BRPI0709934B1 - catalisador para gás de escapamento, e, aparelho de gás de escapamento - Google Patents

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Kenji Tanikawa
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Abstract

<b>catalisador para gás de escapamento, e, aparelho de gás de escapamento<d>divulgado é um catalisador para gás de escapamento em que a eficiência do catalisador é melhorada aumentando-se a difusão do gás de escapamento em uma camada do catalisador. especificamente divulgado é um catalisador para gás de escapamento compreendendo pelo menos um carregador e uma pluralidade de camadas formadas no carregador. pelo menos uma das camadas tem poros neste, e pelo menos uma outra camada tem poros neste e contém, como componentes do catalisador, um metal nobre, alumina e um óxido complexo principalmente contendo céria, zircônia e um ou mais elementos de terra rara exceto cério.

Description

“CATALISADOR PARA GÁS DE ESCAPAMENTO, E, APARELHO DE GÁS DE ESCAPAMENTO” Campo Técnico A presente invenção diz respeito a um catalisador para gás de escapamento onde múltiplas camadas são formadas em um suporte.
Tecnologia dos Fundamentos Exemplos específicos de combustão interna, especialmente catalisadores para gás de escapamento para um motor de automóvel incluem os seguintes: catalisadores temários que simultaneamente processam hidreto de carbono, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio (NOx) no gás de escapamento; catalisadores óxidos que simultaneamente processam hidreto de carbono (HC) e monóxido de carbono (CO) no gás de escapamento; catalisadores de redução de armazenagem de NOx que armazenam NOx no gás de escapamento quando uma razão ar-combustível está em um estado pobre, e reduzir & processar NOx trocando-se a razão ar-combustível a uma razão ar-combustível teórica ou estado rico antes deste NOx tomar-se saturado; e catalisadores de redução seletiva de NOx que reduzem & processam NOx no gás de escapamento por um agente de redução.
Os catalisadores temários, os catalisadores óxidos, os catalisadores de redução de armazenagem de NOx e os catalisadores de redução seletiva de NOx são produzidos revestindo-se uma forma de pasta fluida dos componentes catalíticos nestes catalisadores a um suporte em forma de favo de mel cerâmico e sinterizando-se estes, respectivamente.
Entretanto, porque os componentes catalíticos são uniformemente formados em um suporte na maior parte dos catalisadores para gás de escapamento convencionais, quando o gás de escapamento flua para dentro no catalisador para gás de escapamento, a velocidade de difusão do gás do gás de escapamento é lenta, e como um resultado, freqüentemente parecería que o gás de escapamento não é suficientemente processado. Além disso, em associação com o aumento na temperatura do gás de escapamento, resistência ao aquecimento que é necessária para o catalisador para gás de escapamento é aumentada. Entretanto, no óxido compósito convencional, a resistência ao aquecimento é insuficiente e freqüentemente parecería que o desempenho do catalisador depois do tratamento térmico pode não ser suficientemente mantido.
Entretanto, no Pedido de Patente Japonês Aberto ao Público N- 2002-191988 (Literatura da Patente 1) e Pedido de Patente Japonês Aberto ao Público N- 2002-253968 (Literatura da Patente 2), um catalisador de redução de armazenagem de NOx onde a difusão do gás do gás de escapamento é o aumento e a eficiência de purificação do NOx é melhorada suportando-se agente de armazenamento de metal nobre e NOx à camada de revestimento fabricada de uma estrutura porosa onde poros finos tendo um diâmetro de poro específico são estabelecidos é propostos. Entretanto, nos catalisadores para gás de escapamento, o aumento da difusão do gás do gás de escapamento na camada do componente catalítico e melhora do eficiência do processo do gás de escapamento estão ainda na demanda.
Literatura da Patente 1: Pedido de Patente Japonesa Aberta ao Público N2 2002-191988 Literatura da Patente 2: Pedido de Patente Japonesa Aberta ao Público N2 2002-253968 Sumário da Invenção Os inventores da presente invenção descobriram a configuração do catalisador para gás de escapamento para melhorar o processamento do gás de escapamento no tempo da presente invenção. Particularmente, em um catalisador formado de múltiplas camadas, descoberto onde o pelo menos uma das múltiplas camadas tem vazios mostrando eixo menor e eixo maior específicos, e o processamento do gás de escapamento pode ser melhorado incluindo-se componentes catalíticos tendo resistência ao aquecimento que foram obtidos. Portanto, a presente invenção é com base na descoberta. Portanto, a presente invenção fornece um catalisador para gás de escapamento que pode aumentar a difusão do gás do gás de escapamento e melhorar o processamento do gás de escapamento.
Portanto, o catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção, compreendendo: um suporte e múltiplas camadas formadas no suporte, em que pelo menos uma das múltiplas camadas tem vazios na mesma; e pelo menos uma das múltiplas camadas tem vazios na mesma e compreende, como componentes catalíticos, um metal nobre, alumina, e um ou mais óxidos compósitos compreendendo, como componentes principais, céria, zircônia e um ou mais elementos de terra rara exceto para céria.
Breve Descrição dos Desenhos [Fig. 1] As Figs. 1 (A) a (E) mostram um diagrama esquemático do catalisador para gás de escapamento de acordo com a invenção do presente pedido, respectivamente.
[Fig. 2] A Fig. 2 mostra um diagrama esquemático de um aparelho que trata o gás de escapamento de acordo com a invenção do presente pedido.
Descrição Específica da Invenção Catalisador para gás de escapamento O catalisador para gás de escapamento de acordo com o presente pedido é configurado tal que pelo menos uma das múltiplas camadas tenha vazios. A presente invenção é caracterizada tal que pelo menos uma das múltiplas camadas tenha componentes catalíticos, e, a dita camada tenha vazios. Aqui, “vazios” na camada significa que existe espaços na camada, e especificamente, vacância, poro fino, fenda no estado de túnel (coluna prismática, de cilindro) podem ser mencionados. 1. Modo O modo do catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção será descrito com referência à Fig. 1. As Figs. 1 (A) a (E) mostram uma vista em seção transversal de um método do catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção, respectivamente. A Fig. 1 (A) mostra um catalisador para gás de escapamento onde uma primeira camada 2 é formada em um suporte 1, e uma segunda camada 3 tendo vazios 31 é formada na primeira camada 2. A Fig. 1 (B) mostra um catalisador para gás de escapamento onde a primeira camada 2 tendo um caminho de penetração 22 é formada no suporte 1 para ter uma forma desigual, e a segunda camada 3 tendo os vazios 31 é formada na primeira camada 2. A Fig. 1 (C) mostra um catalisador para gás de escapamento onde a primeira camada 2 tendo um caminho de penetração 22 é formada no suporte 1 para ter um forma de ilha do mar, e a segunda camada 3 tendo os vazios 31 é formada na primeira camada 2. A Fig. 1 (D) mostra um catalisador para gás de escapamento onde a primeira camada 2 tendo vazios 21 e o caminho de penetração 22 é formada no suporte 1 para ter um forma desigual e uma forma de ilha do mar, e a segunda camada 3 tendo os vazios 31 e um caminho de penetração 32 é formada na primeira camada 2. A Fig. 1 (E) mostra um catalisador para gás de escapamento onde a primeira camada 2 tendo os vazios 21 é formada no suporte 1 para ter uma forma desigual, e a segunda camada 3 tendo os vazios 31 é formada na primeira camada 2. Neste catalisador para gás de escapamento, como mostrado com o símbolo 4 na Fig. 1 (E), a primeira camada 2 não é parcialmente coberta com a segunda camada 3.
Como mostrado nas Figs. 1 (A) a (E), no catalisador para gás de escapamento, a primeira camada 2 e a segunda camada 3 são adjacentes uma à outra, e o catalisador para gás de escapamento tem os vazios (21 ou 31) ou o caminho de penetração (22 ou 32) nestas camadas como vazios. Depois, a primeira camada 2 e a segunda camada 3 podem ter a mesma razão de vazios média ou diferente. Neste tipo de catalisador para gás de escapamento, porque a difusão do gás do gás de escapamento é melhorada e a área de contato do gás de escapamento é expandida, tomar-se possível processar eficientemente o gás de escapamento.
No mencionado acima, com respeito à primeira camada 2 e a segunda camada 3, pelo menos uma das ou ambas contêm componentes catalíticos. Além disso, as vacâncias ou o caminho de penetração na primeira camada 2 e a segunda camada 3 são um exemplo dos vazios em cada camada, respectivamente, e a presente invenção não deve ser limitada à estas configurações. 2. Diâmetro médio do vazio Na presente invenção, o diâmetro médio de vazios é 0,2 pm ou mais e 500 pm ou menos, e é preferível que o limite mais baixo seja 0,5 pm ou mais e o limite mais alto seja 300 pm ou menos. Na presente invenção, “diâmetro médio” define que quatro vezes da área da seção transversal do vazio é dividido por um perímetro inteiro da seção transversal. Na presente invenção, quando vazios existem pelo menos em uma das múltiplas camadas, uma razão de vazios média dos vazios é 5 % ou mais e 80 % ou menos, e é preferível que o limite mais baixo seja 10 % ou mais e o limite mais alto seja 60 % ou menos. De acordo com o método preferível da presente invenção, camadas adjacentes de todas as outras nas múltiplas camadas podem ter a mesma razão de vazios média ou diferente. Neste item, “vazio” significa que existe nas múltiplas camadas por si só, e isto não deve incluir um vazio, tal como um substrato onde as múltiplas camadas são suportadas.
De acordo com um método preferível da presente invenção, a forma das múltiplas camadas a ser formada pode ser qualquer forma; entretanto, é preferível ser formada em uma forma desigual. Além disso de acordo com um outro método preferível da presente invenção, é preferível que pelo menos uma das múltiplas camadas seja formada para ter uma forma de ilha do mar no suporte. Estas formas podem ser fisicamente formadas na ocasião de formar as múltiplas camadas no suporte, e é preferível ser formada ajustando-se apropriadamente a forma e quantidade de um agente de formação. A espessura de cada camada nas múltiplas camadas é de 1 pm ou mais e 300 pm ou menos, e é preferível que o limite mais baixo seja 2 pm ou mais e o limite mais alto seja 280 pm ou menos, e é mais preferível que o limite mais baixo seja 5 pm ou mais e o limite mais alto seja 250 pm ou menos.
Formação das múltiplas camadas Um exemplo específico de um meio para formar as múltiplas camadas no suporte inclui o seguinte: pó de estrutura porosa, componentes catalíticos (no caso de formar uma camada do catalisador) se necessário e um agente de formação são adicionados a um solvente (por exemplo, água), e a mistura é agitada e uma pasta fluida é preparada. Esta pasta fluida é ligada a um suporte e assada, e uma camada é formada no suporte. Em seguida, outra pasta fluida é ligada à formada uma camada e assada, e uma outra camada é formada à esta uma camada com os procedimentos mencionados acima. O catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção será preparado repetindo-se isto.
Como o agente de formação, é preferível que um agente que é queimado no tempo de assadura ou secagem e suas características químicas não devem permanecer no catalisador para gás de escapamento. Como o agente de formação, é preferível que um agente que tem morfologia termicamente degradável ou combustível, tal como esfera ou cilindro. Este exemplo específico inclui um agente espumante, um tensoativo, um resina sintética expansível, carvão ativado, pó de grafite, pó em polpa, fibras orgânicas, e fibras plásticas. Um exemplo específico do agente espumante inclui La2 (C03)3, Al2 (CO)3 e Ce2 (CO)3, e compostos contendo componentes catalíticos similares são preferíveis. Um exemplo específico do tensoativo inclui um tensoativo aniônico, tal como tipo ácido sulfônico ou tipo ácido carboxílico, um tensoativo catiônico, tal como tipo amina, e um tensoativo zwitteriônico, tal como tipo éster de ácido graxo. Exemplos específicos de resina sintética expansível incluem resinas sintéticas, tais como da série poliuretano, série poliestireno, série polietileno, série poliéster ou série éster acrílico. Além disso, os vazios são formados não somente pelo agente espumante mas pode ser formado por um dispositivo que pode gerar tamanho uniforme de bolhas (tal como microbolhas).
Uma quantidade de aditivo do agente de formação de 1 % em peso ou mais e 80 % em peso com respeito à quantidade total dos componentes em cada camada das múltiplas camadas, e é preferível que o limite mais baixo seja 2 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 70 % em peso ou menos, e é mais preferível que o limite mais baixo seja 3 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 60 % em peso ou menos.
Como exemplos específicos do pó de estrutura porosa incluem óxido de alumínio, óxido compósito de céria-zircônia, óxido de cério, óxido de zircônio, óxido de titânio e zeólito cristalino. Quando pelo menos uma das múltiplas camadas contêm componentes catalíticos, os componentes catalíticos podem ser apropriadamente selecionados de acordo com os componentes no gás de escapamento; entretanto de acordo com o método preferível da presente invenção, é preferível conter componentes catalíticos temários. 3. Componentes catalíticos Óxido compósito Os componentes catalíticos na presente invenção contêm alumina, céria, zircônia e um ou mais tipos de óxidos compósitos tendo um ou mais tipos de elementos de terra rara exceto para céria (daqui em diante, pode simplesmente referir-se a como “óxido compósito”).
Na presente invenção, um ou mais tipos do óxido compósito são contidos. De acordo com o método preferível da presente invenção, em um ou mais tipos de óxidos de compósito s, é preferível que uma área de superfície específica de pelo menos um tipo de óxido compósito é de 40 m2/g Λ ou mais (preferivelmente, 45 m/gou mais) a 1.000° C possa ser mantida. Na presente invenção, para adquirir a área de superfície específica do óxido compósito, uma amostra é aquecida e deixada a 1.000° C de atmosfera durante 2 horas, e depois, a área de superfície específica da amostra pode ser medida usando um método de adsorção de nitrogênio. Na presente invenção, esta área de superfície específica pode ser utilizada como uma resistência à referência de aquecimento.
Além disso, para a estrutura do óxido compósito, a uma que é estável em um de sistema de cristal único, um sistema de cristal único tetragonal ou um sistema de cristal único cúbico, é preferivelmente utilizado. No geral, parece que a estrutura do óxido compósito varia de acordo com o teor de céria. Especificamente, parece que o óxido compósito contendo um grande teor de céria tem um estrutura do sistema de cristal cúbico, e o óxido compósito contendo menos teor de céria tem estrutura do sistema de cristal tetragonal. Na presente invenção, um óxido compósito que com estabilidade mantém um sistema de cristal único especialmente depois de um teste de resistência ao aquecimento é preferível.
De acordo com a forma de realização preferível da presente invenção, para o óxido compósito, quando um razão de átomo constituinte entre cério (Ce), zircônio (Zr), os elementos de terra rara (R) e átomo de oxigênio (O) é [l-(x+y)]:x:y:2, um óxido compósito que satisfaz todos das seguintes expressões gerais (I) a (III) são usados: 0 (preferivelmente 0,02) </= [l-(x+y)] < 0,95 (preferivelmente 0,85) (I) 0,05 (preferivelmente 0,13) <1= x < 1,0 (preferivelmente 0,96) (II) 0 (preferivelmente 0,02) < y </= 0,5 (preferivelmente 0,2) (III) A quantidade de aditivo do óxido compósito é 5 % em peso ou mais e 95 % em peso ou menos com respeito ao peso total do catalisador para gás de escapamento, é preferível que o limite mais baixo seja 10 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 90 % em peso ou menos, e é mais preferível que o limite mais baixo seja 15 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 85 % em peso ou menos. Além disso de acordo com a forma de realização preferível da presente invenção, a composição do óxido compósito pode ser a mesma ou diferente em cada camada.
De acordo com a forma de realização preferível da presente invenção, é preferível que um razão em peso do componente de alumina ao óxido compósito como os componentes catalíticos seja aproximadamente 1:9 ou mais e 9:1 ou menos, e é preferível que esta seja aproximadamente 2:8 ou mais e 8:2 ou menos.
Metal nobre Como um metal nobre, um ou mais tipos de metal que pertencem ao grupo de metal nobre pode ser usado. Um exemplo específico do metal inclui platina, paládio e ródio, e preferivelmente inclui o metal selecionado de um grupo de platina, paládio, ródio e mistura destes. Uma quantidade de suporte do metal nobre é 0,001 % em peso ou mais e 10.4 % em peso de menos com respeito ao peso total do catalisador para gás de escapamento; é preferível que o limite mais baixo seja 0,005 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 9,2 % em peso; e é mais preferível que o limite mais baixo seja 0,01 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 8,0 % em peso ou menos.
De acordo com o método preferível da presente invenção, é preferível que o metal nobre seja suportado em um óxido compósito contendo alumina ou céria, zircônia e um ou mais tipos de elementos de terra rara exceto para céria como componentes primários.
Elementos de terra rara Como um exemplo específico dos elementos de terra rara, um ou mais tipos selecionados de escândio (Sc), ítrio (Y), lantânio (La), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), promécio (Pm), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Td), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu) exceto para céria e misturas dos mesmos são preferivelmente utilizadas. Uma quantidade de aditivo dos elementos de terra rara é 0,10 % em peso ou mais e 48 % em peso ou menos com respeito ao peso total do catalisador para gás de escapamento, e é preferível que o limite mais baixo seja 0,20 % em peso ou mais e o limite mais baixo seja 45 % em peso ou menos, e é mais preferível que o limite mais baixo seja 0.3 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 43 % em peso ou menos.
Metal alcalino, metal alcalino terroso e metal de transição.
Na presente invenção, como os componentes catalíticos, os componentes contendo um ou mais tipos selecionados de um grupo de metal alcalino, metal alcalino terroso, metal de transição e misturas dos mesmos. Um exemplo específico de metal alcalino inclui um metal selecionado de um grupo de lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs), ffâncio (Fr) e misturas dos mesmos. Exemplos específicos de metal alcalino terroso incluem um metal selecionado de um grupo de berílio (Ser), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e mistura destes. Exemplos específicos de metal de transição incluem um metal selecionado de um grupo de titânio (Ti), vanádio (V), nióbio (Nb), tântalo (Ta), cromo (Cr), molibdênio (Mo), tungstênio (W), manganês (Mn), ferro (Fe), rutênio (Ru), irídio (Ir), níquel (Ni), cobre (Cu), prata (Ag), ouro (Au) e mistura destes. A quantidade de aditivos de metal alcalino, metal alcalino terroso, metal de transição e misturas dos mesmos são 0,10 % em peso ou mais e 28,9 % em peso com respeito ao peso total do catalisador para gás de escapamento, e é preferível que o limite mais baixo seja 0,19 % em peso ou mais e o limite mais alto seja 23,1 % em peso, e é mais preferível que o limite mais baixo seja 0,29 % em peso e o limite mais alto seja 17.4 % ou menos.
Suporte Exemplos específicos do suporte incluem um forma de pelota (forma granular) fabricada de alumina e um forma de monólito (forma de favo de mel) fabricada de metal, tal como cerâmicas de cordierita ou inoxidável. Particularmente, a forma de monólito que excede em resistência ao aquecimento, resistência ao choque térmico e força mecânica é preferível.
Dispositivo de processamento de gás de escapamento De acordo com um outro método da presente invenção, um dispositivo de processamento de gás de escapamento equipado com o catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção é fornecido. Os detalhes do dispositivo de processamento de gás de escapamento de acordo com a presente invenção serão descritos com referência à Fig. 2. A Fig. 2 mostra um diagrama esquemático do dispositivo de processamento de gás de escapamento equipado com o catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção. Um dispositivo de processamento de gás de escapamento 50 de acordo com a presente invenção é configurado tal que um catalisador para gás de escapamento 51 é arranjado no corpo do dispositivo composto de uma entrada de gás de escapamento 52 e uma saída de gás de escapamento 53. Gás de escapamento flui na entrada 52, e o gás de escapamento é processado pelo catalisador para gás de escapamento 51 de acordo com a presente invenção.
De acordo com o modo preferível da presente invenção, o gás de escapamento a partir da combustão interna flui no catalisador para gás de escapamento 51 (catalisador temário) da presente invenção da entrada de gás de escapamento 52, e neste catalisador para gás de escapamento 51, pelo menos um de hidreto de carbono (HC), monóxido de carbono e óxido de nitrogênio é oxidado ou reduzido & processado, e o gás de escapamento processado é dióxido de carbono, água ou gás nitrogênio descarregados por intermédio da saída 53. De acordo com o modo preferível da presente invenção, é preferível que um ou mais catalisadores para gás de escapamento de acordo com a presente invenção sejam arranjados no dispositivo de gás de escapamento. Quando os catalisadores para gás de escapamento múltiplos são arranjados, os componentes catalíticos dos catalisadores para gás de escapamento podem ser os mesmos ou diferentes.
Um catalisador de gás preferível da presente invenção pode ser configurado tal que as múltiplas camadas contendo os componentes catalíticos são formadas com composição diferentes de componentes na lateral de entrada (52) e na lateral de saída (53) do gás de escapamento. Neste catalisador para gás de escapamento, a razão dos componentes catalíticos na lateral de entrada para aquela Na lateral de saída é aproximadamente de 1:9 a 9:1, e é preferivelmente 2:8 ou mais e 8:2 ou menos.
Uso de catalisador para gás de escanamento/dispositivo de processamento de gás de escapamento. O catalisador para gás de escapamento/dispositivo de processamento de gás de escapamento de acordo com a presente invenção são usados para purificação do gás de escapamento. O catalisador para gás de escapamento e o dispositivo de processamento de gás de escapamento de acordo com a presente invenção são usados para uma combustão interna, especialmente um sistema de escapamento (no lado de escape do gás de escapamento) de um motor de ignição por centelha (por exemplo, motor a gasolina) ou um motor de ignição por compressão (por exemplo, motor a diesel). Além disso, estes motores são motores que ajustam uma razão ar-combustível e queimam um combustível, e o exemplo específico preferível inclui um motor de queima pobre, um motor de injeção de combustível direta, preferivelmente uma combinação destes (em outra palavras, um motor de queima pobre de injeção de combustível direta). O motor de injeção de combustível direta é um motor que adota um sistema de fornecimento de combustível, que pode realizar uma razão de compressão alta, melhora da eficiência da combustão, e redução de gás de escapamento. Conseqüentemente, tomar-se possível melhorar mais a eficiência da combustão e reduzir gás de escapamento pela combinação com o motor de queima pobre. O catalisador para gás de escapamento e o dispositivo de processamento de gás de escapamento de acordo com a presente invenção são utilizados para o sistema de escapamento da combustão interna carregados em maquinário de transporte ou maquinário. Exemplos específicos do maquinário de transporte e maquinário incluem, por exemplo, maquinário de transportação, tais como carros, ônibus, caminhões, caminhões basculantes, vagões, motocicletas, bicicletas motorizadas, navio, navios-tanque, lanchas ou aviões; maquinário industrial agrícola e florestal, tais como capinadeiras, tratores, máquinas combinadas para ceifar e debulhar, serra de cadeia ou maquinário transportador de madeira; viveiro de peixe e máquinas de pesca, tais como barcos de pesca; maquinário de construção, tais como caminhão-tanque, guindaste, prensa ou escavadora; e geradores elétricos. O catalisador para gás de escapamento de acordo com a presente invenção, por exemplo, no caso do sistema de escapamento para veículos, pode ser arranjado como um catalisador de partida, um subsolo, ou um conversor múltiplo.
Forma de realização Os detalhes da presente invenção serão descritos em mais detalhe de acordo com a forma de realização. Entretanto, os detalhes da presente invenção não devem ser limitadamente interpretados por causa das formas de realização.
Preparação do catalisador para gás de escapamento Exemplo 1 Mistura de 20 partes em peso de pó de γ-Α1203, 30 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo neodímio e lantânio como elementos de terra rara, 5 partes em peso de hidróxido de bário, 60 partes em peso de água e uma solução de nitrato de paládio foi conduzida. Depois, a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado por Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e a pasta fluida cujos componentes catalíticos foram uniformemente dispersados foi obtida. Em seguida, um material de base de favo de mel fabricado de Ο Λ cordierita (volume: 713 cm , 600 células/polegada : fabricado por NGK Insulators, Ltd.) foi preparado, e a pasta fluida foi revestida ao material de base, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a primeira camada foi laminada.
Mistura de 10 partes em peso de pó de γ-Α1203, 10 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo neodímio como elementos de terra rara, 50 partes em peso de água, uma solução de nitrato de platina e uma solução de nitrato de ródio foi conduzida, e a mistura foi agitada pelo agitador de alta velocidade na atmosfera durante 30 minutos, e a pasta fluida cujos componentes catalíticos foram uniformemente dispersados foi obtida. Em seguida, esta pasta fluida foi revestida em um material de base de favo de mel onde a primeira camada foi formada, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a segunda camada foi laminada e um catalisador para gás de escapamento (catalisador temário) foi obtido.
Neste catalisador para gás de escapamento, uma quantidade de suporte de Pt (platina) e Rh (ródio) foi 0,24 por L de material de base de favo de mel, e a quantidade de suporte de Pd (paládio) foi 1,3 g. Além disso, uma área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois de um tratamento térmico na atmosfera a 1000° C durante 2 horas foi 48 m /g, e uma área de superfície de um óxido compósito usado para a segunda camada foi 46 m /g.
Exemplo comparativo 1 Um catalisador para gás de escapamento foi obtido como similar ao Exemplo 1, exceto para o uso de um óxido compósito de céria-zircônia não contendo elementos de terra rara para a primeira camada e a segunda camada, e formando com 0,1 g da quantidade de suporte de Pt (platina) e Rh (ródio) por 1 L de material de base de favo de mel, e 1,6 g da quantidade de suporte de Pd (paládio). Além disso, a área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois do tratamento térmico a 1.000° C durante 2 horas na atmosfera foi 22 m /g, e a área de superfície do óxido compósito usado para a segunda camada foi 22 m /g.
Teste de avaliação 1 Amostras tendo um entalhe com 25,4 mm de diâmetro e 81,2 mm de comprimento dos catalisadores do Exemplo 1 e Exemplo comparativo 1 foram arranjadas dentro de um dispositivo de teste (Horiba, Ltd.) tendo entrada & saída de escapamento, respectivamente. Gás de composição rica e gás de composição pobre mostrados na Tabela 1 foram fluídos neste dispositivo a partir da entrada, altemativamente a cada 3 minutos em cada temperatura do gás (900° C, 1.000° C e 1.100° C), e um tratamento térmico foi conduzido durante 20 horas. Depois disto, gás de composição rica e gás de composição pobre mostrados na Tabela 2 foram fluídos neste dispositivo a partir da entrada a 1 Hz, respectivamente, uma eficiência de purificação de CO e NOx foi medida. Para a medição, a temperatura do gás foi elevada de 100° C a 500° C a 25° C/min, e uma eficiência de purificação de CO e NOx a 400° C foi mostrada na Tabela 3. O símbolo (%) na Tabela 1 e Tabela 2 significa % em volume. Além disso, a eficiência de purificação foi calculada de acordo com a expressão seguinte: Eficiência de purificação (%) = {1 — (cada concentração de gás depois da passagem do catalisador/cada concentração de gás antes da passagem do catalisador)} x 100 Tabela 1]________________________________________________ [Tabela 2] [Tabela 3] Eficiência de purificação a 400 graus C (%) Preparação do catalisador para gás de escapamento Exemplo 2 Mistura de 14 partes em peso de pó de γ-Α1203, 24 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio como elementos de terra rara, 5 partes em peso de hidróxido de bário, 40 partes em peso de água, uma solução de nitrato de platina e uma solução de nitrato de paládio foram conduzidas. Depois, a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e a pasta fluida cujos componentes catalíticos foram uniformemente dispersados foi obtida. Em seguida, um material de base de favo de mel fabricado de cordierita (volume: 1.150 cm , 600 células/polegada2: fabricado pela NGK Insulators, Ltd.) foi preparado, e a pasta fluida foi revestida ao material de base, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a primeira camada foi laminada.
Mistura de 8 partes em peso de pó de γ-Α1203, 24 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo neodímio e neodímio como elementos de terra rara, 75 partes em peso de água e solução de nitrato de ródio foram conduzidas, e a mistura foi agitada pelo agitador de alta velocidade na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida cujos componentes catalíticos foram uniformemente dispersados foi obtida. Em seguida, esta pasta fluida foi revestida em um material de base de favo de mel onde a primeira camada foi formada, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a segunda camada foi laminada e um catalisador para gás de escapamento (catalisador temário) foi obtido.
Neste catalisador para gás de escapamento, uma quantidade de suporte de Pt (platina) foi 0,52 por L de material de base de favo de mel, e a quantidade de suporte de Pd (paládio) foi 2,42 g, e a quantidade de suporte de Rh (ródio) foi 0,35 g. Além disso, uma área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois de um tratamento térmico na atmosfera a 1000° C durante 2 horas foi 44 m2/g, e uma área de superfície de um óxido compósito usado para a segunda camada foi 48 m /g.
Exemplo comparativo 2 Um catalisador para gás de escapamento foi obtido como similar ao Exemplo 2, exceto para o uso de um óxido compósito de céria-zircônia não usando elementos de terra rara para a primeira camada. Além disso, a área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois do tratamento térmico a 1.000° C durante 2 horas na atmosfera foi 22 m /g.
Teste de avaliação 2 Os catalisadores para purificação de gás de escapamento obtidos no Exemplo 2 e Exemplo comparativo 2 foram arranjados no sistema de escapamento do motor a gás de 4.000-cc, respectivamente, e as amostras foram deixadas permanecer a 950° C de temperatura dentro de leito catalítico durante 150 horas.
Depois, cada catalisador foi armazenado em um corpo cilíndrico com 15 cm de diâmetro e 40 cm de comprimento, e o corpo cilíndrico foi montado a um suporte de motor a gás de 2,4-L, e um combustível gasolina regular foi queimado e um teste sem luz foi conduzido. Temperatura T50 (° C) quando uma eficiência de purificação de HC, CO e NOx atingiu 50 % no tempo de manutenção A/F a 14,35 e aumentando a temperatura no fluxo de gás em um catalisador de 100° C a 400° C foi medida. Para o dispositivo de avaliação, nome comercial: “MEXA9500” (fabricado pela Horiba, Ltd.) foi usado. Os resultados da avaliação são como mostrados na Tabela 4, e quanto menores os números numéricos tomam-se, maior a capacidade de purificação de gás de escapamento tomar-se.
[Tabela 4] T 50°C
Exemplo 3 Mistura de 30 partes em peso de pó de γ-Α1203, 16 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia não contendo elementos de terra rara, 5 partes em peso de hidróxido de bário, 50 partes em peso de água e uma solução de nitrato de paládio foi conduzida, e resina acrílica [resina cujo diâmetro médio foi aproximadamente 4 pm a 7 pm (aproximadamente 5 pm em média) foi usada] foi misturada ainda de modo a ser 15 % em peso do peso inteiro. Depois, a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida onde um agente de formação foi uniformemente dispersado foi obtida. Em seguida, um material de base de favo de mel fabricado de cordierita (volume: 635 cm , 900 células/polegada : fabricado pela Corning Incorporated) foi preparado, e a pasta fluida foi revestida ao material de base, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a primeira camada foi laminada.
Mistura de 10 partes em peso de pó de γ-Α1203, 10 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio e neodímio como aditivos, 40 partes em peso de água e uma solução de nitrato de ródio foi conduzida, e resina acrílica [resina cujo diâmetro médio foi aproximadamente 4 μιη a 7 pm (aproximadamente 5 μηι em média) foi usada] foi misturada ainda de modo a ser 15 % em peso do peso inteiro, e a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida onde um agente de formação foi uniformemente dispersado foi obtida. Em seguida, esta pasta fluida foi revestida em um material de base de favo de mel onde a primeira camada foi formada, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a segunda camada foi laminada e um catalisador para gás de escapamento (catalisador temário) foi obtido.
Neste catalisador para gás de escapamento, uma quantidade de suporte de Pd (paládio) foi 0,83 por L de substrato de base de favo de mel, e a quantidade de suporte de Rh (ródio) foi 0,17 g. Além disso, uma área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois de um tratamento térmico na atmosfera a 1.000° C durante 2 horas foi 22 m2/g, e uma área de superfície de um óxido compósito usado para a segunda camada foi 43 m2/g.
Exemplo comparativo 3 Um catalisador para gás de escapamento foi obtido como similar ao Exemplo 3 exceto para formar a primeira camada e a segunda camada sem a adição de um agente de formação.
Teste de avaliação 3 Os catalisadores para a purificação de gás de escapamento obtidos no Exemplo 3 e Exemplo comparativo 3 foram armazenados em uma lata de armazenagem do catalisador, respectivamente, e a lata de armazenagem do catalisador foi montada no sistema de escapamento do motor a gás de 4,000-cc, e elas foram deixadas permanecer a 830° C de temperatura dentro do leito catalítico durante 100 horas.
Depois, cada catalisador foi armazenado em um corpo cilíndrico com 15 cm de diâmetro e 40 cm de comprimento, e o corpo cilíndrico foi montado a um suporte de motor a gás de 2,4-L, e um combustível gasolina regular foi queimado e uma avaliação característica de A/F foi conduzida. A temperatura do gás fluindo em um catalisador foi 400° C, 500° C e 600° C, e um eficiência de purificação cruzada (eficiência de purificação mais alta) (%) de EÍC-NOx e CO-NOx no tempo de troca de A/F foi medida. Para o dispositivo de avaliação, nome comercial: “MEXA9500” (fabricado pela Horiba, Ltd.) foi usado. Os resultados da avaliação são como mostrados na Tabela 5, e quanto maiores os números numéricos tornam-se, mais alta a capacidade de purificação de gás de escapamento tornar-se. A eficiência de purificação de cada componente, HC, CO e NOx, foi trocada em associação com a troca de A/F; entretanto, a eficiência de purificação com A/F indicando a maior eficiência de purificação uma à outra foi considerada como uma eficiência de purificação cruzada.
[Tabela 5] Eficiência de purificação a 400 graus C (%) ________ Eficiência de purificação a 500 graus C (%) Eficiência de purificação a 600 graus C (%) Exemplo 4 Mistura de 15 partes em peso de pó de γ-Α1203, 15 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio e ítrio como elementos de terra rara, 5 partes em peso de hidróxido de bário, 50 partes em peso de água e uma solução de nitrato de paládio foi conduzida, e resina acrílica [resina cujo diâmetro médio foi aproximadamente 4 pm a 7 pm (aproximadamente 5 pm em média) foi usada] foi misturada ainda de modo a ser 7 % em peso do peso inteiro. Depois, a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida onde um agente de formação foi uniformemente dispersado foi obtida. Em seguida, um material de base de favo de mel fabricado de cordierita (volume: 1,003 cm3, 400 células/polegada : fabricado pela NGK Insulators, Ltd.) foi preparado, e a pasta fluida foi revestida ao material de base, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a primeira camada foi laminada.
Mistura de 10 partes em peso de pó de γ-Α1203, 10 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio e neodímio como aditivos, 45 partes em peso de água e uma solução de nitrato de ródio foi conduzida, e a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida foi obtida. Em seguida, esta pasta fluida foi revestida em um material de base de favo de mel onde a primeira camada foi formada, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a segunda camada foi laminada e um catalisador para gás de escapamento (catalisador temário) foi obtido.
Neste catalisador para gás de escapamento, uma quantidade de suporte de Pd (paládio) foi 0,59 por L de substrato de base de favo de mel, e a quantidade de suporte de Rh (ródio) foi 0,12 g. Além disso, uma área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois de um tratamento térmico na atmosfera a 1.000° C durante 2 horas foi 52 m /g, e uma área de superfície de um óxido compósito usado para a segunda camada foi 43 m2/g.
Exemplo 5 Mistura de 15 partes em peso de pó de γ-Α1203, 15 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio e ítrio como elementos de terra rara, 5 partes em peso de hidróxido de bário, 50 partes em peso de água e uma solução de nitrato de paládio foi conduzida, e a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida foi obtida. Em seguida, um material de base de favo de mel fabricado de cordierita (volume: 1,003 cm , 400 células/polegada : fabricado pela NGK Insulators, Ltd.) foi preparado, e a pasta fluida foi revestida ao material de base, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a primeira camada foi laminada.
Mistura de 10 partes em peso de pó de γ-Α1203, 10 partes em peso de pó de óxido compósito de céria-zircônia contendo lantânio e neodímio como aditivos, 45 partes em peso de água e uma solução de nitrato de ródio foi conduzida, e resina acrílica [resina cujo diâmetro médio foi aproximadamente 4 pm a 7 pm (aproximadamente 5 pm em média) foi usada] foi misturada ainda de modo a ser 6 % em peso do peso inteiro, e a mistura foi agitada por um agitador de alta velocidade (fabricado pela Silverson Machines, Inc.) na atmosfera durante 30 minutos, e pasta fluida onde um agente de formação foi uniformemente dispersado foi obtida. Em seguida, esta pasta fluida foi revestida em um material de base de favo de mel onde a primeira camada foi formada, e depois que a pasta fluida em excesso foi soprada, o material de base foi assado a 500° C na atmosfera durante 1 hora e a segunda camada foi laminada e um catalisador para gás de escapamento (catalisador temário) foi obtido.
Neste catalisador para gás de escapamento, uma quantidade de suporte de Pd (paládio) foi 0,59 por L de substrato de base de favo de mel, e a quantidade de suporte de Rh (ródio) foi 0,12 g. Além disso, uma área de superfície do óxido compósito usado para a primeira camada depois de um tratamento térmico na atmosfera a 1.000° C durante 2 horas foi 52 m /g, e uma área de superfície de um óxido compósito usado para a segunda camada foi 43 m2/g.
Exemplo comparativo 4 Um catalisador para gás de escapamento foi obtido como similar ao Exemplo 4 e Exemplo 5 exceto para formar a primeira camada e a segunda camada sem a adição de um agente de formação.
Teste de avaliação 4 Os catalisadores para a purificação de gás de escapamento obtidos no Exemplo 4, Exemplo 5 e Exemplo comparativo 4 foram armazenados em uma lata de armazenagem do catalisador, respectivamente, e a lata de armazenagem do catalisador foi montada no sistema de escapamento do motor a gás de 4,000-cc, e elas foram deixadas permanecer a 950° C de temperatura dentro de leito catalítico durante 96 horas.
Depois, cada catalisador foi armazenado em um corpo cilíndrico com 11,6 cm de diâmetro e 2 1,0 cm de comprimento, e o corpo cilíndrico foi montado a um suporte do motor a gás de 2,4-L, e um combustível gasolina regular foi queimado e uma avaliação de característica de A/F foi conduzida. A temperatura do gás fluindo em um catalisador foi 500° C, 600° C e 700° C, e uma eficiência de purificação (%) de HC, CO e NOx no tempo de troca de A/F foi medida. Para o dispositivo de avaliação, nome comercial: “MEXA9500” (fabricado pela Horiba, Ltd.) foi usado. Os resultados da avaliação são como mostrados na Tabela 6, e quanto maiores os números numéricos tomam-se, mais alta a capacidade de purificação de gás de escapamento tomar-se. Além disso, a eficiência de purificação de cada componente foi calculada de acordo com a expressão seguinte: Eficiência de purificação (%) = {1 — (cada concentração de gás depois da passagem do catalisador/cada concentração de gás antes da passagem do catalisador)} χ 100 Eficiência de purificação a 500 graus C (%) Eficiência de purificação a 600 graus C (%) Eficiência de purificação a 700 graus C (%) REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Catalisador para gás de escapamento, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um suporte e múltiplas camadas formadas no suporte, em que pelo menos uma das múltiplas camadas tem vazios nu mesma formados por um agente de formação, e a pelo menos uma das múltiplas camadas tendo vazios na mesma compreende, como componentes catalíticos, um metal nobre, alumina, e um ou mais óxidos eompósitos compreendendo, como componentes principais, céria, zircônia e um ou mais elementos de terra rara exceto para céria, em que o diâmetro médio dos vazios varia de não menos do que 0,2 μηι a não mais do que 500 μιη e o um ou mais óxidos eompósitos tem uma área de superfície específica, após um tratamento térmico na atmosfera de 1000 'C por 2 horas, de não menos do que 40 m*/g.
2. Catalisador de acordo com a reivindicação I, caracterizado pelo fato de que, no caso onde o pelo menos uma das múltiplas camadas tem vazios na mesma, a razão de vazios média da camada varia de não menos do que 5 % a não mais do que 80 %.
3. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 2, caracterizado pelo fato de que as camadas adjacentes nas múltiplas camadas têm a mesma razão de vazios média ou diferente.
4. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de I a 3, caracterizado pelo fato de que a camada mais baixa nas múltiplas camadas é formada no suporte em uma forma desigual ou uma forma de ilha do mar.
5. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que. no caso onde a razão do átomo constituinte entre o cério (Ce), o zircônio (Zr), os elementos de terra rara (R) e um átomo de oxigênio (O) nos óxidos eompósitos é [l-(x+y)]:x:y:2, todas as Fórmulas (I) a (III) seguintes são correspondidas:
6. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a razão em peso do componente entre a alumina e os óxidos compósitos varia de não menos do que 1:9 a não mais do que 9:1.
7. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as composições dos óxidos compósitos são a mesmas ou diferentes nas camadas respectivas.
8. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o metal nobre é um ou mais metais que pertencem ao grupo de metal nobre.
9. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de terra rara é um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo de escândio (Sc), ítrio (Y), lantânio (La), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), promécio (Pm), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Td), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu) e misturas dos mesmos exceto para céria.
10. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, como os componentes catalíticos, um ou mais metais selecionados do grupo consistindo de metais alcalinos, metais alcalinos terrosos, metais de transição e misturas dos mesmos.
11. Catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que as múltiplas camadas compreendem os componentes catalíticos diferentes na composição nas laterais de uma entrada e uma saída de um gás de escapamento, respectivamente e a razão dos componentes catalíticos nas laterais de entrada e saída ocupando na direção do fluxo total varia de 1:9 a 9:1.
12. Aparelho de gás de escapamento, caracterizado pelo fato de que um ou mais catalisadores para gás de escapamento como definidos em qualquer uma das reivindicações de 1 a 11 são dispostos na lateral de um gás de escapamento descarregado do motor e no caso onde a pluralidade de catalisadores para gás de escapamento são dispostos, os componentes catalíticos dos catalisadores para gás de escapamento são os mesmos ou diferentes.
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