DE10084471T5 - Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgasen - Google Patents

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Abstract

Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas mit:
einem Mischoxid, das umfasst:
a) Cerium und
b) wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkonium, Yttrium, Strontium, Barium und ein Element der seltenen Erden, getragen von einem Aluminiumoxid-Partikulat-Träger;
ein spezifischer Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern beträgt nicht weniger als 40 m2/g;
die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C beträgt nicht weniger als 10 μmols/g, und
die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C beträgt nicht weniger als 100 μmols/g.

Description

  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegenden Erfindung betrifft einen Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere einen Ko-Katalysator zur wirkungsvollen Umwandlung von Umweltschadstoffe enthaltenden Abgasen, z.B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide, mittels Oxidation und/oder Reduktion in ungiftige Stoffe.
  • Stand der Technik
  • Ein Katalysator zur Reinigung von Abgasen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren wird hergestellt, indem ein Edelmetall, beispielsweise Platin, Rhodium und Palladium auf einem Träger mit hoher, spezifischer Oberfläche, beispielsweise Aluminium, in feiner Form verteilt wird. Die genannten Edelmetalle bewirken eine Umwandlung der Stickoxide in Stickstoff und außerdem eine oxidative Umwandlung der in den Abgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid und Wasser bzw. in Kohlendioxid. Die gleichzeitige Katalyse sowohl der Oxidationsreaktion als auch der Reduktionsreaktion ermöglicht das gleichzeitige Entfernen der drei Bestandteile Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide. Dabei ist es zur wirkungsvollen Steuerung der gleichzeitigen Katalyse beider Reaktionen erforderlich, das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) konstant (in einem theoretischen Luft-Kraftstoft-Verhältnis) zu halten.
  • Die Drehzahl eines Kfz.-Verbrennungsmotors kann sich jedoch jederzeit ändern, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterliegt in verschieden Fahrsituationen starken Änderungen, beispielsweise bei der Geschwindigkeitserhöhung, Geschwindigkeitsverringerung, dem Langsam-Fahren und dem Schnell-Fahren. Deshalb wird einem Motor eine geeignete Menge Kraftstoff zugeleitet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant zu halten, wobei die Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas mittels einer Sauerstoffsonde bestimmt wird.
  • Ein Edelmetallkatalysator enthält einen Ko-Katalysator, um beim Gebrauch eine Verringerung der reinigenden Katalysewirkung zu vermeiden, die durch Schwankungen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis verursacht werden kann, die wiederum von der chemischen Funktion des Katalysators selbst herrühren. Ein Beispiel eines Ko-Katalysators ist Ceriumoxid. Ceriumoxid besitzt die Eigenschaft, adsorptiv gebundenen Sauerstoff und Gittersauerstoff des Ceriumoxids in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck abzugeben bzw. zu absorbieren. Demgemäß gibt das Ceriumoxid unter reduzierenden Bedingungen im Abgas Sauerstoff ab [CeO2 → CeO2–x + (x/2)O2], wobei dem Abgas Sauerstoff zugeführt und die Oxidationsreaktion gefördert wird. Andererseits nimmt das Ceriumoxid unter oxidierenden Bedingungen im Abgas Sauerstoff in seine Sauerstofffehlstellen auf [CeO2–x + (x/2)O2 → CeO2], wobei die Sauerstoffkonzentration im Abgas verringert und die Reduktionsreaktion gefördert wird. Auf diese Weise wirkt das Ceriumoxid als Puffermittel, um Änderungen der oxidativen und reduktiven Eigenschaften des Abgases zu verringern und die Reinigungswirkung des Katalysators aufrecht zu erhalten.
  • Der Ko-Katalysator für die Abgasreinigung wird jedoch durch eine längerdauernde Einwirkung des heißen Verbrennungsabgases zerstört. Insbesondere besitzt Ceriumoxid eine niedrige Wärmebeständigkeit. Das Ceriumoxid sintert beim Kontakt mit dem heißen Gas, wobei sich seine spezifische berfläche und seine anfänglichen Katalysatoreigenschaften verringern. Es wurde daher versucht, die thermische Stabilität durch die Zugabe weiterer Elemente, beispielsweise Zirkonium, oder die Stabilität der hexagonalen Raumordnung durch eine Erhöhung der Gitterkonstante mittels der Zugabe anderer Elemente zu erhöhen. Jedoch wurden dabei bisher noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt.
  • Obwohl bei einem gängigen Verfahren zur Herstellung eines Ko-Katalysators das Ceriumoxid mit Aluminiumoxid (α-Typ, γ-Typ, θ-Typ) vermischt wird und dabei durch das Mischen des Aluminiumoxids das Sintern der Mischung auf physikalische Weise verhindert werden kann, kann dabei dennoch das Sintern des Ceriumoxids selbst nicht verhindert werden.
  • Auch wenn das Sintern des Ceriumoxids vermieden werden könnte, würde die Aktivität dennoch nach kurzer Zeit abnehmen, so dass es nicht möglich ist, die Lebensdauer des Ko-Katalysators bei der gemeinsamen Verwendung mit einem Edelmetallkatalysator zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors wesentlich zu verlängern.
  • Die Aufgabe der Erfindung betrifft die Bereitstellung eines Ko-Katalysators zur Reinigung von Abgasen mit einer längeren Verwendungsdauer als herkömmliche Katalysatoren sowie die Bereitstellung eines Verfahrens zur Abgasreinigung, wobei das Ceriumoxid eines herkömmlichen Ko-Katalysators zur Abgasreinigung in Form eines Cerium enthaltenden Oxidkomplexes eingesetzt wird, um die Wärmebeständigkeit zu erhöhen und die Leistungsabnahme in Folge der nachteiligen, thermischen Strukturveränderung zu unterdrücken, sowie um eine spezifische Oberfläche und eine Sauerstoffspeicherkapazität mit vorbestimmten Werten bereitzustellen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung eines Ko-Katalysators zur Reinigung von Verbrennungsabgasen, bestehend aus: einem Mischoxid (composite oxide), bestehend aus a) Cerium und b) wenigstens einem Element, ausgewählt aus Zirkonium, Yttrium, Strontium, Barium und einem seltene-Erden-Element, das auf einen Träger aus Aluminiumoxid-Partikulat (particulate aluminum oxide) aufgebracht ist, wobei die spezifische Oberfläche des Ko-Katalysators nach dem Sintern nicht weniger als 40 m2/g beträgt; die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C nicht weniger als 100 μmols/g beträgt, oder die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C nicht weniger als 10 μmols/g beträgt.
  • Die vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschreiben.
  • Wie eingangs beschrieben, kann das Sintern des Ceriumoxids nicht verhindert werden, auch wenn der Ko-Katalysator durch Mischen des Ceriumoxids und des Aluminiumoxids hergestellt wird. Die Erfinder konnten jedoch in wiederholten Experimenten zeigen, dass ein Ko-Katalysator mit einem Mischoxid auf Ceriumbasis mit einer erhöhten Wärmebeständigkeit und mit nicht-sinternden Eigenschaften hergestellt werden kann, indem auf das Aluminiumoxid-Partikulat ein Mischoxid aufgebracht wird, das Cerium, ein erfindungsgemäßes Element und Sauerstoff enthält. Der Ko-Katalysator kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine wässerige Lösung aus einem wasserlöslichen Ceriumsalz und einem anderen, wasserlöslichen Salz eines erfindungsgemäßen Elements mit dem Aluminiumoxid-Partikulat in Kontakt gebracht wird und mit einem erfindungsgemäßen Fällungsmittel (Reduktionsmittel) zur Reaktion gebracht wird, um das Reaktionsprodukt auf dem Aluminiumoxid-Partikulat abzuscheiden, und indem das Aluminiumoxid-Partikulat mit dem darauf abgeschiedenen Reaktionsprodukt gesintert wird, um das Mischoxid aus dem Cerium, dem erfindungsgemäßen Element und Sauerstoff auf dem Aluminiumoxid-Partikulat in fester Bindung aufzubringen.
  • Es hat sich erwiesen, dass ein Ko-Katalysator mit der spezifischen Oberfläche und der spezifischen Sauerstoff-Bindekapazität eines vorstehend beschriebenen Ko-Katalysators mit Aluminiumoxid-Partikulat als Träger des Mischoxids eine erhöhte Katalyseaktivität aufweist und eine verbesserte Reinigung von Verbrennungsabgasen ermöglicht.
  • In weiteren Experimenten auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Erkenntnisse mit dem Ziel einer Erhöhung der Katalyseaktivität konnte erreicht werden, dass die anfängliche Aktivität des Ko-Katalysators sowie dessen erhöhte Katalyseaktivität auch nach längerer Einwirkung von hoher Temperatur erhalten bleiben. Dies wurde erreicht, indem das Mischoxid auf Ceriumbasis, bestehend aus Ceriumoxid und dem Oxid eines weiteren Metalls, auf Aluminiumoxid-Partikulat aufgebracht wurde und dessen spezifische Oberfläche durch Sintern bei erhöhter Temperatur auf wenigstens 40 m2/g eingestellt, sowie die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C und 400°C auf 100 μmols/g bzw. 10 μmols/g eingestellt wurde.
  • Die Erfindung ist bezüglich eines Mischungsverhältnisses zwischen dem Aluminiumoxid und dem Mischoxid sowie bezüglich eines Mischungsverhältnisses zwischen dem Cerium und dem Zusatz-Element des Mischoxids in keiner Weise beschränkt. Generell führt eine Verringerung des relativen Anteils des Ceriums in dem Ko-Katalysator jedoch zu einer Verringerung der Wirksamkeit des Ko-Katalysators. Umgekehrt führt ein Überschuß des Ceriumanteils dazu, dass zusätzlich zu dem ceriumhaltigen Mischoxid Ceriumoxid gesondert vorliegt, oder dass nicht das gesamte Ceriumoxid auf das Aluminiumoxid aufgebracht werden kann. In diesen Fällen entfaltet der überschüssige Ceriumanteil keine Wirkung. Vorzugsweise beträgt das Mischungsverhältnis zwischen Aluminiumoxid und dem Mischoxid in etwa von (1 : 0.5) bis (1 : 4) in Gewichtsanteilen. Vorzugsweise beträgt das Mischungsverhältnis zwischen Cerium und dem Zusatz-Element in dem Mischoxid, bezogen auf deren jeweilige Oxide in etwa (1 : 0.1) bis (0.1 : 1) und in besonders bevorzugter Weise in etwa (1 : 0.2) bis (0.2 : 1).
  • Erfindungsgemäß liegt das Aluminiumoxid vorteilhafterweise als Partikulat (gekörnte Struktur) vor und hat eine erhöhte, spezifische Oberfläche und eine erhöhte Wärmebeständigkeit. Beispiele des erfindungsgemäßen Aluminiumoxids sind α-Aluminium, θ-Aluminium und γ-Aluminium; außerdem kann dem Aluminium ein fremdes Element (z.B. ein Erd-Alkalimetall oder Silizium) zugesetzt sein. Aluminium im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst jedoch nicht Bohemit (boehmite) mit geringer, spezifischer Oberfläche und Wärmebeständigkeit.
  • Obwohl die Partikelgröße des Aluminiumoxid-Partikulats in keiner Weise beschränkt ist, beträgt die durchschnittliche Partikelgröße vorzugsweise 10 μm, wobei eine Agglomeration (zusammensintern) des Aluminiumoxid-Partikulats, das auf seiner Oberfläche das gleichförmig verteilte Mischoxid trägt, vermieden werden kann und der höhere Verteilungsgrad aufrecht erhalten werden kann. Bei einer übermäßigen Partikelgröße ist die spezifische Oberfläche jedoch auf weniger als 40 m2/g herabgesetzt, die für den erfindungsgemäßen Ko-Katalysator erforderlich sind, so dass sich die geeignete Partikelgröße aus dem vorstehend Gesagten ergibt.
  • Das Zusatz-Element, das gemeinsam mit Cerium das erfindungsgemäße Mischoxid bildet, ist wenigstens ein ausgewähltes Element aus der Gruppe Zirkonium; Yttrium, Strontium, Barium und ein Seltene-Erden-Element (z.B. Lanthan, Praseodym, Neodymium und Ytterbium. Der Ko-Katalysator kann nach einem beliebigen Verfahren hergestellt werden. Gewöhnlich wird eine wässerige Lösung hergestellt, wobei ein wasserlösliches Ceriumsalz und ein wasserlösliches Salz des Zusatz-Elements aufgelöst werden und mit einer Dispersion des Aluminiumoxids sowie mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise Aluminium-Bikarbonat oder dessen wässeriger Lösung zur Reaktion gebracht werden. Eine derartige Dispersion kann hergestellt werden, indem beispielsweise die wasserlöslichen Salze des Ceriums und wenigstens eines der Zusatz-Elemente in Wasser aufgelöst werden und Aluminiumoxid-Partikulat darin dispergiert wird, oder in dem Wasser zu einer Mischung der wasserlöslichen Salze des Ceriums und wenigstens eines der Zusatz-Elemente und dem Aluminiumoxid-Partikulat zugegeben wird.
  • Obwohl die wasserlöslichen Salze in keiner Weise beschränkt sind, wird vorzugsweise Nitrat verwendet, um den Einfluß verunreinigender Anionen zu verhindern.
  • Nachdem die inneren Poren des Aluminiumoxid-Partikulats in ausreichender Weise mit der wässrigen Lösung durchtränkt sind, wird die Dispersion beispielsweise mit Ammoniumbikarbonat oder dessen wässriger Lösung zur Reaktion gebracht, das als Fällungsmittel und als Reduktionsmittel wirkt. Das Mischungsverfahren umfasst sowohl die Zugabe der Dispersion zu der wässrigen Ammoniumbikarbonatlösung als auch die Zugabe der wässrigen Ammoniumbikarbonatlösung zu der Dispersion. Bei der Verwendung von festem Ammoniumbikarbonat kann es der Dispersion zugesetzt und darin aufgelöst werden.
  • Bei einem weiteren Verfahren wird die wässerige Lösung der wasserlöslichen Salze des Ceriums und des Zusatz-Elements zur Anlagerung an das Aluminiumoxid-Partikulat gebracht, und das Aluminiumoxid-Partikulat wird in Kontakt mit der wässrigen Lösung des Reduktionsmittels gebracht, um die Reaktion durchzuführen.
  • Das Aluminiumoxid-Partikulat mit der angelagerten, wässrigen Lösung kann hergestellt werden, indem das Aluminiumoxid-Partikulat in der wässrigen Lösung dispergiert wird, der wässrigen Lösung erlaubt wird, in ausreichendem Maße in die inneren Poren des Aluminiumoxid-Partikulats einzudringen und das Aluminiumoxid-Partikulat mittels einer Filtrierungsvorrichtung oder dergleichen abgetrennt wird. Alternativ kann das Aluminiumoxid-Partikulat auf ein Filtermedium aufgebracht werden und die wässerige Lösung auf das Aluminiumoxid-Partikulat aufgebracht werden.
  • Bei dem vorstehenden Verfahren wird der überwiegende Teil des Reaktionsprodukts, einschließlich des Ceriums des Zusatz-Elementes und des Reduktionsmittels, zur Anlagerung an das Aluminiumoxid-Partikulat gebracht; dennoch ist der Anteil der wässrigen Lösung, der zur Anlagerung gebracht werden kann, nachteiligerweise verringert. Dieser Nachteil kann bis zu einem gewissen Grad aufgehoben werden, indem die Konzentrationen des Ceriums und des Zusatz-Elements in der wässrigen Lösung erhöht werden und der Durchfluß der wässrigen Lösung wiederholt wird.
  • Das Reaktionsprodukt bestehend aus Cerium und dem Zusatz-Element wird nach einem beliebigen der vorstehenden Verfahren auf dem Aluminiumoxid-Partikulat aufgebracht. Das Reaktionsprodukt kann ein zweiwertiges Salz (double salt) sein, wobei das Mischoxid oder dessen Mischung von den Reaktionsbedingungen abhängt. Falls beispielsweise die Dispersion zu der wässrigen Lösung mit dem Reduktionsmittel zugegeben wird, ist die Bildung des Mischoxids wahrscheinlich, und wenn in umgekehrter Weise die wässrige Lösung des Reduktionsmittels zu der Dispersion zugegeben wird, ist die Bildung des zweiwertigen Salzes wahrscheinlich.
  • Obwohl die Reaktionstemperatur in keiner Weise beschränkt ist, hat es sich erwiesen, dass ein Reaktionsprodukt mit höher Wärmebeständigkeit eher unter Erwärmung als bei Raumtemperatur gewonnen wurde.
  • Das nach dem vorstehenden Verfahren hergestellte Aluminiumoxid-Partikulat mit dem wie beschrieben hergestellten und aufgebrachten Reaktionsprodukt wird durch Filtration oder dergl. abgetrennt und gewaschen, und anschließend wird das Aluminiumoxid-Partikulat gesintert. Falls das Reaktionsprodukt als Doppelsalz vorliegt, werden durch das Sintern das Wasser und das enthaltene Karbonat entfernt, wobei das Mischoxid gebildet wird und auf dem Aluminiumoxid-Partikulat abgelagert wird. Falls das Reaktionsprodukt als Mischoxid vorliegt, wird es durch das Sintern so wie es ist auf dem Aluminiumoxid-Partikulat abgelagert und auf diese Weise der Ko-Katalysator erhalten.
  • Da das Cerium in der Form eines Mischoxids, das sich von herkömmlichem Misch-Pulver aus Ceriumoxid und Aluminiumoxid unterscheidet, fest auf dem Aluminiumoxid-Partikulat angeordnet ist, wird die Wärmebeständigkeit des Ko-Katalysators erhöht, und das Sintern wird vermieden, selbst wenn der Ko-Katalysator über einen längeren Zeitraum einer höheren Temperatur ausgesetzt ist, und Beeinträchtigungen seiner Funktion aufgrund Temperatureinwirkung können beträchtlich reduziert werden. Die Beschichtung des Aluminiumoxid-Partikulats mit dem Mischoxid erhöht die Kontaktrate mit einem Abgas.
  • Bei der Herstellung des Ko-Katalysators wird keine spezielle Sintertemperatur benötigt, und es kann eine übliche Sintertemperatur zwischen 500°C und 800°C verwendet werden. Vorzugsweise werden bei der vorliegenden Erfindung beim Sintern Temperaturen zwischen 800°C und 1100°C verwendet. Das ist daher von Vorteil, weil der Katalysator zur Reinigung des Abgases des Verbrennungsmotors, der den Ko-Katalysator in dem Verbrennungsmotor beispielsweise eines Kraftfahrzeugs enthält, häufig einer Temperatur ausgesetzt wird, die maximal 1000°C beträgt, und von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt, so dass das Sintern bei höherer Temperatur geeignet ist, um die Wärmebeständigkeit weiter zu erhöhen. Da jedoch der Ko-Katalysator bei einem herkömmlichen Katalysator zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors nicht das oben genannte Mischoxid ist, resultiert das Sintern des herkömmlichen Katalysators bei höherer Temperatur in der Beeinträchtigung des Ceriumoxids, wodurch der gleichmäßige Sauerstofftransfer gestört wird, und der gesamte Katalysator ausfällt.
  • Im Gegensatz hierzu erhöht die Anwesenheit des Ceriums in Form des Mischoxids zusammen mit dem Zusatzelement in dem Ko-Katalysator der vorliegenden Erfindung die Wärmebeständigkeit beträchtlich, und die Reduktionswirkung durch Sintern bei ungefähr 1000°C ist im wesentlichen vernachlässigbar.
  • Das Hochtemperatursintern kann kaum die Reduktion der spezifischen Oberflächenbereiche des gesamten Katalysators und des Ko-Katalysators verhindern. Die Funktion des Zusatzelements ist, die Sauerstoff-Absorptions- und Freigabeeigenschaften (Sauerstoffspeicherkapazität) des Ceriums mittels Bildung des Mischoxids sicherzustellen. Die Sauerstoffspeicherkapazität des Ceriums, die im allgemeinen mit der Temperatur steigt, kann aufgrund von schwerwiegendem Sintern herabgesetzt werden. Demzufolge beabsichtigt die vorliegende Erfindung nicht die komplementäre Funktion der Sauerstoff-Reduktionsreaktion zu verschlechtern, die eine wesentliche Funktion des Ko-Katalysators ist, in dem der spezifische Oberflächenbereich und die Sauerstoffspeicherkapazität beibehalten wird, die direkt die Katalyse bestimmter Werte oder höherer Werte bewirkt, während die Zunahme der Wärmebeständigkeit des Katalysators durch das Hochtemperatursintern sichergestellt ist.
  • Wie oben beschrieben, ist der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators der vorliegenden Erfindung auf 40 m2/g oder mehr eingestellt. Der spezifische Oberflächenbereich nimmt mit der Zunahme der Sintertemperatur ab und hängt stark von dem spezifischen Oberflächenbereich des verwendeten Aluminiumoxid-Partikulats ab, und nicht so sehr von der Sintertemperatur. Wenn daher der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern weniger als 40 m2/g sein soll, und unter Berücksichtigung der benötigten Sinterbedingungen, dann wird der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators vorzugsweise auf 40 m2/g oder mehr eingestellt, indem das Aluminiumoxid mit kleinerer Teilchengröße verwendet wird.
  • Obwohl die Sauerstoffspeicherkapazität des Ceriumoxids stark reduziert wird, wenn das Ceriumoxid allein bei Hochtemperatur gesintert wird, kommt eine Reduktion selten vor, wenn das Ceriumoxid wie bei der vorliegenden Erfindung das Mischoxid bildet. Obwohl die Sauerstoffspeicherkapazität eine höhere Temperaturabhängigkeit hat, werden die Funktionen des Ko-Katalysators hinreichend erzielt, wenn die Sauerstoffspeicherkapazität bei der Arbeitstemperatur des Katalysators, der als Ko-Katalysator zur Reinigung des Abgases eines Verbrennungsmotors verwendet wird, 10 μmols/g oder mehr ist.
  • Bei dem Ko-Katalysator mit dem Cerium-Mischoxid und dem Zusatzelement ändert sich erfindungsgemäß die Sauerstoffspeicherkapazität bemerkenswert zwischen 600°C und 700°C, und übersteigt 1000 μmols/g bei 700°C. Demzufolge wird die Eigensauerstoffspeicherkapazität des Ceriums in hohem Maße beibehalten, indem das Abgas bei 700°C oder mehr mit dem Katalysator zur Reinigung von Abgas eines Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfindung behandelt wird, und außerdem können die Funktionen, die für den Katalysator zur Reinigung des Abgases eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise Oxidation von Kohlenstoffmonoxid, Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Reduktion von Stickoxyden benötigt werden, sichergestellt werden, um die Produktion eines umweltfreundlichen Abgases zu fördern. Außerdem werden die Funktionen des Ko-Katalysators hinreichend bei 400°C erreicht, was in einem tieferen Temperaturbereich als 700°C liegt, wenn das Mischoxid gebildet wird und der oben genannte, spezifische Oberflächenwert beibehalten wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur und der Sauerstoffspeicherkapazität in Beispiel 10.
  • 2 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem spezifischen Oberflächenbereich eines Katalysators und der 50%-Reduktionstemperatur (T50) von Kohlenstoffmonoxid in Beispiel 11.
  • 3 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Sauerstoffspeicherkapazität (Δn) und der Reduzierrate (cut down-rate) (η400) von Stickoxyden in Beispiel 12.
  • 4 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Sauerstoffspeicherkapazität (Δn) und Reduzierrate (η400) von Kohlenstoffmonoxid, Propylengas und Stickoxyden.
  • Bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
  • Obwohl Beispiele eines Verfahrens zur Herstellung eines Ko-Katalysators zur Reinigung von Abgasen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Beispiel 1
  • Nachdem Ceriumnitrat (50 g, vorliegend als CeO2) und Zirkoniumnitrat (50 g, vorliegend als ZrO2) in 3 Liter Wasser gelöst wurden, wurde 50 g γ-Aluminium (spezifischer Oberflächenbereich: 150 m2/g, mittlere Teilchengröße 18 μm) in 3 Liter der wässrigen Lösung gegeben und hinreichend dispergiert und gemischt. Die Dispersion wurde tropfenweise zu 3 Litern einer wässrigen Lösung mit 150 g gelöstem Ammoniumbikarbonat unter Rühren zur Reaktion zugesetzt. Die Reaktion stellte das Aluminium bereit, das mit dem Reaktionsprodukt beschichtet ist, das das Cerium und das Zirkonium enthält.
  • Nach hinreichendem Waschen des Produkts und anschließender Filtrierung wurde das Produkt bei 100°C getrocknet und außerdem 3 Stunden lang bei 600°C gesintert, um das Aluminiumpulver bereitzustellen, das das Mischoxid trägt, das das Cerium und das Zirkonium enthält.
  • Die Zusammensetzung des Aluminiums, das das Mischoxid trägt (Gewichtsverhältnis der entsprechenden Oxide), die mittlere Teilchengröße und der spezifische Oberflächenbereich (angegeben in der Spalte vor der Hochtemperaturbehandlung), und der spezifische Oberflächenbereich des Aluminiumpulvers nach der 3-stündigen Hochtemperaturbehandlung bei 1000°C in Umgebungsatmosphäre (angegeben in der Spalte nach der Hochtemperaturbehandlung) sind in Tabelle 1 angegeben. Der spezifische Oberflächenbereich des Aluminiumpulvers nach dem Sintern bei 600°C war 90 m2/g und wurde nach dem Sintern bei 1000°C auf 48 m2/g reduziert, was ein zufriedenstellender Oberflächenbereich ist, der deutlich größer als 40 m2/g ist.
  • Nachdem das Aluminiumpulver, das das Mischoxid trägt, durch 3-stündiges Sintern bei 600°C erhalten wurde, wurden das γ-Aluminium (spezifischer Oberflächenbereich 150 m2/g, mittlere Teilchengröße 18 μm) und Bohemit-Binder derart abgewogen, dass deren Gewichtsverhältnis 5 : 5 : 1 war, und diese Stoffe wurden in einer Kugelmühle hinreichend miteinander vermischt. Unter Zusatz von Wasser zu diesem Gemisch wurde eine Suspension bereitgestellt.
  • Nachdem die Suspension in einen warmen Träger aus Cordierit (Durchmesser 76 mm, Länge 100 mm und 300 Zellen/Quadrat-Inch) bei 160 g/l eingebracht wurde und bei 500°C gesintert wurde, wurde der Träger mit einer Edelmetalllösung mit 0.375 g Palladium und 0.075 g Rhodium imprägniert, um alle Edelmetalle anzunehmen und zu tragen. Nach dem wiederholten Sintern bei 500°C wurde die Reduktion mit einem Reduktionsmittel durchgeführt, um den Edelmetallträger-Katalysator bereitzustellen, der den Ko-Katalysator enthält.
  • Der Katalysator wurde thermisch mittels einer Hochtemperaturbehandlung bei 1000°C 20 Minuten in Sauerstoffatmosphäre vergiftet (deteriorated). Nach der thermischen Vergiftung (deterioration) wurde der Katalysator an einem Kraftfahrzeug angeordnet, und Gesamtentladungsbeträge (Werte in g von Kohlenstoffmonoxiden, Stickoxyden und Kohlenwasserstoffen pro 1 km Wegstrecke des Kraftfahrzeugs) verunreinigter Substanzen in dem Abgas wurden auf 10 bis 15 Weisen gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Nachdem die Katalysatorträgerschicht nach der thermischen Vergiftung abgetragen wurde und einer Röntgendiffraktionsmessung unterzogen wurde, wurde ein einzelner Peak von Ce05Zr05O2 identifiziert.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Nachdem das γ-Aluminium (spezifische Oberfläche: 150 m2/g, mittlere Teilchengröße 18 μm) das Ceriumoxid, das Zirkoniumoxid und der Bohemit-Binder im Gewichtsverhältnis 3 : 3 : 3 : 1 in einer Kugelmühle hinreichend vermischt wurden, wurde Wasser zu dem Gemisch zugefügt, um eine Suspension bereitzustellen.
  • Unter Verwendung der Suspension wurde ähnlich wie bei Beispiel 1 ein Edelmetallkatalysator bereitgestellt, der einen Ko-Katalysator enthält, und es wurde ein Gesamtentladungsbetrag von Verunreinigungen in einem Abgas ähnlich wie bei Beispiel 1 gemessen, wobei der Edelmetallkatalysator verwendet wurde. Die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben. Nachdem die Katalysatorträgerschicht nach der thermischen Vergiftung abgetragen wurde und einer Röntgendiffraktionsanalyse unterzogen wurde, wurden zwei getrennte Peaks, nämlich von CeO2 und von ZrO2 beobachtet.
  • Aus den Daten von Tabelle 2 geht hervor, dass der Vergleich zwischen der Abgasbehandlung mittels des Katalysators von Beispiel 1 und der Abgasbehandlung mittels des Katalysators des Vergleichbeispiels 1 ergibt, dass die Verunreinigungen unter Verwendung des Katalysators mit dem Cerium enthaltenden Mischoxid als Ko- Katalysator von Beispiel 1 ungefähr um die Hälfte reduziert waren, da die Kohlenstoffmonoxidkonzentration in dem Abgas, das mit dem ersten Katalysator behandelt wurde 50% der von dem zweiten Katalysator behandelten Konzentration entsprach, die Stickoxidkonzentration bei der Behandlung mit dem ersten Katalysator 69.2% der Konzentration der Behandlung mit dem zweiten Katalysator entsprach und die Kohlenwasserstoffkonzentration der Behandlung mit dem ersten Katalysator 42.5% der Behandlung mit dem zweiten Katalysator entsprach.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Nachdem Ceriumnitrat (50 g in Form von CeO2) und Zirkoniumnitrat (50 g in Form von ZrO2) in 3 Liter Wasser gelöst wurden, wurde 59 g Bohemit (mittlere Teilchengröße: 6 μm) anstelle des γ-Aluminiums von Beispiel 1 in die 3 Liter der wässrigen Lösung zugesetzt wurde und hinreichend vermischt und dispergiert. Die Dispersion wurde unter Rühren tropfenweise zu 3 Liter einer wässrigen Lösung zugeführt, die 150 g gelöstes Ammoniumbikarbonat enthält. Die Reaktion führte zu Bohemit beschichtet mit dem Reaktionsprodukt, das das Cerium und das Zirkonium enthält. Nach hinreichendem Waschen des Produkts und anschließender Filtration wurde das Produkt bei 100°C getrocknet und außerdem bei 600°C 3 Stunden lang gesintert, um das Pulver bereitzustellen.
  • Die Zusammensetzung des Pulvers (Gewichtsverhältnis der entsprechenden Oxide), die mittlere Teilchengröße und der spezifische Oberflächenbereich (angegeben in der Spalte vor der Hochtemperaturbehandlung) und der spezifische Oberflächenbereich des Pulvers nach der 3-stündigen Hochtemperaturbehandlung bei 1000°C des Pulvers in Umgebungsatmosphäre (angegeben in der Spalte nach der Hochtemperaturbehandlung) sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Ein Edelmetallkatalysator mit einem Ko-Katalysator wurde unter Verwendung einer Suspension ähnlich wie bei Beispiel 1 bereitgestellt, und der Gesamtentladungsbetrag von Verunreinigungen in einem Abgas wurde ähnlich wie bei Beispiel 1 unter Verwendung des Edelmetallkatalysators gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben.
  • Der Vergleich zwischen der Abgasbehandlung mit dem Katalysator von Beispiel 1 und der Abgasbehandlung mittels des Katalysators von Vergleichsbeispiel 2 zeigt, dass die Verunreinigungen deutlich reduziert waren, da die Kohlenstoffmonoxidkonzentration in Beispiel 1 53.2% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 2 betrug, und die Stickoxidkonzentration betrug 66.1% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 2 betrug, und die Kohlenwasserstoffkonzentration betrug 55.4% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 2 betrug.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Unter gleichen Bedingen wie bei Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Pulver bereitgestellt, und anders als bei Vergleichsbeispiel 2 wurden anstelle der wässrigen Lösung mit Ammoniumbikarbonat 1.5 l einer wässrigen Ammonium-Lösung (Ammonium : Wasser = 1 : 9) verwendet, und eine Dispersion wurde tropfenweise zu der wässrigen Ammonium-Lösung zugesetzt, und ähnlich wie bei Vergleichsbeispiel 2 wurde die Zusammensetzung, die mittlere Teilchengröße und der spezifische Oberflächenbereich gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Der Gesamtentladungsbetrag von Verunreinigungen in einem Abgas wurde ähnlich wie bei Vergleichsbeispiel 2 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • Der Vergleich zwischen der Abgasbehandlung mit dem Katalysator von Beispiel 1 und der Abgasbehandlung mit dem Katalysator von Vergleichsbeispiel 3 zeigt, dass die Verunreinigungen deutlich durch die Verwendung des Katalysators von Beispiel 1 reduziert waren, da die Kohlenstoffmonoxidkonzentration in Beispiel 1 66.6% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 3 betrug, die Stickoxidkonzentration 71.4% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 3 betrug, und die Kohlenwasserstoffkonzentration 66.2% der Konzentration von Vergleichsbeispiel 3 betrug, obwohl die Erniedrigungsraten geringer waren als die von Vergleichsbeispiel 1 und 2. Tabelle 1
    Figure 00160001
  • Beispiel 2
  • Ein Aluminiumpulver mit einem Mischoxid, das Cerium und Lantanum enthält, wurde unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass Lantanumnitrat (10 g in der Verbindung von La2O2) anstelle von Zirkoniumnitrat von Beispiel 1 verwendet wurde. Die Zusammensetzung, die mittlere Teilchengröße und der spezifische Oberflächenbereich wurde ähnlich wie in Beispiel 1 gemessen und sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Der Gesamtentladungsbetrag von Verunreinigungen in einem Abgas wurde ähnlich wie in Beispiel 1 gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben.
  • Beispiel 3
  • Nachdem Ceriumnitrat (50 g in Form von CeO2) und Zirkoniumnitrat (50 g in Form von ZrO2) in 0.5 l Wasser gelöst waren, wurde 50 g von γ-Aluminium (spezifischer Oberflächenbereich: 150 m2/g; mittlere Teilchengröße: 18 μm) in 0.5 l der wässrigen Lösung zugesetzt und wurde hinreichend dispergiert und gemischt. Das Pulver wurde aus der Dispersion gefiltert und sofort tropfenweise 3 Liter einer wässrigen Lösung mit 150 g gelöstem Ammoniumbikarbonat unter Rühren zur Reaktion zugesetzt. Die Reaktion führte zu Aluminium, das mit dem Reaktionsprodukt beschichtet ist, und das Cerium und das Zirkonium enthält.
  • Ähnlich wie bei Beispiel 1 wurde ein Aluminiumpulver bereitgestellt, das ein Mischoxid mit Cerium und Lanthanum enthält.
  • Das Mischverhältnis, die mittlere Teilchengröße und der spezifische Oberflächenbereich wurde ähnlich wie in Beispiel 1 gemessen und ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 2
    Figure 00170001
  • Beispiele 4 bis 6 und Vergleichsbeispiele 4 bis 8
  • Aluminiumpulver mit Mischoxiden wurde in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 2 bereitgestellt, mit der Ausnahme, dass Praseodymium-Nitrat (Beispiel 4); Neodymium-Nitrat (Beispiel 5); Yttrium-Nitrat (Beispiel 6); Strontium-Nitrat (Vergleichsbeispiel 4); Barium-Nitrat (Vergleichsbeispiel 5); Ytterbium-Nitrat (Vergleichsbeispiel 6); Vanadium-Nitrat (Vergleichsbeispiel 7), oder Indium-Nitrat (Vergleichsbeispiel 8) anstelle des Lanthanum-Nitrats von Beispiel 2 verwendet wurde.
  • Die spezifischen Oberflächenbereiche dieser Aluminiumpulver wurden nach 3-stündiger Hochtemperaturbehandlung bei 1000°C in Umgebungsatmosphäre gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 zeigt, dass die spezifischen Oberflächenbereiche nach der Hochtemperaturbehandlung mit dem Praseodymium, dem Neodymium und dem Yttrium jeweils 48, bzw. 43 und bzw. 41 m2/g waren, was oberhalb von 40 m2/g liegt. Obwohl die spezifischen Oberflächenbereiche bei dem Strontium-Beispiel, dem Barium-Beispiel und dem Ytterbium-Beispiel jeweils 38 bzw. 32 bzw./und 35 m2/g waren, und damit unter 40 m2/g lagen, so lagen diese Werte doch nahe bei 40 m2/g und unterscheiden sich damit von dem Vanadium-Beispiel und dem Indium-Beispiel. Die spezifischen Oberflächenbereiche des Strontium-Beispiels, des Barium-Beispiels und des Ytterbium-Beispiels können leicht über 40 m2/g eingestellt werden, indem die spezifischen Oberflächenbereiche des Aluminiumpulvers erhöht werden, und demzufolge können diese Metalle in dem Zusatz-Element, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthalten sein.
  • Beispiele 7 bis 9 und Vergleichsbeispiel 15
  • Ko-Katalysatoren mit einem Mischoxid, das Cerium und Zirkonium enthält, wurden mit Ceriumoxid und Zirkoniumoxid in zahlreichen Elementverhältnissen auf Aluminiumträger (γ-Aluminium oder Bohemit) bereitgestellt. Hier verwendete Träger waren γ-Aluminium (Beispiele 7 bis 9 und Vergleichsbeispiele 9 bis 13) oder Bohemit (Vergleichsbeispiele 14 und 15), die Mischverhältnisse von Al2O3 : CeO2 : ZrO2 waren 1.0 : 1.0 : 0.5 (bei Beispiel 7); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Beispiel 8) 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Beispiel 9); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 9); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 10); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 11); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 12); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 13); 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 14), und 1.0 : 1.0 : 0.1 (bei Vergleichsbeispiel 15) in dieser Reihenfolge.
  • Jeder dieser Katalysatoren wurde 3 Stunden lang in einer Umgebungsatmosphäre (ambient atmosphere) bei einer Hochtemperaturbehandlung von 1000°C behandelt. Mischverhältnisse (Gewichtsverhältnisse) der betreffenden Oxide und spezifische Oberflächenbereiche nach der Hochtemperaturbehandlung jeder der Ko-Katalysatoren sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 3
    Figure 00190001
    Tabelle 4
    Figure 00190002
  • Aus den Daten von 4 geht hervor, dass Ko-Katalysatoren mit den spezifischen Oberflächenbereichen von 40 m2/g oder mehr im Bereich des Gewichtsverhältnisses von Cerium-Oxid und Zirkonium-Oxid zwischen (2 : 1) und (1 : 5) (Beispiele 7 bis 9) erzielt wurden. Andererseits, wenn Bohemit verwendet wurde (Vergleichsbeispiele 14 und 15) und Zirkonium nicht enthalten war (Vergleichsbeispiele 12 und 13), dann waren die spezifischen Oberflächenbereiche nach der Hochtemperaturbehandlung unter 20 m2/g, was nicht akzeptabel ist. Die spezifischen Oberflächenbereiche der Ko-Katalysatoren können jedoch leicht auf 40 m2/g mittels der spezifischen Oberflächenbereiche des γ-Aluminiums eingestellt werden, wenn das Gewichtsverhältnis von Cerium bezüglich Zirkonium wenigstens 2.5 betrug (Vergleichsbeispiele 9 bis 11) was zu Werten von 38 m2/g, 39 m2/g und 30 m2/g führte, die nahe bei 40 m2/g liegen.
  • Beispiel 10
  • Sauerstoffspeicherkapazitäten bei 400°C, 500°C, 600°C, 700°C und 800°C des Ko-Katalysators nach der Hochtemperaturbehandlung von Beispiel 1 wurden gemessen. Die Messergebnisse sind in 1 mit – O – dargestellt. Aus der Figur geht hervor, dass die Sauerstoffspeicherkapazität bis zu 600°C anstieg, obwohl sie nur 80 μmols/g oder weniger betrug, und dass sie von 600°C bis 700°C sehr stark anstieg, und bei 700°C mit 150 μmols/g nahezu den doppelten Wert hatte. Die Sauerstoffspeicherkapazität stieg mit der Temperatur weiter an und erreichte bei 800°C den Wert 240 μmols/g.
  • Beispiel 11
  • Eine große Anzahl von Katalysatoren wurde 3 Stunden lang bei 1000°C gesintert und wurde bereitgestellt in Übereinstimmung mit den Verfahren von Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass anstelle von Palladium Seltene-Erden-Aluminiumoxide mit einem verschiedenen, spezifischen Bereich und Platin verwendet wurde.
  • Für jeden der Katalysatoren wurde ein Wabenträger aus Cordierit (Durchmesser: 25.4 cm; Länge: 50 cm) bereitgestellt und zusammen mit den Katalysatoren in ein Reaktionsgerät unter Normaldruck angeordnet, und ein Test-Abgas wurde mit einer SV (Raumgeschwindigkeit (space velocity)) = 60000/Stunde auf die Katalysatoren einwirken gelassen, und bei einem Temperaturanstieg von 20°C/Minute in dem Gerät wurde die Temperatur gemessen, bei der die Kohlenstoffmonoxidkonzentration auf die Hälfte (T50) reduziert war. Die T50-Werte der sieben Katalysatoren wurden gemessen, und die Beziehungen zwischen den jeweiligen, spezifischen Oberflächenbereichen und den T50(CO)-Werten für jeden der Katalysatoren sind in 2 mit dem Symbol – ∎ – dargestellt.
  • Nach der Regeneration der sieben Katalysatoren wurden die T50-Werte auf ähnliche Weise für Propylengas anstelle von Kohlenstoffmonoxid gemessen, und die Beziehungen zwischen den spezifischen Oberflächenwerten und den T50(C3H6)-Werten für jeden der Katalysatoren sind in 2 mit – O – dargestellt.
  • Nach der Regeneration der sieben Katalysatoren wurden die T50-Werte von Stickoxiden anstelle von Propylengas auf ähnliche Weise gemessen, und die Beziehungen zwischen den jeweiligen, spezifischen Oberflächenwerten und den T50(NOx)-Werten für jeden der Katalysatoren sind in 2 mit – ⦁ – dargestellt.
  • 2 zeigt, dass die T50-Werte mit dem spezifischen Oberflächenbereich zunehmen, d.h., dass die Zersetzung der Verunreinigungen bei vereinfachten Bedingungen zunimmt.
  • Beispiel 12
  • 10 Edelmetallkatalysatoren mit einem Ko-Katalysator ähnlich dem von Beispiel 1 wurden bereitgestellt, indem das Aluminiumoxid derart ausgewählt wurde, dass die Sauerstoffspeicherkapazität (Δn) ungefähr 50 μmols/g war. Analog wurden weitere 10 Edelmetallkatalysatoren mit einem Ko-Katalysator ähnlich dem von Beispiel 1 bereitgestellt, wobei das Aluminiumoxid derart ausgewählt war, dass die Sauerstoffspeicherkapazität (Δn) ungefähr 100 μmols/g war. Außerdem wurden weitere 3 Edelmetallkatalysatoren mit einem Ko-Katalysator ähnlich dem von Beispiel 1 bereitgestellt, wobei das Aluminiumoxid derart ausgewählt war, dass die Sauerstoffspeicherkapazität (Δn) ungefähr 200 μmols/g war. Das Trägermaterial des Edelmetallkatalysators war Rhodium, Platin oder Rhodium/Platin.
  • Reduzierraten (η400) von Stickoxiden, erzielt von jedem der Katalysatoren, wurden unter Verwendung des Geräts von Beispiel 11 gemessen, wobei die Katalysatoren diese Edelmetallkatalysatoren hatten, und eine konstante Temperatur von 400°C eingestellt war, und Stickoxide gemessen wurden. Die Beziehungen zwischen den Sauerstoffspeicherkapazitäten (Δn) jeder der Katalysatoren und den η400-Werten sind in 3 dargestellt (die Verwendung von Rhodium als Edelmetall in jeden der Katalysatoren wurde mit – ☐ – gekennzeichnet; die Verwendung mit Platin wurde mit – ♢ –gekennzeichnet, und die Verwendung von Platin/Rhodium wurde mit – O – gekennzeichnet.
  • Aus den Zeichnungen geht hervor, dass die Zersetzungs-Wirksamkeit bezüglich der Stickoxide mit der Zunahme der Sauerstoffspeicherkapazität zunimmt.
  • Beispiel 13
  • Die Beziehung zwischen den Sauerstoffspeicherkapazitäten (Δn) und den Reduzierraten (η400) wurden untersucht, wobei die Reduzierraten (η400) von Kohlenstoffmonoxid (– ☐ –), von Propylengas (– ♢ –) und von Stickoxiden (– ⦁ –) bei 400°C und mittels einer großen Anzahl von Katalysatoren (das Edelmetall war Platin/Rhodium) mit der gleichen Sauerstoffspeicherkapazität wie die Katalysatoren von Beispiel 12 gemessen wurden. Die Resultate sind in 4 dargestellt.
  • Die 4 zeigt, dass eine Reduzierrate von fast 100% bezüglich Propylengas und unabhängig von der Sauerstoffspeicherkapazität erzielt wurde, und dass die Reduzierraten von Stickoxiden und Kohlenstoffmonoxid mit der Zunahme der Sauerstoffspeicherkapazität zunahm.
  • Beispiel 14
  • Es wurden 7 Ko-Katalysatoren mit einer Zusammensetzung von Ceriumoxid, Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid mit den Eigenschaften von Tabelle 5 und 3 Ko-Katalysatoren mit einer Zusammensetzung von Ceriumoxid, Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid und Oxiden von Metallen der seltenen Erden mit den Eigenschaften von Tabelle 6 bereitgestellt, und spezifische Oberflächenbereiche (m2/g), die 3 Stunden lang bei 620°C und 1000°C gesintert waren, und Sauerstoffspeicherkapazitäten (Δn), μmol-O2/g) bei jeweiligen Temperaturen aller Ko-Katalysatoren wurden gemessen. Nachdem Edelmetallkatalysatoren mit Platin und Rhodium in einem molaren Verhältnis von 3 : 1 zu den Ko-Katalysatoren zugesetzt wurden, um Katalysatoren zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, wurden T50(°C)-Werte und η400(%)-Werte bezüglich Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden gemessen. Die Resultate sind in Tabellen 5 und 6 dargestellt. Peak-Bereiche in den Tabellen sind Peak-Bereichs-Verhältnisse von Röntgen-Diffraktionswerten von Cerium und Zirkonium. Tabelle 5
    Figure 00240001
    Tabelle 6
    Figure 00250001
  • Gewerbliche und industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgasen bereit, mit: einem Mischoxid, bestehend aus a) Cerium, b) wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkonium, Yittrium, Strontium, Barium und einem Seltenen-Erden-Element, getragen von einem Aluminiumoxid-Partikulat-Träger; der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern beträgt nicht weniger als 40 m2/g; die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C beträgt nicht weniger als 10 μmols/g, und die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C beträgt nicht weniger als 100 μmols/g (Anspruch 1).
  • Da das Ceriumoxid die Katalyse des Edelmetallkatalysators vorteilhaft ergänzt und das Mischoxid zusammen mit dem Zusatzelement bildet, wird das Cerium nicht freigesetzt und von dem Zusatzelement geschützt, wobei die Wärmebeständigkeit selbst beim Sintern auf relativ hohe Temperatur beständig ist, und die Funktionsfähigkeit über einen langen Zeitraum sichergestellt ist.
  • Da der spezifische Oberflächenbereich und die Sauerstoffspeicherkapazität bei spezifischen Werten und selbst nach Hochtemperatursintern beibehalten werden, was die Wärmebeständigkeit und die Reduktion des spezifischen Oberflächenbereichs beeinträchtigen kann, übertrifft der Vorteil des Hochtemperatursinterns den Nachteil der Reduktionswirkung, die von Hochtemperatursintern verursacht wird, und der Katalysator kann über einen längeren Zeitraum und mit lediglich geringer Beeinträchtigung seiner Funktionsweise im Inneren eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden, wobei die Temperatur des Abgases Temperaturen von 1000°C oder mehr erreichen kann.
  • Vorteilhafte Sinterbedingungen zur Bereitstellung des wärmebeständigen Katalysators und insbesondere zur Bereitstellung des Katalysators mit der Wärmebeständigkeit gegenüber Hochtemperaturabgas eines Kraftfahrzeugs umfasst Sintern zwischen 800°C und 1100°C (Anspruch 2), und der Ko-Katalysator, der unter derart schweren Sinterbedingungen bereitgestellt ist und einen spezifischen Oberflächenbereich nach dem Sintern von nicht weniger als 40 m2/g hat, und eine Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C von nicht weniger als 10 μmols/g, hat und eine Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C von nicht weniger als 100 μmols/g hat, wird bei seinem Einsatz zur Reinigung eines Abgases eines Kraftfahrzeugs dessen Zusammensetzung stark variieren kann, nahezu nicht beeinträchtigt.
  • Wenn der Katalysator zur Reinigung von Abgas mit dem Edelmetall und dem obigen Ko-Katalysator ausgebildet ist (Anspruch 3) und das Abgas Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide bei der Temperatur von 400°C oder mehr enthält, dann erhöht sich die Sauerstoffspeicherkapazität des Ceriumoxid des Ko-Katalysators deutlich bei einer Temperatur zwischen 600°C und 700°C, und die vorteilhafte Wirkung des Ceriumoxids entfaltet sich insbesondere bei einer maximalen Reaktionstemperatur von 700°C oder mehr.
  • Zusammenfassung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, der über einen langen Zeitraum als funktionsfähiger Katalysator unter Verwendung von Ceriumoxid zur Reinigung vom Abgas als Cerium enthaltendes Komplexoxid zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit und der damit verbundenen Verlängerung der Lebensdauer, wobei ein spezifischer Oberflächenbereich bereitgestellt wird und eine vorgegebene Sauerstoffspeicherkapazität erzielt wird. Ein erfindungsgemäßer Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas umfasst ein Mischoxid mit:
    a) Cerium und
    b) wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkonium, Yttrium, Strontium, Barium und einem Element der seltenen Erden, angeordnet auf einem Aluminiumoxid-Partikulat-Träger;
    der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern beträgt nicht weniger als 40 m2/g;
    die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C beträgt nicht weniger als 10 μmols/g, und
    die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C beträgt nicht weniger als 100 μmols/g.

Claims (3)

  1. Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas mit: einem Mischoxid, das umfasst: a) Cerium und b) wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkonium, Yttrium, Strontium, Barium und ein Element der seltenen Erden, getragen von einem Aluminiumoxid-Partikulat-Träger; ein spezifischer Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern beträgt nicht weniger als 40 m2/g; die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C beträgt nicht weniger als 10 μmols/g, und die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C beträgt nicht weniger als 100 μmols/g.
  2. Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas nach Anspruch 1, wobei Sintern bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1100°C durchgeführt wird.
  3. Katalysator zur Reinigung von Abgas, mit: einem Edelmetallkatalysator und einem Ko-Katalysator zur Reinigung von Abgas, der ein Mischoxid enthält, mit: a) Cerium und b) wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkonium, Yttrium, Strontium, Barium und einem Element der seltenen Erden; der spezifische Oberflächenbereich des Ko-Katalysators nach dem Sintern beträgt nicht weniger als 40 m2/g; die Sauerstoffspeicherkapazität bei 400°C beträgt nicht weniger als 10 μmols/g, und die Sauerstoffspeicherkapazität bei 700°C beträgt nicht weniger als 100 μmols/g, und der Ko-Katalysator ist auf einem Aluminiumoxid-Partikulat-Träger angeordnet.
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