FIG. 6A é uma vista em perspectiva de um transportador de substrato tipo colmeia que pode compreender a composição de catalisador de acordo com uma modalidade da invenção presentemente reivindicada.
[018] FIG. 6B é uma vista em seção transversal parcial ampliada em relação à FIG. 6A e tomada ao longo de um plano paralelo às faces de extremidade do portador de substrato da FIG. 6A que mostra uma vista ampliada de uma pluralidade das passagens de fluxo de gás mostradas na FIG. 6A.
[019] FIG. 7 é uma vista cortada de uma seção ampliada em relação à FIG. 6A em que o substrato tipo colmeia na FIG. 6A representa um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede
DESCRIÇÃO DETALHADA DA DIVULGAÇÃO
[020] A invenção presentemente reivindicada será agora descrita mais detalhadamente a seguir. A invenção presentemente reivindicada pode ser configurada de muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às modalidades aqui estabelecidas; em vez disso, essas modalidades são fornecidas de modo que esta invenção presentemente reivindicada seja minuciosa e completa e transmita totalmente o escopo da invenção aos especialistas na técnica. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática dos materiais e métodos divulgados.
[021] O uso dos termos "um", "uma", "o/a", e referentes semelhantes no contexto de descrever os materiais e métodos discutidos neste documento (especialmente no contexto das reivindicações a seguir) será interpretado como cobrindo tanto o singular quanto o plural, a menos que indicado de outra forma no presente documento ou claramente contradito pelo contexto.
[022] Todos os métodos descritos neste documento podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que indicado de outra forma neste documento ou que seja contradito, claramente, de outra forma pelo contexto. O uso de todos e quaisquer exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, “tal como”) fornecido neste documento, se destina meramente a ilustrar melhor os materiais e métodos e não impõe uma limitação no escopo, a menos que reivindicado de outra forma.
[023] Como usado aqui, o termo “catalisador” ou “composição de catalisador” se refere a um material que promove uma reação.
[024] O termo "artigo catalítico" ou "artigo de catalisador" se refere a um componente no qual um substrato é revestido com uma composição de catalisador que é usada para promover uma reação desejada. Em uma modalidade, o artigo catalítico é um artigo catalítico em camadas. O termo artigo catalítico em camadas se refere a um artigo catalítico no qual um substrato é revestido com uma composição de PGM e/ou não PGM em uma forma em camadas. Essas composições podem ser referidas como revestimentos de lavagem.
[025] O termo "NOx" se refere a compostos de óxido de nitrogênio, como NO e/ou NO2.
[026] Como aqui usado, "metais não PGM" se refere a metais ativos ou óxidos de metal que incluem, mas não estão limitados a, Ni, Cu, Fe, Mn, Zn e qualquer mistura dos mesmos.
[027] O componente de metal do grupo da platina (PGM) se refere a qualquer componente que inclui um PGM (Rh, Pd e Pt). Por exemplo, o PGM pode estar em uma forma metálica, com valência zero, ou o PGM pode estar em uma forma de óxido. Referência a “componente PGM” permite a presença do
PGM em qualquer estado de valência. Os termos "componente de platina (Pt)", "componente de ródio (Rh)", "componente de paládio (Pd)" e semelhantes se referem ao respectivo composto de metal do grupo da platina, complexo ou semelhante que, mediante calcinação ou uso do catalisador decompõe ou de outra forma converte em uma forma cataliticamente ativa, geralmente o metal ou o óxido de metal. Os metais do grupo da platina são suportados ou impregnados em um material de suporte, tal como um componente de alumina, um componente de armazenamento de oxigênio e um componente de zircônia.
Como usado aqui, “impregnado” ou “impregnação” se refere à permeação do material catalítico na estrutura porosa do material de suporte.
[028] Um “suporte" em um material catalítico ou uma composição de catalisador ou camada de revestimento de lavagem de catalisador 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 como descrito aqui abaixo.
[029] “Suportes de óxido de metal refratário” são óxidos de metal incluindo, por exemplo, alumina a granel, céria, zircônia, titânia, sílica, magnésia, neodímia e outros materiais conhecidos para tal uso, bem como misturas físicas ou combinações químicas dos mesmos, incluindo combinações atomicamente dopadas e incluindo alta área de superfície ou compostos ativados, tal como alumina ativada.
[030] Combinações exemplares de óxidos de metal incluem 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 boemita de poro grande, gama-alumina e delta/teta alumina. Aluminas comerciais úteis usadas como materiais de partida em processos exemplares incluem aluminas ativadas, tal como gama-alumina de alta densidade bruta, gama-alumina de poro grande de baixa ou média densidade bruta e boemita de poro grande de baixa densidade bruta e gama-alumina. Tais materiais são considerados geralmente como proporcionando durabilidade ao catalisador resultante.
[031] “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 (“m2/g”), frequentemente até 300 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. “Área de superfície BET” tem seu significado usual, se referindo ao método Brunauer-Emmett-Teller para determinar área de superfície por medições de absorção de N2. A menos que especificamente declarado de outra forma, todas as referências aqui à "área de superfície específica" ou "área de superfície" se referem à área de superfície BET.
[032] Conforme usado neste documento, o termo "componente de armazenamento de oxigênio" (OSC) se refere a uma entidade que tem um estado de multivalência e pode reagir ativamente com redutores, tal como monóxido de carbono (CO) e/ou hidrogênio sob condições de redução e, em seguida, reagir com oxidantes, tal como óxidos de oxigênio ou nitrogênio, sob condições oxidativas. Exemplos de componentes de armazenamento de oxigênio incluem compósitos de céria opcionalmente dopados com óxidos de metal de transição precoce, particularmente zircônia, lantana, praseodímia, neodímia, nióbia, europia, samária, itérvia, ítria e suas misturas.
[033] Os termos “corrente de exaustão", “corrente de exaustão de motor", “corrente de gás de exaustão" e semelhantes se referem a qualquer combinação de gás efluente de motor em fluxo que também pode conter matéria particulada sólida ou líquida. A corrente compreende componentes gasosos e é, por exemplo, exaustão de um motor de queima pobre, que pode conter certos componentes não gasosos, tal como gotículas de líquido, particulados sólidos e semelhantes. A corrente de exaustão de um motor de queima pobre tipicamente compreende ainda produtos de combustão, produtos de combustão incompleta, óxidos de nitrogênio, combustível e/ou matéria particulada carbonácea (fuligem) e oxigênio e/ou nitrogênio não reagidos. Tais termos também se referem ao efluente a jusante de um ou mais outros componentes de sistema de catalisador, conforme descrito neste documento.
[034] A presente invenção está focada em fornecer um artigo catalítico e um sistema de exaustão que pode reduzir significativamente monóxido de carbono ao mesmo tempo que reduz os níveis de emissões de HC e NOx do gás de exaustão, a fim de atender às regulamentações cada vez mais rigorosas. A presente invenção é baseada em combinação de metais preciosos altamente eficientes, tal como PGM, e de baixo custo, de metais não PGM, tal como níquel e cobre, de uma maneira específica utilizando transportadores específicos.
[035] Acredita-se que a combinação de cobre e níquel fornece conversão aprimorada de CO e HC e oferece mais capacidade de armazenamento de oxigênio em comparação com catalisadores de conversão de três vias à base de PGM somente. Além disso, a combinação de Cu-Ni pós- esgotamento da capacidade de armazenamento de oxigênio pode ainda fornecer redução de monóxido de carbono e/ou hidrocarbonetos via desvio de gás de água catalítica (WGS) e reações de reforma de vapor. Isto é, o catalisador de níquel-cobre pode catalisar a reação de água com monóxido de carbono ou a reação de água com hidrocarbonetos para formar dióxido de carbono e hidrogênio na exaustão do motor durante condições ricas prolongadas. A combinação é considerada até mesmo eficaz em baixa temperatura para acelerar a reação, assim, fornece eficácia intensificada para reduzir monóxido de carbono, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio.
[036] Consequentemente, a invenção presentemente reivindicada fornece um artigo catalítico compreendendo a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga de 1 mm a 10 mm. A primeira camada ou a segunda camada é depositada como uma camada superior ou camada inferior em um substrato. Em uma das modalidades ilustrativas da presente invenção, a primeira camada é depositada como uma camada inferior em um substrato e a segunda camada é depositada como uma camada superior na camada inferior.
A camada de barreira compreende alumina, céria, zircônia, compósito céria- zircônia, titânia e combinações dos mesmos, em que a camada de barreira é substancialmente livre de metais do grupo da platina e metais não PGM. O termo “substancialmente livre” significa que a quantidade de cada um dos metais do grupo da platina e metais não PGM presentes na camada é inferior a 0,001% p/p. De acordo com a invenção presente, a primeira camada é substancialmente livre de metal(is) do grupo da platina e a segunda camada é substancialmente livre de níquel, cobre e outro(s) metal(is) de base. O termo "substancialmente livre" significa que a quantidade do metal do grupo da platina presente na primeira camada é inferior a 0,001% p/p e a quantidade de níquel, cobre e outro(s) metal(is) de base presente(s) na segunda camada é inferior a 0,001% p/p.
[037] Em uma modalidade, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina, depositada como uma camada intermediária na primeira camada; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermediária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
[038] Em uma modalidade, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina, depositada como uma camada intermediária na primeira camada, em que a quantidade de carregamento de alumina está na faixa de 0,25 g/in 3 a 3,0 g/in3; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermediária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
[039] Em uma modalidade, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina, depositada como uma camada intermediária na primeira camada, em que a quantidade de carregamento de alumina está na faixa de 0,5 g/in 3 a 2,0 g/in3; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermediária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
[040] Em outra modalidade, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina e um dopante para o transportador selecionado de bário, estrôncio, cálcio.
magnésio e lantânio depositada como uma camada intermediária na primeira camada, em que a quantidade de carregamento de alumina está na faixa de 0,25 g/in3 a 3,0 g/in3; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermediária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
[041] A quantidade do componente de níquel usado na primeira camada é de 01. a 30% em peso ou 5,0 a 15% em peso ou 8,0 a 10% em peso, calculada como óxido de níquel com base no peso total da primeira camada.
Tipicamente, o componente de níquel compreende um composto de níquel solúvel em água ou insolúvel em água selecionado de nitrato de níquel, acetato de níquel, carbonato de níquel, sulfato de níquel, óxido de níquel ou qualquer combinação dos mesmos. A quantidade do componente de cobre usado na primeira camada é de 0,01 a 5,0 ou 0,1 a 1 ou 0,25 a 1% em peso com base no peso total da primeira camada. Tipicamente, o componente de cobre compreende um composto de cobre solúvel em água ou insolúvel em água selecionado de metal de cobre, óxido de cobre, hidróxido de cobre, acetato de cobre, nitrato de cobre, sulfato de cobre, carbonato de cobre, acetilacetonato de cobre ou qualquer combinação dos mesmos.
[042] Em uma modalidade, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 8 a 10% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,1 a 0,5% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina, depositada como uma camada intermediária na primeira camada; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermediária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada. Em uma modalidade exemplar, um artigo catalítico compreendendo: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em cada um de um componente de armazenamento de oxigênio e um componente de alumina, em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de armazenamento de oxigênio está na faixa de 25 a 75% em peso com respeito à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, ao passo que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de alumina está na faixa de 25 a 75% em peso com respeito à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga.
[043] Em outra concepção do artigo catalítico, a primeira camada e a segunda camada são depositadas como duas zonas em um substrato separado com uma folga predeterminada. O termo “folga predeterminada" se refere a um espaço ou uma distância ou quebra entre as duas camadas ou duas zonas (zona frontal (primeira zona) e zona traseira (segunda zona)) de modo que as duas camadas ou duas zonas não estejam em contato direto umas com as outras. A folga predeterminada pode ser de 1 mm a 10 mm. Em uma modalidade exemplar, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria depositado em um substrato como uma zona traseira (segunda zona), em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; e b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado no substrato como uma zona frontal (primeira zona), em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio,
paládio ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma folga de 1 mm a 10 mm.
Em outra modalidade exemplar, o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria depositado em um substrato como uma zona traseira, em que a quantidade do componente de níquel é de 8 a 10% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,1 a 0,5% em peso calculada como óxido de cobre com base no peso total da primeira camada;
e b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia depositado no substrato como uma zona frontal, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio, ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma folga de 1 mm a 10 mm.
[044] Em uma modalidade exemplar, um artigo catalítico compreendendo: a) uma primeira camada que compreende uma zona frontal ou uma zona traseira, em que a zona frontal ou zona traseira cobre 30 a 90% do comprimento do substrato e compreende um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em cada um de um componente de armazenamento de oxigênio e um componente de alumina, em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de armazenamento de oxigênio está na faixa de 25 a 75% em peso com respeito à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, ao passo que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de alumina está na faixa de 25 a 75% em peso com respeito à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga.
[045] Em outra modalidade exemplar, um artigo catalítico compreendendo: a) uma primeira camada compreende um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada uma zona frontal ou uma zona traseira, em que a zona frontal ou traseira cobre 30 a 90% do comprimento do substrato e compreende um componente de metal do grupo da platina suportado em cada um de um componente de armazenamento de oxigênio e um componente de alumina, em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de armazenamento de oxigênio está na faixa de 25 a 75% em peso em relação à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, ao passo que a quantidade do componente de metal do grupo da platina suportado no componente de alumina está na faixa de 25 a 75% em peso em relação à quantidade total do componente de metal do grupo da platina presente na segunda camada, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga.
[046] O componente de céria utilizado para suportar o componente de níquel e o componente de cobre na primeira camada compreende céria tendo uma área de superfície específica na faixa de 15 m2/g a 60 m2/g, após calcinação a 950°C por 12 horas em ar e a quantidade do componente de céria é de 20 a 80% em peso com base no peso total da primeira camada. O componente de céria da primeira camada pode compreender ainda um dopante selecionado de zircônia, ítria, praseodímia, lantana, neodímia, samária, gadolínia, alumina,
titânia, bária, estrôncia e combinações dos mesmos e a quantidade do dopante é de 1 a 20% em peso com base no peso total do componente de céria. Um componente de armazenamento de oxigênio exemplar que é utilizado para suportar o componente de metal do grupo da platina na segunda camada inclui céria-zircônia, céria-zircônia-lantana, céria-zircônia-ítria, céria-zircônia-lantana- ítria, céria-zircônia-neodímia, céria-zircônia-praseodímia, céria-zircônia-lantana- neodímia, céria-zircônia-lantana-praseodímia, céria-zircônia-lantana-neodímia- praseodímia, ou qualquer combinação dos mesmos. A quantidade do componente de armazenamento de oxigênio utilizada é de 20 a 80% em peso com base no peso total da segunda camada. Em uma modalidade, o componente de armazenamento de oxigênio compreende céria-zircônia. O teor de céria do componente de armazenamento de oxigênio na segunda camada está na faixa de 5 a 50% em peso com base no peso total do componente de armazenamento de oxigênio. O componente de alumina utilizado para suportar o componente de metal do grupo da platina na segunda camada compreende alumina, lantana-alumina, céria-alumina, céria-zircônia-alumina, zircônia- alumina, lantana-zircônia-alumina, bária-alumina, bária-lantana alumina, bária- lantana-neodímia-alumina ou qualquer combinação das mesmas. A quantidade do componente de alumina está na faixa de 10 a 80% em peso, com base no peso total da segunda camada.
[047] Conforme usado neste documento, o termo "substrato" se refere ao material monolítico sobre o qual a composição de catalisador é colocada, tipicamente na forma de uma camada de revestimento de lavagem contendo uma pluralidade de partículas contendo uma composição catalítica na mesma. Referência a "substrato monolítico" ou "substrato em colmeia" significa uma estrutura unitária que é homogênea e contínua da entrada à saída. Como usado aqui, o termo “revestimento de lavagem” tem seu significado usual na técnica de um revestimento fino aderente de um material catalítico ou outro material aplicado a um material de substrato, tal como um elemento transportador tipo colmeia, que é suficientemente poroso para permitir a passagem da corrente de gás sendo tratada. Um revestimento de lavagem é formado preparando uma pasta contendo um certo teor de sólidos (por exemplo, 15 a 60% em peso) de partículas em um veículo líquido que é, então, revestida sobre um substrato e seca para fornecer uma camada de revestimento de lavagem. Como aqui utilizado e descrito em Heck, Ronald e Farrauto, Robert, Catalytic Air Pollution Control, New York: Wiley-Interscience, 2002, pp. 18-19, uma camada de revestimento de lavagem inclui uma camada composicionalmente distinta de material disposta na superfície de um substrato monolítico ou uma camada de revestimento de lavagem subjacente. Em uma modalidade, um substrato contém uma ou mais camadas de revestimento de lavagem e cada camada de revestimento de lavagem é diferente de alguma forma (por exemplo, pode diferir em propriedades físicas das mesmas, tal como, por exemplo, tamanho de partícula ou fase de cristalito) e/ou pode diferir nas funções catalíticas químicas.
[048] O artigo de catalisador pode ser "fresco", significando que ele é novo e não foi exposto a qualquer calor ou tensão térmica por um período de tempo prolongado. “Fresco” também pode significar que o catalisador foi preparado recentemente não foi exposto a nenhum gás de exaustão ou a elevadas temperaturas. Da mesma forma, um artigo de catalisador “envelhecido” não é fresco e foi exposto a gases de exaustão e temperaturas elevadas (isto é, maiores que 500ºC) por um período de tempo prolongado (isto é, mais de 3 horas). De acordo com uma ou mais modalidades, o substrato do artigo catalítico da invenção presentemente reivindicada pode ser construído de qualquer material tipicamente usado para preparar catalisadores automotivos e tipicamente compreende uma estrutura de cerâmica ou uma colmeia monolítica de metal. Em uma modalidade, o substrato é substrato de cerâmica, substrato de metal, substrato de espuma de cerâmica, substrato de espuma de polímero ou substrato de fibra tecida. O substrato tipicamente fornece uma pluralidade de superfícies de parede sobre as quais revestimentos de lavagem compreendendo as composições de catalisador descritas neste documento são aplicados e aderidos, desse modo agindo como um transportador para as composições de catalisador. Substratos metálicos exemplares incluem metais e ligas de metal resistentes a calor, tal como titânio e aço inoxidável, bem como outras ligas nas quais ferro é um componente substancial ou principal. Essas ligas podem conter um ou mais níquel, cromo e/ou alumínio, e a quantidade total desses metais pode compreender vantajosamente pelo menos 15% em peso da liga, por exemplo, 10-25% em peso de cromo, 3-8% de alumínio e até 20% em peso de níquel. As ligas também podem conter pequena quantidade ou traços de um ou mais metais, tal como manganês, cobre, vanádio, titânio e semelhantes. A superfície do substrato de metal pode ser oxidada a alta temperatura, por exemplo, 1.000°C e mais altas, para formar uma camada de óxido na superfície do substrato, melhorando a resistência à corrosão da liga e facilitando a adesão da camada de revestimento de lavagem à superfície de metal. Materiais cerâmicos usados para construir o substrato podem incluir qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, mulita, cordierita-alumina, nitreto de silício, zircônia mulita, espodumeno, alumina-sílica magnésia, silicato de zircônio, silimanita, silicatos de magnésio, zircônio, petalita, alumina, aluminossilicatos e similares.
Qualquer substrato adequado pode ser empregado, tal como um substrato de fluxo direto monolítico tendo uma pluralidade de passagens de fluxo de gás paralelas finas se estendendo de uma entrada para uma face de saída do substrato, de modo que as passagens sejam abertas ao fluxo de fluido. As passagens, que são essencialmente caminhos retos da entrada até a saída, são definidas por paredes nas quais o material catalítico é revestido como um revestimento de lavagem, de modo que os gases fluindo através das passagens contatem o material catalítico.
As passagens de fluxo do substrato monolítico são canais de paredes finas, que podem ser de qualquer formato de seção transversal adequado, tal como trapezoidal, retangular, quadrado, sinusoidal,
sextavado, oval, circular e similares.
Tais estruturas contém de cerca de 60 a cerca de 1.200 ou mais aberturas de entrada de gás (isto é, “células”) por polegada quadrada de seção transversal (cpsi), mais usualmente de cerca de
300 a 900 cpsi.
A espessura de parede de substratos de fluxo pode variar, com uma faixa típica sendo entre 0,002 e 0,1 polegada.
Um substrato de fluxo direto comercialmente disponível representativo é um substrato de cordierita tendo 400 cpsi e uma espessura de parede de 6 mil, ou 600 cpsi e uma espessura de parede de 4 mil.
No entanto, será entendido que a invenção não está limitada a um tipo, material ou geometria de substrato particular.
Em modalidades alternativas, o substrato pode ser um substrato de fluxo de parede, em que cada passagem é bloqueada em uma extremidade do corpo de substrato com um tampão não poroso, com passagens alternativas bloqueadas em faces de extremidades opostas.
Isto requer que o gás flua através das paredes porosas do substrato de filtro de fluxo de parede para alcançar a saída.
Tais substratos monolíticos podem conter até 700 ou mais cpsi, tal como 100 a 400 cpsi e mais tipicamente 200 a cerca de 300 cpsi.
A forma de seção transversal das células pode variar conforme descrito acima.
Substratos de fluxo de parede tipicamente têm uma espessura de parede entre 0,002 e 0,1 polegada.
Um substrato de fluxo de parede disponível comercialmente representativo é construído de uma cordierita porosa, um exemplo da qual tem 200 cpsi e 10 mil de espessura de parede ou 300 cpsi com 8 mil de espessura de parede e porosidade de parede entre 45-65%. Outros materiais cerâmicos, como titanato de alumínio, carboneto de silício e nitreto de silício, também são usados como substratos de filtro de fluxo de parede.
No entanto, será entendido que a invenção não está limitada a um tipo, material ou geometria de substrato particular.
Observem que quando o substrato for um substrato de fluxo de parede, a composição de catalisador pode permear para a estrutura de poro das paredes porosas (isto é, ocluindo parcialmente ou totalmente as aberturas de poros), além de ser disposta na superfície das paredes. Em uma modalidade, o substrato tem uma estrutura de colmeia de cerâmica de fluxo direto, uma estrutura de colmeia de cerâmica de fluxo de parede ou uma estrutura de colmeia de metal.
[049] Conforme usado aqui, o termo “corrente” se refere amplamente a qualquer combinação de gás fluindo que pode conter matéria particulada sólida ou líquida.
[050] 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.
[051] FIGS. 6A e 6B ilustram um substrato exemplar 2 na forma de um substrato de fluxo direto revestido com composições de revestimento de lavagem como descrito neste documento. Com referência à FIG. 6A, o substrato exemplar 2 tem uma forma cilíndrica e uma superfície externa cilíndrica 4, uma face de extremidade a montante 6 e uma face de extremidade a jusante correspondente 8 que é idêntica à face de extremidade 6. O substrato 2 tem uma pluralidade de passagens de fluxo de gás paralelas finas 10 formadas no mesmo.
Como visto na FIG. 6B, as passagens de fluxo 10 são formadas por paredes 12 e se estendem através do substrato 2 da face de extremidade a montante 6 até a face de extremidade a jusante 8, as passagens 10 sendo desobstruídas de modo a permitir o fluxo de um fluido, por exemplo, uma corrente de gás, longitudinalmente através do substrato 2 via passagens de fluxo de gás 10 do mesmo. Como mais facilmente visto na FIG. 6, as paredes 12 são assim dimensionadas e configuradas que as passagens de fluxo de gás 10 têm uma forma poligonal substancialmente regular. Como mostrado, as composições de revestimento de lavagem podem ser aplicadas em múltiplas camadas distintas, se desejado. Na modalidade ilustrada, as camadas de revestimento de lavagem consistem em uma primeira camada de revestimento de lavagem discreta 14 aderida às paredes 12 do elemento de substrato e uma segunda camada de revestimento de lavagem discreta 16 revestidas sobre a primeira camada de revestimento de lavagem 14. Em uma modalidade, a invenção presentemente reivindicada também é praticada com duas ou mais (por exemplo, 3 ou 4) camadas de revestimento de lavagem e não está limitada à modalidade de duas camadas ilustrada.
[052] FIG. 7 ilustra um substrato exemplar 2 na forma de um substrato de filtro de fluxo de parede revestido com uma composição de revestimento de lavagem como aqui descrito. Como visto na FIG. 7, o substrato exemplar 2 tem uma pluralidade de passagens 52. As passagens são tubularmente encerradas pelas paredes internas 53 do substrato de filtro. O substrato tem uma extremidade de entrada 54 e uma extremidade de saída 56.
Passagens alternativas são obstruídas na extremidade de entrada com bujões de entrada 58 e na extremidade de saída com bujões de saída 60 para formar padrões de tabuleiro de damas opostos na entrada 54 e na saída 56. Uma corrente de gás 62 entra através da entrada de canal não obstruída 64, é interrompida pelo bujão de saída 60 e difunde através das paredes de canal 53 (que são porosas) para o lado de saída 66. O gás não pode passar de volta para o lado de entrada de paredes por causa dos bujões de entrada 58. O filtro de fluxo de parede poroso utilizado nesta invenção é catalisado em que a parede do referido elemento tem na mesma ou contidos na mesma um ou mais materiais catalíticos. Materiais catalíticos podem estar presentes no lado de entrada da parede de elemento sozinho, no lado de saída sozinho, ambos os lados de entrada e saída, ou a própria parede pode consistir toda, ou em parte, no material catalítico. Esta invenção inclui o uso de uma ou mais camadas de material catalítico nas paredes de entrada e/ou saída do elemento.
[053] De acordo com ainda outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece um processo para a preparação do(s) artigo(s) catalítico(s) aqui descrito(s) acima, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas pela camada de barreira. O processo compreende preparar uma primeira pasta de camada; depositar a primeira pasta de camada em um substrato para obter uma primeira camada; preparar uma pasta de camada de barreira e depositar a pasta de camada de barreira como uma camada intermediária na primeira camada; preparar uma segunda pasta de camada; e depositar a segunda pasta de camada na camada intermediária para obter uma segunda camada seguida de calcinação a uma temperatura variando de 400 a 700ºC, em que a etapa de preparar a primeira pasta de camada ou segunda pasta de camada compreende uma técnica selecionada de impregnação de umidade incipiente, coimpregnação de umidade incipiente e pós-adição. O processo para preparar o(s) artigo(s) catalítico(s) aqui descrito(s) acima, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma folga compreende preparar uma pasta de primeira camada; depositar a pasta de primeira camada em um substrato como uma zona frontal (primeira zona) para obter uma primeira camada; preparar uma pasta de segunda camada; e depositar a pasta de segunda camada no substrato como uma zona traseira (segunda zona) para obter uma segunda camada, seguida por calcinação a uma temperatura variando de 400 a 700ºC, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma folga de 1 mm a 10 mm no substrato, em que a etapa de preparar a pasta de primeira camada ou pasta de segunda camada compreende uma técnica selecionada de impregnação de umidade incipiente, coimpregnação de umidade incipiente e pós-adição.
[054] Técnicas de impregnação de umidade incipiente, também chamadas de impregnação capilar ou impregnação a seco, são comumente usadas para a síntese de materiais heterogêneos, isto é, catalisadores.
Tipicamente, um precursor de metal ativo é dissolvido numa solução aquosa ou orgânica e, então, a solução contendo o metal é adicionada a um suporte de catalisador contendo o mesmo volume de poro que o volume da solução de que foi adicionada. A ação capilar extrai a solução para os poros do suporte. A solução adicionada em excesso do volume de poro de suporte faz com que o transporte de solução mude de um processo de ação capilar para um processo de difusão, que é muito mais lento. O catalisador é seco e calcinado para remover os componentes voláteis dentro da solução, depositando o metal na superfície do suporte de catalisador. O perfil de concentração do material impregnado depende das condições de transferência de massa dentro dos poros durante impregnação e secagem. Múltiplos precursores metálicos ativos, após diluição apropriada, podem ser coimpregnados em um suporte de catalisador.
Alternativamente, um precursor de metal ativo é introduzido em uma pasta via pós-adição sob agitação durante o processo de preparação de uma pasta.
[055] As partículas de suporte são tipicamente secas o suficiente para absorver substancialmente toda a solução para formar um sólido úmido.
Soluções aquosas de compostos solúveis em água ou complexos do metal ativo são tipicamente utilizados, tal como cloreto de ródio, nitrato de ródio, acetato de ródio ou combinações dos mesmos onde o ródio é o metal ativo e nitrato de paládio, paládio tetra amina, acetato de paládio ou combinações dos mesmos onde paládio é o metal ativo. Em seguida ao tratamento das partículas de suporte com a solução de metal ativo, as partículas são secas, tal como por tratamento térmico das partículas a temperatura elevada (por exemplo, 100-150°C) por um período de tempo (por exemplo, 1-3 horas) e calcinadas para converter o metal ativo em uma forma mais cataliticamente ativa. Um processo de calcinação exemplar envolve tratamento térmico no ar a uma temperatura de cerca de 400-
550°C por 10 minutos a 3 horas. O processo acima pode ser repetido conforme necessário para atingir o nível desejado de carregamento do metal ativo por meio de impregnação.
[056] As composições de catalisador observadas acima são tipicamente preparadas na forma de partículas de catalisador como observado acima. Estas partículas de catalisador são misturadas com água para formar uma pasta com a finalidade de revestir um substrato de catalisador, tal como um substrato de tipo colmeia. Além das partículas de catalisador, a pasta pode opcionalmente conter um ligante na forma de alumina, sílica, acetato de zircônio, zircônia coloidal ou hidróxido de zircônio, espessantes associativos e/ou surfactantes (incluindo surfactantes aniônicos, catiônicos, não iônicos ou anfóteros). Outros ligantes exemplares incluem boemita, gama-alumina ou delta/teta alumina, bem como sílica sol. Quando presente, o ligante é tipicamente usado em uma quantidade de 1-5% em peso do carregamento de revestimento de lavagem total. A adição de espécies acídicas ou básicas à pasta é realizada para ajustar o pH de acordo. Por exemplo, em algumas modalidades, o pH da pasta é ajustado pela adição de hidróxido de amônio, ácido nítrico aquoso ou ácido acético. Uma faixa de pH típica para a pasta é de 3 a 12.
[057] A pasta pode ser moída para reduzir o tamanho de partícula e intensificar a mistura de partículas. A moagem é realizada em um moinho de bolas, moinho contínuo ou outro equipamento similar e o teor de sólidos da pasta pode ser, por exemplo, de 20 a 60% em peso, mais particularmente de 20 a 40% em peso. Em uma modalidade, a pasta pós-moagem é caracterizada por um tamanho de partícula D90 de 3 a 40 mícrons, preferencialmente 10 a 30 mícrons, mais preferencialmente 10 a 15 mícrons. O D90 é determinado usando um analisador de tamanho de partícula dedicado. O equipamento empregado neste exemplo usa difração de laser para medir tamanhos de partícula em pasta de pequeno volume. O D90, tipicamente com unidades de mícrons, significa que
90% das partículas por número têm um diâmetro menor que esse valor.
[058] A pasta é revestida no substrato de catalisador usando qualquer técnica de revestimento de lavagem conhecida na técnica. Numa modalidade, o substrato de catalisador é mergulhado uma ou mais vezes na pasta ou de outro modo revestido com a pasta. Posteriormente, o substrato revestido é seco a uma temperatura elevada (por exemplo, 100-150°C) por um período (por exemplo, 10 min. a 3 horas) e, então, calcinado por aquecimento, por exemplo, a 400 a 700°C, tipicamente por 10 minutos a 3 horas. Em seguida à secagem e calcinação, a camada de revestimento de lavagem é vista como essencialmente isenta de solvente. Após calcinação, o carregamento de catalisador obtido pela técnica de revestimento de lavagem 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.
Além disso, o processo de revestimento/secagem/calcinação para gerar um revestimento de lavagem pode ser repetido conforme necessário para construir o revestimento no nível de carregamento ou na espessura desejada, significando que mais de um revestimento de lavagem pode ser aplicado.
[059] Em certas modalidades, o substrato revestido é envelhecido submetendo o substrato revestido a tratamento térmico. Em uma modalidade, envelhecimento é feito a uma temperatura de 850°C a 1.050°C em um ambiente de 10% vol. de água em ar por 25 horas. Artigos de catalisador envelhecidos são, assim, fornecidos em certas modalidades. Em certas modalidades, materiais particularmente eficazes compreendem suportes à base de óxido de metal (incluindo, mas não se limitando a substancialmente suportes de 100% de céria) que mantêm uma alta porcentagem (por exemplo, 95-100%) de seus volumes de poro mediante envelhecimento (por exemplo, em 850°C a 1.050°C, água a 10% em volume em ar, envelhecimento de 25 horas).
[060] Em outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece um sistema de exaustão para motores de combustão interna.
O sistema de exaustão compreende um artigo catalítico conforme aqui descrito acima.
Em uma modalidade, o sistema de exaustão compreende um artigo catalítico compreendendo a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso, calculado como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que o quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga de 1 mm a 10 mm.
O sistema de exaustão compreende, opcionalmente, um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina compreendendo 1 a 300g/ft3 de um metal do grupo da platina selecionado de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos.
As Figuras 2B e 2C ilustram os sistemas de exaustão representativos nos quais o artigo catalítico PGM-TWC convencional (TWC) e o artigo catalítico da invenção presentemente reivindicada
(PGM+Não-PGM, catalisador da invenção (I-UF1 ou I-UF1-zoneado) estão dispostos em posições diferentes em relação ao motor.
Em um exemplo ilustrativo, o sistema de exaustão compreende um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) com base em metal do grupo da platina e o artigo catalítico aqui descrito acima, em que o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina é posicionado a montante ou a jusante de um motor de combustão interna e o artigo catalítico da presente invenção é posicionado a jusante/sob o piso em comunicação de fluido com o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC). Os sistemas de gás de exaustão ilustrativos são mostrados nas Figuras 2A, 2B e 2C, em que a Figura 2A ilustra o sistema de referência e as Figuras 2B e 2C ilustram os sistemas da presente invenção. Em outro exemplo ilustrativo, o sistema compreende o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina e o artigo catalítico aqui descrito acima, em que o artigo catalítico está posicionado a jusante de um motor de combustão interna e o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina está posicionado a jusante em comunicação de fluido com o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC). O artigo catalítico de TWC à base de metal do grupo da platina é um catalisador convencional. O artigo catalítico de TWC exemplar compreende ródio, OSC, alumina e óxido de bário depositados em um substrato de cordierita.
O artigo catalítico de TWC é capaz de tratar simultaneamente NO x, hidrocarbonetos e CO da exaustão.
[061] Outro sistema de exaustão para motores de combustão interna de acordo com a invenção presentemente reivindicada compreende um conduto de exaustão em comunicação de fluido com o motor de combustão interna via um coletor de exaustão; um artigo catalítico TWC (CC1) localizado a montante do motor de combustão interna no conduto de exaustão; e um artigo catalítico (CC2) da invenção presentemente reivindicada é posicionado a jusante do catalisador acoplado perto no conduto de exaustão.
[062] Em outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada também fornece um método para tratar uma corrente de exaustão gasosa que compreende hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio. O método envolve contatar a corrente de exaustão com um artigo catalítico ou um sistema de exaustão de acordo com a invenção presentemente reivindicada. Os termos “corrente de exaustão", “corrente de exaustão de motor", “corrente de gás de exaustão" e semelhantes se referem a qualquer combinação de gás efluente de motor em fluxo que também pode conter matéria particulada sólida ou líquida. A corrente compreende componentes gasosos e é, por exemplo, exaustão de um motor de queima pobre, que pode conter certos componentes não gasosos, tal como gotículas de líquido, particulados sólidos e semelhantes.
Uma corrente de exaustão de um motor de queima pobre tipicamente compreende produtos de combustão, produtos de combustão incompleta, óxidos de nitrogênio, combustível e/ou matéria particulada carbonácea (fuligem) e oxigênio e/ou nitrogênio não reagidos. Tais termos se referem também ao efluente a jusante de um ou mais outros componentes de sistema de catalisador, conforme descrito neste documento. Em uma modalidade, é fornecido um método para tratar corrente de exaustão contendo monóxido de carbono.
[063] Em ainda outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada também fornece um método para reduzir níveis de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio em uma corrente de exaustão gasosa. O método envolve contatar a corrente de exaustão gasosa com um artigo catalítico ou um sistema de exaustão de acordo com a invenção presentemente reivindicada para reduzir os níveis de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio no gás de exaustão. Em uma modalidade, é fornecido um método para reduzir significativamente monóxido de carbono presente na corrente de exaustão gasosa.
[064] Em ainda outro aspecto, a invenção presentemente reivindicada fornece também uso do artigo catalítico da invenção presentemente reivindicada para purificar uma corrente de exaustão gasosa compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 75%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90%, ou pelo menos 95% da quantidade de monóxido de carbono presente na corrente de gás de exaustão antes do contato com o artigo catalítico. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte hidrocarbonetos em dióxido de carbono e água. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 75%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90%, ou pelo menos 95% da quantidade de hidrocarbonetos presente na corrente de gás de exaustão antes do contato com o artigo catalítico. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte monóxido de carbono em dióxido de carbono. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte óxidos de nitrogênio em nitrogênio.
[065] Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 75%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90%, ou pelo menos 95% da quantidade de óxidos de nitrogênio presente na corrente de gás de exaustão antes do contato com o artigo catalítico. Em algumas modalidades, o artigo catalítico converte pelo menos 50%, ou pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90%, ou pelo menos 95% da quantidade total de hidrocarbonetos, dióxido de carbono e óxidos de nitrogênio combinados presentes na corrente de gás de exaustão antes do contato com o artigo catalítico.
EXEMPLOS
[066] Aspectos da invenção presentemente reivindicada são mais completamente ilustrados pelos exemplos a seguir, que são estabelecidos para ilustrar certos aspectos da presente invenção e não serão interpretados como limitativos dos mesmos.
EXEMPLO 1: PREPARAÇÃO DE CATALISADOR CC TWC CONVENCIONAL (CATALISADOR 1)
[067] Um TWC de camada dupla com uma camada inferior de paládio e uma camada superior de ródio foi preparado. O carregamento de PGM foi de 0/46/4 g/ft3 para Pt/Pd/Rh, respectivamente. O revestimento inferior tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 2,6 g/in 3 e o revestimento superior tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 1 g/in 3. Uma pasta de revestimento inferior foi preparada usando OSC e alumina em uma razão de 2:3. Uma solução de nitrato de paládio de 19 g contendo 27,27% de Pd em peso foi impregnada em um total de 875 g de material de suporte, mas não foi calcinada. O paládio foi dividido entre OSC e alumina na proporção de 50-50 com cada porção impregnada separadamente no respectivo suporte. 63 gm de acetato de bário e 193 g de acetato de zircônio foram adicionados à pasta de revestimento inferior. A pasta foi moída assim que todos os componentes foram adicionados. Uma pasta de revestimento superior foi preparada usando 860 g de alumina e 23,54 g de solução de nitrato de ródio que contém 9,8% de Rh em peso. O ródio foi suportado em alumina sem OSC. O ródio foi impregnado, mas não calcinado. A pasta foi moída assim que todos os componentes foram adicionados. O revestimento inferior foi revestido como uma primeira camada em um substrato de cordierita e o revestimento superior foi revestido na camada inferior como uma segunda camada.
EXEMPLO 2: CATALISADOR CC2 CONVENCIONAL (CATALISADOR SOB O PISO, CATALISADOR 2 - SEM NI/CU)
[068] Catalisador sob piso de camada única à base de ródio foi preparado. O carregamento de PGM foi de 0/0/3 g/ft 3 para Pt/Pd/Rh, respectivamente. O carregamento de revestimento de lavagem foi de 2,8 g/in 3. Uma pasta foi preparada usando OSC e alumina na razão de 1:2. 25,7 g de acetato de bário, 30 g de acetato de estrôncio e 8 g de acetato de zirconila foram misturados com água e 1.000 g de suporte. 6,3 g de solução de nitrato de ródio com 9,8% de ródio em peso e 25 g de acetato de bário foram adicionados à pasta para formar um revestimento de lavagem. Não houve impregnação ou pré- calcinação do PGM. A pasta foi moída após todos os componentes serem adicionados. A pasta moída foi revestida como uma camada em um substrato de cordierita.
EXEMPLO 3: PREPARAÇÃO DE CATALISADOR SOB O PISO DE RH/NI/CU EM CAMADAS (CATALISADOR-3-SEM BARREIRA)
[069] Um catalisador sob o piso de camada dupla com um revestimento inferior à base de Cu/Ni e uma camada superior à base de ródio foi preparado. O carregamento de PGM foi de 0/0/3 g/ft 3 para Pt/Pd/Rh, respectivamente. O revestimento de lavagem inferior tinha um carregamento de 1,5 g/in3 e o revestimento superior tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 1,25 g/in3. Foi preparada uma pasta de revestimento inferior contendo 70% de céria, 10% de NiO e 0,5% de CuO, 17% de La2O3/ZrO2 com o resto sendo um ligante. Cobre e níquel como nitratos foram adicionados diretamente à pasta ou impregnados em céria, com ou sem calcinação subsequente antes da preparação da pasta. A pasta de revestimento superior foi preparada usando OSC e alumina em uma razão de 1:2. 25 g de acetato de bário e 6,3 g de nitrato de ródio com 9,8% de teor de Rh foram adicionados à pasta.
Não houve impregnação ou pré-calcinação do PGM. O revestimento inferior foi revestido como uma primeira camada em um substrato de cordierita e o revestimento superior foi revestido na camada inferior como uma segunda camada.
EXEMPLO 4: PREPARAÇÃO DE CATALISADOR SOB PISO DE RH/NI/CU EM CAMADAS (CATALISADOR 4-CATALISADOR DA INVENÇÃO-COM BARREIRA)
[070] Foi preparado um catalisador sob piso de três camadas com um revestimento inferior à base de Cu/Ni, um revestimento intermediário à base de alumina e um revestimento superior à base de ródio. O carregamento de PGM foi de 0/0/3 g/ft 3 para Pt/Pd/Rh, respectivamente. O revestimento inferior tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 1,5 g/in 3, o revestimento intermediário tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 1,25 g/in 3 e o revestimento superior tinha um carregamento de revestimento de lavagem de 1,25 g/in3. Foi preparada uma pasta de revestimento inferior contendo 70% de céria, 10% de NiO, 0,5% de CuO e 17% de La 2O3/ZrO2 com o resto sendo um ligante. Cobre e níquel como nitratos foram adicionados diretamente à pasta ou impregnados em céria, com ou sem calcinação subsequente antes da preparação da pasta. O revestimento intermediário foi preparado usando uma alumina estabilizada sem PGM ou óxido de metal de base (BMO) adicional. A pasta de revestimento superior foi preparada contendo OSC e alumina em uma razão de 1:2. 25 g de acetato de bário e 6,3 g de nitrato de ródio com 9,8% de teor de Rh foram adicionados à pasta. Não houve impregnação ou pré- calcinação do PGM. A pasta de revestimento inferior foi revestida como uma primeira camada em um substrato de cordierita, seguido por revestimento de revestimento intermediário no revestimento inferior e revestindo a pasta de revestimento superior no revestimento intermediário como uma segunda camada.
EXEMPLO 5: PREPARAÇÃO DE CATALISADOR PGM/NÃO PGM ZONEADO (CATALISADOR 5-CATALISADOR DA INVENÇÃO)
[071] Um catalisador zoneado foi preparado usando uma barreira física (folga) para separar as porções PGM e não PGM do revestimento de lavagem. O catalisador zoneado foi dividido em ~50/~50 axialmente (com uma folga de 1 mm a 10 mm) de modo que a zona frontal contivesse o catalisador descrito no exemplo 2 e a zona traseira compreendesse a versão livre de Rh do catalisador descrito no exemplo 3 A pasta de catalisador livre de Rh foi preparada pelo seguinte processo.
[072] O revestimento de lavagem tinha um carregamento de 1,5 g/in3. Foi preparada uma pasta de revestimento contendo 70% de céria, 10% de NiO e 0,5% de CuO, 17% de La2O3/ZrO2 com o resto sendo um ligante. Cobre e níquel como nitratos foram adicionados diretamente à pasta ou impregnados em céria, com ou sem calcinação subsequente antes da preparação da pasta. O catalisador zoneado foi preparado revestindo a primeira pasta do exemplo 2 em um lado frontal do substrato que serve como entrada e revestindo uma segunda pasta contendo cobre, níquel e céria-lantânia-zircônia em uma zona traseira do substrato que serve como saída.
ENVELHECIMENTO E TESTES
[073] Todos os catalisadores foram revestidos com revestimento de lavagem em substratos de cordierita de 4,16x1,5” 600/3,5 e calcinados por 2 h a 550ºC com uma rampa de 2 h. Os respectivos catalisadores calcinados foram, então, testemunhados para obter núcleos de 1x1,5”, que foram envelhecidos usando uma configuração de reator de pulso-chama para imitar envelhecimento ZDAKW. O envelhecimento foi realizado por 25h a 950ºC. Os núcleos envelhecidos foram, então, testados em um reator capaz de operar sob condições exigidas para testes EPA US06. Todos os catalisadores e/ou sistemas foram testados usando a mesma razão oxigênio/combustível (lambda) e perfil de temperatura, bem como composição de gás de entrada. O gás de exaustão foi analisado para determinar a eficiência de conversão de catalisador para CO, THC, NO e NH3.
EXEMPLO 6
[074] Exemplo 6 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador convencional (Catalisador 2, UF1).
EXEMPLO 7
[075] Exemplo 7 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador de Rh/Ni/Cu em camadas (Catalisador 3, UF1).
EXEMPLO 8
[076] Exemplo 8 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador de Rh/Ni/Cu em camadas com uma barreira de alumina (Catalisador 4, Catalisador da Invenção).
EXEMPLO 9
[077] Exemplo 9 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni/Cu zoneado (Catalisador 5, Catalisador da Invenção). Esses exemplos podem ser referidos como sistemas de catalisadores.
[078] Reduções de emissões comparativas são ilustradas em figuras anexas (3A, 3B, 4A e 4B). Figura 3A ilustra resultados comparativos de emissão de CO e NO para os catalisadores dos exemplos 6, 7 e 8. Figura 3B ilustra resultados comparativos de emissão de THC e NH3 para os catalisadores dos exemplos 6, 7 e 8. Figura 4A ilustra resultados comparativos de emissão de CO e NO para os catalisadores dos exemplos 6 e 9. Figura 4B ilustra resultados comparativos de emissão de THC e NH3 para os catalisadores dos exemplos 6 e 9. Exemplo 8 exibiu redução melhorada em CO, NO, THC e NH3 em 3, 31, 47 e 5%, respectivamente, em comparação com o exemplo 6. Exemplo 7 mostrou efeito adverso na em redução de CO, NO, THC e NH3 apesar da presença de Cu e Ni. Isto é, as emissões de CO, NO, THC e NH3 aumentaram em 5, 109, 155 e 60%, respectivamente, em comparação com o exemplo 6. O exemplo 9 demonstrou redução melhorada em CO, NO, THC e NH3 em 20, 40, 42 e 66%, respectivamente, em comparação com o exemplo 6. A comparação de resultados de emissões ilustra claramente a significância de uma camada de barreira ou separação entre o PGM e o não PGM para alcançar a redução significativa de poluentes. EXEMPLO 10
[079] Vários catalisadores (AE) foram preparados usando as seguintes composições respectivas de acordo com o processo ilustrado no Exemplo 5 para otimizar a proporção de níquel e cobre a fim de alcançar a redução ideal de poluentes.
[080] O catalisador A foi preparado usando 0,5% Cu e 3,5% Ni.
[081] O catalisador B foi preparado usando 0,5% Cu e 8% Ni.
[082] O catalisador C foi preparado usando 0,5% Cu e 10% Ni.
[083] O catalisador D foi preparado usando 5% Cu e 10% Ni.
[084] O catalisador E foi preparado usando 0% Cu+10% Ni EXEMPLO 11
[085] Exemplo 11 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni/Cu zoneado (Catalisador A).
EXEMPLO 12
[086] Exemplo 12 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni/Cu zoneado (Catalisador B).
EXEMPLO 13
[087] Exemplo 13 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni/Cu zoneado (Catalisador C).
EXEMPLO 14
[088] Exemplo 14 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni/Cu zoneado (Catalisador D).
EXEMPLO 15
[089] Exemplo 14 continha um TWC convencional (Catalisador 1, CC1) e um catalisador Rh/Ni zoneado (Catalisador E).
[090] Os exemplos 11 a 15 foram testados quanto a redução de CO, NO, THC e NH3. Os resultados são mostrados nas figuras 5A e 5B.
[091] Verificou-se que a exclusão de Cu causa redução em eficácia de catalisador. Além disso, a quantidade mais alta de Ni junto com baixa quantidade de Cu causa abaixamento de emissões. Particularmente, verificou-
se que os exemplos 12 (0,5% Cu e 8% Ni) e 13 mostram redução significativa de CO, NO, THC e NH3 em comparação com o exemplo 6. Exemplo 12 mostra redução de CO, NO, THC e NH3 em 44%, 40%, 21% e 76%, respectivamente, em comparação com o exemplo 6. Da mesma forma, o exemplo 13 mostra redução de CO, NO, THC e NH3 em 20%, 43%, 39% e 66%, respectivamente, em comparação com o exemplo 6.
[092] A referência em todo este relatório descritivo a “uma modalidade”, “certas modalidades”, “uma ou mais modalidades” ou “uma modalidade” significa que uma característica, estrutura, um material ou característica particular descrita em conexão com a modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da invenção presentemente reivindicada. Assim, os aspectos das frases, como "em uma ou mais modalidades", "em certas modalidades", “em algumas modalidades”, "em uma modalidade" ou "em uma modalidade", em vários locais ao longo deste relatório descritivo, não estão, necessariamente, se referindo à mesma modalidade da invenção presentemente reivindicada. Ademais, os recursos, estruturas, materiais ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais modalidades. Todas as várias modalidades, aspectos e opções divulgadas neste documento podem ser combinadas em todas as variações, independentemente se tais características ou elementos são expressamente combinados em uma descrição de modalidade específica neste documento. Esta invenção presentemente reivindicada 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.
[093] Embora as modalidades divulgadas neste documento tenham sido descritas com referência a modalidades particulares, deve ser entendido que essas modalidades são meramente ilustrativas quanto aos princípios e as aplicações da invenção presentemente reivindicada. Será evidente para os versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas nos métodos e no aparelho presentemente reivindicados sem afastamento do espírito e escopo da invenção presentemente reivindicada.
Assim, pretende-se que a invenção presentemente reivindicada inclua modificações e variações que estejam dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes e que as modalidades descritas acima sejam apresentadas para fins de ilustração e não de limitação.

Claims (27)

REIVINDICAÇÕES
1. ARTIGO CATALÍTICO, caracterizado pelo fato de que compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel com base no peso total da primeira camada e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso é calculada como óxido de cobre com base no peso total da primeira camada; b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; e c) um substrato, em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma camada de barreira ou uma folga de 1 mm a 10 mm.
2. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de barreira compreendendo alumina, céria, zircônia, compósito de céria-zircônia, titânia e combinações dos mesmos, em que a camada de barreira é substancialmente livre de metais do grupo da platina e metais não PGM, em que a quantidade de cada um dos metais do grupo da platina e metais não PGM é inferior a 0,001% p/p.
3. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportados em um componente de céria, depositado como uma camada inferior sobre um substrato, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5,0% em peso calculada como óxido de cobre, com base no peso total da primeira camada; b) uma camada de barreira compreendendo alumina, depositada como uma camada intermediária na primeira camada; e c) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado como uma camada superior na camada intermerdiária, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
4. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a camada de barreira compreende alumina e a quantidade de carregamento de alumina está na faixa de 0,25 g/in3 a 3,0 g/in3.
5. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que a quantidade de carregamento de alumina está na faixa de 0,5 a 2,0 g/in3.
6. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o artigo catalítico compreende: a) uma primeira camada compreendendo um componente de níquel e um componente de cobre suportado em um componente de céria, depositado em um substrato como uma segunda zona, em que a quantidade do componente de níquel é de 0,1 a 30% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada, e em que a quantidade do componente de cobre é de 0,01 a 5% em peso calculada como óxido de cobre com base no peso total da primeira camada; e b) uma segunda camada compreendendo um componente de metal do grupo da platina suportado em pelo menos um de um componente de armazenamento de oxigênio, um componente de alumina e um componente de zircônia, depositado no substrato como uma primeira zona, em que o componente de metal do grupo da platina compreende platina, ródio, paládio, ou qualquer combinação dos mesmos, e em que a quantidade do componente de metal do grupo da platina é de 0,01 a 5,0% em peso com base no peso total da segunda camada; em que a primeira camada e a segunda camada são separadas por uma folga de 1 mm a 10 mm.
7. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a quantidade do componente de níquel é de 5,0 a 15% em peso calculada como óxido de níquel, com base no peso total da primeira camada e a quantidade do componente de cobre é de 0,25 a 1,0% em peso com base no peso total da primeira camada.
8. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a camada de barreira compreende ainda um dopante para o transportador selecionado de bário, estrôncio, cálcio, magnésio e lantânio.
9. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a primeira camada compreende ainda um metal não PGM selecionado de Mn, V, Co, W e Mo.
10. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o componente de níquel compreende um composto de níquel solúvel em água ou insolúvel em água selecionado de nitrato de níquel, acetato de níquel, carbonato de níquel, sulfato de níquel, óxido de níquel ou qualquer combinação dos mesmos.
11. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o componente de cobre compreende um composto de cobre solúvel em água ou insolúvel em água selecionado de metal de cobre, óxido de cobre, hidróxido de cobre, acetato de cobre, nitrato de cobre, sulfato de cobre, carbonato de cobre, acetilacetonato de cobre ou qualquer combinação dos mesmos.
12. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o componente de céria compreende céria tendo uma área de superfície específica na faixa de 15 m 2/g a 60 m2/g após calcinação a 950oC por 12 horas no ar e a quantidade do componente de céria é de 20 a 80% em peso com base no peso total da primeira camada.
13. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o componente de céria da primeira camada compreende ainda um dopante selecionado de zircônia, ítria, praseodimia, lantana, neodmia, samária, gadolínia, alumina, titânia, bária, estrôncia e combinações dos mesmos e em que a quantidade de dopante é de 1,0 a 20% em peso com base no peso total do componente de céria.
14. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a quantidade do componente de metal do grupo da platina na segunda camada é de 0,02 a 1,0% em peso com base no peso total da segunda camada.
15. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o componente de armazenamento de oxigênio compreende céria-zircônia, céria-zircônia-lantana, céria-zircônia-ítria, céria-zircônia-lantana-ítria, céria-zircônia-neodímia, céria- zircônia-praseodímia, céria-zircônia-lantana-neodímia, céria-zircônia-lantana-
praseodímia, céria-zircônia-lantana-neodimia-praseodemia, ou qualquer combinação dos mesmos, em que a quantidade do componente de armazenamento de oxigênio é de 20 a 80% em peso com base no peso total da segunda camada.
16. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o componente de alumina compreende alumina, lantana-alumina, céria-alumina, céria-zircônia-alumina, zircônia-alumina, lantana-zircônia-alumina, bário-alumina, bária-lantana- alumina, bário-lantana-neodímia-alumina ou combinações dos mesmos; em que a quantidade do componente de alumina é de 10 a 80% em peso com base no peso total da segunda camada.
17. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer da reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o teor de céria do componente de armazenamento de oxigênio na segunda camada está na faixa de 5,0 a 50% em peso com base no peso total do componente de armazenamento de oxigênio.
18. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o substrato é substrato de cerâmica, substrato de metal, substrato de espuma de cerâmica, substrato de espuma de polímero ou substrato de fibra tecida.
19. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da primeira e da segunda camada compreende uma primeira zona ou uma segunda zona, em que a referida primeira ou segunda zona cobre 30 a 90% do comprimento do substrato.
20. ARTIGO CATALÍTICO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira ou a segunda camada é depositada como uma camada superior ou camada inferior no substrato.
21. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM ARTIGO CATALÍTICO das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o referido processo compreende preparar uma pasta de primeira camada; depositar a pasta de primeira camada em um substrato para obter uma primeira camada; preparar uma pasta de camada de barreira e depositar a pasta de camada de barreira como uma camada intermediária na primeira camada; preparar uma pasta de segunda camada; e depositar a pasta de segunda camada na camada intermediária para obter uma segunda camada seguida de calcinação a uma temperatura variando de 400 a 700ºC, em que a etapa de preparar a pasta de primeira camada ou pasta de segunda camada compreende uma técnica selecionada de impregnação de umidade incipiente, coimpregnação de umidade incipiente e pós-adição.
22. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM ARTIGO CATALÍTICO da reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido processo compreende preparar uma pasta de primeira camada; depositar a pasta de primeira camada em um substrato como uma segunda zona para obter uma primeira camada; preparar uma pasta de segunda camada; e depositar a pasta de segunda camada no substrato como uma primeira zona para obter uma segunda camada seguida de calcinação a uma temperatura variando de 400 a 700ºC, em que a primeira camada e a segunda camada são separáveis por uma folga de 1 mm a 10 mm no substrato, em que a etapa de preparar a pasta de primeira camada ou pasta de segunda camada compreende uma técnica selecionada de impregnação de umidade incipiente, coimpregnação de umidade incipiente e pós-adição.
23. SISTEMA DE EXAUSTÃO PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA, o referido sistema caracterizado pelo fato de que compreende i) o artigo catalítico de qualquer das reivindicações 1 a 20; e ii) opcionalmente, um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina compreendendo 1 a 300 g/ft 3 de um metal do grupo da platina selecionado de platina, paládio, ródio e combinações dos mesmos.
24. SISTEMA DE EXAUSTÃO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o referido sistema compreende um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina e o artigo catalítico de qualquer das reivindicações 1 a 20, em que o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina é posicionado a jusante de um motor de combustão interna e o artigo catalítico é posicionado a jusante em comunicação de fluido com o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina.
25. SISTEMA DE EXAUSTÃO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o referido sistema compreende um artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina e o artigo catalítico de qualquer das reivindicações 1 a 20, em que o artigo catalítico é posicionado a jusante de um motor de combustão interna e o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC) à base de metal do grupo da platina é posicionado a jusante em comunicação de fluido com o artigo catalítico de conversão de três vias (TWC).
26. MÉTODO PARA REDUZIR NÍVEIS DE HIDROCARBONETOS, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio em uma corrente de exaustão gasosa, o método caracterizado pelo fato de que compreende contatar a corrente de exaustão gasosa com um artigo catalítico de qualquer uma das reivindicações 1 a 20 ou um sistema de exaustão de acordo com as reivindicações 23 a 25 para reduzir os níveis de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio no gás de exaustão.
27. USO DO ARTIGO CATALÍTICO, de qualquer das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que é para purificar uma corrente de exaustão gasosa compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio.
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