BRPI0706869A2

BRPI0706869A2 - Catalisador de purificação de gás de exaustão

Info

Publication number: BRPI0706869A2
Application number: BRPI0706869-7A
Authority: BR
Inventors: Hitoshi Kato
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2011-04-12
Also published as: KR20080078894A; WO2007083779A1; JP2007190459A; EP1979070A1; CN101374586A; RU2008133623A; CA2635082A1

Abstract

CATALISADOR DE PURIFICAçAO DE GAS DE EXAUSTAO Trata-se de um catalisador de purificação de gás de exaustão. O catalisador inclui um substrato de filtro que tem uma estrutura de fluxo de parede e um leito de catalisador formado nas paredes divisórias de células do substrato de filtro. O leito de catalisador contém um óxido poroso, um metal nobre suportado no óxido poroso, e um metal alcalino suportado no óxido poroso em uma quantidade de 0.6 mole ou mais por litro do substrato de filtro. Uma vez que uma grande quantidade de metal alcalino é suportada, o metal alcalino provavelmente entra em contato com o material particulado (PM) que contém principalmente carbono. Conseqúentemente, a temperatura da oxidação do PM pode ser abaixada. Desse modo, é possível oxidar o PM até mesmo em uma temperatura baixa de 300<198>C ou menos.

Description

CATALISADOR DE PURIFICAÇAO DE GAS DE EXAUSTAO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a ura catalisador depurificação de gás de exaustão com capacidade de purificarmaterial particulado (daqui por diante indicado como "PM"),que é contido em um gás de exaustão diesel ou algo do gêneroe contém principalmente carbono, a partir de uma faixa debaixa temperatura. 0 catalisador de purificação de gás deexaustão de acordo com a presente invenção é particularmenteútil como um catalisador para a purificação do gás deexaustão para os motores diesel porque ele pode purificar nãosomente o PM, mas também HC, CO, ou NOx.

2. Descrição da Técnica Correlata

No que se refere aos motores a gasolina, asquantidades de ingredientes nocivos contidos em um gás deexaustão foram reduzidas de maneira marcante em virtude dosregulamentos estritos para os gases da exaustão e o avançodas tecnologias que cumprem tais regulamentos. Por outrolado, no que se refere aos motores diesel, é difícilpurificar os gases de exaustão, em comparação aos motores agasolina, devido a uma circunstância incomum dos motoresdiesel de que os ingredientes nocivos são emitidos na formade PM (particulados de carbono, particulados à base deenxofre tais como particulados de sulfato, particulados dehidrocarboneto de elevado peso molecular (fração orgânicasolúvel (SOF)), ou algo do gênero).

Os purificadores de gás de exaustão conhecidos paraos motores diesel, que foram desenvolvidos até a presentedata, são classificados principalmente em um tipo coletor(estrutura de fluxo de parede) e um tipo aberto (estrutura defluxo direto). Para o purificador de gás de exaustão do tipocoletor, é conhecida uma estrutura do tipo colméia obturada(um filtro de PM diesel (daqui por diante indicado como um"DPF")) feita de cerâmica. Por exemplo, é conhecido um DPFque inclui uma estrutura de cerâmica do tipo colméia comcélulas obturadas nas extremidades opostas das suas aberturasna forma de um padrão quadriculado alternadamente. 0 DPFinclui células de entrada, cada uma delas obturada em um ladoa jusante do gás de exaustão da mesma, células de saída, cadauma delas arranjada adjacente às células de entrada eobturadas em um lado a montante do gás de exaustão dasmesmas, e paredes divisórias de células que dividem ascélulas de entrada e as células de saída umas das outras.

Neste DPF, o gás de exaustão é filtrado por poros das paredesdivisórias células, que capturam o PM, de modo que a emissãode PM é suprimida.

No DPF acima mencionado, no entanto, um aumento naperda da pressão ocorre devido à acumulação de PM. Emconseqüência disto, é necessário regenerar o DPFperiodicamente ao remover o PM acumulado utilizando umdeterminado meio. De acordo com uma tecnologia convencional,quando ocorre um aumento na perda da pressão tal como acimamencionado, é possível regenerar o DPF ao queimar o PMacumulado utilizando um fluxo de gás de exaustão quente.

Neste caso, no entanto, uma quantidade aumentada do PMacumulado pode causar um aumento na temperatura durante oprocesso de queima. Por esta razão, o DPF pode ser derretidoe danificado, ou pode ser rompido devido à tensão térmica.

Portanto, catalisadores de filtro foramdesenvolvidos recentemente. Por exemplo, a publicação dopedido de patente japonês n°. 7-106290 descreve umcatalisador de filtro, em que o catalisador de filtrocompreende uma camada de revestimento feita de alumina, etc.,e formada sobre as superfícies de paredes divisórias decélulas de um DPF, e um metal catalítico tal como a platina(Pt) suportado na camada de revestimento. Com estecatalisador de filtro, o PM capturado é oxidado e queimado deacordo com uma reação catalítica do metal catalítico.

Enquanto o PM é queimado simultaneamente com ousucessivamente à captura do mesmo, o catalisador de filtropode ser regenerado continuamente. A reação catalítica éexecutada a uma temperatura relativamente baixa. Além disso,a queima é executada para uma pequena quantidade de PMcapturado. Em conseqüência disto, a tensão térmica aplicadaao catalisador de filtro é baixa. Desse modo, há umavantagem, uma vez que a ruptura do catalisador de filtro éimpedida.

A publicação de pedido de patente japonês n° . 9-094434 também descreve um catalisador de filtro no qual umacamada de revestimento que suporta um metal catalítico éformada não somente nas paredes divisórias das células, mastambém nos poros das paredes divisórias de células. Uma vezque o metal catalítico também é suportado nos poros dasparedes divisórias de células, o metal catalíticoprovavelmente entra em contato com o PM. 0 PM capturado pelosporos também pode ser oxidado e queimado.

O metal alcalino ou o metal alcalino-terrososuportado em uma camada de revestimento de um filtrocatalisador, junto com o metal nobre, também são apresentadosna publicação do pedido de patente japonês n°. 2003-049627 ouna publicação do pedido de patente japonês n°. 2003-049631. Ometal alcalino ou alcalino-terroso forma um nitrato ou umsulfato em um gás de exaustão. Quando o nitrato ou o sulfatoé decomposto, oxigênio ativo é emitido. Com o oxigênio ativo,é possível oxidar o PM. Desse modo, é possível oxidareficazmente o PM, e desse modo para purificar eficazmente ogás de exaustão.

No entanto, o catalisador de filtro que inclui acamada de revestimento que suporta o metal alcalino oualcalino-terroso, juntamente com o metal nobre, também têm umproblema, uma vez que um desempenho da oxidação de PMsuficiente não pode ser exibido em uma faixa de operaçãogeral de aproximadamente 4000C ou menos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção foi elaborada em vista dosproblemas acima mencionados, e um aspecto da invençãoconsiste na apresentação de um catalisador de purificação degás de exaustão que tem a capacidade de oxidar o PM até mesmoem uma faixa de baixa temperatura de 3000C ou menos e deintensificar o desempenho da oxidação do PM.

Em um aspecto, a presente invenção apresenta umcatalisador de purificação de gás de exaustão que compreende:um substrato de filtro que tem uma estrutura de fluxo deparede, em que o substrato inclui células de entrada, cadauma delas obturada em um lado a jusante do gás de exaustãodas células de entrada, células de saida, cada uma delasarranjada adjacente às células de entrada e obturadas em umlado a montante do gás de exaustão das células de saída, eparedes divisórias de células porosas que dividem as célulasde entrada e as células de saída umas das outras, e umapluralidade de poros; e um leito de catalisador formado nasparedes divisórias de células, em que o leito de catalisadorcontém um óxido poroso, um metal nobre suportado no óxidoporoso, e um metal alcalino suportado no óxido poroso em umaquantidade de 0,6 mole ou mais por litro do substrato defiltro, e oxida o material particulado (PM), que contémprincipalmente carbono, e é capturado pelo substrato defiltro, a partir de uma faixa de baixa temperatura de 300°Cou menos.

O catalisador também pode compreender uma camada deproteção forma entre o substrato de filtro e o leito decatalisador, e feita de um óxido reagível com o metalalcalino.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os objetivos acima e outros ainda, e ascaracterísticas da presente invenção tornar-se-ão aparentes apartir da seguinte descrição da realização preferida, tomadaconjuntamente com os desenhos anexos, nos quais:

a FIGURA 1 é uma vista de explanação que ilustrauma estrutura de um catalisador de purificação de gás deexaustão de acordo com uma realização exemplificadora dapresente invenção;

a FIGURA 2 é um gráfico que ilustra uma temperaturade iniciação de oxidação de PM e uma temperatura de pico daoxidação de PM;

a FIGURA 3 é um gráfico que ilustra uma relaçãoentre a temperatura e a pressão diferencial;

a FIGURA 4 é um gráfico que ilustra uma relaçãoentre uma quantidade de suporte de potássio e a temperaturade iniciação da oxidação de PM; e

a FIGURA 5 é uma vista de explanação que ilustrauma estrutura de um catalisador de purificação de gás deexaustão de acordo com uma outra realização exemplificadorada presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

Várias realizações da presente invenção serãodescritas agora em detalhes com referência aos desenhosanexos.

A presente invenção apresenta um catalisador depurificação de gás de exaustão que inclui um substrato defiltro e um leito de catalisador formado nas paredesdivisórias de células do substrato de filtro. O substrato defiltro tem uma estrutura de fluxo de parede similar a um DPFconvencional que inclui células de entrada, cada uma delasobturada em um lado a jusante do gás de exaustão das mesmas,células de saída, cada uma delas arranjada adjacente àscélulas de entrada e obturadas em um lado a montante do gásde exaustão das mesmas, e paredes divisórias de célulasporosas que dividem as células de entrada e as células desaída umas das outras, e uma pluralidade de poros.

0 substrato de filtro pode ser formado por umaespuma de metal ou um tecido não-trançado resistente aocalor. 0 substrato de filtro também pode ser feito decerâmica resistente ao calor, tal como cordierita oucarboneto de silício. Por exemplo, onde o substrato de filtroé feito de cerâmica resistente ao calor, uma pasta argilosaque contém cordierita em pó como um componente principal damesma é preparada. A pasta preparada é formada através deextrusão, e então calcinada. No lugar da cordierita em pó,uma mistura de alumina em pó, magnésia em pó e sílica em póque tem a mesma composição que a cordierita pode serpreparada. As aberturas das células em uma extremidade dosubstrato de filtro são obturadas na forma de um padrãoquadriculado pelas pastas argilosas que têm uma forma similaràquela das aberturas das células, respectivamente. Alémdisso, as aberturas das células, cada uma delas uma arranjadaadjacente a uma das células obturadas, são obturadas naextremidade oposta do substrato de filtro. Em seguida, omaterial de obturação é fixado ao utilizar calcinação ou algodo gênero. Desse modo, um substrato de filtro que tem umaestrutura do tipo colméia pode ser fabricado. As formas emseção transversal das células de entrada e das células desaída podem ser triangulares, quadradas, sextavadas,circulares, etc. Naturalmente que elas não ficam limitados atais formas.

As paredes divisórias de células têm uma estruturaporosa que permite que um gás de exaustão passe através dasmesmas. A fim de formar poros nas paredes divisórias decélulas, combustível em pó, tal como pó de carbono, pó demadeira, amido, ou pó de resina, é misturado com a pasta.

Enquanto o pó combustível é queimado durante o processo decalcinação, os poros são formados nas paredes divisórias decélulas. É possível controlar o diâmetro e o volume dos porosao ajustar o tamanho e o teor do combustível em pó. Ascélulas de entrada e as células de saída se comunicam umascom as outras pelos poros. Conseqüentemente, embora o PM sejacapturado nos poros, o gás pode fluir das células de entradaàs células de saída através dos poros.

Preferivelmente, as paredes divisórias de célulastêm uma porosidade de 40% a 70%. Além disso, os poros têmpreferivelmente um diâmetro médio de 10 μιτι a 4 0 μπι. Onde asparedes divisórias de células têm a porosidade e o diâmetromédio de poro que varia tal como descrito acima, é possívelsuprimir um aumento na perda da pressão até mesmo quando oleito de catalisador é formado para variar de 100 g/l a 200g/l. Também é possível suprimir uma diminuição naresistência. Desse modo, a captação do PM pode ser obtidamais eficazmente.

No catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com a presente invenção, o leito de catalisador édisposto nas paredes divisórias de células do substrato defiltro. Embora o leito de catalisador possa ser formadosomente nas superfícies das paredes divisórias de células, épreferível que o leito de catalisador também seja formado nassuperfícies dos pores nas paredes divisórias de células. Oleito de catalisador contém um óxido poroso, um metal nobresuportado no óxido poroso, e um metal alcalino suportado noóxido poroso.

0 óxido poroso pode incluir a alumina, a zircônia,a titânia, a sílica, ou a céria convencionalmente utilizadascomo um suporte de catalisador, ou um óxido ou uma misturacomposta de pelo menos dois dos suportes de catalisador.Entre estes materiais, é preferida a γ-alumina que tem umagrande área de superfície específica.

0 metal nobre suportado no óxido poroso pode serselecionado entre Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, etc. Entre esteselementos, é preferível selecionar a Pt, que exibe umaatividade elevada de oxidação para o PM. Preferivelmente, aquantidade suportada de metal nobre varia de 0,1 g a 5 g porlitro do substrato de filtro. Quando a quantidade suportadade metal nobre é menor do que a faixa acima, é pouco prática,devido a uma atividade excessivamente baixa. Por outro lado,quando a quantidade suportada de metal nobre é maior do que afaixa acima, é exibida uma atividade saturada, e os custossão aumentados. O suporte do metal nobre pode ser obtido porum método de suporte por adsorção, um método de suporte porimpregnação, ou algo do gênero, utilizando uma solução quecontém um nitrato de metal nobre dissolvido na mesma.

Para o metal alcalino suportado no óxido poroso,Na, K, Li, Cs, etc., pode ser utilizado. Entre esteselementos, o K é o preferido, o qual exibe uma atividadeparticularmente elevada da oxidação para o PM.

Preferivelmente, a quantidade suportada de metal alcalino éde 0,6 mole ou mais por litro do substrato de filtro. Quandoa quantidade suportada de metal alcalino é menor do que afaixa acima, é difícil iniciar a oxidação do PM a umatemperatura de 300/C ou menos. Embora não haja nenhum limitesuperior particular da quantidade suportada de metalalcalino, é preferível que a quantidade suportada de metalalcalino tenha um limite superior de aproximadamente 2 molespor litro do substrato de filtro, para a purificação de gasesde exaustão de veículos. Quando a quantidade suportada demetal alcalino excede o limite superior, ocorre umadegradação na atividade do metal nobre, desse modo degradandoo desempenho na capacidade de purificação de HC7 CO, NOx,etc.

Além do metal nobre e do metal alcalino, metais detransição, metais típicos, metais alcalino-terrosos,elementos de terras raras, etc., podem ser suportados noleito de catalisador dentro de uma faixa sem causar nenhumefeito adverso no desempenho da purificação.

0 leito de catalisador é formado ao preparar umapasta de pó do óxido poroso com um ingrediente aglutinantetal como um sol de alumina e água, ao aplicar a pasta àsparedes divisórias de células, e ao calcinar a pastaaplicada, formando desse modo uma camada de revestimento.

Neste caso, é preferível suportar o metal nobre e o metalalcalino na camada de revestimento. Alternativamente, umapasta pode ser preparada ao utilizar o pó do catalisadorpreparado ao suportar previamente o metal nobre no pó deóxido poroso. Neste caso, o suporte do metal alcalino podeser executado após a formação do leito de catalisadorutilizando a pasta preparada. A aplicação da pasta às paredesdivisórias de células pode ser efetuada ao utilizar um métodode imersão geral. No entanto, é preferível remover um excessoda pasta penetrada nos poros, enquanto a pasta é preenchidade maneira forçada nos pores das paredes divisórias decélulas por meio de insuflação de ar ou sucção de ar.

Neste caso, a quantidade de formação da camada derevestimento ou do leito de catalisador varia preferivelmentede 30 g a 200 g por litro do substrato de filtro. Quando aquantidade de formação da camada de revestimento ou do leitode catalisador é menor do que 3 0 g/l, é impossível impediruma degradação na durabilidade do metal nobre. Por outrolado, a quantidade de formação da camada de revestimento oudo leito de catalisador que excede 200 g/l é pouco prática,devido a uma perda excessivamente alta na pressão.

Preferivelmente, uma camada de proteção feita de umóxido reagível com o metal alcalino é formada entre osubstrato de filtro e o leito de catalisador. A camada deproteção funciona de modo a impedir que o metal alcalinosuportado no leito de catalisador migre para o substrato defiltro em uma atmosfera ã alta temperatura, e desse modo, asuprimir uma degradação na resistência do substrato defiltro. Também é possível suprimir uma degradação naconcentração do metal alcalino no leito de catalisadorcausada pela migração do metal alcalino ao substrato defiltro. Conseqüentemente, uma degradação na atividade daoxidação do PM pode ser suprimida.

Os exemplos de óxido reagível com o metal alcalinopodem ser TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3, P2O5, etc. Preferivelmente,a quantidade de formação da camada de proteção corresponde auma espessura de 0,001 μτη a 5 μτη ou varia de 1 g a 50 g porlitro do substrato de filtro. Quando a quantidade de formaçãoda camada de proteção é menor do que a faixa acima, é difícilsuprimir a migração do metal alcalino ao substrato de filtro.

Por outro lado, a quantidade de formação da camada daproteção que excede a faixa acima é pouco prática, devido aum aumento excessivo na perda da pressão.

Ou seja, no catalisador de purificação de gás deexaustão de acordo com a presente invenção o metal alcalino ésuportado em uma quantidade de 0,6 mole ou mais por litro dosubstrato de filtro. Uma vez que uma grande quantidade demetal alcalino é suportada tal como descrito acima, épossível obter um aumento na possibilidade de que o metalalcalino entre em contato com o PM. Além disso, a temperaturaà qual o PM pode ser oxidado é abaixada, de modo que o PMpossa ser oxidado a uma temperatura baixa de 300°C ou menos.

Conseqüentemente, o catalisador de purificação degás de exaustão de acordo com a presente invenção podepurificar o PM por meio da oxidação a partir de uma faixa debaixa temperatura inferior a 300°C, de modo que o desempenhoda oxidação do PM possa ser intensificado consideravelmente.

Em conseqüência disto, a acumulação do PM é suprimida,suprimindo desse modo um aumento na perda da pressão. Dessemodo, a regeneração contínua do catalisador para apurificação do PM pode ser conseguida de maneira estável, demodo que seja possível impedir defeitos tais como asrachaduras causadas pela regeneração forçada. Onde umacamada de proteção feita de um óxido reagível com o metalalcalino é formada entre o substrato de filtro e o leito decatalisador, tal como descrito acima, é possível impedir queo metal alcalino migre para o substrato de filtro pela camadade proteção. Conseqüentemente, é possível suprimir umadegradação na resistência do substrato de filtro de acordocom uma reação do metal alcalino com a cordierita. Também épossível suprimir uma degradação no desempenho da oxidação doPM, uma vez que o consumo do metal alcalino é suprimido deacordo com a reação.

EXEMPLOS

(Exemplo 1)

A FIGURA 1 ilustra um catalisador de purificação degás de exaustão de acordo com este exemplo. Este catalisadorinclui: um substrato de filtro 1 que inclui as células deentrada 10, cada uma delas obturada em um gás de exaustão nolado a jusante das mesmas, as células de saída 11, cada umadelas arranjada adjacente às células de entrada, e obturadasem um gás de exaustão no lado a montante das mesmas, e asparedes divisórias de células porosas 12 que dividem ascélulas de entrada 10 e as células de saída 11 umas dasoutras; e um leito de catalisador 2 formado nas superfíciesdas paredes divisórias de células 12 e nas superfícies dosporos formados nas paredes divisórias de células 12.

Para o substrato de filtro 1, é utilizado um DPFfeito de cordierita comercialmente disponível. Este DPF temum tamanho de corpo de teste (35 centímetros cúbicos, 3 0milímetros (diâmetro) χ 50 milímetros (comprimento) ) , e umaporosidade de 60% a 67%, um volume de poro de 0,58 cc/g a0,65 cc/g, e um diâmetro médio de poro de 25 μπι a 35 μτη nasparedes divisórias de células 12. Uma descrição detalhada daestrutura do leito de catalisador 2 será fornecida através deuma descrição de um método para manufaturar o leito decatalisador 2.

Uma pasta é preparada ao misturar o pó decatalisador que suporta previamente Pt com pó de γ-Αΐ203(área de superfície específica de 220 m2/g) , juntamente comum sol de alumina e água com troca de íons, de maneira talque a mistura tem uma viscosidade de 100 cps ou menos. Apasta preparada é triturada de uma maneira tal que os seusgrãos sólidos têm um diâmetro médio de 1 μπι ou menos. Emseguida, o substrato de filtro 1 é mergulhado na pasta, parapermitir que a pasta seja introduzida nas células. A pasta ésugada então da extremidade oposta do substrato de filtro 1 àextremidade mergulhada em um estado em que o substrato defiltro 1 foi tirado para cima fora da pasta, para remover umexcesso da pasta do substrato de filtro 1. Depois de sersecado por ventilação, o substrato de filtro 1 é calcinado a500°C por três horas. Este procedimento é executado duasvezes, a fim de ajustar a formação da camada de revestimentode maneira tal que a camada de revestimento seja formada nscélulas de entrada 10 e nas células de saída 11substancialmente nas mesmas quantidades, respectivamente. Aquantidade de formação da camada de revestimento é de 150 gpor litro do substrato de filtro 1. A camada de revestimentoé formada nas superfícies das células de entrada 10 e dascélulas de saída 11 e nas superfícies dos poros. A quantidadede suporte de Pt da camada de revestimento é de 3 g/l.

A fim de suportar Li na camada de revestimento emuma quantidade de 0,6 mole/l, uma determinada quantidade deuma solução aquosa de acetato de lítio que tem uma certaconcentração é impregnada então na camada de revestimento.

Depois de ser secada, a camada de revestimento é calcinada a300°C por três horas. Desse modo, a camada de revestimento 2de suporte de Pt e Li é completamente formada.

(Exemplo Comparativo 1)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo Comparativo 1 é preparado da mesmamaneira que o Exemplo 1, exceto pelo fato que a quantidadesuportada de Li é de 0,3 mole/l.

(Exemplo 2)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo 2 é preparado da mesma maneira que oExemplo 1, exceto pelo fato que uma solução aquosa de acetatode potássio é utilizada no lugar da solução aquosa de acetatode lítio, e K é suportado na camada de revestimento em umaquantidade de 0,6 mole/l.

(Exemplo 3)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo 3 é preparado da mesma maneira que oExemplo 1, exceto pelo fato que uma solução aquosa de acetatode potássio é utilizada no lugar da solução aquosa de acetatode lítio, e K é suportado na camada de revestimento em umaquantidade de 1,5 mole/l.

(Exemplo Comparativo 2)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo Comparativo 2 é preparado da mesmamaneira que o Exemplo 1, exceto pelo fato que uma soluçãoaquosa de acetato de potássio é utilizada no lugar da soluçãoaquosa de acetato de li tio, e K é suportado na camada derevestimento em uma quantidade de 0,3 mole/l.

(Exemplo Comparativo 3)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo Comparativo 3 é preparado da mesmamaneira que o exemplo 1, exceto pelo fato que o metalalcalino não é suportado.

(Exemplo Comparativo 4)

Um catalisador de purificação de gás de exaustão deacordo com o Exemplo Comparativo 4 é preparado da mesmamaneira que o Exemplo 1, exceto pelo fato que uma soluçãoaquosa de acetato de bário é utilizada no lugar da soluçãoaquosa de acetato de lítio, e Ba é suportado na camada de15 revestimento em uma quantidade de 0,3 mole/l.

< Exemplo Experimental 1 >

Cada um dos catalisadores descritos acima foimontado em um sistema de exaustão de uma bancada de motor, naqual foi montado um motor diesel (volume de deslocamento:2.000 centímetros cúbicos) . Para a fixação do PM a cadacatalisador, o motor diesel foi operado por duas horas sob ascondições de rpm de um motor de 2.000 rpm, um torque de 3,0kg, e uma temperatura do gás de exaustão de 2500C.

Cada catalisador com PM fixado foi carregado em umaparelho de avaliação, e então submetido a um aumento natemperatura da temperatura ambiente a uma temperatura de6000C a uma razão de 10°C/min sob as condições em que um gásmodelo que consiste em 10% de O2, 500 ppm de NO, e o restanteconsiste em N2 fluiu através do catalisador a uma vazão de0,03 m3/min.

A concentração do CO2 em um gás emitido de cadacatalisador durante o aumento da temperatura foi medidacontinuamente. Com base nos resultados da medição, atemperatura, em que a emissão do CO2 foi iniciada, foiregistrada como uma temperatura de iniciação da oxidação doPM, e a temperatura, em que a concentração medida do CO2 teveum valor de pico, foi registrada como uma temperatura de picoda oxidação de PM. A FIGURA. 2 ilustra os. resultadosregistrados.

< Exemplo Experimental 2 >

Para cada um dos catalisadores de acordo com osExemplos 2 e 3 e o Exemplo Comparativo 2, a diferença dapressão entre o gás introduzido no catalisador e o gásemitido do catalisador durante o aumento da temperatura foimedida continuamente. A FIGURA 3 ilustra os resultadosmedidos.

< Avaliação >

Com referência ã FIGURA 2, pode ser observado queos catalisadores dos exemplos, em que Li ou K são suportadosem uma quantidade de 0,6 mole/l, exibem uma baixa temperaturade iniciação da oxidação do PM e uma baixa temperatura depico da oxidação do PM, em comparação com os catalisadoresdos Exemplos Comparativos 1 e 2. Isto é, pode ser claramenteobservado que os catalisadores dos exemplos podem oxidar o PMa partir de uma faixa de baixa temperatura, e exibem umaatividade elevada de oxidação do PM na faixa de baixatemperatura.

Também pode ser observado que a quantidadesuportada de K é preferivelmente de 1,5 g/l, em comparação a0,6 g/l, porque o catalisador do Exemplo 3 exibe temperaturasbaixas do que aquele do Exemplo 2. Além disso, pode serobservado que K é mais preferível do que Li porque ocatalisador do Exemplo 2 exibe temperaturas mais baixas doque aquele do Exemplo 1. Por outro lado, pode ser observadoque Ba que representa o metal alcalino-terroso do ExemploComparativo 4 não tem nenhum efeito obtido em um estadosuportado.

Tal como mostrado na FIGURA 3, no catalisador doExemplo 2 a sua pressão diferencial, que aumentou, diminuiligeiramente em torno de 300°C, aumenta outra vez, e entãodiminui bastante em torno de 400°C. No catalisador do Exemplo3, a sua pressão diferencial, que aumentou, diminui bastanteem torno de 280°C. No catalisador do Exemplo Comparativo 2,no entanto, a sua pressão diferencial ainda exibe um aumentoem torno de 300°C, e exibe inicialmente uma diminuição emtorno de 400°C.

Isto é, a diminuição na pressão diferencial nocatalisador do Exemplo 2 perto de 300°C para o momento édevida à presença de K a uma alta concentração de 0,6 mole/l.

No catalisador do Exemplo 3, em que K é suportado a uma altaconcentração de 1,5 mole/l, esta diminuição épredominantemente exibida. Tal como mostrado na FIGURA 2, asdiferenças do efeito entre o Exemplo 2, o Exemplo 3 e oExemplo Comparativo 2 correspondem às diferenças da açãodescrita acima, respectivamente. Conseqüentemente, pode serobservado que é necessário suportar K em uma quantidade de0,6 mole/l.

< Exemplo Experimental 3 · Avaliação >

Foi preparada uma pluralidade de catalisadores damesma maneira que no Exemplo 2, exceto pelo fato que elestinham quantidades de suporte de K diferentes dentro de umafaixa de 0 mole/l a 1,5 mole/l, respectivamente. Para cada umdos catalisadores preparados, uma temperatura de iniciação daoxidação do PM foi medida de acordo com o método descritoacima. A FIGURA 4 ilustra os resultados medidos.

Com referência à curva da FIGURA 4, pode serobservado que há um ponto de inflexão em torno de umaquantidade de suporte de K de 0,5 mole/l, e uma temperaturade iniciação da oxidação do PM de 300°C ou menos é exibidaquando a quantidade de suporte de K é de 0.6 mole/1 ou mais.

(Exemplo 4)

A FIGURA 5 ilustra um catalisador de purificação degás de exaustão de acordo com este exemplo. 0 catalisador deacordo com este exemplo inclui: um substrato de filtro 1 queinclui as células de entrada 10, cada uma delas obturada emum lado a jusante do gás de exaustão das mesmas, as célulasde saída 11 arranjadas adjacentes às células de entrada eobturadas em um lado a montante do gás de exaustão dasmesmas, as paredes divisórias de células 12 que dividem ascélulas de entrada 10 e as células de saída 11 umas dasoutras; uma camada de proteção 3 formada nas superfícies dasparedes divisórias de células 12 e nas superfícies dos porosformados nas paredes divisórias de células 12; e um leito decatalisador 2 formado na superfície da camada de proteção 3.

Este catalisador é idêntico àquele do Exemplo 2, exceto pelofato que o catalisador inclui a camada de proteção 3.Conseqüentemente, uma descrição detalhada da estrutura doleito de catalisador 2 será fornecida através de umadescrição de um método para manufaturar o leito decatalisador 2.

O substrato de filtro 1 é mergulhado em uma pasta,na qual um sol de sílica é distribuído, para permitir que apasta seja introduzida nas células. A pasta é sugada então daextremidade oposta do substrato de filtro 1 à extremidademergulhada em um estado em que o substrato de filtro 1 foitirado para cima fora da pasta, para remover um excesso dapasta do substrato de filtro 1. Depois de ser secado por meiode ventilação, o substrato de filtro 1 é calcinado a 500°Cpor três horas. Este procedimento é executado duas vezes, afim de ajustar a formação da camada de proteção de maneiratal que a camada de proteção seja formada nas células deentrada 10 e nas células de saída 11 substancialmente nasmesmas quantidades, respectivamente. A quantidade de formaçãoda camada de proteção é de 20 g por litro do substrato defiltro 1 (substancialmente uma espessura de 1 μπι) . Emseguida, o leito de catalisador 2 é formado da mesma maneiraque aquele do Exemplo 2.

(Exemplo 5)

A camada de proteção 3 que é feita de TiO2 éformada da mesma maneira que no Exemplo 4, exceto pelo fatoque um sol de titânia é utilizado no lugar do sol de sílica.Em seguida, o leito de catalisador 2 é formado da mesmamaneira que aquele do Exemplo 2.

(Exemplo 6)

A camada de proteção 3 que é feita de Al2O3 éforma da mesma maneira que no Exemplo 4, exceto pelo fato queum sol de alumina é utilizado no lugar do sol de silica. Emseguida, o leito de catalisador 2 é formado da mesma maneiraque aquele do Exemplo 2

< Exemplo Experimental 4 Avaliação >

Para cada um dos catalisadores de acordo com asRealizações 2, 4, 5, e 6, e o Exemplo Comparativo 3, um testede durabilidade a alta temperatura foi realizado ao manter ocatalisador em um estado aquecido em uma fornalha elétrica a700°C por dez horas. Em seguida, o teste descrito acima foirealizado para medir uma temperatura de iniciação da oxidaçãodo PM. Para cada catalisador submetido ao teste dedurabilidade a alta temperatura, a resistência do substratode filtro 1 foi medida por Autograph. Com base nos resultadosmedidos, os catalisadores foram avaliados com "0" quandoexibem uma resistência à compressão de mais de 2 MPa, "Δ"quando exibem uma resistência à compressão que varia de 1,5MPa a 2 MPa, ou "X" quando exibem uma resistência àcompressão de menos de 1,5 MPa. A Tabela 1 mostra osresultados avaliados.

[ Tabela 1 ]

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Com referência à Tabela 1, pode ser observado quecatalisador do Exemplo 2 exibe uma degradação na resistênciado substrato após o teste de durabilidade a alta temperatura.

No entanto, tal degradação na resistência do substrato podeser suprimida mediante a formação de uma camada de proteção,tal como nos Exemplos 4 a 6. Quando uma camada de proteçãofeita de SiO2 ou de TiO2 é formada, são obtidos resultadossimilares àqueles do Exemplo Comparativo 3 que não suportanenhum K. Neste caso, conseqüentemente, é possível suprimirintensamente uma degradação na resistência do substrato.

Embora a invenção tenha sido mostrada e descritacom respeito às realizações preferidas, deve ficarcompreendido pelos elementos versados na técnica que váriasmudanças e modificações podem ser feitas sem que se desvie docaráter e âmbito da invenção tal como definido nas seguintesreivindicações.

Claims

1. CATALISADOR DE PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO,caracterizado pelo fato de compreender:um substrato de filtro que tem uma estrutura defluxo de parede, em que o substrato de filtro inclui célulasde entrada, cada uma delas obturada em um lado a jusante dogás de exaustão da célula da entrada, células de saída, cadauma delas arranjada adjacente às células de entrada eobturada em um lado a montante do gás de exaustão da célulade saída, e paredes divisórias de células porosas que dividemas células de entrada e as células de saída umas das outras,e têm uma pluralidade de poros;eum leito de catalisador formado nas paredesdivisórias de células,em que o leito de catalisador contém um óxidoporoso, um metal nobre suportado no óxido poroso, e um metalalcalino suportado no óxido poroso em uma quantidade de 0,6mole ou mais por litro do substrato de filtro,em que o leito de catalisador oxida o materialparticulado, que contém principalmente carbono e é capturadopelo substrato de filtro, a partir de uma faixa de baixatemperatura de 3000C ou menos.

2. CATALISADOR DE PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque a quantidade suportada de metal alcalino é de 2 moles oumenos por litro do substrato de filtro.

3. CATALISADOR DE PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque o metal alcalino é o potássio.

4. CATALISADOR DE PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato decompreender adicionalmente uma camada de proteção formadaentre o substrato de filtro e o leito de catalisador, e feitade um óxido reagível com o metal alcalino.

5. CATALISADOR DE PURIFICAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO,de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato deque a camada de proteção tem uma espessura de 0,001 μπι a 5μιτι.