BRPI0709958A2 - método de manufatura de um catalisador de combustão de material à base de carbono, catalisador de combustão de material à base de carbono, método de manufatura de um veìculo de catalisador, e, veìculo veìculo de catalisador - Google Patents
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Abstract
MéTODO DE MANUFATURA DE UM CATALISADOR DE COMBUSTãO DE MATERIAL à BASE DE CARBONO, CATALISADOR DE COMBUSTãO DE MATERIAL à BASE DE CARBONO, MéTODO DE MANUFATURA DE UM VEíCULO DE CATALISADOR, E, VEìCULO DE CATALISADOR é obtido um catalisador de combustão de material à base de carbono através da execução de um estágio de queima de sodalita de queima em uma temperatura de 600<198>C, ou mais. De um modo alternativo, é obtido um catalisador de combustão através da execução do estágio de mistura, estágio de secagem e estágio de queima que se seguem. No estágio de mistura, o aluminossilicato (sodalita), uma fonte de metal alcalino, e! ou uma fonte de metal alcalino terroso são misturados em água, de modo a obter uma mistura líquida. No estágio de secagem, a mistura é aquecida de modo a evaporar a água, deste modo sendo obtido um sólido. No estágio de queima, o sólido é queimado em uma temperatura de 600<198>C ou mais. O catalisador assim obtido pode causar com que o material à base de carbono seja queimado, de um modo estável, e removido em uma baixa temperatura, durante um longo período de tempo.
Description
METODO DE MANUFATURA DE UM CATALISADOR DECOMBUSTÃO DE MATERIAL À BASE DE CARBONO, CATALISADORDE COMBUSTÃO DE MATERIAL À BASE DE CARBONO, MÉTODODE MANUFATURA DE UM VEÍCULO DE CATALISADOR, E,VEÍCULO DE CATALISADOR"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um catalisador de combustãode material à base de carbono, que é usado para a queima e a remoção dematerial à base de carbono, tais que substâncias finas de carbono (porexemplo, material em partículas PM), contido em um gás de exaustão, e a ummétodo de manufatura dos mesmos. Além disso, a invenção refere-se tambéma um veículo de catalisador para suportar o catalisador de combustão domaterial à base de carbono sobre um substrato cerâmicoj e a um método demanufatura do mesmo.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
Substâncias finas de carbono (por exemplo, material empartículas PM) contidas em um gás de exaustão de um motor de combustãointerna, tal que um motor a diesel, são queimadas e removidas através de umfiltro de partículas de diesel (DPF) ou os similares. De modo a remover tantoPM quanto possível em um baixo custo, é possível efetuar a queima eremover o PM em uma temperatura relativamente baixa. Deste modo, o DPFque suporta o catalisador para promover a combustão do material à base decarbono, tal que o PM, é usado para queimar e remover o PM no gás deexaustão.
Como um tal catalisador de combustão de material à base decarbono, é usado, de um modo geral, por exemplo, um metal nobre, tal que Pt,Pd, Rh ou um óxido dos mesmos. O uso de um catalisador produzido a partirde um material nobre caro, no entanto, resulta em um alto custo e conduz, deum modo desvantajoso, a um problema de depleção de recursos. Além disso,a atividade de combustão do PM é insuficiente, e, deste modo, sob umacondição operacional normal, o PM não tratado precisa ser acumulado de ummodo gradual. De modo a remover o PM acumulado, é necessário aumentar atemperatura do gás de exaustão usando combustível ou aquecer eletricamenteo catalisador a até 600°C, ou mais. Como um resultado, o dióxido de enxofrecontido no gás de exaustão é transformado em trióxido de enxofre ou emnévoa de ácido sulfurico, e, deste modo, a purificação do gás de exaustãopode não ser executada, de um modo completo, mesmo quando o PM podeser removido.
Pela razão acima descrita, catalisadores tendo partículascatalíticas produzidas a partir de óxidos de metal alcalino, tais que o potássio,e partículas cerâmicas suportadas em óxido foram desenvolvidos (videdocumentos de patente 1 a 4). Através do suporte de um tal metal alcalino, omaterial em partículas suspenso (PM) no gás de exaustão pode ser queimado eremovido em uma baixa temperatura, de cerca de 400°C).
No catalisador produzido a partir de metal alcalino, no entanto,o metal alcalino, que é um componente catalítico, pode ser eluído na presençade água. Quando o catalisador é usado em um ambiente que inclui muitovapor, por exemplo, no gás de exaustão do motor, a purificação do gás deexaustão pode não ser executada de um modo estável durante um longotempo. Quando uma quantidade em excesso de metal alcalino é usada,levando em consideração a eluição o metal alcalino, de modo a evitar aredução na atividade catalítica, pode ser causado dano a uma base produzida apartir de cerâmica, ou o similar, para o suporte do metal alcalino.
Documento de Patente 1: JP-A- 2001 - 170483Documento de Patente 2: JP-A- 2005- 230724Documento de Patente 3: JP-A- 2005- 296871Documento de Patente 4: JP-A- 2005- 342604EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃOPROBLEMAS A SEREM SOLUCIONADOS PELA INVENÇÃO
A presente invenção foi produzida tendo em vista osproblemas antecedentes encontrados na técnica conhecida, e constitui umobjeto da presente invenção prover um catalisador de combustão de material àbase de carbono, que pode causar com que um material à base de carbono sejaqueimado, de um modo estável, e removido em baixa temperatura durante umlongo período de tempo, um método de manufatura de catalisador decombustão, um veículo de catalisador, e um método de manufatura do veículode catalisador.
MEIOS PARA SOLUCIONAR OS PROBLEMAS
De acordo com um primeiro exemplo da invenção, é providoum método de manufatura de um catalisador de combustão de material à basede carbono. O catalisador de combustão é adaptado para a queima do materialà base de carbono contido em um gás de exaustão a partir de um motor de combustão interno, ao mesmo tempo em que é suportado sobre um substratocerâmico. O método de manufatura inclui um estágio de mistura de umaluminossilicato tendo uma razão equivalente atômica de Si/ Al > 1, e umafonte de metal alcalino e/ ou uma fonte de metal alcalino terroso em água, umestágio de secagem d e uma mistura líquida através do aquecimento damistura após o estágio de mistura e evaporação da água, de modo a que sejaobtido um sólido, e um estágio de queima do sólido em uma temperatura de600°C ou mais, de modo a que seja obtido o catalisador de combustão domaterial à base de carbono. O aluminossilicato é sodalita.
De acordo com um segundo exemplo da invenção, ocatalisador de combustão do material à base de carbono é obtido através dométodo de manufatura do primeiro exemplo.
No método de manufatura do primeiro exemplo da invenção, oestágio de mistura, o estágio de secagem, e o estágio de queima sãoexecutados de modo a manufaturar o catalisador de combustão do material àbase de carbono.
Ou seja, no estágio de mistura, o aluminossilicato (sito é, asodalita) tendo a razão equivalente atômica de Si/ Al > 1, e a fonte de metalalcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso são misturadas em água. Então,no estágio de secagem, uma mistura líquida após o estágio de mistura éaquecida de modo a que a água seja evaporada, deste modo obtendo umsólido. O sólido consiste de uma mistura do elemento de metal alcalino e/ oudo elemento de metal alcalino terroso, e do aluminossilicato. Depois disso, noestágio de queima, o sólido é queimado em uma temperatura de 600°C, oumais. Deste modo, o catalisador de combustão do material à base de carbonodo segundo exemplo da invenção pode ser obtido.
O catalisador de combustão do material à base de carbonocontém o elemento de metal alcalino e/ ou o elemento de metal alcalinoterroso. O elemento de metal alcalino e/ ou o elemento de metal alcalinoterroso possui e/ ou possuem um efeito promotor de combustão para omaterial à base de carbono, tal que o material em partículas suspenso (PM),no gás de exaustão. Deste modo, o catalisador de combustão do material àbase de carbono pode causar com que o material à base de carbono sejaqueimado em baixa temperatura.
Além disso, o catalisador do material de combustão à base decarbono pode reter o elemento de metal alcalino e/ou o elemento de metalalcalino terroso. Deste modo, pode ser evitado com que o elemento de metalalcalino e/ou o elemento de metal alcalino terroso seja eluído na presença deágua.
Deste modo, o catalisador de combustão do material à base decarbono não é facilmente eluído na presença de água. Quando do uso docatalisador suportado sobre o substrato produzido de, por exemplo, cerâmicaou os similares, não é necessário suportar o catalisador sobre o substrato emuma quantidade excessiva, de modo a evitar a degradação do substrato. Destemodo, o catalisador de combustão do material à base de carbono pode, de ummodo estável, promover a combustão do material à base de carbono duranteum longo período de tempo.
O catalisador de combustão do material à base de carbono deacordo com o segundo exemplo da invenção, obtido através do método demanufatura do primeiro exemplo da invenção, possui as características depromoção de combustão para o material à base de carbono, tais que o materialem partículas suspenso (PM) contido no gás de exaustão do motor decombustão interna, tal como acima mencionado. O catalisador de combustãodo material à base de carbono acima mencionado pode causar com que omaterial à base de carbono seja queimado em uma temperatura igual a, oumais baixa do que aquela de um catalisador de metal nobre convencional.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado dificilmente reduz a atividade catalítica, mesmo napresença de água, tal como acima mencionado.
O catalisador de combustão do material à base de carbonosuportado sobre o substrato cerâmico dificilmente corrói o substrato cerâmicona presença de água, diferentemente do catalisador de metal alcalinoconvencional, e pode, deste modo, evitar a degradação do substrato cerâmico.
Deste modo, o catalisador de combustão do material à base decarbono pode promover, de modo estável, a combustão do material à base decarbono, mesmo na presença de água, durante um longo período de tempo.
A razão, pela qual o catalisador de combustão do material àbase de carbono possui uma excelente atividade catalítica, como acimamencionado, não está clara, mas é considerado que o Na do aluminossilicato,tal que a sodalita, o elemento de metal alcalino da fonte de metal alcalino, e oelemento de metal alcalino terroso da fonte de metal alcalino terroso, que sãoa matéria prima, contribuem para a atividade catalítica.
Ou seja, no catalisador de combustão do material à base decarbono acima mencionado, o Na da sodalita, e o elemento de metal alcalinoda fonte de metal alcalino e/ ou o elemento de metal alcalino terroso da fontede metal alcalino terroso exibem as características de promoção de combustãodo material à base de carbono.
Além disso, a estrutura do catalisador de combustão domaterial à base de carbono retém em si o elemento de metal alcalino e/ ou oelemento de metal alcalino terroso por meio de uma força de conexãorelativamente forte, e torna difícil com que o elemento de metal alcalino e/ ouo elemento de metal alcalino terroso seja eluído, mesmo na presença de água.Deste modo, o catalisador de combustão pode evitar a redução da atividadecatalítica, tal como acima mencionado, assim como a corrosão do substratocerâmico.
No primeiro exemplo da invenção, o catalisador de combustãodo material à base de carbono é obtido através do estágio de queima, queenvolve a queima da mistura sólida, que consiste do aluminossilicato (porexemplo, a sodalita) e da fonte de metal alcalino e/ ou fonte de metal alcalinoterroso, em uma temperatura de 600°C, ou mais. O catalisador de combustãode material à base de carbono, obtido no estágio de queima acima, é usado, aomesmo tempo em que é suportado sobre o substrato cerâmico. Ou seja, oestágio de queima é executado sem o suporte da mistura sobre o substratocerâmico, e o suporte do catalisador sobre o estágio cerâmico é executadoapós o estágio de queima.
Quando a mistura da sodalita e da fonte de metal alcalino e/ ouda fonte de metal alcalino terroso é queimada em uma temperatura de 600°C,ou mais, após ser suportada sobre o substrato cerâmico, o Na contido nasodalita, o metal alcalino na fonte de metal alcalino e o metal alcalino terrosona fonte de metal alcalino terroso podem ser eluídos. O metal alcalino e/ ou ometal alcalino terroso eluído podem alterar, de um modo parcial, a estruturado substrato cerâmico, que consiste de, por exemplo, cordierita, o que resultaem um decréscimo no coeficiente de expansão térmica e na resistência, demodo a causar fissuras ou os similares no substrato cerâmico.
Na invenção, como acima mencionado, o catalisador decombustão do material à base de carbono submetido ao estágio de queima éusado para ser suportado sobre o substrato cerâmico. Um tal catalisador decombustão retém fortemente o elemento de metal alcalino e/ ou o elemento demetal alcalino terroso. Deste modo, quando o catalisador de combustão ésuportado no substrato cerâmico, o aquecimento quando do suporte ou após osuporte pode evitar com que o metal alcalino e/ ou o metal alcalino terrososeja eluído a partir do catalisador de combustão. Como um resultado, aocorrência de fissuras ou os similares pode ser evitada no substrato cerâmico.
No primeiro exemplo da invenção, o estágio de mistura, oestágio de secagem, e o estágio de queima podem manufaturar, de um modofácil, o catalisador de combustão do material à base de carbono. Ou seja, oaluminossilicato (por exemplo, a sodalita), e a fonte de metal alcalino e/ ou afonte de metal alcalino terroso são misturados em água e secados de modo aobter uma mistura (sólida), que é então queimada em uma temperatura de600°C ou mais. Deste modo, o catalisador de combustão do material à base decarbono pode ser facilmente obtido.
De acordo com o primeiro e o segundo exemplos da invenção,o catalisador de combustão do material à base de carbono e o método demanufatura do mesmo podem ser providos de modo a queimar, de um modoestável, e a remover o material à base de carbono, em uma baixa temperatura,durante um longo período de tempo.
No terceiro exemplo da invenção, é provido um método demanufatura de um veículo de catalisador, que é adaptado para suportar ocatalisador de combustão do material à base de carbono sobre o substratocerâmico. O catalisador de combustão é usado para a queima do material àbase de carbono contido no gás de exaustão do motor de combustão interna. Ométodo de manufatura inclui um estágio de suporte para o suporte docatalisador de combustão à base de carbono, obtido pelo método demanufatura do primeiro exemplo da invenção sobre o substrato cerâmico,deste modo obtendo o veículo do catalisador.
Em um quarto exemplo da invenção, o veículo do catalisador éobtido através do método de manufatura de acordo com o terceiro exemplo dainvenção.
O veículo do catalisador de acordo com o quarto exemplo dainvenção, obtido pelo método de manufatura do terceiro exemplo dainvenção, suporta o catalisador de combustão do material à base de carbonoobtido pelo método de manufatura do primeiro exemplo da invenção sobre osubstrato cerâmico.
Deste modo, veículo do catalisador pode exibir uma excelenteação e efeito do catalisador de combustão do material à base de carbono, talcomo acima mencionado. Ou seja, o veículo do catalisador pode causar comque o material à base de carbono seja queimado, de modo estável, e removidoem baixa temperatura durante um longo período de tempo.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado pode evitar a eluição d metal alcalino e/ ou do metalalcalino terroso, que pode corroer o substrato cerâmico, na presença de água.Deste modo, o veículo do catalisador pode queimar, de um modo estável, omaterial à base de carbono durante um longo período de tempo, que quasecorroer o substrato cerâmico, mesmo na presença de água.
No terceiro exemplo da invenção, o método de manufatura doveículo de catalisador utiliza o catalisador de combustão do material à base decarbono, obtido no estágio de queima do primeiro exemplo da invenção. Noestágio de queima, a mistura (sólida) do aluminossilicato (por exemplo, asodalita) e a fonte de metal alcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso sãoqueimados em uma temperatura de 600°C, ou mais. O método de manufaturado veículo de catalisador inclui o estágio de suportar o catalisador decombustão do material à base de carbono sobre o substrato cerâmico, demodo a obter veículo de catalisador. Como acima mencionado, o catalisadorde combustão, obtido através do estágio de queima acima mencionado, retémfortemente o elemento de metal alcalino e/ou o elemento de metal alcalinoterroso. Deste modo, no estágio de suporte, pode ser evitado com que o metalalcalino e/ ou o metal alcalino terroso sejam eluídos a partir do catalisador decombustão do material à base de carbono. Como um resultado, é possívelevitar a ocorrência de fissuras ou os similares no substrato cerâmico, devidoao metal alcalino e/ ou metal alcalino terroso eluídos. Mesmo o aquecimentodo veículo de catalisador obtido após o suporte do catalisador torna difícil queo elemento de metal alcalino e/ ou elemento de metal alcalino terroso sejaeluído a partir do catalisador de combustão do material à base de carbono.Deste modo, o veículo do catalisador pode ser usado, de um modo estável,durante um longo período de tempo.
Deste modo, de acordo com o terceiro e o quarto exemplos dainvenção, o veículo de catalisador e o método de manufatura do mesmopodem ser providos, de um modo a queimar, de modo estável, e a remover omaterial à base de carbono, em baixa temperatura, durante um longo tempo.
Em um quinto exemplo da invenção, um método demanufatura de um catalisador de combustão do material à base de carbonousado para a queima do material à base de carbono contido no gás de exaustãodo motor de combustão interna, ao mesmo tempo em que ser suportado sobreo substrato cerâmico inclui um estágio de queima, para a queima da sodalita,em uma temperatura de 600°C ou mais, de modo a obter o catalisador decombustão do material à base de carbono.
Em um sexto exemplo da invenção, o catalisador decombustão do material à base de carbono é obtido através do método demanufatura de acordo com o quinto exemplo da invenção.O catalisador de combustão do material à base de carbono deacordo com o sexto exemplo da invenção, obtido através do método demanufatura do quinto exemplo da invenção, possui um efeito promotor decombustão para o material à base de carbono, tal que o material em partículassuspenso (PM), contido no gás de exaustão a partir de um motor decombustão interna. Deste modo, o catalisador de combustão do material àbase de carbono pode causar com que o material à base de carbono sejaqueimado em uma temperatura, que é igual ou inferior àquela de umcatalisador de metal nobre convencional.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado dificilmente reduz a atividade catalítica, mesmo napresença de água, tal como acima mencionado.
O catalisador de combustão do material à base de carbonosuportado sobre o substrato cerâmico em uso dificilmente corrói o substratocerâmico na presença de água, diferentemente do catalisador de metal alcalinoconvencional, e pode, deste modo, evitar a degradação do substrato cerâmico.
Deste modo, o catalisador de combustão do material à base decarbono pode promover, de um modo estável, a combustão do material à basede carbono, mesmo na presença de água, durante um longo período de tempo.
A razão, pela qual o catalisador de combustão do material àbase de carbono possui excelente atividade catalítica, tal como acimamencionado, não está clara, mas é considerado que o Na da sodalita, que éuma matéria prima, contribui para a atividade catalítica.
Ou seja, é considerado que no catalisador de combustão domaterial à base de carbono acima mencionado, obtido através da queima dasodalita em uma temperatura de 600° C ou mais, o elemento Na contido nasodalita exibe as características de promoção de combustão do material à basede carbono.
Além disso, é considerado que a estrutura do catalisador decombustão do material à base de carbono retém em si o elemento Na por meiode uma força de conexão relativamente forte e, deste modo, torna difícil que oNa seja eluído, mesmo na presença de água. Deste modo, o catalisador decombustão pode evitar a redução da atividade catalítica, conforme acimamencionado, assim como. a corrosão do substrato cerâmico.
No quinto exemplo da invenção, o catalisador de combustãodo material à base de carbono é obtido através do estágio de queima, queenvolve a queima da sodalita, em uma temperatura de 600°C, ou mais. Ocatalisador de combustão do material à base de carbono, obtido através doestágio de queima acima mencionado, é usado, ao mesmo tempo em que ésuportado sobre o substrato cerâmico. Ou seja, o estágio de queima é efetuadosem o suporte da sodalita sobre o substrato cerâmico, e o suporte docatalisador sobre o substrato cerâmico é efetuado após o estágio de queima.
Quando a sodalita é queimada em uma temperatura de 600°Cou mais após ser suportada sobre o substrato cerâmico, o Na contido nasodalita pode ser eluído, e o Na eluído pode parcialmente alterar a estruturado substrato cerâmico, que consiste de, por exemplo, cordierita, o que poderesultar em um decréscimo no coeficiente de expansão térmica e naresistência, de modo a causar fissuras ou similares no substrato cerâmico.
Na invenção, como acima mencionado, o catalisador decombustão do material à base de carbono submetido ao estágio de queima éusado para suportar o substrato cerâmico. Um tal catalisador de combustãoretém fortemente o elemento de metal alcalino (Na) contido na sodalita. Destemodo, quando o catalisador de combustão é suportado sobre o substratocerâmico, quando do aquecimento ou após o suporte do catalisador podeevitar com que o metal alcalino seja eluído a partir do catalisador decombustão. Como um resultado, a ocorrência de fissuras ou os similares podeser evitada no substrato cerâmico.
No quinto exemplo da invenção, o estágio de queima podefacilmente manufaturar o catalisador de combustão do material à base decarbono. Ou seja, a sodalita é queimada em uma temperatura de 600°C oumais, o que pode facilmente obter o catalisador de combustão do material àbase de carbono.
De acordo com o quinto e o sexto exemplos da invenção, ocatalisador de combustão do material à base de carbono e o método demanufatura do mesmo podem ser providos, de modo a queimar, de modoestável, e remover o material à base de carbono, em uma baixa temperatura,durante um longo período de tempo.
Em um sétimo exemplo da invenção, é provido um método demanufatura de um veículo de catalisador, que é adaptado para suportar ocatalisador de combustão do material à base de carbono sobre o substratocerâmico. O catalisador de combustão é usado para a queima do material àbase de carbono contido no gás de exaustão do motor de combustão interno.O método de manufatura inclui um estágio de suporte para o suporte docatalisador de combustão do material à base de carbono, obtido através dométodo de manufatura do quinto exemplo da invenção sobre o substratocerâmico, deste modo obtendo veículo do catalisador.
Em um oitavo exemplo da invenção, o veículo do catalisador éobtido através do método de manufatura de acordo com o sétimo exemplo dainvenção.
O veículo do catalisador de acordo com o oitavo exemplo dainvenção, obtido através do método de manufatura do sétimo exemplo dainvenção, suporta o catalisador de combustão do material à base de carbono,obtido através do método de manufatura do quinto exemplo da invenção sobreo substrato cerâmico. Deste modo, o veículo do catalisador pode exibir umaação excelente e o efeito do catalisador de combustão do material à base decarbono, tal como acima mencionado. Ou seja, o veículo do catalisador podecausar com que o material à base de carbono seja queimado, de um modoestável, e removido, em uma baixa temperatura, durante um longo período detempo.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado pode evitar a eluição do metal alcalino e/ ou metal alcalinoterroso, que pode corroer o substrato cerâmico na presença de água.
No sétimo exemplo da invenção, o método de manufatura doveículo de catalisador utiliza o catalisador de combustão do material à base decarbono, obtido através do estágio de queima no quinto exemplo da invenção,que envolve a queima da sodalita em uma temperatura de 600°C, ou mais. Ométodo de manufatura do veículo do catalisador inclui o estágio de suportar ocatalisador de combustão do material à base de carbono sobre o substratocerâmico, de modo a obter o veículo do catalisador. Como acima mencionado,o catalisador de combustão, obtido através do estágio de queima acimamencionado, retém fortemente o elemento de metal alcalino (Na) contido nasodalita. Deste modo, no estágio de suporte, pode ser evitado com que o metalalcalino seja eluído a partir do catalisador de combustão do material à base decarbono. Como um resultado, pode ser evitada a ocorrência de fissuras ou ossimilares no substrato cerâmico devido ao metal alcalino eluído.
De acordo com o sétimo e oitavo exemplos da invenção, oveículo do catalisador e o método de manufatura do mesmo podem serprovidos, de modo a queimar, de modo estável, e a remover o material à basede carbono, em uma baixa temperatura, durante um longo período de tempo.MELHOR MODO DE EXECUTAR A INVENÇÃO
Agora, serão descritas modalidades preferidas da invenção.
Em primeiro lugar, uma primeira modalidade da invenção seráagora descrita.
O catalisador de combustão do material à base de carbono éusado para a queima e a remoção do material à base de carbono, ou ossimilares. O material à base de carbono acima descrito inclui, por exemplo,substâncias finas de carbono (material em partículas, PM) ou os similarescontidos em um gás de exaustão de um motor a diesel.
O método de manufatura acima mencionado de acordo com aprimeira modalidade da invenção inclui o estágio de mistura, o estágio desecagem e o estágio de queima.
No estágio de mistura de acordo com a primeira modalidadeda invenção, um aluminossilicato tendo uma razão equivalente atômica de Si/Al > 1, e uma fonte de metal alcalino e/ ou uma fonte de metal alcalinoterroso são misturadas em água. Neste momento, o aluminossilicato e a fontede metal alcalino e/ou a fonte de metal alcalino terroso são preferivelmentemisturados de modo a que sejam dispersados uniformemente.
Em um caso, em que a razão equivalente atômica de Si/ Al <1, o catalisador de combustão do material à base de carbono obtido podepropiciar com que o elemento de metal alcalino e/ ou o elemento de metalalcalino terroso sejam facilmente eluídos na presença de água. Como umresultado, o catalisador de combustão do material à base de carbono acimamencionado pode apresentar uma dificuldade em manter a atividade catalítica,de um modo estável, durante um longo período de tempo.
De um modo específico, na primeira modalidade da invenção,a sodalita é usada como o aluminossilicato acima mencionado. A sodalita érepresentada através de uma fórmula geral 3 (Na2O. AI2O3. 2S1O2). 2NaX, naqual X é um átomo ou um grupo atômico de um ânion monoídrico, porexemplo, OH, ou halogênio, tal que F, Cl, Br, I, ou os similares.
No estágio de mistura, o aluminossilicato (sodalita) e a fontede metal alcalino e / ou a fonte de metal alcalino terroso são misturados emágua, de modo a obter uma mistura líquida.
A fonte de metal alcalino inclui, por exemplo, um composto demetal alcalino, ou os similares. A fonte de metal alcalino terroso inclui, porexemplo, um composto de metal alcalino terroso, ou os similares.A fonte do elemento de metal alcalino contém um ou maistipos de elementos selecionados a partir do grupo, que consiste de Na, K, Rb eCs. O elemento de metal alcalino terroso contém, de modo preferido, um oumais tipos de elementos selecionados a partir do grupo, que consiste de Xa, Sre Ba. Como um resultado, o catalisador de combustão do material à base decarbono pode causar com que o material à base de carbono seja queimado em temperaturas mais baixas.
Ou seja, no estágio de mistura, pelo menos o aluminossilicato(sodalita) e a fonte de metal alcalino e/ ou de metal alcalino terroso, excetoquanto a uma fonte de Mg, são, de um modo preferido, misturadas. A fonte deMg pode ser usada junto com uma outra fonte de metal alcalino e/ ou umaoutra fonte de metal alcalino terroso, sem usar unicamente uma mistura dafonte de Mg com a sodalita.
A fonte de metal alcalino e/ ou a fonte de metal alcalinoterroso é, de um modo preferido, por exemplo, um carbonato, um sulfato, umfosfato, um nitrato, um sal de ácido orgânico, um halogeneto, um óxido, ouum hidróxido.
Neste caso, a fonte de metal alcalino e/ ou a fonte de metalalcalino terroso podem ser facilmente misturados em um solvente polar, talque a água. Deste modo, a fonte de metal alcalino e/ ou a fonte de metalalcalino terroso podem ser misturadas, de um modo uniforme, no estágio demistura.
De um modo mais preferido, o sal de metal alcalino pode sersuado como a fonte de metal alcalino, e sal de metal alcalino terroso pode serusado como a fonte de metal alcalino terroso. Neste caso, a fonte de metalalcalino acima mencionada e a fonte de metal alcalino terroso apresentam altasolubilidade em um solvente polar, tal que a água, e podem, deste modo, serdissolvidas no solvente polar. Quando o estágio de mistura é executado emum solvente polar, tal que a água, o aluminossilicato e a fonte de metalalcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso podem ser misturados, de ummodo uniforme e fácil.
No estágio de mistura, um solvente polar, outra que a água, éusado em lugar de água. O aluminossilicato è a fonte de metal alcalino e / oua fonte de metal alcalino terroso são misturados em um solvente polar, e noestágio de secagem, solvente polar pode ser evaporado, de modo a que sejaobtido um sólido. De um modo específico, o solvente polar para o uso podeser um álcool, tal que metanol, etanol, ou os similares.
Um solvente, que seja mais volátil do que a água, é usado, deum modo preferido, como o solvente polar.
No estágio de secagem, solvente polar pode ser evaporado deum modo mais fácil.
No estágio de mistura, a fonte de metal alcalino e/ ou a fontede metal alcalino terroso e o aluminossilicato podem ser misturados, de ummodo preferido, de tal modo que a quantidade total do elemento de metalalcalino e do elemento de metal alcalino terroso contido na fonte de metalalcalino e/ elemento de metal alcalino terroso, é igual a ou inferior a 2,25 molcom relação a 1 mol do elemento Si do aluminossilicato.
Quando a quantidade total do elemento de metal alcalino e delemento de metal alcalino terroso exceder a 2,25 mol com relação a 1 mol doelemento Si do aluminossilicato (sodalita), o sólido pode ser facilmentefundido no estágio de queima. Deste modo, o catalisador de combustão domaterial à base de carbono, obtido após o estágio de queima, foi conduzido aum estágio fundido, o que pode resultar em uma dureza aumentada docatalisador. Como um resultado, é difícil ajustar o tamanho do catalisador decombustão do material à base de carbono e um tamanho de grão desejado,através da execução de um estágio de pulverização após o estágio de queima aser posteriormente descrito. Neste caso, mesmo quando o catalisador decombustão do material à base de carbono obtido possuir uma atividadecatalítica excelente, o catalisador pode ser facilmente afetado pela água. Ouseja, a quantidade de redução na atividade catalítica pode se tornar maiordevido à água. Como um resultado, é difícil manter a atividade catalíticapredeterminada durante um longo período de tempo.
De um modo mais preferido, no estágio de mistura, a fonte demetal alcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso e aluminossilicatopodem ser misturadas, de tal modo que a quantidade total do elemento demetal alcalino e do elemento de metal alcalino terroso contidos na fonte demetal alcalino e/ ou no elemento de metal alcalino terroso seja igual ouinferior a 1 mol, com relação a 1 mol do elemento Si do aluminossilicato.
De modo ainda mais preferido, no estágio de mistura, a fontede metal alcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso e o aluminossilicatopodem ser misturadas, de modo tal que a quantidade total do elemento demetal alcalino e do elemento de metal alcalino terroso contida na fonte demetal alcalino e/ ou na fonte de metal alcalino terroso seja igual a ou inferiora 0,5 mol, com relação a 1 mol do elemento Si do aluminossilicato.
A quantidade total acima mencionada do elemento de metalalcalino e do elemento de metal alcalino terroso é a quantidade total doelemento de metal alcalino na fonte de metal alcalino do elemento de metalalcalino terroso na fonte de metal alcalino terroso contida no aluminossilicato(sodalita). Quando do uso de qualquer um da fonte de metal alcalino e dafonte de metal alcalino terroso, a quantidade da outra fonte pode ser calculadacomo sendo de 0 mol. Quando do uso de uma pluralidade de fontes de metalalcalino e de uma pluralidade de fontes de metal alcalino terroso, a quantidadetotal destas fontes pode ser calculada como a quantidade total acimamencionada.
Então, no estágio de secagem, a mistura líquida obtida após oestágio de mistura é aquecida de modo a evaporar a água, deste modo obtendoum sólido. Na primeira modalidade da invenção, o sólido consiste de umamistura da fonte do elemento de metal alcalino e/ ou da fonte de metalalcalino terroso, e do aluminossilicato (sodalita).
Então, no estágio de queima, o sólido é queimado em umatemperatura de 600°C, ou mais alta. Deste modo, o catalisador de combustãodo material à base de carbono acima mencionado pode ser obtido.
Quando a temperatura de queima (isto é, a temperaturamáxima no aquecimento) está abaixo de 600°C no estágio de queima, oelemento de metal alcalino e/ ou o elemento de metal alcalino terroso tende,cada qual, a ser facilmente eluído na presença de água. Deste modo, ocatalisador de combustão do material à base de carbono acima mencionadopode apresentar uma dificuldade em exibir, de um modo estável, a atividadecatalítica para o material à base de carbono durante um longo período detempo. No estágio de queima, a queima é, de modo preferido, efetuada emuma temperatura de queima de 700°c ou mais, e de modo mais preferido, de800°C ou mais.
Quando a temperatura de queima excede a 1200°C, ocatalisador de combustão do material à base de carbono, que já foi conduzidoa um estado fundido no estágio de queima, pode, deste modo, assumir umaforma maciça, tendo uma alta dureza. Como um resultado, pode ser difícilajustar o tamanho do catalisador de combustão do material à base de carbonoa um tamanho de grão desejado, através da execução do estágio depulverização após o estágio de queima, a ser posteriormente descrito.
Deste modo, no estágio de queima, o sólido pode ser, de modopreferido, queimado em uma temperatura de 700°C a 1200°C.
O termo " temperatura de queima no estágio de queima", comoaqui usado, compreende a temperatura do sólido em si mesmo, e não umatemperatura ambiente. Deste modo, no estágio de queima, a queima éexecutada de um modo tal que a temperatura do sólido se torne, em si mesma,de 600°C ou mais. No estágio de queima, a queima na temperatura de queimacontinua, de um modo preferido, durante uma hora ou mais, de modopreferido durante cinco horas ou mais, e de modo mais preferido durante dezhoras ou mais.
Então, o estágio de pulverização para a pulverização docatalisador de combustão do material à base de carbono é efetuada após oestágio de queima. Neste caso, o catalisador de combustão do material à basede carbono pulverizado pode ser obtido. Um tal catalisador do material decombustão à base de carbono é facilmente suportado, por exemplo, sobre umsubstrato cerâmico tendo uma estrutura alveolar ou similar. Como a áreasuperficial do catalisador se torna grande, o catalisador de combustão podeapresentar uma atividade catalítica ainda mais excelente.
No estágio de pulverização, o catalisador de combustão domaterial à base de carbono tendo um tamanho de grão desejado pode serobtido através do ajuste de uma condição de pulverização.
De um modo preferido, no estágio de pulverização, ocatalisador de combustão do material à base de carbono pode ter um diâmetromédio ajustado, de modo a que seja igual ou menor do que 50 μιη. Em umcaso em que o diâmetro médio exceda a 50 μιη, quando o substrato cerâmicoé revestido com o catalisador de combustão do material à base de carbono, osubstrato cerâmico pode ser obstruído, ou a quantidade de catalisadorsuportado pode ser facilmente variada. O diâmetro médio do catalisador podeser, de um modo preferido, igual ou inferior a 10 μηι.
O diâmetro médio do catalisador de combustão do material àbase de carbono pode ser medido, por exemplo, através de um dispositivo demedição de distribuição de tamanho de grão por difração/ difusão ou ummicroscópio eletrônico de varredura.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado é usado, ao mesmo tempo em que é suportado sobre osubstrato cerâmico.O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima é obtido pelo estágio de queima, que envolve a queima de uma mistura(sólida) do aluminossilicato (sodalita) e da fonte de metal alcalino e/ ou fontede metal alcalino terroso, em uma temperatura de 600°C ou mais. A estruturado catalisador de combustão assim obtida retém na mesma o elemento demetal alcalino e/ ou o elemento de metal alcalino terroso por meio de umaforça de conexão relativamente forte. Deste modo, o catalisador de combustãodo material à base de carbono pode tornar difícil que o metal alcalino e/ ou ometal alcalino terroso seja eluído quando o catalisador é suportado sobre osubstrato cerâmico. Além disso, o catalisador de combustão pode evitar comque o substrato cerâmico seja degradado, devido ao metal alcalino e ao metalalcalino terroso eluídos.
Em contraste, quando a mistura não queimada é suportadasobre o substrato cerâmico, o Na da sodalita, o elemento de metal alcalino dafonte de metal alcalino e o elemento de metal alcalino terroso da fonte demetal alcalino terroso podem degradar o substrato cerâmico.
Ou seja, na primeira modalidade da invenção, o estágio dequeima é efetuado antes que o catalisador seja suportado sobre o substratocerâmico, sem que a mistura seja suportada sobre o substrato cerâmico.
O catalisador de combustão do material à base de carbono emuma segunda modalidade da invenção, obtido através do método demanufatura da primeira modalidade da invenção, é usado para a queima e aremoção do material à base de carbono das substâncias finas de carbono (PM)ou os similares, contido no gás de exaustão do motor de combustão interno,tal que um motor a gasolina ou um motor a diesel.
A seguir, a quinta modalidade da invenção será descritaabaixo.
No estágio de queima da quinta modalidade da invenção, asodalita é queimada em uma temperatura de 600°C, ou mais.A sodalita é representada através de uma fórmula geral 3(Na20. AI2O3. 2Si02). 2 NaX5 na qual X é um átomo ou um grupo atômico deum ânion monoídrico, por exemplo, OH, ou halogênio, tal que F, Cl, Br, I, ouos similares.
Quando a temperatura de queima está abaixo de 600°C noestágio de queima, é difícil obter o catalisador de combustão do material àbase de carbono tendo um efeito desejado. Ou seja, neste caso, a atividadecatalítica do catalisador de combustão do material à base de carbono, obtidopara a combustão do material à base de carbono, pode ser reduzida. De ummodo preferido, a temperatura de queima pode ser igual ou superior a 700° C.
Quando a temperatura de queima é de 1200°C ou mais, asodalita pode ser facilmente eluída no estágio de queima. Deste modo, ocatalisador de combustão do material à base de carbono, obtido após o estágiode queima, já foi conduzido a um estado fundido, e, deste modo, é possívelque resulte em uma dureza aumentada do catalisador. Como um resultado,pode ser difícil ajustar o tamanho do catalisador de combustão do material àbase de carbono a um tamanho de grão desejado através da execução doestágio de pulverização após o estágio de queima a ser descritoposteriormente.
Deste modo, a sodalita pode ser queimada, de um modopreferido em uma temperatura de 700 a 1200°C, no estágio de queima.
A temperatura de queima no estágio de queima é umatemperatura da sodalita em si mesma, e não uma temperatura ambiente. Destemodo, no estágio de queima, a queima é efetuada de um modo tal que atemperatura do sólido em si mesma se torne de 600 0C, ou superior. Noestágio de queima, a queima na temperatura de queima continua de um modopreferido, durante uma hora ou mais, de um modo preferido durante cincohoras ou mais, e de um modo mais preferido durante dez horas ou mais.
O método de manufatura do catalisador de combustão inclui,de um modo preferido, o estágio de pulverização para a pulverização docatalisador de combustão do material à base de carbono, obtido após o estágiode queima.
O catalisador de combustão do material à base de carbonopulverizado pode ser obtido. Um tal catalisador de combustão do material àbase de carbono pode ser facilmente suportado, por exemplo, sobre umsubstrato cerâmico tendo uma estrutura alveolar ou similar. Como a áreasuperficial do catalisador de combustão do material à base de carbono se tornagrande, o catalisador de combustão pode apresentar uma atividade ainda maisexcelente.
No estágio de pulverização, as condições de pulverizaçãopodem ser ajustadas, de um modo apropriado, para a obtenção de umcatalisador de combustão do material à base de carbono tendo um tamanho degrão desejado. De um modo específico, tal como na primeira modalidade dainvenção, o catalisador de combustão do material à base de carbono podeapresentar um diâmetro médio ajustado para que seja, de um modo preferido,igual a ou inferior a 50 μm, e de modo ainda mais preferido a 10 μm, oumenos.
O catalisador de combustão do material à base de carbonoacima mencionado é usado, ao mesmo tempo em que é suportado sobre osubstrato cerâmico.
O catalisador de combustão obtido através do estágio dequeima retém fortemente o elemento de metal alcalino (Na) através de umaforça de conexão relativamente forte e, deste modo, torna difícil que oelemento de metal alcalino seja eluído quando for suportado sobre o substratocerâmico, deste modo evitando a degradação do substrato cerâmico devido aoelemento de metal alcalino eluído.
Em contraste, quando a sodalita não queimada é suportadasobre o substrato cerâmico, o elemento de metal alcalino (Na) da sodalita éeluído durante o aquecimento ou após o suporte da sodalita sobre o substrato,e, deste modo, a sodalita eluída pode degradar o substrato cerâmico.
Em outras palavras, na quinta modalidade da invenção, oestágio de queima é executado antes do suporte da sodalita sobre o substratocerâmico, ou seja, sem o suporte da sodalita sobre o substrato cerâmico.
O catalisador de combustão do material à base de carbono emuma sexta modalidade da invenção, obtido através do método de manufaturada quinta modalidade da invenção, é usado para a queima e a remoção domaterial à base de carbono das substâncias finas de carbono (PM) ou ossimilares no gás de exaustão do motor de combustão interna, tal que ummotor a gasolina ou um motor a diesel.
A seguir, os métodos de manufatura do veículo de catalisadorde acordo com a terceira e sétima modalidades preferidas da invenção, e osveículos de catalisador de acordo com a quarta e oitava modalidadespreferidas da invenção serão descritos com referência aos desenhos anexos.
O método de manufatura da terceira modalidade da invençãopossui a mesma forma que aquela da sétima modalidade da invenção, excetoquanto ao catalisador de combustão do material à base de carbono. Alémdisso, o veículo do catalisador da quarta modalidade da invenção possui amesma forma que aquela da oitava modalidade da invenção, exceto quanto aocatalisador de combustão.
Ou seja, o método de manufatura da terceira modalidade dainvenção usa o catalisador de combustão do material à base de carbono obtidoatravés do método de manufatura da primeira modalidade da invenção. Ométodo inclui um estágio de suporte para suportar o catalisador de combustãodo material à base de carbono sobre o substrato cerâmico, de modo a obter oveículo de catalisador de acordo com a quarta modalidade da invenção. Ométodo de manufatura da sétima modalidade da invenção usa o catalisador decombustão do material à base de carbono, obtido através do método demanufatura da quinta modalidade da invenção. O método inclui um estágio desuporte para o suporte do catalisador de combustão sobre o substratocerâmico, de modo a obter o veículo de catalisador de acordo com a oitavamodalidade da invenção.
No estágio de suporte, de um modo preferido, pelo menos ocatalisador de combustão do material à base de carbono e as partículascerâmicas de óxido do sol ou da suspensão são misturadas de modo a formarum material compósito, e o substrato cerâmico é, de modo preferido,revestido com o material compósito a ser aquecido.
De um modo específico, primeiramente, o catalisador decombustão do material à base de carbono e, por exemplo, as partículascerâmicas de óxido do sol são misturadas de modo a formar o materialcompósito. Um solvente, tal que a água, é ainda adicionado ao materialcompósito, se necessário, de modo a ajustar a viscosidade do materialcompósito a um valor apropriado. O substrato cerâmico é revestido com omaterial compósito da suspensão assim obtida a ser aquecida.
Neste caso, como mostrado na Fig. 18, o catalisador decombustão do material à base de carbono 1 e as partículas cerâmicas de óxidosão queimadas sobre um substrato cerâmico 22, de tal modo que é possívelfacilmente prover um veículo de catalisador 2, que suporta o catalisador decombustão 1 sobre o substrato cerâmico 22. Uma camada de ligação 155, queinclui as partículas cerâmicas do óxido 15, conectadas de um modo conjunto,é formada sobre o substrato cerâmico 22. Deste modo, o veículo docatalisador 2, que retém o catalisador de combustão 1 ou as partículas decatalisador dispersadas sobre a camada de ligação 155, pode ser obtido.
O veículo do catalisador 2, com uma tal estrutura, retémfortemente o catalisador de combustão do material à base de carbono 1 pelacamada de ligação 155. Deste modo, é difícil que o catalisador de combustão1 ou as partículas de catalisador caiam quando do uso, deste modo mantendo,de um modo estável, a atividade catalítica.
De modo preferido, as partículas cerâmicas de óxido acimamencionadas incluem principalmente um ou mais elementos selecionados apartir do grupo, que consiste de alumina, sílica, titânia e zircônia.
Neste caso, como a camada de ligação tendo uma superfícieespecífica grande é facilmente formada, uma área superficial do veículo docatalisador pode ser aumentada. Como um resultado, o catalisador decombustão do material à base de carbono tende a estar em contato com omaterial à base de carbono, de tal modo que o veículo do catalisador possacausar com que o material à base de carbono seja queimado de um modo maisefetivo.
O substrato cerâmico para o uso pode ser um substrato queconsista principalmente de, por exemplo, cordierita, alumina, titanato dealumínio, SiC, ou titânia.
O substrato cerâmico para o uso pode ser um substrato tendo,por exemplo, uma forma similar a pelota, uma forma similar a filtro, umaforma similar a espuma, uma forma de monólito do tipo soprado, ou ossimilares.
De um modo preferido, o substrato cerâmico pode consistir decordierita, SiC, ou titanato de alumínio. De um modo mais preferido, osubstrato cerâmico pode ter uma estrutura alveolar. Em um tal caso, o veículodo catalisador pode ser um, que seja apropriado para a purificação do gás deexaustão.
A estrutura alveolar inclui uma parede periférica externa,paredes divisórias providas sob uma forma alveolar no interior da paredeperiférica externa, e uma pluralidade de células divididas pelas paredesdivisórias e que penetram em ambas as extremidades da estrutura. A estruturaalveolar para o uso pode ser uma estrutura, na qual todas as células sãoabertas para ambas as extremidades. De um modo alternativo, a estruturaalveolar para o uso pode ser uma outra estrutura, na qual algumas partes dascélulas são abertas para ambas as extremidades da estrutura alveolar e ascélulas remanescentes são fechadas por tampões formados sobre ambas asextremidades.
O veículo do catalisador pode suportar não apenas ocatalisador de combustão do material à base de carbono acima mencionado,mas também um ou mais tipos de elementos de terras raras sobre o substratocerâmico. Os elementos de terras raras para o uso podem ser, por exemplo,Ce, La, Nd, e os similares. As partículas de óxido dos elementos de terrasraras podem ser usadas como o elemento de terras raras acima mencionado.
Neste caso, uma alteração no estado do elemento de terrasraras causa a absorção e a dessorção do oxigênio, deste modo promovendo,ainda mais, a combustão do material à base de carbono.
A Fig. 19 mostra um exemplo do veículo de catalisador 2 parao suporte do elemento de terras raras 16, junto com o catalisador decombustão do material à base de carbono 1, sobre o substrato 22. Um talveículo de catalisador 2 pode ser obtido através da mistura do catalisador decombustão do material à base de carbono 1, com o elemento de terras raras16, e, por exemplo, as partículas cerâmicas de óxido do sol 15 ou os similares,e adição posterior de água à mistura, se necessário, de modo a ajustar amistura à viscosidade apropriada, e queima do material compósito dasuspensão assim obtido sobre o substrato cerâmico 22. Neste caso, o veículodo catalisador 2, que inclui a cada de ligação 155 contendo as partículascerâmicas de óxido 15 conectadas juntas e formadas sobre o substratocerâmico 22, é provido. O catalisador de combustão do material à base decarbono Ieo elemento de terras raras 16 dispersados ao interior da camadade ligação 155, são suportados sobre o veículo do catalisador 2.
O veículo do catalisador pode suportar metal nobre, senecessário, em adição ao catalisador de combustão à base de carbono. Nestecaso, a atividade catalítica do veículo do catalisador para a combustão domaterial à base de carbono pode ser adicionalmente aperfeiçoada. Além disso,como o catalisador de combustão do material à base de carbono possui umaexcelente atividade catalítica, a quantidade de metal nobre suportada, que érelativamente cara, pode ser amplamente diminuída, quando comparada a umcaso convencional. O metal nobre inclui, por exemplo, Pt, Pd, Rh, e ossimilares.
A figura 20 mostra um exemplo do veículo de catalisador 2, noqual o catalisador de combustão do material à base de carbono 1, o elementode terras raras 16, e o metal nobre 17 são dispersados no interior da camadade ligação 155 contendo as partículas cerâmicas de óxido 15, conectadas deum modo conjunto. Um tal veículo de catalisador 2 pode ser obtido através damistura do catalisador de combustão do material à base de carbono 1, doelemento de terras raras 16, por exemplo, das partículas cerâmicas de óxidodo sol 15, ou os similares, e um complexo de metal nobre, e adição de águaposteriormente à mistura, se necessário, de modo a ajustar a mistura àviscosidade apropriada, e a queima do material compósito da suspensão assimobtida sobre o substrato cerâmico 22.
Como mostrado na Fig. 21, o metal nobre 17 é, de modopreferido, suportado sobre as partículas cerâmicas de óxido 15. Quando oelemento de terras raras contiver as partículas de óxido de um elemento deterras raras, como mostrado na Fig. 22, o metal nobre 17 é suportado, demodo preferido, sobre a partícula de óxido 16 do elemento de terras raras.
O veículo de catalisador acima mencionado pode formar acamada de metal nobre 17, produzida a partir de metal nobre, tal comomostrado nas Figuras 23 e 24.
Como mostrado na Fig. 23, a camada de metal nobre 17 podeser formada sobre a camada de ligação 155 contendo o catalisador decombustão à base de carbono 1, suportado sobre o substrato cerâmico 22. Ouseja, a camada de ligação 155 contendo o catalisador de combustão à base decarbono 1, é formada sobre o substrato cerâmico 22, e a camada de metalnobre 17 pode ser formada sobre a camada de ligação 155.
Neste caso, o envenenamento do metal alcalino e/ ou do metalalcalino terroso do catalisador de combustão do material à base de carbono 1pode ser evitado no veículo de catalisador.
Como mostrado na Fig. 24, a camada de metal nobre 17 podeser formada entre o substrato cerâmico 22 e a camada de ligação 155contendo o catalisador de combustão do material à base de carbono 1. Ouseja, a camada de metal nobre 17 pode ser formada sobre o substrato cerâmico22, e a camada de ligação 155 contendo o catalisador de combustão à base decarbono 1 pode ser formada sobre a camada de metal nobre 17.
Neste caso, pode ser evitado com que o metal alcalino e/ou ometal alcalino terroso do catalisador de combustão do material à base decarbono 1 seja deslocado para o substrato cerâmico 22, produzido decerâmica, de modo a evitar ainda mais a corrosão do substrato cerâmico 22.EXEMPLOS(Exemplo 1)
A seguir, a invenção será descrita abaixo com base nosexemplos que se seguem.
No presente exemplo, um catalisador de combustão domaterial à base de carbono, usado para a queima e a remoção do material àbase de carbono contido no gás de exaustão do motor de combustão interna émanufaturado, de modo a examinar as características de promoção decombustão para o material à base de carbono (por exemplo, carbono).
No presente exemplo, o catalisador de combustão do materialà base de carbono é manufaturado através da execução de um estágio dequeima, que envolve a queima de sodalita em uma temperatura de 600°C, oumais.De um modo específico, primeiramente foi preparado o pó desodalita (3 (Na2O-Al2O3.2SiO2).2NaX).
Então, a sodalita foi queimada em uma temperatura de 100°C.De um modo específico, a sodalita foi aquecida em uma taxa de aumento detemperatura de 100°C/ hora. Após a temperatura da sodalita ter alcançado atemperatura de queima de 100°C, a sodalita foi mantida durante 10 horas emtorno desta, de modo a efetuar o estágio de queima. Depois disso, o materialqueimado assim obtido foi pulverizado de modo a que tivesse um diâmetromédio de 10 μm, ou menos, e um tamanho de grão máximo de 100 μm oumenos, deste modo obtendo o catalisador de combustão do material à base decarbono pulverizado. O catalisador de combustão do material à base decarbono pulverizado foi referido como a um "espécime El".
A seguir, as características de promoção de combustão para omaterial à base de carbono do catalisador de combustão do material à base decarbono (espécime El) manufaturado no presente exemplo, foramexaminadas. Como um exemplo comparativo, as características de promoçãode combustão de um catalisador à base de metal nobre (pó de Pt), e pó decarbonato de cálcio foram examinadas.
De um modo específico, primeiramente, 200 mg de espécie decatalisador (por exemplo, o espécime El, o catalisador à base de metal nobreou o pó de carbonato de potássio) e 20 mg de negro- de- fumo (CB) foramrespectivamente medidos, de um modo acurado, através de balança eletrônica.Estas espécies de catalisador foram combinadas durante um certo período detempo, usando um almofariz de ágata, de tal modo que a razão da espécie decatalisador (peso) para CB (peso) foi de 10:1, e de tal modo que três tipos deamostras de avaliação contendo a espécie de catalisador e o negro- de- fumofossem obtidas. Uma amostra de avaliação do CB único foi manufaturada semo uso da espécie de catalisador como uma amostra comparativa. A amostra deavaliação do CB único foi aquela após ser misturada durante um certo períodode tempo usado o almofariz de ágata, tal como as outras amostras. Em outraspalavras, as amostras de avaliação manufaturadas foram quatro tipos deamostras, ou seja, uma amostra de CB única, uma mistura de um catalisador àbase de metal nobre e CB, uma mistura do espécime Ele CB, e uma misturade carbonato de potássio e CB.
Então, 6 mg de cada amostra de avaliação foram aquecidos atéa temperatura máxima de 900°C, em uma taxa de aumento de temperatura deIO0C/ minuto, de modo a queimar o CB. Neste momento, uma temperatura depico exotérmico de DTA de cada amostra de avaliação foi medida usandouma análise térmica - dispositivo de medição simultânea termogravimétricadiferencial (TG- DTA) ("TG8120", manufaturado por Rigaku Industrial Co.Ltd.). A temperatura de pico exotérmico de DTA de 0, 5 mg da amostra deavaliação do CB único foi medida. O aquecimento foi executado permitindo-se que o ar fluísse através da amostra de avaliação em uma taxa de fluxo de50 ml/ minuto. A Fig. 1 apresenta os resultados de medição das temperaturasde pico exotérmico de DTA em uso das respectivas espécies de catalisador.
Além disso, 1 g de cada uma das espécies de catalisador (oespécime El, o catalisador à base de metal nobre ou o pó de carbonato depotássio) foi introduzido ao interior de 500 cm de água, e agitado noite e dia,de modo a que fosse lavado. Então, a espécie de catalisador, após a lavagempor água, foi filtrada. As espécies de catalisador filtradas foramsuficientemente lavadas permitindo-se com que 1500 cm3 de água fluíssematravés das mesmas, e então secadas. Depois disso, 200 mg de cada uma dasespécies de catalisador (o espécime Eleo catalisador à base de metal nobre,após o processo de lavagem com água, e 20 mg de negro- de- fumo (CB)foram medidos, de um modo acurado, através de balança eletrônica. Cadauma das espécies de catalisador e negro- de- fumo foram misturados duranteum certo tempo suando o almofariz de ágata, de tal modo que a razão daespécie de catalisador (peso) para CB (peso) foi de 10:1, e, deste modo, doistipos de amostras de avaliação contendo a espécie de catalisador e o negro-de- fumo foram obtidas. A amostra de avaliação, produzida a partir do CBúnico, foi lavada, secada e então misturada usando o almofariz de ágata, talcomo as outras amostras. A amostra de avaliação usando o carbonato depotássio como a espécie de catalisador foi dissolvida em água através doprocesso de lavagem com água, e, deste modo, não foi possível executar oprocesso que se segue. Em outras palavras, as amostras de avaliação, após alavagem com água, incluíram três tipos de amostras, ou seja, a amostra de CBúnica, a mistura do catalisador à base de metal nobre e do CB, e a mistura doespécime El e do CB. A temperatura de pico exotérmico de DTA de cadaamostra de avaliação foi medida novamente usando o dispositivo de mediçãosimultânea termogravimétrica de análise diferencial térmica (TG-DTA. A Fig.1 também apresenta os resultados das temperaturas de pico exotérmico deDTA das respectivas amostras de avaliação, após a lavagem com água.
Como pode ser observado a partir da Fig.1, uma amostrausando o espécime Ele uma amostra usando um carbonato de potássio, cadauma, apresentaram uma baixa temperatura de pico exotérmico de DTA antesda lavagem com água, e podem causar com que o material à base de carbono(CB) seja queimado em uma temperatura relativamente baixa. Como pode serobservado na Fig. 1, o espécime El possui um pico exotérmico de cerca de450°C, mas inicia, de um modo efetivo, a queima de negro- de fumo em umatemperatura mais baixa, por exemplo, de cerca de 400°C ).
Como pode ser observado a partir da Fig. 1, a amostra de CBúnica, o catalisador à base de metal nobre, e o espécime El dificilmentealteram as características de promoção de combustão para o CB, antes e apósa lavagem. Por um outro lado, na amostra que utiliza o carbonato de potássio,com o carbonato de potássio é dissolvido em água após a lavagem com água,é impossível medir as características de promoção de combustão da amostra.
Deste modo, o espécime El possui a excelente característicade promoção de combustão para o material à base de carbono, e pode causarcom que o material à base de carbono seja queimado de um modo estável eremovido em uma baixa temperatura. Além disso, o espécime El pode manteras características excelentes mesmo na presença de água, e pode, deste modo,causar com que o material à base de carbono seja queimado, de um modoestável, durante um longo período de tempo.
No presente exemplo, a sodalita foi queimada em umatemperatura de queima diferente daquela do espécime El, deste modoproduzindo três tipos de catalisadores.
Ou seja, no espécime El, a sodalita foi queimada em umatemperatura de queima de IOOO0C durante um período de tempo de retençãode 10 horas, mas três tipos de catalisadores foram manufaturados através doprocesso de queima em uma temperatura de queima de 700°C durante umperíodo de tempo de retenção de 10 horas, em uma temperatura de queima de600°C durante um período de tempo de retenção de 10 horas, e em umatemperatura de queima de 5 OO0C durante um período de tempo de retenção de10 horas, respectivamente. As características de promoção de combustãodestes três catalisadores de combustão para o material à base de carbonoforam examinadas do mesmo modo que aquelas do espécime El. Nesteperíodo de tempo, as características de promoção de combustão do pó desodalita para o material à base de carbono, cujo pó foi usado para amanufatura do catalisador de combustão do material à base de carbono comoum exemplo comparativo, foram examinadas. O pó de sodalita foi deixadodurante cerca de 10 horas em uma temperatura ambiente de cerca de 25°C, eem vez de ser queimado, foi usado. A medição das características decombustão foi efetuada através da medição da temperatura de pico exotérmicode DTA de cada catalisador, do mesmo modo que aquelas do espécime El. AFig. 2 também mostra o resultado do espécime El, e o catalisador decombustão do material à base de carbono, queimado na temperatura dequeima de 1000° C.
Como pode ser observado a partir da Fig. 2, as temperaturas depico exotérmico de DTA dos catalisadores de combustão à base de carbono,obtidas pela queima da sodalita em uma temperatura de 600°C ou mais,apresentaram valores muito baixos, de 500°C, ou menos. A temperatura depico exotérmico de DTA do catalisador de metal nobre (Pt) geralmente usadacomo o catalisador de combustão para o material à base de carbono é de cercade 520°C (vide Figura 1). Fica claro que estes catalisadores de combustão domaterial à base de carbono possuem, cada qual, a atividade catalíticasuficientemente excelente para o material à base de carbono.
O catalisador de combustão do material à base de carbono,obtido pelo fato de ser queimado em uma temperatura de 600°C ou mais,possui também a temperatura de pico exotérmico de DTA, que é igual oumais baixa do que a temperatura de pico exotérmico de DTA do catalisadorde metal nobre (Pt) após a lavagem com água, e pode manter a atividadecatalítica excelente após a lavagem com água.
Em contraste, o catalisador obtido pelo fato de ser queimadoem uma temperatura de 500°C exibiu a temperatura de pico exotérmico deDTA de cerca de 5IO°C do mesmo nível que aquele do catalisador de metalnobre (Pt) antes da lavagem com água. No entanto, após a lavagem com água,a temperatura de pico exotérmico de DTA do catalisador foi aumentada paracera de 540°C e a atividade catalítica do mesmo foi reduzida, quandocomparada ao catalisador de metal nobre. A sodalita não queimada apresentouatividade catalítica insuficiente para a combustão do material à base decarbono, independentemente de se antes ou após a lavagem com água.
No presente exemplo, vários tipos de zeólitos, outros que asodalita (SOD), foram queimados para a comparação com o espécime El, eentão as características de promoção de combustão foram examinadas usandoestes catalisadores.De um modo específico, primeiramente, doze tipos de zeólitoscom diferentes estruturas de zeólito (por exemplo o tipo ΒΕΑ, o tipo FAU, otipo FER, o tipo LTA, o tipo LTL, o tipo MFI, e o tipo MOR) e/ ou diferentesrazões de S1O2/ Al2O3 da composição de zeólito foram preparados como ozeólito, que não a sodalita (vide Fig. 25).
Estes zeólitos foram todos manufaturados por TosohCorporation. A Fig. 25 apresenta um nome de produto de cada zeólito, o tipode uma estrutura de zeólito, e a razão de SiO2/ Al2O3. Os nomes dos zeólitosmostrados nas Figuras 25 e 3, a serem descritos posteriormente,correspondem aos nomes de produto de zeólitos manufaturados por TosohCorporation. A Fig. 25 também mostra a sodalita (SOD) usada para amanufatura do espécime El.
Então, vários zeólitos mostrados na Fig. 25 foram queimados,do mesmo modo que aquele do espécime El. De um modo específico, cadatipo de zeólito foi aquecido em uma taxa de aumento de temperatura de IOO0C/hora. Após a temperatura do sólido ter alcançado a temperatura de queima de1000 0C, o sólido foi mantido nesta durante 10 horas, de modo tal a que sejasubmetido ao estágio de queima. Depois disso, o material queimado assimobtido foi pulverizado, de modo a apresentar um diâmetro médio de 10 μιτι oumenos, e um tamanho de grão máximo de 100 μηι ou menos, deste modoobtendo o catalisador em forma pulverizada. As características de promoçãode combustão para o material à base de carbono destes catalisadores foramexaminadas do mesmo modo que aquelas do espécime El. Observe-se que ascaracterísticas de promoção de combustão dos catalisadores após a lavagemcom água não foram executadas. A Fig. 3 apresenta os resultados dasmesmas. A Figura 3 também apresenta o resultado do espécime El, obtidopela queima da sodalita como "SOD".
Como pode ser observado a partir da Fig. 3, quando o materialproduzido pela queima do zeólito, outro que a sodalita, foi usado como ocatalisador, a temperatura de pico exotérmico de DTA do catalisador foimuito elevada, e as características de promoção de combustão do catalisadorpara o material à base de carbono foram insuficientes. Em contraste, ocatalisador produzido pela queima do SOD (Espécime El) exibiu umatemperatura de pico exotérmico de DTA muito baixa, de cerca de 45 O0C.Deste modo, o catalisador pode causar com que o material à base de carbonoseja queimado em baixa temperatura. Deste modo, é necessário adotar asodalita entre os zeólitos, no estágio de queima.
Como acima mencionado, no presente exemplo, a queima dasodalita em uma temperatura de 600°C ou mais pode prover o catalisador decombustão do material à base de carbono, que pode causar com que o materialà base de carbono seja queimado, de um modo estável, e removido em umabaixa temperatura, durante um longo período de tempo.
(Exemplo 2)
No presente exemplo, um catalisador de combustão domaterial à base de carbono seja manufaturado em um estágio de mistura, umestágio de secagem, e um estágio de queima.
Ou seja, no estágio de mistura, o aluminossilicato tendo arazão equivalente atômica de Si/ Al > 1, e a fonte de metal alcalino e/ ou afonte de metal alcalino terroso são misturados em água. Então, no estágio desecagem, uma mistura líquida após o estágio de mistura é aquecida de modo aevaporar a água, deste modo obtendo um sólido. Depois disso, no estágio dequeima, o sólido é queimado em uma temperatura de 600°C ou mais, de modoa obter o catalisador de combustão do material à base de carbono.
De um modo específico, primeiramente, o pó de sodalita(3(Na20.Al203.2Si02).2Na0H) foi preparado como o aluminossilicato tendoa razão equivalente atômica de Si/ Al > 1. Então, 100 partes em peso desodalita e 5 partes, em peso, de carbonato de potássio foram introduzidos emágua, e misturados na água.Então, a mistura líquida foi aquecida em uma temperatura de120°C, de modo a evaporar a água. Deste modo, um sólido, que é uma misturade sodalita e carbonato de potássio foi obtido.
Então, o sólido foi queimado em uma temperatura de 800°C.De modo específico, o sólido foi aquecido a uma taxa de aumento detemperatura de IOO0C / hora. Após a temperatura do sólido Ter alcançado atemperatura de queima de 800°C, o sólido foi mantido nesta durante 10 horas,de modo a que seja submetido ao estágio de queima.
Depois disso, o material queimado assim obtido foipulverizado, de modo a que possua um diâmetro mediano de 10 μηι ou menose um tamanho de grão máximo de 100 μηι ou menos, deste modo obtendo ocatalisador de combustão do material à base de carbono. O catalisador decombustão do material à base de carbono foi referido como ao "espécimeE2".
A seguir, as características de promoção de combustão para omaterial à base de carbono do catalisador de combustão do material à base decarbono (espécime E2) manufaturado no presente exemplo, foramexaminadas. Como um exemplo comparativo, as características de promoçãode combustão do catalisador à base de metal nobre (pó de Pt), e pó decarbonato de potássio foram também examinadas.
De um modo específico, primeiramente, quatro tipos deamostras de avaliação, ou seja, uma amostra de CB única, uma mistura de umcatalisador à base de metal nobre e CB, uma mistura do espécime E2 e CB5 euma mistura de carbonato de potássio e CB foram manufaturadas do mesmomodo que aquele no Exemplo 1.
Então, 6 mg de cada amostra de avaliação foram aquecidos atéa temperatura máxima de 900°C em uma taxa de aumento de temperatura de100°C/ minuto, de modo a queimar o CB. Neste período de tempo, umatemperatura de pico exotérmico de DTA de cada amostra de avaliação, e umarelação entre a temperatura e a TG da amostra foram medidas, usando umdispositivo de medição simultânea termogravimétrico de análise térmica -diferencial (TG8120", manufaturado por Rigaku Industrial Co. Ltd). Atemperatura de pico exotérmico de DTA de 0,5 mg da amostra de avaliaçãoconsistindo do CB único foi medida. O aquecimento foi executadopermitindo-se com que o ar fluísse através da amostra de avaliação em umataxa de fluxo de 50 ml/ minuto. A Fig. 4 mostra os resultados de medição dastemperaturas de pico exotérmico em uso da respectiva espécie de catalisador.A Fig. 5 mostra os resultados de medição da relação entre a temperatura e aTG usando o CB único. A Fig. 6 mostra os resultados em uso do catalisadorde metal nobre, como a espécie de catalisador. A Fig. 7 mostra os resultadosem uso de K2CO3. A Fig. 8 mostra os resultados em uso do espécime E2. Emcada uma das Figuras. 5 a 8, o eixo longitudinal indica a temperatura de picoexotérmico de DTA, indicativa da taxa de combustão máxima do negro- de-fumo.
Além disso, 1 g de cada uma das espécies de catalisador (oespécime E2, o catalisador à base de metal nobre, e o pó de carbonato depotássio) foi introduzido em 500 cm de água, e agitado, dia e noite, de modoa que seja lavado. Então, as espécies de catalisador, após a lavagem comágua, foram filtradas. As espécies de catalisador filtradas foramsuficientemente lavadas, permitindo-se com que 1500 cm de água possamfluir através das mesmas, e então secadas em uma temperatura de 120°C.Depois disso, 200 mg de cada uma das espécies de catalisador (o espécime E2e o catalisador à base de metal nobre) após o processo de lavagem com água e20 mg de negro- de- fumo (CB) foram medidos, de um modo acurado, atravésde balança eletrônica. Cada uma das espécies de catalisador e o negro- de-fumo foram misturados durante um certo período de tempo, usando oalmofariz de ágata, de tal modo que a razão da espécie de catalisador (peso)para CB (peso) fosse de 1: 1, e de modo a que fossem obtidos dois tipos deamostras de avaliação contendo a espécie de catalisador e o negro- de- fumo.A amostra de avaliação produzida a partir do CB único foi lavada, secada, eentão misturada usando o almofariz de ágata, tal como as outras amostras. Aamostra de avaliação usando o carbonato de potássio como a espécie decatalisador foi dissolvida em água através do processo de lavagem com água,e, deste modo, não foi possível executar o processo que se segue. Em outraspalavras, as amostras de avaliação manufaturas após a lavagem com águaincluíram três tipos de amostras, ou seja, a amostra de CB única, a mistura docatalisador à base de metal nobre e o CB, e a mistura do espécime E2 e o CB.As temperaturas de pico exotérmico de DTA das amostras de avaliação foramnovamente medidas usando o dispositivo de medição simultâneatermogravimétrico de análise térmica- diferencial. A Fig. 4 também apresentaos resultados das temperaturas de pico exotérmico de DTA das respectivasamostras de avaliação após a lavagem com água.
Como pode ser observado a partir das Figuras. 4 a 8, a amostrausando o espécime E2 e a amostra usando o carbonato de potássio possuem,cada qual, uma temperatura de pico exotérmico de DTA baixa, antes dalavagem com água, e podem, deste modo, causar com que o material à basede carbono (CB) seja queimado em uma temperatura relativamente baixa. Apartir das Figuras. 4 e 8, pode ser observado que o espécime E2 possui atemperatura de pico exotérmico de DTA de cerca de 400°C, mas a combustãodo negro- de fumo é iniciada, de um modo efetivo, em uma temperatura maisbaixa (por exemplo, de 350°C) do que a temperatura de pico exotérmico deDTA.
Como pode ser observado a partir da Figura 4, a amostra deCB única, o catalisador à base de metal nobre, e o espécime E2 poucoalteraram as características de promoção de combustão para o CB, antes eapós a lavagem com água. Em contraste, na amostra que utiliza carbonato depotássio, o carbonato de potássio foi dissolvido em água após a lavagem comágua, e, deste modo, é impossível medir as características de promoção decombustão.
Deste modo, o espécime E2 exibe as excelentes característicasde promoção de combustão para o material à base de carbono, e pode, destemodo, causar com que o material à base de carbono seja queimado, de ummodo estável, e removido em uma baixa temperatura. Com o espécime E2pode manter as características excelentes mesmo na presença de água, oespécime E2 pode causar com que o material à base de carbono sejaqueimado, de um modo estável, e removido durante um longo período detempo.
O espécime E2 acima mencionado é um catalisadormanufaturado pela queima de uma mistura de 100 partes, em peso, desodalita, e de 5 partes, em peso, de carbonato de potássio, em umatemperatura de 800°C durante 10 horas. Então, no presente exemplo, de modoa examinar uma influência da temperatura de queima sobre a atividadecatalítica, a mistura (sólida) de sodalita e de carbonato de potássio foiqueimada, em diferentes temperaturas, de modo a que seja manufaturada umapluralidade de catalisadores.
De um modo específico, em primeiro lugar, 100 partes, empeso, de sodalita e 10 partes, em peso, de carbonato de potássio forammisturadas em água, de modo a que fosse obtida uma mistura líquida. Então, amistura líquida foi aquecida a uma temperatura de 120°C de modo a evaporara água, deste modo obtendo um sólido (mistura). Então, a mistura foiqueimada em diferentes temperaturas de queima, por exemplo, de 5 OO0C,600°C, 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, IlOO0C, 1200°C, e 13 OO0C, deste modosendo obtidos nove tipos de catalisadores. Estes catalisadores forammanufaturados do mesmo modo, exceto quanto à alteração da temperatura dequeima, e do mesmo modo que aquele do espécime E2, exceto quanto àalteração da razão de mistura de carbonato de potássio para a sodalita e atemperatura de queima. Além disso, de modo a examinar a uma influência deum período de tempo de queima na queima em uma temperatura de 600°C,foram preparados não apenas o catalisador formado através da queima durante10 horas, tal como o espécime E2, mas também um catalisador formadoatravés da queima durante um período de queima de 5 horas. A queima dosoutros catalisadores manufaturados através da queima em outras temperaturasde queima foi efetuada durante dez horas, tal como o espécime E2.
As características de promoção de combustão destescatalisadores para o material à base de carbono foram examinadas do mesmomodo que aquelas do espécime E2. Neste período de tempo, as característicasde promoção de combustão da mistura de sodalita e de carbonato de potássiopara o material à base de carbono como um exemplo comparativo foramtambém examinadas. A mistura da sodalita e do carbonato de potássio usadosfoi aquela deixada durante 10 horas em uma temperatura ambiente de cerca de25°C), em vez de ser queimada.
A medição das características de promoção de combustão foiefetuada através da medição da temperatura de pico exotérmico de DTA, domesmo modo que aquela do espécime E2. A Figura 9 mostra os resultados damesma.
Como pode ser observado a partir da Fig. 9, a temperatura detopo de pico exotérmico de DTA do catalisador de combustão do material àbase de carbono manufaturado através da queima em uma temperatura de600°C ou mais foi igual a ou menor do que 460°C, antes e após a lavagemcom água, que foi muito baixa. A temperatura de pico exotérmico de DTA docatalisador de metal nobre (Pt) geralmente usada como o catalisador decombustão para o material à base de carbono é de cerca de 520°C (vide Figura4). Deste modo, pode ser observado que um tal catalisador de combustão domaterial à base de carbono possui a atividade catalítica suficientementeexcelente para o material à base de carbono.Em contraste, catalisador queimado em uma temperaturaabaixo de 600°C exibiu uma temperatura de pico exotérmico de DTAsuficientemente baixa, quando comparada àquela do catalisador de metalnobre (Pt) antes da lavagem cm água, e exibiu a atividade catalítica excelente.No entanto, após a lavagem com água, a temperatura de pico exotérmico deDTA do catalisador foi grandemente aumentada, e a atividade catalítica domesmo foi reduzida, quando comparada ao catalisador de metal nobre. Amistura de sodalita não queimada e de carbonato de potássio apresentou aatividade suficientemente catalítica antes da lavagem com água, masapresentou uma atividade catalítica grandemente reduzida após a lavagem.
A razão, pela qual o catalisador obtido no estágio de queimana temperatura abaixo de 600°C e o catalisador obtido sem o estágio dequeima apresentaram a atividade catalítica grandemente reduzida após alavagem com água, como acima descrito, é devida à eluição de potássio apósa lavagem com água.
Deste modo, é necessário efetuar o estágio de queima em umatemperatura de queima de 600°C ou mais. Como pode ser observado a partirda Figura 9, a queima em uma temperatura de 700 a 1200°C pode permitir aobtenção do catalisador de combustão do material à base de carbono tendo atemperatura de pico exotérmico de DTA mais baixa, ou seja, a atividadecatalítica excelente. Além disso, pode ser também observado a partir damesma figura, que a redução da atividade catalítica após a lavagem com águado catalisador queimado durante 10 horas é suprimida, quando comparada aocaso do catalisador queimado durante 5 horas.
Nos exemplos como acima descrito, no estágio de mistura, ocarbonato de potássio foi misturado como uma fonte de K com a sodalita, demodo a manufaturar o catalisador de combustão do material à base decarbono. No presente exemplo, diferentes tipos de sais de potássio forammisturados com a sodalita, de modo a manufaturar uma pluralidade decatalisadores de combustão do material à base de carbono, e então astemperaturas de topo de pico exotérmico de DTA dos catalisadores foramexaminadas .
De um modo específico, cada um dos sais de potássio (porexemplo, carbonato de potássio, nitrato de potássio, cloreto de potássio,sulfato de potássio, acetato de potássio, fosfato de potássio e hidrato depotássio) foram misturados com a sodalita, de modo a obter uma mistura.Cada sal de potássio foi misturado com a sodalita, de tal modo que aquantidade de um elemento de potássio do sal de potássio fosse de 0,225 molou de 0,00225 mol, com relação a 1 mol de um elemento de Si da sodalita. Amistura foi efetuada em água, tal cm o espécime E2, e a água da misturalíquida foi secada, de modo a obter uma mistura, tal como acima descrito.
Então, a mistura foi aquecida em uma taxa de aumento detemperatura de IOO0C/ hora. Após a temperatura do sólido ter alcançado atemperatura de queima de IOOO0C, a mistura foi mantida durante 10 horas, demodo a ser submetida ao estágio de queima. Depois disso, o materialqueimado assim obtido foi pulverizado de modo a que possua um diâmetromediano de 10 μπι ou menos e um tamanho de grão máximo de 100 μπι oumenos, deste modo obtendo o catalisador de combustão do material à base decarbono.
A temperatura de pico exotérmico de DTA de cada um doscatalisadores de combustão assim obtidos, antes e após a lavagem com água,foi medida do mesmo modo que aquele do espécime E2. A Figura 10 mostraos resultados da mesma. Na Figura 10, o numerai de referência Xl indica umestado antes da lavagem com água, no qual a quantidade do elemento demetal alcalino (quantidade de K) de cada sal de metal alcalino, ou aquantidade do elemento de metal alcalino terroso (quantidade de K) de sal demetal alcalino terroso é de 0, 225 mol com relação a 1 mol do elemento de Sida sodalita. O numerai de referência X2 indica um estado após a lavagem comágua, no qual a quantidade do elemento de metal alcalino (quantidade de K)de cada sal de metal alcalino, ou a quantidade do elemento de metal alcalinoterroso (quantidade de K) do sal de metal alcalino terroso é de 0,225 mol comrelação a 1 mol do elemento Si da sodalita. O numerai de referência X3 indicaum estado antes da lavagem com água, no qual a quantidade do elemento demetal alcalino (quantidade de K) de cada sal de metal alcalino, ou aquantidade do elemento de metal alcalino terroso (quantidade de K) do sal dometal alcalino terroso é de 0,00225 mol com relação a 1 ml do elemento de Sida sodalita. O numerai de referência X4 indica um estado após a lavagem, no qual a quantidade do elemento de metal alcalino (quantidade de K) de cadasal de metal alcalino, ou a quantidade do elemento de metal alcalino terroso(quantidade de K) do sal de metal alcalino terroso é de 0,00225 mol comrelação a 1 mol do elemento de Si da sodalita.
Como pode ser observado a partir da Figura 10, o catalisador de combustão do material à base de carbono, manufaturado suando qualquerum dos sais de potássio, exibe a excelente atividade catalítica antes e após alavagem com água. O decréscimo da quantidade de sal de potássio reduzligeiramente a atividade catalítica. Mesmo neste caso, o catalisador mantém atemperatura de topo de pico exotérmico de DTA abaixo de 450°C, antes eapós a lavagem com água, ao mesmo tempo em que exibe a excelenteatividade catalítica.
No exemplo acima mencionado, no estágio de mistura, o sal depotássio foi misturado como a fonte de metal alcalino (por exemplo, o sal demetal alcalino) com a sodalita, de modo a manufaturar o catalisador decombustão do material à base de carbono. Então, no presente exemplo, váriasfontes de metal alcalino terroso ou fontes de metal alcalino terroso, em adiçãoa sal de potássio, foram misturadas com a sodalita no estágio de mistura, demodo a manufaturar uma pluralidade de catalisadores de combustão domaterial à base de carbono. As temperaturas de pico exotérmico de DTAdestes catalisadores foram examinadas.
De um modo específico, em primeiro lugar, cada um dosvários metais alcalinos (por exemplo, carbonato de sódio, carbonato depotássio, carbonato de rubídio, e carbonato de césio) ou cada um dos váriossais de metal alcalino (por exemplo, hidrato de magnésio, carbonato de cálcio,carbonato de estrôncio e carbonato de bário) foi misturado com a sodalita, demodo a obter uma mistura. Cada sal de metal alcalino u sal de metal alcalinoterroso foi misturado com a sodalita, de tal modo que a quantidade doelemento de metal alcalino de cada sal de metal alcalino, ou a quantidade doelemento de metal alcalino terroso do sal de metal alcalino fosse de 0,225 molou de 0,00225 mol com relação a 1 mol do elemento de Si da sodalita. Alémdisso, a mistura foi executada em água, do mesmo modo que aquele doespécime E2, e a mistura líquida foi secada de modo a evaporar a água, talcomo acima mencionado, deste modo obtendo uma mistura.
Então, a mistura foi aquecida em uma taxa de aumento detemperatura de 100°C / hora. Após a temperatura da mistura ter alcançado atemperatura de queima de 1000°C, a sodalita foi mantida durante 10 horas, demodo a efetuar o estágio de queima. Depois disso, o material queimado assimobtido foi pulverizado, de modo a que tivesse um diâmetro mediano de 10 μmou menos e um tamanho de grão máximo de 100 μm ou menos, deste modosendo obtido o catalisador de combustão do material à base de carbono.
As temperaturas de pico exotérmico de DTA dos catalisadoresde combustão do material à base de carbono assim obtido foram examinadasdo mesmo modo que aquelas do espécime E2. A Figura 11 mostra osresultados das mesmas. Na Figura 11, o eixo lateral indica a espécie de metalalcalino da fonte de metal alcalino e a espécie de metal alcalino terroso dafonte de metal alcalino terroso adicionada no estágio de mistura, e o eixolongitudinal indica as temperaturas de pico exotérmico de DTA. Na Fig. 11, onumerai de referência Yl indica um estado antes da lavagem com água, noqual a quantidade do elemento de metal alcalino da fonte de metal alcalinoterroso é de 0,225 mol com relação a 1 mol do elemento Si da sodalita. NaFig. ll,o numerai de referência Y2 indica um estado após a lavagem comágua, no qual a quantidade do elemento de metal alcalino da fonte de metalalcalino, ou a quantidade de elemento de metal alcalino terroso da fonte demetal alcalino terroso é de 0, 225 mol com relação a 1 mol do elemento Si dasodalita. Na Fig. 11, o numerai de referência Y3 indica um estado antes dalavagem com água, no qual a quantidade do elemento de metal alcalino dafonte de metal alcalino ou a quantidade de elemento d e metal alcalino terrosoda fonte de metal alcalino terroso é de 0,00225 mol, com relação a 1 mol doelemento Si da sodalita. Na Fig. 121, o numerai de referência Y4 indica umestado após a lavagem com água, no qual a quantidade do elemento da metalalcalino da fonte de metal alcalino, ou a quantidade do elemento de metalalcalino terroso da fonte de metal alcalino terroso é de 0,00225 com relação a1 mol do elemento Si da sodalita.
Como observado a partir da Fig. 11, o catalisador decombustão do material à base de carbono manufaturado pela mistura de cadaum dos vários elementos de metal alcalino (por exemplo, Na, K, Rb, Cs) coma sodalita no estágio de mistura exibe a excelente atividade catalítica, antes ouapós a lavagem com água, mesmo quando do uso de qualquer um doselementos de metal alcalino.
Em contraste, os catalisadores de combustão forammanufaturados através da mistura de vários elementos de metal alcalino (porexemplo, Mg, Ca, Sr, Ba) coma sodalita no estágio de mistura. Emboraapenas o catalisador obtido através da seleção de Mg como o elemento demetal alcalino terroso tenha exibido a atividade catalítica ligeiramenteinsuficiente, qualquer um dos catalisadores obtidos exibiu a atividadecatalítica de um nível aceitável, em uso prático, em qualquer caso.
Deste modo, a mistura de outros elementos de metal alcalinoou elementos de metal alcalino terrosos, outros que K com a sodalita podetambém permitir a obtenção do catalisador de combustão do material à basede carbono, tendo a excelente atividade catalítica.
O caso de uso de uma fonte de Mg como a fonte de metalalcalino terroso será descrito em maiores detalhes. Como pode ser observadoa partir da Fig. 11, o catalisador obtido através da adição de 0,00225 mol deMg à sodalita com relação a 1 mol do elemento Si da sodalita exibe aexcelente atividade catalítica. Em contraste, o catalisador obtido através daadição de 0, 225 mol de Mg podem ser efetivamente usados, mas resulta naredução na atividade catalítica. Por outro lado, os catalisadores produzidosusando outros elementos de metal alcalino terroso (por exemplo, Ca, Sr, Ba)exibe a excelente atividade catalítica em qualquer caso.
Deste modo, na seleção da fonte de metal alcalino terroso, umafonte de metal alcalino terroso, outro que Mg, é preferivelmente usada.Quando do uso da fonte de Mg, a fonte de Mg e a sodalita são misturados, detal modo que a quantidade de Mg da fonte de Mg seja, de um modo preferido,inferior a 0, 225 mol, e de modo mais preferido de 0,00225 mol ou menos,com relação a 1 ml do elemento Si da sodalita.
No exemplo acima mencionado, no estágio de mistura, um tipode metal alcalino ou de metal alcalino terroso foi misturado com a sodalita, demodo a manufaturar o catalisador de combustão do material à base decarbono. Então, no presente exemplo, uma pluralidade de elementos de metalalcalino e/ ou de elementos de metal alcalino terroso foram misturados com asodalita no estágio de mistura, de modo a manufaturar os catalisadores decombustão do material à base de carbono. As temperaturas de picoexotérmico de DTA dos catalisadores foram medidas.
De um modo específico, em primeiro lugar, a fonte de metalalcalino (por exemplo, carbonato de sódio, carbonato de rubídio, ou carbonatode césio) ou a fonte de metal alcalino terroso (por exemplo hidrato demagnésio, carbonato de cálcio, carbonato de estrôncio, ou carbonato de bário)em adição ao carbonato de potássio, foram misturados com a sodalita demodo a obter misturas. Cada uma das misturas assim obtidas contém asodalita, o carbonato de potássio, e a fonte de metal alcalino, outra que ocarbonato de potássio ou a fonte de metal alcalino terroso. Cada mistura foi manufaturada no dia seguinte. Ou seja, ocarbonato de potássio como a fonte de potássio foi adicionado à sodalita, detal modo que a quantidade de potássio do carbonato de potássio fosse de0,1126 mol com relação a 1 mol do elemento Si da sodalita. Então, cada umadas várias fontes de metal alcalino ou fontes de metal alcalino terroso foiadicionada à sodalita, de tal modo que a quantidade de elemento de metalalcalino da fonte de metal alcalino ou a quantidade de elemento de metalalcalino terroso da fonte de metal alcalino terroso fosse de 0,1125 mol, comrelação a 1 mol do elemento Si da sodalita.
Deste modo, a soma da quantidade de potássio do carbonato depotássio e a quantidade de outro elemento de metal alcalino ou de elementode metal alcalino terroso fosse de 0, 225 mol, com relação a 1 mol doelemento Si da sodalita em cada mistura.
A mistura foi efetuada em água, do mesmo modo que aquelado espécime E2, e a mistura foi secada, de modo a evaporar a água, tal comoacima mencionado, deste modo obtendo uma mistura. Então, a mistura foiaquecida em uma taxa de aumento de temperatura de IOO0C / hora. Após atemperatura da sodalita ter alcançado a temperatura de queima de IOOO0C, amistura foi mantida durante 10 horas na mesma, de modo a que fosseexecutado o estágio de queima da mistura. Depois disso, o material queimadoassim obtido foi pulverizado, de modo a que apresentasse um diâmetromediano de 10 μπι ou menos e um tamanho de grão máximo de 100 μηι oumenos, deste modo sendo obtido o catalisador de combustão do material àbase de carbono.As temperaturas de pico exotérmico de DTA dos catalisadoresde combustão do material à base de carbono assim obtido, antes e após alavagem cm água, foram examinadas do mesmo modo que aquelas doespécime E2. A Figura 12 apresenta os resultados das mesmas. Na Figura 12,o eixo longitudinal indica a temperatura de pico exotérmico de DTA, e o eixolateral indica a espécie de metal alcalino da fonte de metal alcalino ou aespécie de metal alcalino terroso da fonte de metal alcalino terroso, outro queo carbonato de potássio, adicionado no estágio de mistura. A Figura 12também indica a temperatura de pico exotérmico de DTA do catalisador decombustão do material à base de carbono (isto é, a amostra indicada pelonumerai de referência K no eixo lateral da Figura 12), antes e após a lavagemcom água, cujo catalisador foi manufaturado pela mistura apenas de carbonatode potássio com a sodalita e queima da mistura.
Como pode ser observado a partir da Figura 12, no estágio demistura, cada um dos vários elementos de metal alcalino (por exemplo, Na,Rb, Cs) ou elementos de metal alcalino terroso (por exemplo, Mg, Ca, Sr, Ba)em adição a potássio (K) são misturados com a sodalita, o catalisador decombustão do material à base de carbono tendo excelente atividade catalíticasendo também obtido, tal como no caso da simples mistura de K com asodalita.
Deste modo, através do uso de uma pluralidade de fontes demetal alcalino e/ ou fontes de metal alcalino terroso no estágio de mistura, oscatalisadores de combustão do material à base de carbono tendo a atividadecatalítica excelente podem ser providos.
A seguir, no presente exemplo, de modo a examinar umainfluência da quantidade de adição da fonte de metal alcalino u da fonte demetal alcalino terroso sobre a atividade catalítica do catalisador decombustão, a sodalita foi misturada com a fonte de metal alcalino ou a fontede metal alcalino terroso em diferentes razões de adição, para a manufatura deuma pluralidade de catalisadores de combustão do material à base de carbono.Então, as temperaturas de pico exotérmico de DNA destes catalisadores forammedidas.
Primeiramente, o carbonato de potássio ou o carbonato debário foi misturado em uma quantidade de adição de 0 a 100 partes, em peso,com 100 partes, em peso, de sodalita, de modo a que sejam obtidas misturas.
De um modo específico, como mostrado nas Figuras 13 a 26 aserem descritas posteriormente, 100 partes, em peso de sodalita (SOD) forammisturadas com carbonato de potássio nas respectivas quantidades de 0 parteem peso, 0,1 partes em peso, 0,5 partes em peso, 1 parte em peso, 3 partes empeso, 5 partes em peso, 10 partes em peso, 15 partes em peso, 20 partes empeso, 40 partes em peso, e 100 partes, em peso, de modo a que sejam obtidasmisturas.
Como mostrado nas Figuras 14 e 27 a serem posteriormentedescritas, 100 partes, em peso, de sodalita (SOD) foram misturadas comcarbonato de bário nas respectivas quantidades de 0 parte em peso, 5 partesem peso, 10 partes em peso, 15 partes em peso, 20 partes em peso, 40 partesem peso, 70 partes em peso, 100 partes em peso, 150 partes em peso, 200partes em peso, e 300 partes, em peso, de modo a que sejam obtidas asmisturas.
Uma tal mistura foi efetuada em água, do mesmo modo queaquela do espécime E2, e as misturas líquidas foram secadas, de modo aevaporar a água como acima descrito, deste modo sendo obtidas umapluralidade de misturas.
Então, estes misturas foram aquecidas em uma taxa deaumento de temperatura de 100°C/hora. Após a temperatura da mistura teralcançado 1000°C, a mistura foi mantida nesta durante 10 horas, deste modosendo submetida ao estágio de queima. Depois disso, o material queimadoassim obtido foi pulverizado, de modo a que possua um diâmetro médio de 10μm ou menos e um tamanho de grão máximo de 100 μπι ou menos, destemodo sendo obtido o catalisador de combustão do material à base de carbono.
As temperaturas de pico exotérmico de DTA dos catalisadoresde combustão à base de carbono assim obtidos, antes e após a lavagem comágua, foram medidas do mesmo modo que aquelas do espécime E2.
As Figuras 13 e 26 apresentam os resultados das temperaturasde pico exotérmico de DTA, antes e após a lavagem com água, doscatalisadores de combustão do material à base de carbono, manufaturadosusando o carbonato de potássio. As Figuras 14 e 27 apresentam os resultadosdas temperaturas de pico exotérmico de DTA, antes e após a lavagem comágua, dos catalisadores de combustão do material à base de carbono,manufaturado usando o carbonato de bário.
A Figura 26 mostra os valores obtidos através da conversão daquantidade (partes em peso) da mistura do elemento K a 100 partes, em peso,de sodalita, na quantidade de mistura do elemento k (mol) com relação àquantidade de Si(mol) da sodalita (vide Figura 26). De um modo similar, aFigura 27 mostra os valores obtidos pela conversão da quantidade (partes empeso) da mistura do elemento Ba a 100 partes, em peso, de sodalita, naquantidade de mistura do elemento Ba (mol) com relação à quantidade de Si(mol) da sodalita (vide Figura 27).
Como pode ser observado a partir das Figuras 26, 27, 13 e 14,mesmo quando a quantidade de elemento de metal alcalino e/ ou a quantidadede elemento de metal alcalino terroso é alterada no estágio de mistura, oscatalisadores de combustão do material à base de carbono obtidos exibem aatividade catalítica excelente.
Em contraste, o aumento na quantidade do elemento de metalalcalino ou do elemento de metal alcalino terroso aumenta uma diferença natemperatura de pico exotérmico de DTA entre antes e após a lavagem comágua. Como pode ser observado a partir das Figuras 26 e 27, a sodalita émisturada com a fonte de metal alcalino ou com a fonte de metal alcalinoterroso no estágio de mistura, de tal modo que a quantidade do elemento demetal alcalino (K) contida na fonte de metal alcalino (K2CO3), ou aquantidade do elemento de metal alcalino terroso (Ba) contida na fonte demetal alcalino terroso contida na fonte de metal alcalino (BaCO3) é igual a ouinferior a 2,25 mol, com relação a 1 mol do elemento Si da sodalita. Destemodo, é possível manufaturar o catalisador de combustão de material à basede carbono tendo uma diferença relativamente pequena na temperatura depico exotérmico de DTA entre antes e após a lavagem cm água, ou seja, ocatalisador de combustão de material à base de carbono tendo excelenteresistência à água. Quando a quantidade do elemento de metal alcalino ouelemento de metal alcalino terroso acima mencionada excede a 2, 25 mol, amistura é então facilmente fundida quando da queima, e, deste modo, é difícilque o catalisador de combustão do material à base de carbono obtido após aqueima seja pulverizado.
A partir do mesmo ponto de vista, a quantidade do elementode metal alcalino (mol) ou a quantidade do elemento de metal alcalino terroso(mol) é, de modo mais preferido, igual a ou inferior a 1 mol, e de modo aindamais preferido igual a ou inferior a 0,5 mol, com relação a 1 mol do elementoSi da sodalita no estágio de mistura.
Como acima mencionado, de acordo com o presente exemplo,o estágio de mistura e o estágio de queima são executados de modo amanufaturar o catalisador de combustão do material à base de carbono, de talmodo que o material à base de carbono possa ser queimado de um modoestável e removido, em uma baixa temperatura, durante um longo período detempo.
(Exemplo 3)
No presente exemplo, é manufaturado um veículo decatalisador 2, que suporta o catalisador de combustão do material à base decarbono (espécime E2) manufaturado no Exemplo 2 sobre um substratocerâmico tendo uma estrutura alveolar cerâmica 22.
Como mostrado nas Figuras 15 a 17, o substrato cerâmico 22do presente exemplo inclui uma parede periférica externa 21, paredesdivisórias 25 formadas em uma forma alveolar no interior da parede periféricaexterna 21, e uma pluralidade de células 3, divididas pelas paredes divisórias25. A célula 3 é parcialmente aberta para as duas extremidades 23 e 24 dosubstrato cerâmico 22. Ou seja, partes das células 3 são abertas para as duasextremidades 23 e 24 do substrato cerâmico 22, enquanto que as células 3remanescentes são fechadas com tampas 32, formados sobre as duasextremidades 23 e 24. Tal como mostrado nas Figuras 15 e 16, no presenteexemplo, as aberturas 31 para a abertura das extremidades das células 3 e dastampas 32 para o fechamento das extremidades das células 3 são dispostos, deum modo alternado, de modo a formar um padrão assim denominadoenxadrezado. O catalisador de combustão do material à base de carbono 1(espécimes E2) manufaturado no Exemplo 2 é suportado sobre as paredesdivisórias 25 do substrato cerâmico 22. Conforme mostrado na Figura 18, acamada de ligação 155 produzida pela queima de sol de alumina, é formadasobre as paredes divisórias 25, de tal modo que o catalisador de combustão domaterial à base de carbono 1 seja suportado na camada de ligação 155. Acamada de ligação 155 contém as partículas cerâmicas de óxido 15,produzidas de alumina e conectadas de um modo conjunto, e o catalisador decombustão 1 ou as partículas de catalisador são dispersadas na camada deligação 155.
Como mostrado na Figura 17, as partes, em que as tampas 32estão dispostas e as outras partes, em que as tampas 32 não estão dispostas noveículo do catalisador 2 do presente exemplo estão dispostas, de um modoalternado, sobre ambas as extremidades das células posicionadas naextremidade 23 no lado a montante, que é uma entrada de um gás de exaustãoe na extremidade 24 sobre o lado a jusante, que constitui uma saída do gásde exaustão 10. Um número de orifícios são formados sobre a parededivisória 25, de modo a permitir com que o gás de exaustão 10 possa fluiratravés da mesma.
O veículo de catalisador 2 do presente exemplo possui otamanho total de 160 mm em diâmetro e de 100 mm em comprimento. Acélula possui o tamanho de 3 mm em espessura e de 1, 47 mm emafastamento.
O substrato cerâmico 22 é feito de cordierita. A célula 3 para ouso possui uma seção retangular. A célula 3 para o uso pode apresentar váriasoutras configurações em seção transversal, incluindo uma forma triangular,uma forma hexagonal, e os similares.
No presente exemplo, a abertura 31 para a abertura daextremidade da célula 3 e da tampa 32 para o fechamento da outraextremidade da célula 3 são dispostas, de um modo alternado, de modo aassim formar o assim denominado padrão enxadrezado.
A seguir, um método de manufatura da estrutura alveolarcerâmica do presente exemplo será descrito abaixo.
Primeiramente, talco, sílica fundida, e hidróxido de alumínioforam medidos, de modo a formar uma composição de cordierita desejada, eum agente de formação de poro, um aglutinante, água, e os similares foramadicionados a estes materiais medidos, que foram misturados e agitados pormeio de uma máquina de misturar. O material cerâmico argiloso assim obtidofoi prensado e moldado por uma máquina de moldar, de modo a que sejaobtido um membro moldado, que possui uma estrutura alveolar. Após asecagem, o membro moldado foi cortado em um comprimento desejado, demodo a manufaturar um membro moldado, que inclui uma parede periféricaexterna, paredes divisórias providas no interior da parede em uma formaalveolar, e uma pluralidade de células divididas pelas paredes divisórias e quepenetram em ambas as extremidades. Então, o membro moldado foi aquecidoa uma temperatura de 1400 a 1450°C, durante 2 a 10 horas, de modo a queseja temporariamente queimado, de modo a que seja obtido um membroqueimado temporário com a estrutura alveolar.
Então, uma fita de ocultação foi fixada à estrutura alveolar, demodo a cobrir ambas as extremidades inteiras da estrutura alveolar. Uma luz alaser foi aplicada, por sua vez, a partes da fita de ocultação correspondendo aposições a serem cobertas com as tampas sobre as duas extremidades daestrutura alveolar cerâmica, e a fita de ocultação foi fundida, ou queimada eremovida, de modo a formar os orifícios atravessantes. Deste modo, osorifícios atravessantes foram formados em partes das extremidades dascélulas a serem cobertas com as tampas. As outras partes, que não asextremidades das células, foram cobertas com a fita de ocultação. No presenteexemplo, os orifícios atravessantes foram formados na fita de ocultação, de talmodo que os orifícios atravessantes e as partes cobertas com a fita deocultação fossem dispostas, de um modo alternado, sobre ambas asextremidades das células. No presente exemplo, a fita de ocultação usada foium filme de resina tendo uma espessura de 0,1 mm.
A seguir, o talco, a sílica fundida, a alumina, e o hidróxido dealumínio, que servem como a matéria prima principal para um material detampa, foram medidos de modo a que tivessem a composição desejada, e oaglutinante, a água, e os similares foram adicionados a estes materiaismedidos, que foram então misturados e agitados pela máquina de misturar, demodo a manufaturar o material de tampa da suspensão. Neste momento, oagente de formação de poro pode ser adicionado, se necessário. Após prepararuma caixa, que inclui o material de tampa da suspensão, a superfície terminalda estrutura alveolar parcialmente tendo os orifícios atravessantes formadosna mesma foi imersa no material de suspensão. Deste modo, o material detampa foi inserido em uma quantidade apropriada a partir dos orifíciosatravessantes da fita de ocultação ao interior das extremidades das células. Aoutra extremidade da estrutura alveolar foi submetida ao mesmo processo. Nomodo acima descrito, foi obtida uma estrutura alveolar, na qual o material detampa foi disposto nas aberturas das células a serem fechadas.
Então, a estrutura alveolar e o material da tampa, dispostossobre as posições a serem fechadas, foram simultaneamente queimados a decerca de 1400 a 1450°C. Deste modo, a fita de ocultação foi queimada eremovida, de modo a manufaturar uma estrutura alveolar cerâmica (substratocerâmico ) 22 tendo uma pluralidade de aberturas 31 para a abertura dasextremidades das células, e uma pluralidade de tampas 32 para fechar asextremidades das células 3, formadas em ambas as extremidades das células3, conforme mostrado na Figura 15.
Então, o catalisador de combustão do material à base decarbono (espécime E2), manufaturado no Exemplo 2, foi misturado com umasuspensão de alumina contendo 3%, em peso, de sol de alumina. Além disso,água foi adicionada à mistura de modo a ajustar a mistura a uma viscosidadedesejada, deste modo provendo um material compósito de suspensão. Então,as paredes divisórias 25 do substrato cerâmico 22 foram revestidas com omaterial compósito. Depois disso, o substrato cerâmico foi queimado, atravésde aquecimento a uma temperatura de 500°C. A quantidade de revestimentodo material compósito da suspensão foi de 60 g por L de substrato tendo aestrutura alveolar. Deste modo, como mostrado nas Figuras 15, 16, e 18, foiobtido o veículo do catalisador 2, que suporta o catalisador de combustão domaterial à base de carbono 1 sobre o substrato cerâmico 22.
O veículo do catalisador 2 do presente exemplo suporta ocatalisador de combustão do material à base de carbono (espécime E2) doExemplo 2 sobre a parede celular 22. Deste modo, a estrutura alveolar 2 podecausar com que o material à base de carbono seja queimado em uma baixatemperatura, sem corroer o substrato, usando a propriedade excelente docatalisador de combustão do material à base de carbono 1. Além disso, a águapouco reduz a atividade catalítica para o material à base de carbono.
O catalisador de combustão do material à base de carbono(espécime E2) é formado através da queima da mistura da sodalita e da fontede metal alcalino (carbonato de potássio). Um tal catalisador de combustão domaterial à base de carbono retém, de um modo relativamente forte, umelemento de metal alcalino (K) no mesmo, o que dificilmente causa a eluiçãodo metal alcalino. Deste modo, quando o catalisador de combustão domaterial à base de carbono é suportado sobre a estrutura alveolar, a eluição dometal alcalino e a corrosão adicional do substrato cerâmico podem serevitadas.
Embora no presente exemplo o veículo do catalisador sejamanufaturado usando o substrato cerâmico (por exemplo, a estrutura alveolarcerâmica), produzida de cordierita, substâncias cerâmicas porosas, com umaalta resistência ao calor, produzidas de, por exemplo, SiC, titanato dealumínio, ou os similares, podem ser também suadas como o substratocerâmico, de modo a manufaturar o mesmo veículo de catalisador. Embora nopresente exemplo a estrutura alveolar cerâmica com a extremidade da célulafechada pela tampa seja usada como o substrato cerâmico acima mencionado,por exemplo, uma estrutura alveolar cerâmica, sem tampas, pode ser usada demodo a reduzir uma perda na pressão.
Quando da formação do veículo de catalisador adaptado parasuportar o catalisador de combustão do material à base de carbono e contendonão apenas partículas de óxido compósitas, mas também um elemento deterras raras, quando o catalisador de combustão do material à base de carbono(espécime E2) é misturado com a suspensão de alumina contendo 3 %, empeso, de sol de alumina, partículas de óxido, que consistem de, por exemplo,solução sólida de CeO2, ZrO2, CeO2 - ZrO2, ou os similares, podem ser aindaadicionados, de modo a manufaturar o veículo do catalisador.Quando da formação do veículo do catalisador, de modo asuportar o metal nobre em adição ao catalisador de combustão do material àbase de carbono, quando o catalisador de combustão do material à base decarbono (espécime E2) é misturado com a suspensão de alumina contendo3%, em peso, de sol de alumina, por exemplo, uma solução de nitrato deplatina pode ser adicionalmente dispersada, em uma quantidadepredeterminada, de modo a manufaturar o veículo.
No presente exemplo, o veículo do catalisador foimanufaturado através do suporte do catalisador de combustão à base decarbono (espécime E2) manufaturado no Exemplo 2, sobre o substratocerâmico. De um modo alternativo, o mesmo processo que no presenteexemplo pode ser executado usando o catalisador de combustão do material àbase de carbono (por exemplo, o espécime El) manufaturado no Exemplo 1,em vez de no Exemplo 2, de modo a manufaturar um veículo de catalisadorpara suportar catalisador de combustão manufaturado no Exemplo 1 sobre osubstrato cerâmico.
(Exemplo Comparativo)
No exemplo comparativo, um veículo de catalisador parasuportar a mistura de sodalita não queimada e uma fonte de metal alcalino(carbonato de potássio) sobre um substrato cerâmico foi manufaturado comoum exemplo comparativo, com relação ao veículo de catalisador do Exemplo3.
O veículo do catalisador manufaturado no exemplocomparativo foi o mesmo que aquele no Exemplo 3, exceto para o tipo decatalisador suportado.
Quando da manufatura do veículo do catalisador do exemplocomparativo, primeiramente, um substrato cerâmico com a estrutura alveolarcerâmica, produzida do mesmo tipo de cordierita que aquela no Exemplo 3,foi preparado.Então, 100 partes, em peso, de sodalita e 5 partes, em peso, decarbonato de potássio foram misturados com a água. A mistura líquida foiaquecida para que a água fosse evaporada, deste modo sendo obtida umamistura sólida. Deste modo, foi obtida a mistura de sodalita e de carbonato depotássio.
Então, a mistura foi misturada com a suspensão de aluminacontendo 3%, em peso, de sol de alumina, e água foi adicionada à mesma, demodo a que a mistura fosse ajustada a uma viscosidade desejada, deste modosendo obtido o material compósito da suspensão. Então, tal como no Exemplo3, as paredes divisórias do substrato cerâmico foram revestidas com omaterial compósito da suspensão, e aquecida a uma temperatura de 500°C, detal modo que a mistura fosse queimada sobre o substrato cerâmico. Destemodo, foi obtido o veículo do catalisador, que serve como um exemplocomparativo.
Quando o veículo do catalisador obtido no exemplocomparativo foi observado, ocorreram fissuras em uma parte do substratocerâmico. Ou seja, quando a mistura da sodalita não queimada e a fonte demetal alcalino (por exemplo, carbonato de potássio) é suportada sobre osubstrato cerâmico, o metal alcalino (potássio) é facilmente eluído a partir damistura no aquecimento, por exemplo, quando da queima ou os similares. Ometal alcalino eluído ataca o componente de cordierita do substrato cerâmico,de modo a quebrar um sistema de cristal. Deste modo, o coeficiente deexpansão térmica e a resistência do substrato cerâmicos são parcialmentealterados, de modo a facilmente causar fissuras ou os similares no substratocerâmico, tal como acima mencionado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é um diagrama explicativo, que apresenta astemperaturas de pico exotérmico de DTA quando o material à base decarbono é queimado usando a respectiva espécie de catalisador, ou sem o usode qualquer catalisador no Exemplo 1;
A Figura 2 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a temperatura de queima e a temperatura de pico exotérmico deDTA do catalisador de combustão do material à base de carbono, antes e apósa lavagem no Exemplo 1;
A Figura 3 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a espécie de zeólito e as temperaturas de pico exotérmico deDTA dos catalisadores no Exemplo 1;
A Figura 4 é um diagrama explicativo, que apresenta astemperaturas de pico exotérmico de DTA quando o material à base decarbono é queimado usando a respectiva espécie de catalisador ou sem o usode qualquer catalisador no Exemplo 2;
A Figura 5 é um diagrama, que apresenta uma relação entre atemperatura, TG, e DTA quando é unicamente queimado negro- de- fumo,sem o uso do catalisador no Exemplo 2;
A Figura 6 é um diagrama, que apresenta uma relação entre atemperatura, TG e DTA, quando o negro- de - fumo é queimado usando umcatalisador à base de metal nobre como a espécie de catalisador no Exemplo2;
A Figura 7 é um diagrama, que apresenta uma relação entre atemperatura, TG, e DTA quando o negro- de- fumo é queimado usando ocarbonato de potássio como a espécie de catalisador no Exemplo 2;
A Figura 8 é um diagrama, que apresenta uma relação entre atemperatura, TG, e DTA quando o negro- de- fumo é queimado usando umcatalisador de combustão de material à base de carbono (espécime El) como aespécie de catalisador no Exemplo 2;
A Figura 9 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a temperatura de queima, e as temperaturas de pico exotérmicode DTA do catalisador de combustão do material à base de carbono, antes eapós a lavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 10 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a espécie do sal de potássio e as temperaturas de picoexotérmico de DTA do catalisador de combustão do material à base decarbono, antes e após a lavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 11 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a espécie de metal alcalino, espécie de metal alcalino terroso, eas temperaturas de pico exotérmico de DTA do catalisador de combustão domaterial à base de carbono, antes e após a lavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 12 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a espécie de metal alcalino, outra que o potássio, a espécie demetal alcalino terroso, e as temperaturas de pico exotérmico de DTA docatalisador de combustão do material à base de carbono, antes e após alavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 13 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a quantidade de potássio misturada no estágio de mistura e astemperaturas de pico exotérmico de DTA do catalisador de combustão domaterial à base de carbono, antes e após a lavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 14 é um diagrama explicativo, que apresenta umarelação entre a quantidade de bário misturada no estágio de mistura e astemperaturas de pico exotérmico de DTA do catalisador de combustão domaterial à base de carbono, antes e após a lavagem com água no Exemplo 2;
A Figura 15 é uma vista em perspectiva de um veículo decatalisador com a estrutura alveolar cerâmica no Exemplo 3;
A Figura 16 é uma vista seccional do veículo de catalisadorcom a estrutura alveolar cerâmica na direção longitudinal no Exemplo 3;
A Figura 17 é uma vista seccional, que apresenta o veículo decatalisador com a estrutura alveolar cerâmica, em um estado em que o gás deexaustão passa através do veículo de catalisador no Exemplo 3;A Figura 18 é uma vista seccional, que apresenta a estrutura doveículo de catalisador, que inclui o catalisador de combustão do material àbase de carbono, disposta em uma camada de ligação, que inclui partículascerâmicas de óxido conectadas de um modo conjunto;
A Figura 19 é uma vista seccional, que apresenta a estrutura deum veículo de catalisador, que inclui o catalisador de combustão do material àbase de carbono e um elemento de terras raras dispersado em uma camada deligação, que inclui partículas cerâmicas de óxido conectadas de um modoconjunto;
A Figura 20 é uma vista seccional, que apresenta a estrutura deum veículo de catalisador para suportar o catalisador de combustão domaterial à base de carbono, um elemento de terras raras, e um metal nobredispersado em uma camada de ligação, que inclui partículas cerâmicas deóxido conectadas de um modo conjunto;
A Figura 21 é um diagrama explicativo, que apresenta umestado de metal nobre suportado sobre uma partícula de óxido;
A Figura 22 é um diagrama explicativo, que apresenta umestado de um metal nobre suportado sobre um elemento de terras raras, tal quea partícula de óxido do elemento de terras raras;
A Figura 23 é uma vista seccional, que apresenta a estrutura deum veículo de catalisador tendo uma camada de metal nobre formada sobre acamada de ligação contendo o catalisador de combustão do material à base decarbono formado sobre o substrato;
A Figura 24 é uma vista seccional, que apresenta a estrutura deum veículo de catalisador tendo uma camada de metal nobre formada entre osubstrato e a camada de ligação contendo catalisador de combustão domaterial à base de carbono;
A Figura 25 é um diagrama, que apresenta os tipos de zeólitose a razão de SiO2/ Al2O3 de cada composição de zeólito;A Figura 26 é um diagrama, que apresenta os resultados detemperatura de pico exotérmico de DTA, antes e a pós a lavagem com águados catalisadores de combustão do material à base de carbono, manufaturadousando carbonato de potássio; e
A Figura 27 é um diagrama que apresenta os resultados detemperaturas de pico exotérmico de DTA, antes e após a lavagem com águados catalisadores de combustão do material à base de carbono, manufaturadousando carbonato de bário.
Claims (26)
1. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono, o catalisador de combustão estando adaptado paraa queima de um material à base de carbono contido em um gás de exaustão apartir de um motor de combustão interna, ao mesmo tempo em que ésuportado sobre um substrato cerâmico, caracterizado pelo fato de quecompreende os estágios de:- misturar um aluminossilicato tendo uma razão equivalenteatômica de Si/ Al > 1, e uma fonte de metal alcalino e/ ou uma fonte de metalalcalino terroso em água;- secar uma mistura líquida através do aquecimento de umamistura após o estágio de mistura e evaporar a água, de modo a obter umsólido; e- queimar o sólido em uma temperatura de 600°C ou mais, demodo a obter o catalisador de combustão do material à base de carbono,em que o aluminossilicato é sodalita.
2. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a fonte de metal alcalino inclui um ou mais elementosselecionados a partir do grupo, que consiste de Na, K, Rb e Cs, e a fonte demetal alcalino terroso inclui um ou mais elementos selecionados a partir dogrupo, que consiste de Ca, Sr e Ba.
3. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com as reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que cada um de uma fonte de metal alcalino e/ oude uma fonte de metal alcalino terroso é um carbonato, um sulfato, umfosfato, um nitrato, um sal de ácido orgânico, um halogeneto, um óxido, ouum hidróxido.
4. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o estágio de pulverizar ocatalisador de combustão de material à base de carbono após o estágio dequeima.
5. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que no estágio de mistura, um solvente polar,outro que a água, é usado em vez de água, e o aluminossilicato e a fonte demetal alcalino e/ ou metal alcalino terroso são misturados com o solventepolar, eem que no estágio de secagem, o solvente polar é evaporado,de modo a que seja obtido o sólido.
6. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que o aluminossilicato e a fonte de metalalcalino e/ou a fonte de metal alcalino terroso são misturados, de tal modo quea quantidade total do elemento de metal alcalino e do elemento de metalalcalino terroso contidos na fonte de metal alcalino e/ ou na fonte de metalalcalino terroso é igual a ou inferior a 2,25 mol, com relação a 1 mol doelemento Si do aluminossilicato.
7. Método de manufatura do catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que no estágio de mistura, o aluminossilicato e a fonte de metalalcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso são misturados, de modo que aquantidade total do elemento de metal alcalino e do elemento de metalalcalino contidos na fonte de metal alcalino e/ ou na fonte de metal alcalinoterroso é igual a ou inferior a menos do que 1 mol, com relação a 1 mol doelemento Si do aluminossilicato.
8. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que no estágio de mistura, o aluminossilicato e a fonte de metalalcalino e/ ou a fonte de metal alcalino terroso são misturados de tal modo quea quantidade de elemento de metal alcalino terroso e o elemento de metalalcalino terroso contidos na fonte de metal alcalino e/ ou fonte de metalalcalino terroso é igual ou inferior a 0,5 mol, com relação a mol do elementoSi do aluminossilicato.
9. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que no estágio de queima, o sólido é queimadoem uma temperatura na faixa de entre 700°C a 1200°C.
10. Catalisador de combustão de material à base de carbono,caracterizado pelo fato de que é produzido através de um método demanufatura como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
11. Método de manufatura de um veículo de catalisador parasuportar um catalisador de combustão de material à base de carbono sobre umsubstrato cerâmico, o catalisador de combustão sendo adaptado para a queimado material à base de carbono contido em um gás de exaustão a partir de ummotor de combustão interna, caracterizado pelo fato de que compreende oestágio de suportar o catalisador de combustão produzido através do métodode manufatura como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 sobreo substrato cerâmico, de modo a obter o veículo do catalisador.
12. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que no estágio desuporte, pelo menos um catalisador de combustão do material à base decarbono e as partículas cerâmicas de óxido da suspensão ou sol sãomisturados de modo a formar um material compósito, e em que o substratocerâmico é revestido com o material compósito e então aquecido.
13. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as partículascerâmicas de óxido contêm principalmente um ou mais elementos selecionados apartir do grupo que consiste de alumina, sílica, titânia e zircônia.
14. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fatode que o substrato cerâmico inclui cordierita, SiC, ou titanato de alumínio.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações11 a 14, caracterizado pelo fato de que o substrato cerâmico possui umaestrutura alveolar.
16. Veículo de catalisador, caracterizado pelo fato de que éobtido através do método de manufatura como definido em qualquer uma dasreivindicações 11 a 15.
17. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono, o catalisador de combustão sendo adaptado para aqueima do material à base de carbono contido em um gás de exaustão a partirde um motor de combustão interna sendo suportado sobre um substratocerâmico, caracterizado pelo fato de que compreende o estágio de queima desodalita em uma temperatura de 600°C ou mais, de modo a obter o catalisadorde combustão de material à base de carbono.
18. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que no estágio de queima, a sodalita é queimada em umatemperatura em uma faixa de entre 700°C a 1200°C.
19. Método de manufatura de um catalisador de combustão dematerial à base de carbono de acordo com a reivindicação 17 ou 18,caracterizado pelo fato de que compreende ainda o estágio de pulverizar ocatalisador de combustão do material à base de carbono, obtido após o estágiode queima.
20. Catalisador de combustão de material à base de carbono,caracterizado pelo fato de ser produzido através do método de manufaturacomo definido em qualquer uma das reivindicações 17 a 19.
21. Método de manufatura de um veículo de catalisador parasuportar um catalisador de combustão de material à base de carbono sobre umsubstrato cerâmico, o catalisador de combustão sendo adaptado para a queimado material à base de carbono em um gás de exaustão a partir de um motor decombustão interna, caracterizado pelo fato de que compreende o estágio desuportar o catalisador de combustão produzido através do método demanufatura como definido em qualquer uma das reivindicações 17 a 19, sobreo substrato cerâmico, de modo a obter o veículo do catalisador.
22. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que no estágio desuporte, pelo menos um catalisador de combustão de material à base decarbono e partículas cerâmicas de óxido da suspensão ou sol são misturadasde modo a formar um material compósito, e o substrato cerâmico é revestidocom o material compósito e então é aquecido.
23. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que as partículascerâmicas de óxido contêm principalmente um ou mais elementos selecionados apartir do grupo, que consiste de alumina, sílica, titânia e zircônia.
24. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado pelo fatode que o substrato cerâmico inclui cordierita, SiC, ou titanato de alumínio.
25. Método de manufatura de um veículo de catalisador deacordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 24, caracterizado pelo fatode que o substrato cerâmico possui uma estrutura alveolar.
26. Veículo de catalisador, caracterizado pelo fato de serobtido através do método de manufatura como definido em qualquer uma dasreivindicações 21 a 25.
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Free format text: EM VIRTUDE DO ARQUIVAMENTO PUBLICADO NA RPI 2324 DE 21-07-2015 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDO O ARQUIVAMENTO DO PEDIDO DE PATENTE, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |