BR112021014884A2 - Composição de catalisador de três vias, artigo catalisador para tratamento de gás de escape, e, método de tratamento de um gás de escape - Google Patents

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Abstract

composição de catalisador de três vias, artigo catalisador para tratamento de gás de escape, e, método de tratamento de um gás de escape. composições, artigos, e métodos relacionados a uma composição de catalisador de três vias compreendendo um composto do tipo perovskita da fórmula (i): lazb1-qb'qo3±d ou da fórmula (ii): [box]y : [lazbo3±d ]1-y e um componente ativo não redox; sendo que b ou b' é fe, mn, co, ni, cu, ti ou zr; q está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,5; x está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 2,5; y está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 30% em peso; z está em uma faixa de cerca de 0,6 a cerca de 1,1; d está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,6.

Description

1 / 27 COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR DE TRÊS VIAS, ARTIGO CATALISADOR PARA TRATAMENTO DE GÁS DE ESCAPE, E,
MÉTODO DE TRATAMENTO DE UM GÁS DE ESCAPE CAMPO DA INVENÇÃO
[001] As composições e os métodos da presente invenção se referem a uma nova composição de catalisador incluindo um composto do tipo perovskita e um componente ativo não redox, seu uso como um catalisador de três vias (CTV) em sistemas de escape para motores de combustão interna, e um método para tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os motores de combustão interna produzem gases de escape que contêm vários poluentes, incluindo hidrocarbonetos (HCs), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (“NOx”). Sistemas de controle de emissões, incluindo catalisadores de gás de escape, são amplamente utilizados para reduzir a quantidade destes poluentes emitida para a atmosfera. Um catalisador comumente usado para aplicações em motores a gasolina é o CTV (catalisador de três vias). Os CTVs executam três funções principais: (1) oxidação de monóxido de carbono (CO); (2) oxidação de hidrocarbonetos não queimados; e (3) redução de NOx para N2.
[003] Os CTVs que geralmente consistem em metais do grupo da platina (MGPs) dispersos sobre suportes de alumina e céria-zircônia de alta área superficial, foram primeiro introduzidos no início dos anos 1980 para o pós-tratamento de motor a gasolina. Com a necessidade de satisfazer os limites de emissão cada vez mais rigorosos, a identificação de composições de catalisador alternativas que utilizam quer menos quer nenhuns MGPs permanece um tópico de pesquisa ativa. Óxidos do tipo perovskita (ABO3) têm sido propostos há muito tempo como CTVs. Embora tenha havido um esforço contínuo para entender e otimizar as propriedades catalíticas de
2 / 27 perovskitas para aplicações automotivas, tais catalisadores frequentemente mostram desativação quando submetidos às condições de envelhecimento agressivas. Dessa forma, ainda há a necessidade de melhorar novos compostos de CTV que sejam estáveis ao envelhecimento à alta temperatura.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] De acordo com aspectos da presente invenção, uma composição de catalisador de três vias compreende um composto do tipo perovskita da fórmula (I): LazB1-qB’qO3±δ ou da fórmula (II): [BOx]y : [LazBO3±δ]1-y e um componente ativo não redox; em que B e B’ são Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Ti, ou Zr; z está em uma faixa de cerca de 0,6 a cerca de 1,1; q está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,5; δ está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,6; x está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 2,5; y está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 30% em peso. Em alguns aspectos, o componente ativo não redox compreende, por exemplo, um óxido, alumina, ZrO2, ou combinações dos mesmos. Em alguns aspectos, o ZrO2 está dopado.
[005] Em alguns aspectos, o catalisador pode estar isento de metais do grupo da platina, ou substancialmente isento de metais do grupo da platina.
[006] Em alguns aspectos, o composto do tipo perovskita está presente em uma quantidade de cerca de 5% em peso a cerca de 75% em peso da composição de catalisador. Em alguns aspectos, o componente ativo não redox está presente em uma quantidade de cerca de 25% em peso a cerca de 95% em peso da composição de catalisador. Em alguns aspectos, o composto do tipo perovskita e o componente ativo não redox estão presentes em uma razão em peso de cerca de 0,5:1 a cerca de 3:1.
[007] Em alguns aspectos, o composto do tipo perovskita é preparado por pirólise por aspersão em chama. O composto do tipo perovskita pode ter uma alta área superficial.
[008] De acordo com a presente invenção, um artigo catalisador para tratamento de gás de escape pode incluir um substrato; e uma composição de
3 / 27 catalisador de três vias, conforme descrito na presente invenção.
[009] De acordo com alguns aspectos da presente invenção, um método de tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna inclui colocar o gás de escape em contato com um artigo catalisador compreendendo um substrato e a composição de catalisador de três vias conforme descrito na presente invenção. Em alguns aspectos, a composição de catalisador de três vias da presente invenção fornece (1) uma conversão de NO fresco a 500 a 600°C, e (2) uma conversão de NO envelhecido a 500 a 600°C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700°C durante 20 horas na presença de vapor de água, sendo que um delta entre a conversão de NO fresco e a conversão de NO envelhecido é um decréscimo menor que 20%. Em alguns aspectos, o delta entre a conversão de NO fresco e a conversão de NO envelhecido é um decréscimo menor que 15%. Em alguns aspectos, a composição de catalisador de três vias da presente invenção fornece (1) uma conversão de HC ou CO fresco a 500°C, e (2) uma conversão de HC ou CO envelhecido a 500°C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700°C durante 20 horas na presença de vapor de água, sendo que um delta entre a conversão de HC ou CO fresco e a conversão de HC ou CO envelhecido é um decréscimo menor que 50%. Em alguns aspectos, o delta entre a conversão de HC ou CO fresco e a conversão de HC ou CO envelhecido é um decréscimo menor que 40%.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0010] A Figura 1 mostra imagens de MET do Catalisador Comparativo 4 (1a e 1b) e do Catalisador 5 A (1c e 1d) frescos e envelhecidos, respectivamente.
[0011] A Figura 2 mostra a análise de tamanho de partícula das imagens de MET na Figura 1: MnOx:La0,9MnO3 (Catalisador Comparativo 4) envelhecido (2a), MnOx:La0,9MnO3 com ZrO2 dopado (Catalisador 5A) fresco (2b), MnOx:La0,9MnO3 com ZrO2 dopado (Catalisador 5A) envelhecido (2c).
4 / 27 eixo-x: tamanho de partícula, eixo-y: número de partículas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0012] As composições e os métodos da presente invenção se referem a uma nova composição de catalisador incluindo um composto do tipo perovskita e um componente ativo não redox. Tais composições podem ser usadas como um catalisador de três vias (CTV) em sistemas de escape para motores de combustão interna, e como parte de um método para tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna. Foi descoberto que os catalisadores da presente invenção podem fornecer benefícios associados com estabilidade à alta temperatura. Composto do tipo perovskita Fórmula (I): LazB1-qB’qO3±δ
[0013] As composições de catalisador da presente invenção contêm um composto do tipo perovskita. Em algumas modalidades, o composto do tipo perovskita pode ter a fórmula (I): LazB1-qB’qO3±δ.
[0014] B ou B’ pode ser Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Ti ou Zr; de preferência, B ou B’ pode ser Fe ou Mn. Em algumas modalidades, B ou B’ é Fe. Em outras modalidades, B ou B’ é Mn.
[0015] q está na faixa de 0 a 0,5; de preferência, de 0 a 0,2; com mais preferência, é 0.
[0016] z está na faixa de cerca de 0,6 a cerca de 1,1, de preferência de cerca de 0,7 a cerca de 1,0, com mais preferência, de cerca de 0,7 a cerca de 0,9.
[0017] δ está na faixa de cerca de 0 a cerca de 0,6; de preferência, de cerca de 0 a cerca de 0,5; com mais preferência, de cerca de 0,15 a cerca de 0,3.
[0018] O composto da fórmula (I) pode ser preparado por coprecipitação, pirólise por aspersão em chama (“FSP” - flame spray pyrolysis), moagem com bolas etc.
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[0019] A FSP pode ser um método de combustão no qual precursores solúveis em solventes orgânicos são queimados em uma chama de CH4/O2 para produzir diretamente partículas nanocristalinas.
[0020] A coprecipitação não é necessariamente um processo de uma etapa. Ao contrário dos outros métodos, aqui os precursores em uma solução são misturados juntos e precipitados lentamente através de controle de pH para formar um precipitado semelhante a amorfo bem misturado que é então calcinado para produzir partículas cristalinas de fase de perovskita.
[0021] O composto do tipo perovskita da fórmula (I) pode ser preparado por Pirólise por Aspersão em Chama (FSP). Por exemplo, a FSP pode ser um método de combustão no qual precursores solúveis em solventes orgânicos são queimados em uma chama de CH4/O2 para produzir diretamente partículas nanocristalinas. O composto do tipo perovskita da fórmula (I) pode ter um tamanho médio de cristal primário menor que 60 nm. Em alguns aspectos, o composto da fórmula (I) tem um tamanho médio de cristal primário menor que 30, 25, 20, 15, 10 ou 5 nm. Em alguns aspectos, o composto da fórmula (I) tem um tamanho médio de cristal primário de 5 nm a 60 nm, 5 nm a 50 nm, 5 nm a 40 nm, 5 nm a 30 nm ou 5 nm a 20 nm. O composto do tipo perovskita da fórmula (I) pode ser ao menos 90% de fase pura. Em alguns aspectos, o composto do tipo perovskita é ao menos 95%, 96%, 97%, 98% ou 99% de fase pura. O composto do tipo perovskita de fórmula (I) pode ter uma morfologia de partícula primária de formato esférico. O composto da Fórmula (I) pode ter uma superfície desordenada conforme evidenciado por MET.
[0022] Como usado aqui, o termo “por cento” relativo aos materiais do tipo perovskita significa: Pureza percentual = Ifase de perovskita / (Ifase de perovskita + Ifase de impureza) I=intensidade da fase cristalina, conforme identificada por DRX.
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[0023] Alternativamente, o composto da fórmula (I) pode ter uma morfologia de partícula primária de formato hexagonal, cúbico, de bastão, de flor ou facetado.
[0024] Os compostos do tipo perovskita preparados por FSP podem ter um tamanho médio de partícula primária na faixa entre 5 e 20 nm com uma morfologia de partícula primária de formato esférico conforme destacado nas imagens de MET para uma perovskita à base de LaFeO3. O tamanho do cristalito conforme calculado a partir de DRX também está de acordo com o tamanho de partícula primário observado por MET. O material nanocristalino tem uma superfície um pouco desordenada/semelhante a amorfa conforme evidenciado por MET, que pode aumentar sua atividade para CTV permitindo que mais vacâncias de oxigênio sejam criadas na superfície e/ou uma concentração mais alta de cátions de sítio B ativos na superfície. As nanopartículas primárias se aglomeram para formar partículas maiores que podem ser de tamanho micrométrico em sua forma de pó, mas ainda mantêm uma alta área superficial (por exemplo, >40 m2g-1). A alta área superficial permite que: uma concentração mais alta de cátions B ativos esteja presente na superfície, conforme evidenciado por XPS, uma concentração mais alta de vacâncias de oxigênio na superfície, conforme evidenciado por O2-TPD, e reducibilidade aprimorada do cátion B às temperaturas abaixo de 500°C, conforme evidenciado por H2-TPR.
[0025] A pureza de fase do composto da fórmula (I) pode também ser importante para a atividade ótima; a presença de outras fases cristalinas, como La(OH)3, La2O3, Fe2O3 etc., resulta em atividade mais baixa. Uma perovskita preparada pela FSP pode ter uma morfologia de partícula primária de formato esférico com um tamanho na faixa de 5 a 60 nm, de preferência de 5 a 30 nm, que pode se agregar, mas manter uma alta área superficial acima de 40 m2g-1 e ter uma superfície desordenada.
[0026] Alternativamente, a área superficial específica do composto do
7 / 27 tipo perovskita da fórmula (I) pode ser ao menos 6 m2/g, 8 m2/g, 20 m2/g, 30 m2/g, ou 40 m2/g.
[0027] Em algumas modalidades, o composto da fórmula (I) pode compreender adicionalmente um promotor. O metal promotor pode ser qualquer um dos metais cataliticamente ativos reconhecidos que são usados na indústria de catalisadores, particularmente aqueles metais que são conhecidos por serem cataliticamente ativos para o tratamento de gases de escape derivados de um processo de combustão. O metal promotor deve ser amplamente interpretado e inclui especificamente cobre, níquel, zinco, ferro, tungstênio, molibdênio, cobalto, titânio, zircônio, manganês, cromo, vanádio, nióbio, e também estanho, bismuto e antimônio. Os metais de transição preferenciais são metais base, e os metais base preferenciais incluem aqueles selecionados do grupo consistindo em cromo, manganês, ferro, cobalto, níquel, e cobre, e misturas dos mesmos. Em alguns aspectos, metais de base adequados incluem aqueles selecionados do grupo consistindo em ferro, cobalto, níquel, manganês e cobre, e misturas dos mesmos. Em alguns aspectos, o metal promotor é cobre, manganês, ferro, ou uma combinação dos mesmos. Em alguns aspectos, o metal promotor é manganês, ferro, ou uma combinação dos mesmos. Em alguns aspectos, o metal promotor é cobre. Em alguns aspectos, o metal promotor é ferro. Em alguns aspectos, o metal promotor é manganês.
[0028] A composição de composto de perovskita contendo metal promotor descrita acima pode ser obtida via qualquer técnica conhecida, como métodos de impregnação.
[0029] O metal promotor pode estar presente na composição a uma concentração de até 20 por cento em peso (% em peso) com base no peso total da composição, por exemplo, de 0,1% em peso a 20% em peso, 0,5% em peso a 10% em peso, de 0,5 a 1% em peso, de 1 a 5% em peso, ou 2% em peso a 4% em peso. Para aspectos que utilizam cobre, ferro, manganês, ou a
8 / 27 combinação dos mesmos, a concentração desses metais promotores na composição pode ser de 1 a 15% em peso, 1 a 10% em peso, 1 a 5% em peso, ou 1 a 3% em peso. Fórmula (II): [BOx]y : [LazBO3±δ]1-y
[0030] Em algumas modalidades, o composto do tipo perovskita pode ser um composto da fórmula (II): [BOx]y : [LazBO3±δ]1-y; B pode ser Fe, Mn, Co, ou Ni; de preferência, B pode ser Fe ou Mn. Em algumas modalidades, B é Fe. Em outras modalidades, B é Mn.
[0031] x é de cerca de 1 a cerca de 2,5.
[0032] y é de cerca de 1 a cerca de 30% em peso.
[0033] z é cerca de 0,7 a cerca de 1,1.
[0034] δ está na faixa de cerca de 0 a cerca de 0,6; de preferência, de cerca de 0 a cerca de 0,5; com mais preferência, de cerca de 0,1 a cerca de 0,3. Fórmula (IIa): [MnOx]y : [LazMnO3±δ]1-y
[0035] Em algumas modalidades, B pode ser Mn. Em modalidades adicionais, o LazMnO3±δ pode ser uma fase de perovskita cristalina. E em modalidades alternativas ou adicionais independentes, com respeito à composição citada ou ao MnOx ou LazMnO3±δ por si mesmos (Em modalidades em que B é Mn), conforme for adequado: (a) x pode ser um valor na faixa de cerca de 1 a cerca de 1,1, de cerca de 1,1 a cerca de 1,2, de cerca de 1,2 a cerca de 1,3, de cerca de 1,3 a cerca de 1,4, de cerca de 1,4 a cerca de 1,5, de cerca de 1,5 a cerca de 1,6, de cerca de 1,6 a cerca de 1,7, de cerca de 1,7 a cerca de 1,8, de cerca de 1,8 a cerca de 1,9, de cerca de 1,9 a cerca de 2,0, de cerca de 2,0 a cerca de 2,1, de cerca de 2,1 a cerca de 2,2, de cerca de 2,2 a cerca de 2,3, de cerca de 2,3 a cerca de 2,4, de cerca de 2,4 a cerca de 2,5, ou um valor definido por uma faixa compreendendo duas ou mais destas faixas, por exemplo, de cerca de 1,6 a cerca de 2,5. Para evitar dúvidas, a representação “MnOx” se refere a
9 / 27 qualquer óxido binário de manganês que tem uma razão atômica de O:Mn de x.
Por exemplo, a designação inclui Mn3O4 (x = 1,33), Mn5O8 (x = 1,6), e similares.
Como tal, o valor x define uma composição de quer fórmulas separadas para óxidos de manganês quer misturas das mesmas, conforme descrito em outra parte da presente invenção.
Em determinadas modalidades independentes, o MnOx é predominantemente Mn3O4 (x = 1,33), Mn5O8 (x = 1,6), ou uma combinação dos mesmos; (b) y pode ser um valor maior ou menor que a faixa na seção anterior.
Em certas modalidades, y pode ser um valor em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 1% em peso (isto é, considerando apenas LazMnO3 por si mesmo), 1 a cerca de 2% em peso, de cerca de 2 a cerca de 3% em peso, de cerca de 3 a cerca de 4% em peso, de cerca de 4 a cerca de 5% em peso, de cerca de 5 a cerca de 6% em peso, de cerca de 6 a cerca de 7% em peso, de cerca de 7 a cerca de 8% em peso, de cerca de 8 a cerca de 9% em peso, de cerca de 9 a cerca de 10% em peso, de cerca de 10 a cerca de 11% em peso, de cerca de 11 a cerca de 12% em peso, de cerca de 12 a cerca de 13% em peso, de cerca de 13 a cerca de 14% em peso, de cerca de 14 a cerca de 15% em peso, de cerca de 15 a cerca de 16% em peso, de cerca de 16 a cerca de 17% em peso, de cerca de 17 a cerca de 18% em peso, de cerca de 18 a cerca de 19% em peso, de cerca de 19 a cerca de 20% em peso, de cerca de 20 a cerca de 21% em peso, de cerca de 21 a cerca de 22% em peso, de cerca de 22 a cerca de 23% em peso, de cerca de 23 a cerca de 24% em peso, de cerca de 24 a cerca de 25% em peso, de cerca de 25 a cerca de 26% em peso, de cerca de 26 a cerca de 27% em peso, de cerca de 27 a cerca de 28% em peso, de cerca de 28 a cerca de 29% em peso, de cerca de 29 a cerca de 30% em peso, ou y pode ser definido por quaisquer duas ou mais destas faixas, por exemplos, de cerca de 2 a cerca de 5% em peso; (c) z pode ser um valor na faixa de cerca de 0,7 a cerca de 0,75, de cerca de 0,75 a cerca de 0,8, de cerca de 0,8 a cerca de 0,85, de cerca
10 / 27 de 0,85 a cerca de 0,9, de cerca de 0,9 a cerca de 0,95, de cerca de 0,95 a cerca de 0,98, de cerca de 0,98 a cerca de 0,99, de cerca de 0,99 a cerca de 1, de cerca de 1 a cerca de 1,05, de cerca de 1,05 a cerca de 1,1, ou z pode ser quaisquer duas ou mais destas faixas, por exemplos, de cerca de 0,75 a cerca de 1,1, ou de cerca de 0,8 a cerca de 1, ou de cerca de 0,8 a cerca de 0,99, ou de cerca de 0,8 a cerca de 0,95.
[0036] Em modalidades independentes alternativas ou adicionais, o MnOx na composição pode ser amorfo, nanocristalino, ou cristalino, ou uma mistura de materiais amorfos, nanocristalinos, e cristalinos. Quando o MnOx, ou qualquer outro componente, é caracterizado como amorfo, a composição não apresenta picos de DRXP discerníveis atribuíveis a um óxido de manganês (mas sua presença pode ser determinada, por exemplo, por medições por MET). Quando o MnOx é classificado como nanocristalino, a composição apresenta apenas picos de DRXP de formato largo e insatisfatório atribuíveis a um óxido de manganês. Quando o MnOx é classificado como cristalino, a composição apresenta picos de DRXP agudos e bem definidos atribuíveis a um óxido de manganês.
[0037] Em modalidades alternativas ou adicionais, os compósitos compreendem partículas tendo uma área superficial média na faixa de cerca de 25 a cerca de 60 m2/g, de preferência de cerca de 27 a cerca de 45 m2/g. Em modalidades adicionais ou alternativas independentes, as partículas são classificadas como tendo uma área superficial média em uma faixa de cerca de 25 a cerca de 27 m2/g, de cerca de 27 a cerca de 29 m2/g, de cerca de 29 a cerca de 31 m2/g, de cerca de 31 a cerca de 33 m2/g, de cerca de 33 a cerca de 35 m2/g, de cerca de 35 a cerca de 37 m2/g, de cerca de 37 a cerca de 39 m2/g, de cerca de 39 a cerca de 41 m2/g, de cerca de 41 a cerca de 43 m2/g, de cerca de 43 a cerca de 45 m2/g, de cerca de 45 a cerca de 47 m2/g, de cerca de 47 a cerca de 49 m2/g, de cerca de 49 a cerca de 51 m2/g, de cerca de 51 a cerca de 53 m2/g, de cerca de 53 a cerca de 55 m2/g, de cerca de 55 a cerca de 57 m2/g,
11 / 27 de cerca de 57 a cerca de 60 m2/g, ou as partículas podem ser classificadas como tendo uma área superficial média abrangendo duas ou mais destas faixas, por exemplo, de cerca de 27 a cerca de 45 m2/g. Estas áreas superficiais são medidas mais convenientemente por porosimetria de gás inerte (por exemplo nitrogênio ou argônio) e analisadas com o uso da equação de BET. Os valores específicos citados na presente invenção podem ser obtidos usando N2 a 77 K em um analisador de caracterização de superfície 3Flex (Micromeritics).
[0038] Em modalidades alternativas ou adicionais, as partículas compreendem partículas primárias agregadas e/ou fundidas, sendo que as partículas primárias são separadamente composições de MnOx e de LazMnO3. O tamanho das partículas primárias de cada MnOx e LazMnO3 pode ser igual ou pode ser diferente. No contexto desta revelação, o termo “agregadas e/ou fundidas” se refere ao fato de que as partículas primárias, compreendendo cristalitos individuais, são adicionalmente unidas juntas em um modo de ligação (“fundidas”) para formar partículas agregadas maiores.
[0039] Em algumas modalidades, estas partículas primárias estão presentes em uma faixa de tamanho de cerca de 10 nm a cerca de 60 nm, de cerca de 10 nm a cerca de 50 nm, de cerca de 12 nm a cerca de 50 nm, de cerca de 14 nm a cerca de 50 nm, e/ou de cerca de 14 nm a cerca de 25 nm. Em modalidades alternativas ou adicionais, as partículas primárias estão presente em uma faixa de tamanho de cerca de 10 nm a cerca de 12 nm, de cerca de 12 nm a cerca de 14 nm, de cerca de 14 nm a cerca de 16 nm, de cerca de 16 nm a cerca de 18 nm, de cerca de 18 nm a cerca de 20 nm, de cerca de 20 nm a cerca de 25 nm, de cerca de 25 nm a cerca de 30 nm, de cerca de 30 nm a cerca de 35 nm, de cerca de 35 nm a cerca de 40 nm, de cerca de 40 nm a cerca de 45 nm, de cerca de 45 nm a cerca de 50 nm, de cerca de 50 nm a cerca de 55 nm, de cerca de 55 nm a cerca de 60 nm, ou os tamanhos de partícula primária podem ser definidos por uma faixa
12 / 27 abrangendo duas ou mais destas faixas, por exemplo, de cerca de 14 nm a cerca de 25 nm. A não ser que seja especificado de outro modo, a definição de faixas de tamanho de partículas primárias é determinada por medições de MET, mesmo reconhecendo que o uso de uso de MET como uma abordagem de medição primária está sujeito a erros associados com estatística de contagem de partículas.
[0040] Os tamanhos de partícula podem também ser determinados pela análise do alargamento de linha de reflexões em padrões de DRX (usando a análise de Rietveld). Esta abordagem mede a distância de repetição da célula unitária na direção específica do plano de retículo de reflexões. No presente caso, os tamanhos medidos tendem a ser classificados na extremidade inferior destas faixas e têm distribuições mais estreitas, sugerindo que mesmo estas partículas primárias estão presentes como um ou mais cristalitos das composições mencionadas. Por exemplo, a faixa de cerca de 14 a cerca de 25 nm para o tamanho de partícula primária é consistente com o tamanho dos tamanhos típicos de cristalito medidos por DRX. Em um exemplo, as partículas primárias medidas como tendo tamanhos na faixa de cerca de 10 nm a cerca de 60 nm por MET foram determinadas a partir de DRX (isto é, valor médio calculado com base no alargamento da largura de linha) para ter tamanhos de cerca de 12 a 20 nm para La0,9MnO3, cerca de 12 a 30 nm para Mn3O4, e cerca de 15 nm para La2O2CO3.
[0041] Os tamanhos de partículas primárias do MnOx e do LazMnO3, mas especialmente do LazMnO3, podem formar base de modalidades que são independentes das composições geralmente descritas acima; isto é, onde a limitação de y é relaxada e pode ser 0. Em outras palavras, em modalidades independentes, uma composição pode ser descrita exclusivamente em termos de partículas primárias de LazMnO3 (isto é, sem incluir outros materiais contendo Mn ou La) tendo um tamanho na faixa de cerca de 10 a cerca de 60 nm, ou qualquer uma das permutações ou combinações de subfaixas
13 / 27 associadas com tamanhos de partículas primárias. Consistente com os tamanhos de partícula descritos em outra parte da presente invenção, as partículas primárias podem ser agregadas em estruturas maiores.
[0042] Alternativamente ou adicionalmente, o LazMnO3 cristalino quer como um componente na composição quer por si mesmo, tem uma ocupância de sítio-A em uma faixa de cerca de 0,7 a cerca de 0,72, de cerca de 0,72 a cerca de 0,74, de cerca de 0,74 a cerca de 0,76, de cerca de 0,76 a cerca de 0,78, de cerca de 0,78 a cerca de 0,8, de cerca de 0,8 a cerca de 0,82, de cerca de 0,82 a cerca de 0,84, de cerca de 0,84 a cerca de 0,86, de cerca de 0,86 a cerca de 0,88, de cerca de 0,88 a cerca de 0,90, de cerca de 0,90 a cerca de 0,92, de cerca de 0,92 a cerca de 0,94, de cerca de 0,94 a cerca de 0,96, de cerca de 0,96 a cerca de 0,98, de cerca de 0,98 a cerca de 1,0, de cerca de 1,0 a cerca de 1,02, de cerca de 1,02 a cerca de 1,04, de cerca de 1,04 a cerca de 1,06, de cerca de 1,06 a cerca de 1,08, de cerca de 1,08 a cerca de 1,1, ou pode ser definido em termos de duas ou mais destas faixas, por exemplo, em uma faixa de cerca de 0,90 a cerca de 1,0, ou de cerca de 0,92 a cerca de 0,98.
[0043] Em modalidades adicionais, a composição revelada compreende adicionalmente um óxido, hidróxido e/ou carbonato de lantânio, por exemplo, LaOOH e/ou La2O2CO3. Como com o MnOx, os componentes de lantânio podem ser amorfos, nanocristalinos e/ou cristalinos. Componente ativo não redox
[0044] As composições de catalisador da presente invenção podem conter um componente ativo não redox, como um ou mais óxidos ativos não redox. Óxidos ativos não redox adequados podem incluir, por exemplo, alumina, ZrO2, ZrO2 dopado como ZrO2 dopado com Nb, Nd, Y ou La, ou combinações dos mesmos. Tipos adequados de alumina podem incluir, por exemplo, gama-, delta-, teta- e alfa-alumina. Composição de catalisador de três vias
[0045] Um outro aspecto da presente revelação é direcionado a uma
14 / 27 composição de catalisador de três vias que compreende um composto do tipo perovskita e um componente ativo não redox. Em alguns aspectos, o catalisador de três vias está isento de metais do grupo da platina. Em alguns aspectos, o catalisador de três vias está substancialmente isento de metais do grupo da platina. Em alguns aspectos, o catalisador de três vias está essencialmente isento de metais do grupo da platina.
[0046] Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias compreende um composto do tipo perovskita e um componente ativo não redox em uma razão em peso de cerca de 0,5:1 a cerca de 3:1; cerca de 0,7:1 a cerca de 2,7:1; cerca de 1:1 a cerca de 2,5:1; cerca de 1,3:1 a cerca de 2,5:1; cerca de 1,5:1 a cerca de 2,5:1; cerca de 1,7:1 a cerca de 2,2:1; ou cerca de 2:1.
[0047] Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita em uma quantidade de cerca de 5% em peso a cerca de 75% em peso; cerca de 10% em peso a cerca de 75% em peso; cerca de 15% em peso a cerca de 75% em peso; cerca de 20% em peso a cerca de 70% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 65% em peso; cerca de 30% em peso a cerca de 60% em peso; cerca de 35% em peso a cerca de 55% em peso, de cerca de 40% em peso a cerca de 50% em peso, cerca de 15% em peso a cerca de 45% em peso, cerca de 20% em peso a cerca de 40% em peso, cerca de 25% em peso a cerca de 35% em peso, cerca de 45% em peso a cerca de 75% em peso, cerca de 50% em peso a cerca de 70% em peso, ou cerca de 55% em peso a cerca de 65% em peso, da composição de catalisador.
[0048] Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um componente ativo não redox em uma quantidade de cerca de 25% em peso a cerca de 95% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 90% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 85% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 80% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 75% em peso;
15 / 27 cerca de 30% em peso a cerca de 70% em peso; cerca de 35% em peso; a cerca de 65% em peso; cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso; cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso; cerca de 25% em peso a cerca de 50% em peso; cerca de 30% em peso a cerca de 45% em peso; cerca de 35% em peso a cerca de 40% em peso; cerca de 50% em peso a cerca de 75% em peso; cerca de 55% em peso a cerca de 70% em peso; ou cerca de 60% em peso a cerca de 65% em peso, da composição de catalisador.
[0049] Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita e alumina. Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita e ZrO2. Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita de ferro e alumina. Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita de manganês e alumina. Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita de ferro e ZrO2. Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias inclui um composto do tipo perovskita de manganês e ZrO2. Artigos, sistemas e métodos
[0050] Os artigos catalisadores da presente invenção podem incluir uma composição catalisadora, conforme descrito na presente invenção, e um substrato. Em alguns aspectos, um artigo catalisador pode incluir um composto do tipo perovskita em um carregamento de até cerca de 2 g/in3; cerca de 0,5 g/in3 a cerca de 2 g/in3; cerca de 0,5 g/in3 a cerca de 1,5 g/in3; ou cerca de 1 g/in3. Em alguns aspectos, um artigo catalisador pode incluir um componente ativo não redox a uma carga de até cerca de 3 g/in3; cerca de 0,5 g/in3 a cerca de 3 g/in3; cerca de 1 g/in3 a cerca de 3 g/in3; cerca de 1,5 g/in3 a cerca de 2,5 g/in3; cerca de 1 g/in3 a cerca de 2 g/in3; cerca de 2 g/in3; ou cerca de 1 g/in3.
[0051] As composições catalisadoras podem ser aplicadas a um
16 / 27 substrato por quaisquer meios conhecidos, incluindo a aplicação de um washcoat. Substratos adequados podem incluir um monolito de fluxo passante, ou filtro de fluxo de parede de particulado de gasolina. De preferência, o substrato é um monólito de fluxo passante.
[0052] Um substrato monolítico de fluxo passante pode ter uma primeira face e uma segunda face definindo uma direção longitudinal entre si. O substrato monolítico de fluxo passante tem uma pluralidade de canais estendendo-se entre a primeira face e a segunda face. A pluralidade de canais se estende na direção longitudinal e fornecem uma pluralidade de superfícies internas (por exemplo, as superfícies das paredes que definem cada canal). Cada um dentre a pluralidade de canais tem uma abertura na primeira face e uma abertura na segunda face. Para evitar dúvidas, o substrato monolítico de fluxo passante não é um filtro de fluxo de parede.
[0053] A primeira face está tipicamente em uma extremidade de entrada do substrato e a segunda face está em uma extremidade de saída do substrato.
[0054] Os canais podem ter uma largura constante e cada pluralidade de canais pode ter uma largura de canal uniforme.
[0055] De preferência, dentro de um plano ortogonal à direção longitudinal, o substrato monolítico tem de 100 a 900 canais por polegada quadrada, de preferência de 300 a 750. Por exemplo, na primeira face, a densidade dos primeiros canais abertos e dos segundos canais fechados é de 300 a 750 canais por polegada quadrada. Os canais podem ter seções transversais que são retangulares, quadradas, circulares, ovais, triangulares, hexagonais ou com outros formatos poligonais.
[0056] O substrato monolítico age como um suporte para reter material catalítico. Os materiais adequados para a formação do substrato monolítico incluem materiais similares a cerâmica como cordierita, carbeto de silício, nitreto de silício, zircônia, mullita, espodumênio, sílica-alumina-
17 / 27 magnésia ou silicato de zircônio, ou de metal refratário, poroso. Tais materiais e seu uso na fabricação de substratos monolitos porosos são bem conhecidos na técnica.
[0057] Deve ser observado que o substrato monolítico de fluxo passante aqui descrito é um componente simples (isto é, um bloco único). No entanto, durante a formação de um sistema de tratamento de emissão, o monolito usado pode ser formado pela adesão em conjunto de uma pluralidade de canais ou pela adesão em conjunto de uma pluralidade de monolitos menores, conforme descrito aqui. Tais técnicas são bem conhecidas na técnica, assim como os envoltórios e as configurações adequados do sistema de tratamento de emissão.
[0058] Em aspectos em que o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato cerâmico, o substrato cerâmico pode ser produzido a partir de qualquer material refratário, por exemplo, alumina, sílica, óxido de titânio, céria, zircônia, magnésia, zeólitas, nitreto de silício, carbeto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio, aluminossilicatos e metaloaluminossilicatos (como cordierita e espodumênio), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Cordierita, um aluminossilicato de magnésio, e carbeto de silício, são particularmente preferenciais.
[0059] Em aspectos em que o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato metálico, o substrato metálico pode ser produzido a partir de qualquer metal adequado, e em particular, de metais e ligas metálicas resistentes ao calor, como titânio e aço inoxidável, bem como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio em adição a outros metais-traço.
[0060] Em algumas modalidades, a composição de catalisador está suportada/depositada diretamente sobre o substrato.
[0061] A invenção abrange, também, um sistema de escape para motores de combustão interna que compreende o componente catalisador de
18 / 27 três vias da invenção. No sistema de escape, o componente catalisador de três vias pode ser colocado em uma posição acoplada próxima ou na posição sob o piso.
[0062] A invenção abrange, também, o tratamento de um gás de escape proveniente de um motor de combustão interna, em particular para tratar o gás de escape proveniente de um motor a gasolina. O método compreende colocar o gás de escape em contato com o componente catalisador de três vias da invenção. Benefícios
[0063] Foi descoberto surpreendentemente que a mistura de um composto do tipo perovskita com um componente ativo não redox fornece uma composição de catalisador de três vias que é ativa mesmo após as condições de envelhecimento, incluindo condições de envelhecimento à alta temperatura. Esta estabilidade à alta temperatura é benéfica, porque foi descoberto que as composições de catalisador de três vias do tipo perovskita tradicionais se desativam após o envelhecimento.
[0064] Em alguns aspectos, uma composição de catalisador de três vias da presente invenção [por exemplo, compreendendo um composto do tipo perovskita da fórmula (I)] pode fornecer uma conversão de NO fresco a 500 a 600°C, e uma conversão de NO envelhecido a 500-600°C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700°C durante 20 horas na presença de vapor de água, sendo que o delta entre a conversão de NO fresco e a conversão de NO envelhecido é um decréscimo menor que 20%; menor que 15%; menor que 10%; ou menor que 5%.
[0065] Em outros aspectos, uma composição de catalisador de três vias da presente invenção [por exemplo, compreendendo um composto do tipo perovskita da fórmula (II)] pode fornecer uma conversão de CO ou HC fresco a 500°C, e uma conversão de CO ou HC envelhecido a 500°C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700°C durante
19 / 27 20 horas na presença de vapor de água, sendo que o delta entre a conversão de CO ou HC fresco e a conversão de CO ou HC envelhecido é um decréscimo menor que 50%; menor que 40%; menor que 30%; ou menor que 20%.
[0066] Termos
[0067] O termo revestimento washcoat é bem conhecido na técnica e se refere a um revestimento aderente que é aplicado a um substrato em geral durante a produção de um catalisador.
[0068] O acrônimo “MGP”, conforme utilizado aqui, se refere a “metal do grupo da platina”. O termo “metal do grupo da platina” se refere geralmente a um metal selecionado do grupo consistindo em Ru, Rh, Pd, Os, Ir e Pt, de preferência a um metal selecionado do grupo consistindo em Ru, Rh, Pd, Ir e Pt. Em geral, o termo “MGP” se refere, de preferência, a um metal selecionado do grupo consistindo em Rh, Pt e Pd.
[0069] O termo “óxido misto” conforme usado na presente invenção se refere genericamente a uma mistura de óxidos em uma fase única, como é convencionalmente conhecido na técnica. O termo “óxido composto” como usado na presente invenção se refere genericamente a uma composição de óxidos que tem mais de uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.
[0070] A expressão “substancialmente isento de” conforme utilizada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do teor de uma região, uma camada ou uma zona, significa que o material está em uma quantidade pequena, como ≤ 5% em peso, de preferência ≤ 2% em peso, com mais preferência ≤ 1% em peso. A expressão “substancialmente isento de” abrange a expressão “não compreende.”
[0071] A expressão “essencialmente isento de” conforme utilizada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do conteúdo de uma região, uma camada ou uma zona, significa que o material está em uma quantidade-traço, como ≤ 1%, em peso, de preferência ≤ 0,5% em peso com
20 / 27 mais preferência ≤ 0,1% em peso. A expressão “essencialmente isento de” abrange a expressão “não compreende”.
[0072] Qualquer referência a uma quantidade de dopante, particularmente uma quantidade total, expressa como um % em peso, como aqui usado, se refere ao peso do material de suporte ou do óxido de metal refratário do mesmo.
[0073] O termo “carregamento” conforme utilizado aqui se refere a uma medição em unidades de g/pé3 sobre uma base em peso de metal.
[0074] Na presente revelação, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem a referência plural, e a referência a um valor numérico específico inclui pelo menos aquele valor específico, a não ser que o contexto indique claramente em contrário. Dessa forma, por exemplo, uma referência a “um material” é uma referência a ao menos um desses materiais e equivalentes dos mesmos conhecidos pelos versados na técnica, e assim por diante.
[0075] Quando um valor é expresso como uma aproximação pelo uso do descritor “cerca de”, deverá ser entendido que o valor específico forma outra modalidade. Em geral, o uso do termo “cerca de” indica aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas a serem obtidas pelo assunto revelado e deve ser interpretado no contexto específico no qual ele é usado, com base em sua função. O versado na técnica será capaz de interpretar isso como uma questão de rotina. Em alguns casos, o número de algarismos significativos usados para um valor específico pode ser um método não limitador de determinação da extensão da palavra “cerca de”. Em outros casos, as graduações usadas em uma série de valores podem ser usadas para determinar o intervalo pretendido disponível para o termo “cerca de” para cada valor. Quando presentes, todas as faixas são inclusivas e combináveis. Ou seja, as referências a valores declarados nas faixas incluem todos os valores dentro daquela faixa.
21 / 27
[0076] Deve-se considerar que certas características da invenção que são, para maior clareza, descritas na presente invenção no contexto de modalidades ou aspectos separados, podem também ser fornecidas em combinação em uma única modalidade ou aspecto. Ou seja, a não ser que obviamente incompatível ou especificamente excluído, cada modalidade individual é considerada como sendo combinável com qualquer outra modalidade (ou modalidades) ou aspecto (ou aspectos), e tal combinação é considerada como sendo outra modalidade. Inversamente, várias características da invenção que são, por brevidade, descritas no contexto de uma única modalidade ou aspecto, podem também ser fornecidas separadamente ou em qualquer subcombinação. Finalmente, embora uma modalidade ou aspecto possa ser descrito como parte de uma série de etapas ou parte de uma estrutura mais geral, cada uma das ditas etapas pode também ser considerada um aspecto de modalidade em si mesmo, combinável com outras.
[0077] Os termos transicionais “compreendendo”, “consistindo essencialmente em” e “consistindo em” se destinam a conotar seus significados geralmente aceitos no vernáculo de patente; ou seja, (i) “compreendendo”, que é sinônimo de “incluindo”, “contendo” ou “caracterizado por”, é inclusivo ou ilimitado e não exclui elementos ou etapas do método não mencionados adicionais; (ii) “consistindo em” exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na reivindicação; e (iii) “consistindo essencialmente em” limita o escopo de uma reivindicação aos materiais ou etapas especificadas “e aqueles que não afetam materialmente a(s) característica(s) básica(s) e nova(s)” da invenção reivindicada. As modalidades descritas em termos da frase “compreendendo” (ou seus equivalentes) também fornecem, como modalidades, aquelas que são independentemente descritas em termos de “consistindo em” e “consistindo essencialmente em”. Para aquelas modalidades fornecidas em termos de
22 / 27 “consistindo essencialmente em”, a(s) característica(s) básica(s) e nova(s) é (são) a capacidade das composições de catalisador para tratar simultaneamente NOx, CO e HC em um sistema de escape veicular eficientemente, com robustez da razão entre ar e combustível. Materiais ou etapas que não prejudicam tal operabilidade são considerados dentro do escopo de tais modalidades.
[0078] Quando uma lista é apresentada, exceto quando especificado em contrário, deve-se compreender que cada elemento individual daquela lista, e cada combinação daquela lista, é uma modalidade separada. Por exemplo, uma lista de modalidades ou aspectos apresentados como “A, B ou C” deve ser interpretada como incluindo as modalidades “A”, “B”, “C”, “A ou B”, “A ou C”, “B ou C”, ou “A, B ou C”.
[0079] Ao longo deste relatório descritivo, deve-se conferir às palavras seu significado normal, conforme seria compreendido pelos versados na técnica relevante. Entretanto, de modo a evitar mau uso, os significados de certos termos serão especificamente definidos ou esclarecidos.
[0080] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que a circunstância descrita subsequentemente pode ou não ocorrer, de modo que a descrição inclua casos em que a circunstância ocorre e casos em que ela não ocorre. De modo similar, as modalidades que se referem a um componente ou etapa como estando “opcionalmente presente”, essas modalidades incluem modalidades independentes separadas nas quais a etapa ou o componente está presente ou ausente. A descrição “opcional” permite, mas não exige, que a condição opcional ocorra.
[0081] Os seguintes exemplos ilustram meramente a invenção. Os versados na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.
[0082] Os seguintes exemplos ilustram meramente a invenção. Os versados na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do
23 / 27 espírito da invenção e do escopo das reivindicações. Exemplos
[0083] Os materiais produzidos nos exemplos descritos a seguir foram classificados por um ou mais dos seguintes métodos analíticos. Os padrões de difração de raios-X em pó (DRXP) foram coletados em um difratômetro de pó Bruker D8 com o uso de uma radiação de CuKα (40 a 45 kV, 40 mA) a um tamanho de passo de 0,04° e 1 s por passo entre 5° e 100° (2θ). Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) foram obtidas em um MET (Varredura) JEM 2800 com Voltagem de 200 kV. O volume de microporos e a área superficial foram medidos com o uso de N2 a 77 K em um analisador de caracterização de superfície 3Flex (Micromeritics). Materiais
[0084] Todos os materiais estão disponíveis comercialmente e foram obtidos junto a fornecedores conhecidos, a não ser se anotado de outro modo. Pirólise por aspersão em chama (FSP):
[0085] Um material de perovskita FSP é tipicamente sintetizado pela pirólise por chama com alimentação líquida. Os precursores são dissolvidos em um solvente adequado a uma temperatura específica. A solução é em seguida alimentada com uma corrente de oxigênio em uma chama. As partículas são transportadas através de duto de aço inoxidável para um compartimento de bolsa com bolsa de filtro de ar e recuperadas por retropulsação da bolsa de filtro. Catalisador comparativo 1 (La0,8FeO3):
[0086] Uma solução de 2-etil-hexanoato de lantânio (III) (27,78 g, 0,02 mol) e acetilacetonato de ferro (III) (8,84 g, 0,025 mol) foram dissolvidos em 150 ml de xileno. A solução (200 ml, 0,33 mol/L) foi, em seguida, alimentada com uma corrente de oxigênio (dispersão e taxa de fluxo da bainha 20 l/min) em uma chama de CH4/O2 (mistura de 1,5/3,2 l/min) a uma taxa de 10 ml/min. As partículas foram transportadas através de duto de
24 / 27 aço inoxidável para um compartimento de bolsa com bolsa de filtro de ar (papéis de filtro Whatman GF/D) e recuperadas por retropulsação da bolsa de filtro. O Catalisador Comparativo 1 resultante foi de fase pura com um tamanho médio de cristalito de 12 nm, conforme evidenciado por DRX. O Catalisador Comparativo 1 teve uma área superficial específica de 80 m2g-1 com morfologia de partícula esférica e uma composição de superfície de La/Fe = 1,1 (XPS). Catalisador 2 (catalisador comparativo 1+Al2O3):
[0087] O Catalisador 2 foi preparado pela misturação física dos pós do Catalisador Comparativo 1 com gama-alumina (Al2O3) em uma razão em peso de 2:1. Catalisador 3 (catalisador comparativo 1+ZrO2):
[0088] O Catalisador 3 foi preparado pela misturação física dos pós do Catalisador Comparativo 1 com zircônia monoclínica (ZrO2) em uma razão em peso de 2:1. Exemplo 1
[0089] O Catalisador Comparativo 1, o Catalisador 2 e o Catalisador 3 foram testados sob condições de gasolina com perturbação padrão às temperaturas entre 500°C e 600°C. Os catalisadores foram em seguida submetidos às condições de envelhecimento envolvendo temperaturas ≥ 700°C na presença de vapor de água e sob condições ricas/pobres durante 20 horas. As condições específicas são incluídas abaixo: • Condições de teste: Mistura de gás com perturbação (WHSV = 750 Lg-1h-1), λ ± 0,05: 0,73 a 2,2% de CO + 666 ppm de C3H6 + 333 ppm de C3H8+ 2.200 ppm de NO + 0,23 a 0,69% de H2 + * O2 + 14% de CO2 + 4% de H2O (N2 equilibrado) 3 s por perturbação • Condições de envelhecimento: Mistura de gás com perturbação, λ = 0,93 – 1,06: 0,5% de CO + 1.000 ppm de C3H8 + 1.000 ppm de NO + 0,27 a 1,07% de O2 + 10% de H2O (N2 equilibrado) 5 minutos por
25 / 27 perturbação Tabela 1 Conversões de CO/HC/NO a 500 °C para catalisadores fresco e envelhecido a λ=0,99 ± 0,05 Fresco Envelhecido Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de
CO HC NO CO HC NO Catalisador 61 64 56 7 25 1 comparativo 1 Catalisador 2 64 72 56 32 58 42 Catalisador 3 - - - 33 49 38 Tabela 2 Conversões de CO/HC/NO a 600 °C para catalisadores fresco e envelhecido a λ=0,99 ± 0,05 Fresco Envelhecido Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de Conversão de
CO HC NO CO HC NO Catalisador 63 80 56 12 44 4 comparativo 1 Catalisador 2 71 85 58 39 74 51 Catalisador 3 - - - 34 62 45
[0090] Conforme mostrado nas Tabelas 1 e 2 acima, o Catalisador Comparativo 1, quando fresco, tem conversão > 50% de CO/HC/NO sob condições de gasolina com perturbação padrão entre 500 e 600 °C, entretanto, quando submetido às condições de envelhecimento, o catalisador mostra uma desativação grave resultando em conversões de CO/NO ≤15% entre 500 a 600 °C. O Catalisador 2 (que inclui a alumina) e o Catalisador 3 (que inclui a zircônia), entretanto, foram capazes de manter significativamente mais atividade após as condições de envelhecimento agressivas. Para resumir, após o envelhecimento às altas temperaturas, o Catalisador 1 mostra perda de até 90% em sua capacidade de converter CO, HC e NO, entretanto, quando o catalisador foi misturado com alumina (Catalisador 2) ou zircônia (Catalisador 3), houve uma perda muito menor na atividade do catalisador com conversões de CO/HC/NO restantes acima de 30%. Catalisador comparativo 4 (MnOx:La0,9MnO3)
[0091] KOH (85%, 8,41 g, 0,127 mol) foi dissolvido em água (200 ml) e a solução foi agitada a 400 rpm usando uma barra de agitação magnética e aquecida a 60 °C. Nitrato de lantânio hexa-hidratado (7,58 g, 0,0175 mol) e
26 / 27 nitrato de manganês (solução a 50% em peso, 8,95 g, 0,025 mol) foram dissolvidos em água para fornecer 100 ml de volume total de solução. A solução salina foi adicionada à base a 10 ml/min. Quando a adição foi completa, o precipitado foi envelhecido com agitação durante 30 min a 60 °C. O material foi coletado por filtração, lavado para remover íons adsorvidos e secado a 105 °C. A amostra foi aquecida a 700 °C durante 2 h em ar para formar uma fase de perovskita. Tamanho de cristalito de perovskita de 12,5 nm, 90,9% de fase de perovskita. Catalisadores 5A a 5C (catalisador comparativo 4 + ZrO2 dopado)
[0092] A mistura (MnOx:La0,9MnO3-ZrO2 dopado) foi preparada pela dispersão do MnOx:La0,9MnO3 e do ZrO2-dopado [dopantes: 10,1% em peso de Nb2O5 (5A), 13,05% de Y2O3 (5B) ou 14,7% de Nd2O3 (5C)) separadamente em água, seguida pela moagem úmida para um d90 de 6-7 µm. As pastas fluidas de MnOx:La0,9MnO3 e ZrO2 dopado foram, em seguida, misturadas em uma razão de 2:1 durante 3 a 4 horas antes das secagem, trituração para um pó e calcinação a 700 °C. Exemplo 2 Efeito de estabilização (após envelhecimento redox hidrotérmico)
[0093] Conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, as imagens de MET indicam que os tamanhos de partícula primária do Catalisador Comparativo 4 são estabilizados após envelhecimento na presença de ZrO2-dopado (10,1% em peso de Nb2O5; Catalisador 5A). O tamanho de partícula aumenta a partir de um tamanho inicial de 20 a 80 nm para o MnOx:La0,9MnO3 fresco para 200 a 1.000 nm envelhecido no Catalisador Comparativo 4. Na presença de ZrO2- dopado (por exemplo, Catalisador 5A), as partículas primárias de MnOx:La0,9MnO3 permanecem menores, entre 200 e 500 nm. Exemplo 3
[0094] O Catalisador Comparativo 4 e o Catalisador 5A foram testados sob condições de gasolina com perturbação padrão a 500°C. Os catalisadores foram em seguida submetidos às condições de envelhecimento
27 / 27 envolvendo temperaturas ≥ 950°C na presença de vapor de água e sob condições ricas/pobres durante 16 horas. As condições específicas são incluídas abaixo: • Condições de teste: Mistura de gás com perturbação (WHSV = 750 Lg-1h-1), λ ± 0,05: 0,73 a 2,2% de CO + 666 ppm de C3H6 + 333 ppm de C3H8 + 2.200 ppm de NO + 0,23 a 0,69% de H2 + * O2 + 14% de CO2 + 4% de H2O (N2 equilibrado) 3 s por perturbação • Condições de envelhecimento: Mistura de gás com perturbação, λ =0,93 – 1,06: 0,5% de CO + 1.000 ppm de C3H8+ 1.000 ppm de NO + 0,27-1,07% de O2 + 10% de H2O (N2 equilibrado) 5 minutos por perturbação Tabela 3. Conversões de CO/HC/NO a 500 °C para catalisadores fresco e envelhecido Fresco Envelhecido Conversão Conversão Conversão Conversão Conversão Conversão de de CO de HC de NO de CO de HC NO Catalisador 77 52 23 28 15 7 Comparativo 4 Catalisador 5A 83 57 25 54 46 15
[0095] Conforme mostrado na Tabela 3 acima, o Catalisador Comparativo 4, quando fresco, tem > 50% de conversão de CO/HC e >20% de conversão de NO sob condições de gasolina com perturbação padrão a 500°C, entretanto, quando submetido às condições de envelhecimento, o catalisador mostra uma desativação grave resultando em conversões de CO/NO ≤30% a 500°C. O catalisador 5A (que inclui o ZrO2 dopado), entretanto, foi capaz de manter mais atividade após as condições de envelhecimento agressivas. Para resumir, após o envelhecimento às altas temperaturas, o Catalisador Comparativo 4 mostra perda > 65 a 70% em sua capacidade para oxidar CO e HC, entretanto, quando o catalisador é misturado com ZrO2 dopado (por exemplo, Catalisador 5A), há apenas uma mudança de 12 a 35% em sua conversão de CO e HC a 500°C.

Claims (23)

REIVINDICAÇÕES
1. Composição de catalisador de três vias, caracterizada pelo fato de que compreende um composto do tipo perovskita da fórmula (I): LazB1-qB’qO3±δ ou da fórmula (II): [BOx]y : [LazBO3±δ]1-y e um componente ativo não redox; sendo que B ou B’ é Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Ti, ou Zr; q está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,5; δ está em uma faixa de cerca de 0 a cerca de 0,6; x é de cerca de 1 a cerca de 2,5; y é de cerca de 1 a cerca de 30% em peso; z é cerca de 0,6 a cerca de 1,1.
2. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita ser o composto da fórmula (I): LazBO3± δ.
3. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que B ser Fe.
4. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que B ser Mn.
5. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita ser o composto da fórmula (II): [BOx]y : [LazBO3±δ]1-y.
6. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que B ser Mn.
7. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o componente ativo não redox compreende um óxido.
8. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o componente ativo não redox compreende alumina.
9. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o componente ativo não redox compreende ZrO2.
10. Composição de catalisador de três vias de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o ZrO2 estar dopado.
11. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o catalisador estar substancialmente isento de metais do grupo da platina.
12. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o catalisador estar isento de metais do grupo da platina.
13. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita estar presente em uma quantidade de cerca de 5% em peso a cerca de 75% em peso da composição de catalisador.
14. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o componente ativo não redox estar presente em uma quantidade de cerca de 25% em peso a cerca de 95% em peso da composição de catalisador.
15. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita e o componente ativo não redox estarem presentes em uma razão em peso de cerca de 0,5:1 a cerca de 3:1.
16. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita ser preparado por pirólise por aspersão em chama.
17. Composição de catalisador de três vias de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o composto do tipo perovskita ter alta área superficial de ao menos 40 m2/g.
18. Artigo catalisador para tratamento de gás de escape, caracterizado pelo fato de que compreende: a. um substrato; e b. a composição de catalisador de três vias, como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores.
19. Método de tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna, caracterizado pelo fato de que compreende colocar o gás de escape em contato com um artigo catalisador compreendendo um substrato e a composição de catalisador de três vias como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 17.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a composição de catalisador de três vias fornecer: (1) uma conversão de NO fresco a 500 a 600°C, e (2) uma conversão de NO envelhecido a 500 a 600°C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700°C durante 20 horas na presença de vapor de água, sendo que um delta entre a conversão de NO fresco e a conversão de NO envelhecido é um decréscimo menor que 20%.
21. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o delta entre a conversão de NO fresco e a conversão NO envelhecido ser um decréscimo menor que 15%.
22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a composição de catalisador de três vias fornecer: (1) uma conversão de HC ou CO fresco a 500 °C, e (2) uma conversão de HC ou CO envelhecido a 500 °C após o envelhecimento do catalisador a uma temperatura de ao menos 700 °C durante 20 horas na presença de vapor de água, sendo que um delta entre a conversão de HC ou CO fresco e a conversão de HC ou CO envelhecido é um decréscimo menor que 50%.
23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o delta entre a conversão de HC ou CO fresco e a conversão de HC ou CO envelhecido ser um decréscimo menor que 40%.
BR112021014884-1A 2019-03-29 2020-03-27 Composição de catalisador de três vias, artigo catalisador para tratamento de gás de escape, e, método de tratamento de um gás de escape BR112021014884A2 (pt)

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US62/830,431 2019-04-06
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112844354A (zh) * 2020-12-23 2021-05-28 甄崇礼 钙钛矿化合物的制备方法
CN115193432A (zh) * 2022-07-06 2022-10-18 四川大学 一种抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂及其制备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1060793A (zh) * 1990-10-22 1992-05-06 华东化工学院 非贵金属三效催化剂
DE69226581T2 (de) * 1991-09-12 1999-02-04 Agency Ind Science Techn Katalysator zur Reduktion von Stickoxiden
US5939354A (en) * 1996-04-10 1999-08-17 Catalytic Solutions, Inc. Perovskite-type metal oxide compounds and method for preparing the compounds
US7014825B2 (en) * 1996-04-10 2006-03-21 Catalytic Solutions, Inc. Perovskite-type metal oxide compounds and methods of making and using thereof
GB0212321D0 (en) * 2002-05-29 2002-07-10 Johnson Matthey Plc Catalyst composition
GB0115729D0 (en) * 2001-06-28 2001-08-22 Univ Surrey Doped alumina catalysts
JP3657542B2 (ja) * 2001-07-24 2005-06-08 独立行政法人産業技術総合研究所 化学反応器
JP4311918B2 (ja) * 2002-07-09 2009-08-12 ダイハツ工業株式会社 ペロブスカイト型複合酸化物の製造方法
JP2004041867A (ja) * 2002-07-09 2004-02-12 Daihatsu Motor Co Ltd 排ガス浄化用触媒
JP2004041868A (ja) * 2002-07-09 2004-02-12 Daihatsu Motor Co Ltd 排ガス浄化用触媒
FR2942624B1 (fr) * 2009-03-02 2011-03-18 Rhodia Operations Composition comprenant une perovskite a base de lanthane sur un support en alumine ou en oxyhydroxyde d'aluminium, procede de preparation et utilisation en catalyse
FR2984182B1 (fr) * 2011-12-16 2014-09-05 Saint Gobain Ct Recherches Systeme catalytique de traitement de gaz
CN103887520A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种低温烧结制备固体氧化物燃料电池复合阴极的方法
US20140274662A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Cdti Systems and Methods for Variations of ZPGM Oxidation Catalysts Compositions
US20150182954A1 (en) * 2013-06-06 2015-07-02 Clean Diesel Technologies, Inc. Phase Stability of Lanthanum-Manganese Perovskite in the Mixture of Metal Oxides
WO2015159403A1 (ja) * 2014-04-17 2015-10-22 三井金属鉱業株式会社 排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒
US9962654B2 (en) * 2016-02-16 2018-05-08 GM Global Technology Operations LLC Perovskite based oxygen storage materials
US11179704B2 (en) * 2016-11-14 2021-11-23 Research Triangle Institute Perovskite catalysts and uses thereof
WO2018224946A1 (en) * 2017-06-05 2018-12-13 Johnson Matthey Public Limited Company Novel perovskite-type compound for gasoline exhaust gas applications

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