DE102007037306A1

DE102007037306A1 - Verfahren zur Gasreinigung, Gasreinigungsvorrichtung und Gasreinigungskatalysator

Info

Publication number: DE102007037306A1
Application number: DE102007037306A
Authority: DE
Inventors: Hidehiro Iizuka; Noriko Yoshida; Yoshinori Kure Nagai
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2008-04-03
Also published as: JP4806613B2; US20080072581A1; CN101152628A; KR20080027720A; CA2596453A1; US8252257B2; JP2008073654A

Abstract

Diese Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das die Verwendung eines nicht auf Ammoniak basierenden Denoxkatalysators zum Reduzieren der Menge an NOx in einem aus einem Boiler und einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Verbrennungsabgas beinhaltet, wobei es den in dem Abgas enthaltenen NOx und CO erlaubt wird, selektiv zu reagieren, um NOx zu reduzieren und zu entfernen. Dieses Verfahren beinhaltet die Verwendung eines Katalysators mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid mit darauf getragenem Au oder eines Katalysators mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger mit darauf getragenem Zirconium und Au. Die Verwendung eines derartigen Katalysators ermöglicht die Reinigung von NOx und CO in Abgasen und ermöglicht auch die Erzeugung von Wasserstoff.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung und insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Stickstoffoxid oder Kohlenmonoxid in Abgasen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Gasreinigungsvorrichtung und einen Gasreinigungskatalysator, die für ein solches Verfahren verwendet werden.
Technischer Hintergrund
Zum Zweck der Umweltverbesserung ist die Reduzierung von schädlichen Substanzen in Verbrennungsabgasen, wie etwa CO (Kohlenmonoxid), NOx (Stickstoffoxid) und HC (Kohlenwasserstoff), aus dem Verbrennungsmotor gewünscht worden. Mittlerweile ist zum Zweck des Verhinderns der globalen Erwärmung die Reduzierung von Treibhausgas, d. h. CO₂ (Kohlendioxid), erwünscht. Um die Ziele der Reduzierung von CO₂ und der Reduzierung von CO, NOx und HC gleichzeitig zu erreichen, ist die Entfernung solcher Substanzen unter Verwendung eines Katalysators untersucht worden.
Als Verfahren zum Reduzieren von NOx, CO und HC aus dem Verbrennungsabgas eines Kraftfahrzeugs ist ein Verfahren zum Betätigen eines Dreiwegekatalysators bekannt. Es heißt, dass ein Dreiwegekatalysator effektiv funktioniert, wenn der Verbrennungsmotor im Fettkraftstoffbetrieb ist; jedoch ist ein derartiger Katalysator nicht effektiv, wenn der Verbrennungsmotor im Magerkraftstoffbetrieb ist. Somit kann die effektive Verwendung eines derartigen Katalysators nicht gleichzeitig mit der Reduzierung von CO₂ verfolgt werden, während der Verbrennungsmotor im Magerkraftstoffbetrieb ist.
Als Verfahren zum Reduzieren von NOx aus dem Verbrennungsabgas eines Boilers ist ein Verfahren unter Verwendung eines Denoxkatalysators auf Ammoniakbasis bekannt. Da das Verfahren unter Verwendung eines Denoxkatalysators auf Ammoniakbasis im Magerkraftstoffbetrieb effektiv ist, kann CO₂ reduziert werden, während NOx entfernt wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch die Verwendung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum getrennten Hinzufügen von Ammoniak zu dem Abgas.
Weiterhin ist als Verfahren zum Reduzieren von NOx aus einem Verbrennungsabgas ein Verfahren untersucht worden, das die Verwendung eines nicht auf Ammoniak basierenden Denoxkatalysators beinhaltet (d. h. ein Verfahren unter Verwendung eines NOx-Selektivreduktionskatalysators, der eine Selektivreaktion von in Abgasen enthaltenem NOx und CO erlaubt, um NOx zu reduzieren und zu entfernen). Ein Beispiel für einen NOx-Selektivreduktionskatalysator ist ein Katalysator auf Goldbasis.
Die japanische Offenlegungsschrift (Kokoku) Nr. 6-29137 (B) 1994 offenbart einen Katalysator mit Goldpartikeln, die auf Titanoxid getragen sind. Ebenfalls offenbart ist ein Verfahren zum Herstellen eines Au-Katalysators, wobei das pH-Niveau einer Ausgangsgoldchloridlösung an 5 bis 9 angepasst wird, um Au-Mikropartikel aufzubereiten. Es sollte beachtet werden, dass ein pH-Niveau, das 9 überschreitet, zu einer signifikant verschlechterten katalytischen Kapazität führt.
Die japanische Offenlegungsschrift (Kohyo) 2001-508360 (A) offenbart die Verwendung eines Kompositkatalysators aus Aluminium- Oxid, Zirconiumdioxid, Ceroxid, Titanoxid, Siliciumoxid oder einem Gemisch davon mit Au und einem Übergangsmetall als Katalysator zum Reduzieren von Stickstoffoxid.
Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 6-219721 (A) 1994 offenbart einen Katalysator zum Oxidieren von CO mit wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rh, Ru, Pd, Os, Ir und Au, das wenigstens einem Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CeO₂, ZrO₂, TiO₂ und SnO₂, zugesetzt ist.
Jedoch ist eine weitere Verbesserung der Kapazität solcher Katalysatoren zur Reinigung erwünscht.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die weitere Verbesserung der Kapazität eines Gasreinigungskatalysators auf Au-Basis. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Reinigung von Gas, die Komponenten in Abgasen, insbesondere NOx und CO, unter Verwendung eines Katalysators effektiv reinigt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgaben betrifft einen Gasreinigungskatalysator mit einem Träger, der fähig ist, Sauerstoff und Gold oder einen Goldverbundstoff, die auf einem derartigen Träger getragen sind, zu absorbieren und freizusetzen. Im Fall eines Gasreinigungskatalysators mit Au, das auf einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger getragen ist, ist es wahrscheinlich, dass der Au/Träger-Schnittstelle aktiver Sauerstoff zugeführt wird. Somit gelten die NO-Oxidation und die Selektivreduktionsreaktion von NOx mit CO als effektiv ausgeführt.
Ein spezifisches Beispiel für einen derartigen Träger ist ein Träger mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgaben betrifft einen Abgasreinigungskatalysator mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger und Zirconium oder einer Zirconiumverbindung und Gold oder einer Goldverbindung, die auf einem derartigen Träger getragen sind.
Mit der Verwendung eines derartigen Reinigungskatalysators können NOx (Stickstoffoxid) und CO (Kohlenmonoxid) in dem Gas mit hohem Wirkungsgrad gereinigt werden.
Der weitere Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die den vorgenannten Reinigungskatalysator benutzt und die in einem Abgasdurchgang eines Boilers, eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors oder dergleichen vorgesehen ist. Mit der Verwendung einer derartigen Vorrichtung zur Gasreinigung können ein Boiler, ein Kraftfahrzeug und dergleichen mit hoher Umweltleistung bereitgestellt werden. Mit der Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung wird die Selektivreduktionsreaktion von NO mit CO, die in dem Abgas vorhanden sind, beschleunigt, NO und CO werden gleichzeitig mit hohem Wirkungsgrad gereinigt und die Kapazität zur Abgasreinigung wird verbessert. Dementsprechend ist die Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung effektiv für ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen und für eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor bei Magerkraftstoffbetrieb.
Wirkungen der Erfindung
Die Verwendung des Abgasreinigungskatalysators der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Reinigung von NOx und CO mit hohem Wirkungsgrad.
Die Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine effektive Reinigung von NOx oder CO, die in dem Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung von der Menge an getragenem Au.
2 zeigt die Abhängigkeit des Prozentsatzes der CO-Reinigung von der Menge an getragenem Au.
3 zeigt die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung von dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis.
4 zeigt die Abhängigkeit des Prozentsatzes der CO-Reinigung von dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis.
5 zeigt die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung von dem CO:NO-Konzentrationsverhältnis.
6 zeigt die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung von der O₂-Konzentration.
7 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Gasreinigung mit einem Au-Katalysator.
8 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Gasreinigung, die mit einer Vorrichtung zum Zersetzen von NO₂ ausgestattet ist.
9 zeigt die Abhängigkeit der Menge an erzeugtem Wasserstoff von der Menge an getragenem Au.
10 zeigt die Abhängigkeit der Menge an erzeugtem Wasserstoff von dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis.
11 zeigt die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung des Au tragenden Zr:CeO₂ von dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Im Magerkraftstoffbetrieb war von der NO₂-CO-Kombination als die effektivste Kombination im Hinblick auf die Reaktivität zwischen NOx und einem Reduktionsmittel in einem Abgas berichtet worden. Insbesondere ist eine in einem Abgas enthaltene NOx-Art vorzugsweise NO₂. Das am besten geeignete Reduktionsmittel ist CO. Ferner ist die Reaktivität mit anderen Substanzen wie nachstehend gezeigt:
(NO₂ und CO) > (NO und CO) > (NO₂ und H₂) > (NO₂ und C₃H₆) > (NO und C₃H₆).
Als Träger von Katalysatoren auf Goldbasis ist über MgO, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, ZnO, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, ZnFe₂O₄, NiFe₂O₄ und ZrO₂ berichtet worden (Haruta et al., Masakazu Iwamoto (Hrsg.), Handbook of Environmental Catalyst, NTS, 2001, S. 464-472). Der Prozentsatz an NOx des Au/Al₂O₃-Katalysators, der in N₂ umgewandelt wird (im Folgenden als die "N₂-Umwandlung" bezeichnet), ist maximal etwa 5%. Durch Vermischen von Au/Al₂O₃ mit Mn₂O₃ wird die N₂-Umwandlung des Katalysators aus den folgenden Gründen zu maximal etwa 21% verbessert. Das heißt, NO wird auf Mn₂O₃ zu NO₂ oxidiert (dargestellt durch Formel (1)), und NO₂ wird mit CO auf Au/Al₂O₃ zu N₂ umgesetzt (dargestellt durch Formel (2)). NO + 0,5O₂ → NO₂ : Mn₂O₃ (1) NO₂ + 2CO → 0,5N₂ + 2CO₂ : Au/Al₂O₃ (2)
Die vorliegenden Erfinder folgerten, dass die Kapazität, die von Interesse ist, nach einer NO-CO-Reaktion weiter verbessert sein würde.
Die Reaktion des Reduzierens von 1 mol NO₂ erfordert 2 mol CO. Falls NO mit CO wie in Formel (3) gezeigt reagiert, wäre jedoch 1 mol CO für jedes Mol NO erforderlich. Da die Menge eines Reduktionsmittels in einem Abgas begrenzt ist, wird die NO-CO-Reaktion als bevorzugt angesehen, um den Wirkungsgrad der NOx-Reinigung zu steigern. NO + CO → 0,5N₂ + CO₂ (3)
Die vorliegenden Erfinder haben konzentrierte Untersuchungen hinsichtlich eines Katalysators durchgeführt, der die Umsetzung von NO mit CO in einer oxidativen Atmosphäre gestattet. Als Ergebnis entdeckten sie, dass ein Katalysator mit Au, das auf einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger getragen ist, bevorzugt wäre.
Mit der Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung ist die Reaktivität zwischen NOx und Reduktionsmitteln wie nachstehend gezeigt:
(NO und CO) > (NO und C₃H₆) > (NO und H₂) > (NO₂ und CO).
Obwohl die Einzelheiten der Reaktionen noch nicht geklärt worden sind, wird angenommen, dass die Reaktionen wie folgt ablaufen.
Die NO-CO-Reaktion schreitet durch die Umsetzung von NO mit auf der Katalysatoroberfläche adsorbiertem CO fort. Wenn Au auf einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger getragen ist, wird an der Kontaktgrenzfläche zwischen Au und einem Träger eine große Anzahl von aktiven Stellen erzeugt, die fähig sind, NO zu adsorbieren. Durch die Umsetzung von derartigem adsorbierten NO mit CO schreitet die durch Formel (3) dargestellte NO-Selektivreduktion fort. Zum Erzeugen einer großen Anzahl von aktiven Stellen ist ein Katalysator mit einem Träger mit darauf getragenem Au einem bloßen Gemisch aus Verbindungen im Hinblick auf die Kapazität überlegen.
Wenn NOx in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Mechanismus gereinigt wird, ist ein Träger mit einer hohen Kapazität zum Zuführen von aktivem Sauerstoff, der für die Oxidation effektiv ist, einem Katalysator vorzuziehen, der fähig ist, lediglich NO zu oxidieren. Insbesondere ist ein Träger, der fähig ist, Sauerstoff zu absorbieren und freizusetzen, aus den folgenden Gründen bevorzugt. Das heißt, nach einer effektiven Zuführung von aktivem Sauerstoff zu der Au/Träger-Schnittstelle schreitet die Oxidation von NO fort und schreitet die Selektivreduktionsreaktion von NOx mit CO effektiv fort.
Das CO, das bei der Umsetzung nicht verwendet wurde, reagiert mit aktivem Sauerstoff, und derartiges CO wird als CO₂ entfernt. Dementsprechend können die NOx-Reinigung und die CO-Reinigung gleichzeitig durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Kapazität des Trägers zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff 10 μmol-O₂/g, und noch bevorzugter 100 μmol-O₂/g des Trägers.
Insbesondere ist ein Träger mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid oder ein Ceroxid enthaltender poröser Träger mit darauf getragenem Zirconium einem aus Ceroxid oder Zirconiumdioxid bestehenden Träger oder einem Träger mit einem Gemisch aus Ceroxid und Zirconiumdioxid vorzuziehen. Die Verwendung eines Trägers mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid kann verhindern, dass Au auf Zirconiumdioxid getragen ist. Folglich kann die Kontakteffizienz zwischen Au und Cer verbessert sein. Außerdem nähern sich Cer, Zirconium und Au einander stark an, und die Abnahme der Fähigkeit aufgrund einer Cer-Aggregation und einer Au-Aggregation kann gehemmt werden.
Ein Katalysator mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger mit darauf getragenem Zirconium und Au anstelle eines Verbundoxids ist ebenfalls bevorzugt, weil Cer, Zirconium und Au sehr nahe beieinander angeordnet werden können. Ein Katalysator mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger, mit darauf getragenem Zirconium und darauf getragenem Au ist bevorzugt.
Ein Cer-Zirconium-Verbundoxid kann durch irgendein Verfahren erzeugt werden. Ein Beispiel dafür ist Kopräzipitation. Zirconium kann auf Ceroxid getragen sein, indem beispielsweise ein poröser Cer-Träger mit einer Zirconium enthaltenen Lösung imprägniert wird.
Zur Verbesserung der Kontakteffizienz zwischen Au und Cer und des Dispersionsvermögens von Au wird ein Cer-Träger vorzugsweise mit einer Zirconium enthaltenden Lösung imprägniert. Es wird gefolgert, dass Zirconium die Aggregation von Au hemmt und fähig ist, die Thermostabilität von Ceroxid zu verbessern.
Ein Verbundoxid mit einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Oxid in Kombination mit Au ist ebenfalls bevor zugt. Dies liegt daran, dass die Bildung eines Verbundoxids mit Au zu einer Verbesserung der Kontakteffizienz zwischen Au und einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Oxid auf atomarer Ebene führt.
Außerdem führt die Bildung eines Nanoclusters zum Ausdruck einer spezifischen katalytischen Aktivität. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass Au von 20 nm oder kleiner auf einem Träger getragen ist.
Ein poröser Träger kann ein Gemisch mit Ceroxid oder einem Verbundoxid verwenden. Dies kann die Wärmebeständigkeit verbessern. Insbesondere ist ein Gemisch von Oxiden aus mindestens zwei Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cer, Zirconium, Praseodym, Neodym, Terbium, Samarium, Gadolinium und Lanthan oder einem Verbundoxid davon bevorzugt. Ein Gemisch von Oxiden aus Cer, Zirconium, Praseodym und Neodym oder einem Verbundoxid ist als Träger insbesondere bevorzugt.
Als Form von NOx in einem Abgas ist NO gegenüber NO₂ für den Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Mit der Verwendung des Au-Katalysators der vorliegenden Erfindung ist es im Vergleich zur NO₂-CO-Reaktion insbesondere wahrscheinlicher, dass die NO-CO-Reaktion fortschreitet, und unterscheidet sich die Reaktivitätsreihenfolge zwischen NOx und einem Reduktionsmittel von der Reihenfolge gemäß einer herkömmlichen Technik. Der Katalysator der vorliegenden Erfindung zeigt mit jedem Typ NOx eine höhere Aktivität als herkömmliche Katalysatoren. Der Katalysator der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für einen Verbrennungsmotor im Magerkraftstoffbetrieb bevorzugt, wo NO mit höherer Wahrscheinlichkeit erzeugt wird als NO₂.
Als Form von NOx ist NO gegenüber NO₂ aus den folgenden Gründen bevorzugt. Es wird gedacht, dass mit der Verwendung des Au-Katalysators der vorliegenden Erfindung die Reaktion an der Kontaktgrenzfläche zwischen Au und einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger fortschreitet. An der Kontaktgrenzfläche wird aktiver Sauerstoff von dem Träger zugeführt, NO und CO werden aus der Gasphase zugeführt, und die NOx-CO-Reaktion und die CO-Oxidation schreiten fort. Aus der Reaktion zwischen aktivem Sauerstoff und NO an der Kontaktgrenzfläche resultierendes NO₂ hat eine höhere Aktivität als aus der Gasphase resultierendes NO₂. Somit wird die Reduktion mit CO beschleunigt.
Wenn ein Abgas NO₂ enthält, ist eine Vorrichtung zum Umwandeln von NO₂ in NO vorzugsweise stromaufwärts von dem Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist ein NO₂-Umwandler, der das NO₂ enthaltende Abgas durch die Vorrichtung hindurchgehen lässt, welche auf eine vorbestimmte Temperatur reguliert wird, um NO₂ zu NO zu zersetzen. Es ist wahrscheinlich, dass sich NO₂ nach einem Temperaturanstieg im Hinblick auf das Gleichgewicht zu NO und O₂ zersetzt. Beispielsweise könnte bei etwa 500°C etwa 80% von NO₂ zu NO zersetzt werden.
Mit der Verwendung des Au-Katalysators der vorliegenden Erfindung schreitet die Reaktion zwischen CO und Wasserdampf fort, und dann wird Wasserstoff erzeugt. Wasserstoff hat als eine Energiealternative zu fossilen Brennstoffen Aufmerksamkeit erregt. Somit kann der Katalysator der vorliegenden Erfindung als ein Katalysator zum Erzeugen von Wasserstoff verwendet werden. Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2002-173370 A offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff durch eine CO-Verschiebungsreaktion, bei der CO mit Wasserdampf auf einem Katalysator zur Erzeugung von Wasserstoff umsetzen gelassen wird (Formel (4)). CO + H₂O → CO₂ + H₂ (4)
Als Katalysator ist Pt/TiO₂ oder dergleichen vorgeschlagen worden.
Mit der Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung wird Wasserstoff durch die CO-Verschiebungsreaktion effektiv erzeugt. Dementsprechend wird ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff vorgeschlagen, wobei dem oben genannten Au-Katalysator ein CO enthaltendes Gas und Wasserdampf zugeführt werden, um Wasserstoff zu erzeugen. Außerdem wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff vorgeschlagen, die mit einem Mechanismus ausgestattet ist, wodurch dem stromaufwärtigen Bereich des Au-Katalysators CO enthaltendes Gas und Wasserdampf zugeführt werden. Zum Aufrechterhalten der vorbestimmten Reaktionstemperatur kann eine Vorrichtung zum Erwärmen eines CO oder Wasserdampf enthaltenden Gases auf die vorbestimmte Temperatur oder eine Vorrichtung zum Erwärmen des Au-Katalysators der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Wasserdampf kann hinzugefügt werden, nachdem das CO enthaltende Gas erwärmt worden ist. Alternativ können CO und Wasserdampf gleichzeitig erwärmt werden. In jedem der beiden Fälle sollte die Reaktionstemperatur die Temperatur erreichen, bei der die CO-Verschiebungsreaktion stattfindet, wenn der Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung in Kontakt mit CO und Wasserdampf gebracht wird.
Weiterhin kann durch Verwendung der oben genannten Vorrichtung erzeugter Wasserstoff als Reduktionsmittel verwendet werden, um die Kapazität zur Abgasreinigung zu verbessern.
Der Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch Kopräzipitation, homogene Sedimentations-Präzipitation, Rie selneutralisations-Präzipitation, Hinzufügen eines Reduktionsmittels, Neutralisations-Präzipitation über pH-Regulierung, Hinzufügen von Carboxylsäure-Metallsalz, Imprägnierung oder Durchkneten hergestellt werden.
Die vorliegenden Erfinder entdeckten, dass das nachstehend beschriebene Verfahren insbesondere bevorzugt wäre. Zu Beginn wird eine Goldchlorwasserstoffsäurelösung auf ein pH-Niveau von 10 oder 11 und eine Temperatur von 50°C bis 60°C eingestellt. Beispielsweise wird eine Lösung von 0,1 N NaOH tropfenweise zu einer in einem Wärmebad auf 50°C bis 60°C erwärmten Goldchloridlösung zugegeben, um das pH-Niveau auf 10 bis 11 einzustellen. Vorzugsweise wird ein dehydrierter Träger, der Sauerstoff absorbieren und freisetzen kann, in die Gold enthaltende Lösung gegeben und das Reaktionsprodukt wird bei 50°C bis 60°C etwa 1 Stunde lang gerührt. Nach dem Rühren wird das Reaktionsprodukt über Nacht bei Raumtemperatur reifen gelassen, gefolgt von Spülen und Filtration. Das Filtrat wird dehydriert und dann gebacken. Die japanische Offenlegungsschrift (Kokoku) Nr. 6-29137 (B) 1994 offenbart, dass ein pH-Niveau der Lösung, das 9 überschreitet, zur Hemmung der Zubereitung von Au-Mikropartikeln führt. Wenn der zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähige Träger der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, erfuhr die Zubereitung von Au-Mikropartikeln eine weitere Beschleunigung, indem das pH-Niveau auf 10 bis 11 eingestellt wurde. Wenn eine Lösung verwendet wurde, die auf das pH-Niveau von 6 bis 8 eingestellt war, betrugen die Durchmesser der Au-Kristallpartikel des Au-Katalysators 20 bis 25 nm. Wenn jedoch eine Lösung verwendet wurde, die auf das pH-Niveau von 10 bis 11 eingestellt war, betrugen die Durchmesser der Au-Kristallpartikel des Au-Katalysators einige nm. Durch Halten der Temperatur der Lösung auf 50°C bis 60°C wurde die Zubereitung von Au-Mikropartikeln weiter beschleunigt.
Das durch das obige Verfahren zubereitete Au-Katalysatorpulver kann in Form von Partikeln, Säulen, Platten und dergleichen verwendet werden. Außerdem kann eine Cordierit-Wabe oder Metallwabe mit einem derartigen Pulver überzogen sein. Weiterhin kann beispielsweise die Innen- oder Außenwand eines Metallgitters oder -rohrs mit einem derartigen Pulver überzogen sein.
Beispiele
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt, obwohl der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese beschränkt ist.
Wie oben beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung einen Abgasreinigungskatalysator mit einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger mit darauf getragenem Au. Im Folgenden werden spezielle Gestaltungen der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Träger, der Sauerstoff absorbieren und freisetzen kann, ein Cer-Zirconium-Verbundoxid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Katalysator einen Ceroxid enthaltenden porösen Träger mit darauf getragenem Zirconium und Au.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Ceroxid enthaltende poröse Träger ein Gemisch von Oxiden aus mindestens zwei Elementen, ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus Cer, Zirconium, Praseodym, Neodym, Terbium, Samarium, Gadolinium und Lanthan oder einem Verbundoxid davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Träger, der Sauerstoff absorbieren und freisetzen kann, ein Gemisch von Oxiden aus Cer, Zirconium, Praseodym und Neodym oder einem Verbundoxid davon.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge an getragenem Au 0,4 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 1 Gew.-% und ferner bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 1 Gew.-% bezüglich eines zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Trägers.
Wenn das Cer-Zirconium-Verbundoxid gemäß der vorliegenden Erfindung als Träger verwendet wird, ist das Cer:Zirconium-Molverhältnis vorzugsweise das Cer:(Cer+Zirconium)-Molverhältnis von 0,2:1,0 bis 1,0:1,0, mehr bevorzugt 0,4:1,0 bis 0,8:1,0 und insbesondere bevorzugt 0,5:1,0 bis 0,8:1,0.
Wenn Zirconium auf einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger getragen ist, ist das Cer:(Cer+Zirconium)-Molverhältnis von 0,6:1,0 bis 0,9:1,0 bevorzugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die NO-Oxidation und die NOx-Reduktion auf demselben Träger ausgeführt. Dementsprechend kann die Reaktivität der NO-CO-Selektivreduktion verbessert sein, und CO kann oxidiert und entfernt werden.
Wenn ein Mischkatalysator mit einem NO-Oxidationskatalysator und einem NOx-Reduktionskatalysator verwendet wird, kann die NOx-Reduktionsleistung abnehmen, falls NO nach der NO-Oxidation nicht in Kontakt mit einem NOx-Reduktionskatalysator gebracht werden kann. Außerdem kann, falls NO in Kontakt mit dem NOx-Reduktionskatalysator gebracht wird, bevor NO in dem Abgas in Kontakt mit dem NO-Oxidationskatalysator gebracht worden ist, der Wirkungsgrad für die NOx-Reduktion abnehmen. Dementsprechend müssen der NO-Oxidationskatalysator und der NOx-Reduktionskatalysator derart vermischt werden, dass sie gleichmäßig dispergiert sind, um den Wirkungsgrad für die NOx-Reduktion zu verbessern. Ein derartiger Nachteil kann leicht vermieden werden, indem die NO-Oxidation und die NOx-Reduktion auf demselben Träger ausgeführt werden.
Wenn der Katalysator der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann, falls die O₂-Konzentration auf 0,01% oder niedriger eingestellt ist, eine N₂-Umwandlung von 95% oder höher erzielt werden. Zur Verwirklichung einer konstant hohen N₂-Umwandlung wird dementsprechend die O₂-Konzentration in dem Gas vorzugsweise auf 0,01% oder niedriger eingestellt. Ein Verbrennungsmotor mit dem Katalysator der vorliegenden Erfindung, der in einem Abgasdurchgang vorgesehen ist, kann die hohe Kapazität zum Reinigen von NOx und CO erzeugen, wenn eine Magerverbrennung und eine stöchiometrische oder fette Verbrennung wiederholt werden. Die Vorrichtung zur Gasreinigung, die in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der eine Magerverbrennung und eine stöchiometrische oder fette Verbrennung unter Verwendung des Katalysators der vorliegenden Erfindung wiederholt, weist dementsprechend eine hohe Kapazität zur Reinigung auf. Außerdem ist ein Verfahren zur Abgasreinigung bevorzugt, wobei Abgase aus Magerverbrennung und Abgase aus stöchiometrischer oder fetter Verbrennung dem Katalysator der vorliegenden Erfindung abwechselnd zugeführt werden und das Abgas dann gereinigt wird.
Wenn der Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung für die CO-Verschiebungsreaktion verwendet wird, beträgt die Menge an getragenem Au vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% eines zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Trägers. Durch Erhöhen der Menge an getragenem Au nimmt die Menge des durch die CO-Verschiebungsreaktion erzeugten Wasserstoffs zu; jedoch nimmt die Menge an unvorteilhafterweise verwendetem teuren Au zu. Wenn das Cer-Zirconium-Gemisch oder -Verbundoxid der vorliegenden Erfindung als Träger verwendet wird, ist das Cer:Zirconium-Molverhältnis bevorzugt das Cer:(Cer+Zirconium)-Molverhältnis von 0,2:1,0 bis 0,8:1,0, mehr weiter bevorzugt 0,5:1,0 bis 0,7:1,0.
Die CO-Verschiebungskapazität des Katalysators der vorliegenden Erfindung kann zur Reinigung von NOx in Abgasen angewandt werden, die durch den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen ausgestoßen werden. Insbesondere ist ein NOx-Abscheidungskatalysator stromabwärts von dem Katalysator der vorliegenden Erfindung in einem Abgasdurchgang vorgesehen. Der NOx-Abscheidungskatalysator kann NOx unter Magerbedingungen abscheiden (absorbieren oder chemisch adsorbieren) und kann das abgeschiedene NOx unter Fettbedingungen reduzieren und reinigen. Wasserstoff ist optimal als Mittel zum Reduzieren von abgeschiedenem NOx. Der Wasserstoffgehalt in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor ist unter Fettbedingungen niedrig. Somit wird unter Fettbedingungen in Abgasen in Mengen von einigen % enthaltenes CO verwendet, um durch eine CO-Verschiebungsreaktion mit Hilfe des Katalysators der vorliegenden Erfindung Wasserstoff zu erzeugen, und dann wird Wasserstoff dem stromabwärts angeordneten NOx-Abscheidungskatalysator zugeführt. Als Ergebnis wird NOx unter Fettbedingungen effektiv reduziert. Unter Magerbedingungen kann die Bereitstellung des Katalysators der vorliegenden Erfindung einiges NOx mit Hilfe des Katalysators der vorliegenden Erfindung aus dem Abgas entfernen. Dies kann den NOx-Gehalt im Abgas reduzieren. Dies reduziert die Menge an NOx, das durch den stromabwärts angeordneten NOx-Abscheidungskatalysator abgeschieden wird, und reduziert auch die Menge des abgeschiedenen NOx, das unter Fettbedingungen zu reduzieren ist. Somit kann die für die Reinigung unter Fettbedingungen erforderliche Wasserstoffmenge reduziert werden, was wiederum die Reinigungseffizienz verbessert. Die Bereitstellung des Katalysators der vorliegenden Erfindung stromaufwärts von dem NOx-Abscheidungskatalysator kann Synergieeffekte sowohl unter Mager- als auch Fettbedingungen hervorbringen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad für die NOx-Reinigung führt.
Ähnliche Wirkungen können erzielt werden, indem die obere Schicht des NOx-Abscheidungskatalysators mit dem Katalysator der vorliegenden Erfindung überzogen wird. Dies kann die Größe des Raums reduzieren, in welchem der Katalysator bereitzustellen ist.
Abgase aus einer feststehenden Quelle, wie etwa einem Boiler, können gelegentlich CO zusätzlich zu NOx enthalten. Das Verfahren zur Behandlung von Abgasen aus einer feststehenden Quelle bringt im Allgemeinen die Verwendung eines Denoxkatalysators auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis mit sich. Der Denoxkatalysator auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis umfasst Komponenten wie beispielsweise etwa Ti, W und V. Obwohl ein derartiger Katalysator eine ausreichende Kapazität hat, um für die Umwandlung von NOx in N₂ NOx die effektive Umsetzung mit Ammoniak zu erlauben, ist die Kapazität für die CO-Entfernung unzureichend. Außerdem können unvorteilhafterweise unverwendetes Ammoniak oder dergleichen ausgestoßen werden. Somit ist es bevorzugt, dass der Katalysator der vorliegenden Erfindung stromabwärts von dem Denoxkatalysator auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis vorgesehen ist. Als Ergebnis kann die Oxidationskapazität des Katalysators der vorliegenden Erfindung benutzt werden, um CO in einem Abgas zu oxidieren, um CO₂ zu ergeben. Außerdem wird Ammoniak oxidiert, um NOx zu ergeben, so dass ein Ausstoß von Ammoniak gehemmt werden kann.
Der Denoxkatalysator auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis und der Katalysator der vorliegenden Erfindung können getrennt in dem Abgasdurchgang vorgesehen sein. Alternativ kann ein mehrschichtiger Katalysator vorgesehen sein, der ein Katalysatorträgersubstrat, eine Schicht des Katalysators der vorliegenden Erfindung darauf und eine Schicht des Denoxkatalysators auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis darauf umfasst. Nachdem NOx mit Ammoniak auf der Schicht des Denoxkatalysators auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis reagiert hat, werden unverwendetes Ammoniak und CO auf der darunter liegenden Schicht des Katalysators der vorliegenden Erfindung verbreitet, und sie werden oxidiert, um NOx und CO₂ zu ergeben. NOx und CO₂ gehen durch die Schicht des Katalysators der vorliegenden Erfindung zu der Schicht des Denoxkatalysators auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis hindurch und werden von der Katalysatorschicht ausgestoßen. Auf der Schicht des Katalysators der vorliegenden Erfindung erzeugtes NOx reagiert mit Ammoniak, während es durch die Schicht des Denoxkatalysators auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis hindurchgeht, und wird in die Form von entgiftetem N₂ umgewandelt. Somit ermöglicht die Verwendung des mehrschichtigen Katalysators die gleichzeitige Entfernung von NOx und CO.
Beispiel 1
Beispiel 1 beschreibt die Zubereitung des Katalysators der vorliegenden Erfindung mit einem zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähigen Träger mit darauf getragenem Gold und die Zubereitung eines Katalysators eines Vergleichsbeispiels mit einem Titanverbundträger mit darauf getragenem Gold.
Ein Cer-Zirconium-Verbundoxid wurde als zum Absorbieren und Freisetzen von Sauerstoff fähiger Träger verwendet. Das Ausgangsverbundoxid wurde durch Pulver-XRD-Analyse untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Zusammensetzung des Verbundoxids des Trägers Ce_0,6Zr_0,4O₂ war. Dieses Verbundoxid wird als Ce_0,6Zr_0,4O₂ bezeichnet. Es wurde gefunden, dass dieses Verbundoxid als Spurenelemente 3 Gew.-% La₂O₃ und 7 Gew.-% Pr₆O₁₁ enthielt.
(Katalysator 1 des Beispiels)
Ein Katalysator 1 des Beispiels umfasst einen Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, eine Goldlösung (pH: 6,6). Der Katalysator 1 des Beispiels wurde auf die folgende Weise hergestellt.

(1) Ce_0,6Zr_0,4O₂ wurde in einem Elektroofen (90°C) dehydriert und in vacuo gekühlt. Feuchtigkeit wurde daraus entfernt.
(2) Eine Goldchlorwasserstoffsäurelösung wurde mit gereinigtem Wasser vermischt, um die Au-Konzentration auf 0,01 mol/l in der Lösung einzustellen.
(3) Die Goldchlorwasserstoffsäurelösung wurde bei 60°C in einem Wärmebad gehalten, und 0,1 mol/l einer NaOH-Lösung wurden zu dieser tropfenweise unter Rühren zugegeben. Das endgültige pH-Niveau der Au enthaltenden Lösung wurde auf 6,6 eingestellt.
(4) Der dehydrierte Träger wurde zu der Au enthaltenden Lösung auf einmal zugegeben und das Reaktionsprodukt wurde unter Verwendung eines Magnetrührers kräftig gerührt. Das Rühren wurde 1 Stunde lang bei 60°C durchgeführt.
(5) Nach dem Rühren wurde das Reaktionsprodukt 1 Tag lang bei Raumtemperatur stehen gelassen.
(6) Der Rückstand wurde durch Saugfiltration von dem Filtrat getrennt. Der Rückstand wurde mit 1,5 l gereinigtem Wasser gewaschen.
(7) Der Rückstand wurde 2 Stunden lang bei 90°C dehydriert und dann in einem Elektroofen 3 Stunden lang bei 400°C gebacken.

Somit wurde der Katalysator 1 des Beispiels mit einem Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, 2 Gew.-% Au (im Hinblick auf Metall) erhalten.
(Katalysator 2 des Beispiels)
Ein Katalysator 2 des Beispiels umfasst einen Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, eine Goldlösung (pH: 10). Der Katalysator 2 des Beispiels wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das bei (3) definierte pH-Niveau von Beispiel 1 auf 10 eingestellt wurde. Im Ergebnis wurde der Katalysator 2 des Beispiels mit dem Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, 2 Gew.-% Au (im Hinblick auf Metall) erhalten.
(Katalysator 3 des Beispiels)
Ein Katalysator 3 des Beispiels umfasst einen Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, eine Goldlösung (bei Raumtemperatur zubereitet). Der Katalysator 3 des Beispiels wurde auf die folgende Weise hergestellt.

(1) Ce_0,6Zr_0,4O₂ wurde in einem Elektroofen (90°C) dehydriert und in vacuo gekühlt. Feuchtigkeit wurde daraus entfernt.
(2) Eine Goldchlorwasserstoffsäurelösung wurde mit gereinigtem Wasser vermischt, um die Au-Konzentration auf 0,01 mol/l in der Lösung einzustellen.
(3) Die Goldchlorwasserstoffsäurelösung wurde bei Raumtemperatur gerührt und 0,1 mol/l einer NaOH-Lösung wurde zu dieser tropfenweise zugegeben. Das endgültige pH-Niveau der Au enthaltenden Lösung wurde auf 6,6 eingestellt.
(4) Der dehydrierte Träger wurde zu der Au enthaltenden Lösung auf einmal zugegeben, und das Reaktionsprodukt wurde unter Verwendung eines Magnetrührers kräftig gerührt. Das Rühren wurde 12 Stunden lang bei Raumtemperatur durchgeführt.
(5) Nach dem Rühren wurde das Reaktionsprodukt 12 Stunden lang bei Raumtemperatur stehen gelassen.
(6) Der Rückstand wurde durch Saugfiltration von dem Filtrat getrennt. Der Rückstand wurde mit 1,5 l gereinigtem Wasser gewaschen.
(7) Der Rückstand wurde 2 Stunden lang bei 90°C dehydriert und dann in einem Elektroofen 3 Stunden lang bei 400°C gebacken.

Somit wurde der Katalysator 3 des Beispiels mit dem Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger und, darauf getragen, 2 Gew.-% Au (im Hinblick auf Metall) erhalten.
(Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels)
Ein Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels umfasste TiO₂ (Anatas) als Träger. Der Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme der Verwendung von TiO₂ anstelle von Ce_0,6Zr_0,4O₂. Somit wurde der Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels mit dem TiO₂-Träger und, darauf getragen, 2 Gew.-% Au (im Hinblick auf Metall) erhalten. Es sollte angemerkt werden, dass TiO₂ Sauerstoff nicht absorbieren und freisetzen kann.
(Testbeispiel 1)
Die Katalysatoren 1 bis 3 des Beispiels und der Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels wurden einer quantitativen Analyse hinsichtlich der Mengen an getragenem Au unterzogen. Es wurde gefunden, dass alle Mengen 2 Gew.-% bezüglich des Trägers betrugen.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse einer Pulver-XRD-Analyse der Durchmesser der Au-Kristallpartikel der Katalysatoren 1 bis 3 des Beispiels und des Katalysators 1 des Vergleichsbeispiels. Es wurde gefunden, dass Au in den Katalysatoren 1 bis 3 des Beispiels und in dem Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels in Form von Au-Metall vorlag. Die Katalysatoren wurden vor dem Test keiner speziellen Reduktionsbehandlung unterzogen.
Die Durchmesser der Au-Kristallpartikel wurden durch die Schieler'sche Formel unter Verwendung des XRD-Höchstwerts von Au bestimmt.
Es wurde gefunden, dass der Durchmesser der Au-Kristalle des Katalysators 1 des Beispiels 22 nm betrug und dass derjenige der Kristal le des Katalysators 3 des Beispiels 5 nm betrug. Bei dem Katalysator 2 des Beispiels wurde kein XRD-Höchstwert beobachtet, der Au zugeschrieben werden konnte. Somit konnten die Durchmesser der Au-Kristallpartikel nicht bestimmt werden; es wurde jedoch abgeleitet, dass die Durchmesser der Au-Kristallpartikel kleiner als diejenigen der Kristalle der Katalysatoren 1 und 3 des Beispiels, d. h. kleiner als 5 nm waren. Obwohl die Mengen an getragenem Au die gleichen Waren, wurde gefunden, dass die Durchmesser der Au-Kristallpartikel des Katalysators 3 des Beispiels am kleinsten waren. Dies zeigt an, dass Au-Mikropartikel in zufrieden stellender Weise auf dem Träger verteilt sind. Dementsprechend wird abgeleitet, dass der größte Kontaktgrenzflächenbereich zwischen NO-Trägern und Au-Partikeln eine effektive Zuführung von aktivem Sauerstoff zu der Au-/Träger-Grenzfläche und eine effektive Selektivreduktionsreaktion von NOx mit CO ermöglicht.

Wenn Goldmikropartikel auf Ce_0,6Zr_0,4O₂ getragen sind, könnte dementsprechend die Zubereitung von Mikropartikeln effektiver unter Verwendung der Au enthaltenden Lösung bei einem pH-Niveau von 10 bei etwa 60°C als unter Verwendung der Au enthaltenden Lösung bei einem pH-Niveau von 6,6 bei Raumtemperatur verwirklicht werden. Tabelle 1

Katalysator	Durchschnittlicher Durchmesser der Au-Kristallpartikel (nm)
	Röntgenbeugung	Röntgenbeugungshöchstwert
Katalysator 1 des Beispiels	22	22
Katalysator 2 des Beispiels	kleiner als 5	kleiner als 5
Katalysator 3 des Beispiels	5	5
Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels	24	–

Die Mengen von durch den Katalysator 1 des Beispiels und durch den Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels bei 350°C adsorbiertem NO wurden gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde gefunden, dass die Menge von durch den Katalysator 1 des Beispiels adsorbiertem NO 1,4 mmol/l betrug und dass jene durch den Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels 0,5 mmol/l betrug. Dies beweist, dass der Katalysator 1 des Beispiels eine größere Anzahl von Stellen hat, die zur NO-Adsorption fähig sind, als der Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels.
Beispiel 2
Bei Beispiel 2 wurden die oben zubereiteten Katalysatoren in Wabenformen geändert, und die ihre Kapazitäten wurden bewertet. Wabenformen wurden mit den obigen Katalysatoren 1 bis 3 und dem Katalysator 1 des Vergleichsbeispiels überzogen, und die Reaktionsprodukte wurden als Katalysatoren 4 bis 6 bzw. Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels bezeichnet. Diese Katalysatoren wurden auf die folgende Weise zubereitet. Kieselsol (50 g) und gereinigtes Wasser (50 g) wurden in einem Mörser bezüglich 100 g für jeden der obigen Katalysatoren 1 bis 3 und des Katalysators 1 des Vergleichsbeispiels durchgeknetet, um einen Au-Katalysator enthaltende Aufschlämmungen herzustellen. Die Cordierit-Waben (400 Zellen/in²) wurden mit den Aufschlämmungen grundiert, und die Waben wurden mit dem Au enthaltenden Katalysator in einer Menge von 190 g/l der Waben überzogen, um die Katalysatoren 4 bis 6 und den Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels zu erhalten.
Das Gas mit der wie in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung wurde verwendet, um die Kapazität zur Reinigung von NOx und CO in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Testbeispiel 2 zu untersuchen. Außerdem wurde die Kapazität der Katalysatoren zur CO-Reinigung, wenn die Temperatur geändert worden war, in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Testbeispiel 3 untersucht. Im Folgenden werden die Testbeispiele und ihre Ergebnisse beschrieben.
(Testbeispiel 2)
Bei der Bewertung wurde ein Festbettströmungsreaktionsrohr verwendet. Die Katalysatoren 4 und 6 und der Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels wurden in Mengen von jeweils 6 ml verwendet (11 mm × 11 mm × 21 mm (Länge)). Tabelle 2

Zusammensetzung Konzentration (%)

NO 0,01

CO 0,2

O₂ 7

H₂O 10

He Rest
Ein Quarzreaktionsrohr (Innendurchmesser: 21 mm) wurde mit einem Wabenkatalysator und Thermoelementen (φ 0,5 mm, K-Paare) versehen. Die Spitzen von 2 Thermoelementen wurden 10 mm über dem oberen Ende des Wabenkatalysators und in dem katalytischen Zentrum vorgesehen. Das Reaktionsgas und der Wabenkatalysator wurden unter Verwendung des außerhalb des Quarzreaktionsrohrs vorgesehenen Elektromuffelofens erwärmt. Nachdem das Reaktionsgas und der Wabenkatalysator auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt worden waren, wurde das Reaktionsgas mit der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung durch die Katalysatorschicht hindurchgehen gelassen. Die Katalysatoreinlasstemperatur betrug 350°C. Das Reaktionsgas wurde aus verschiedenen Gasbeschickungstanks bereitgestellt. Die Raumgeschwindigkeit (SV) wurde mit 15.000 h^–1 be stimmt. Unter derartigen Bedingungen wurden etwa 90 l Gas bezüglich 1 g des Au-Katalysatorüberzugs pro Stunde verwendet. Bei diesem Test wurde der Katalysator vor der Reaktion keiner speziellen Reduktionsbehandlung unterworfen. Nachdem das Reaktionsgas durch die Katalysatorschicht hindurchgegangen war, wurde unter Verwendung eines Wasserabscheiders Feuchtigkeit aus dem Reaktionsgas entfernt, und das resultierende Gas wurde auf einen No/NO₂-Analysator (einen Chemolumineszenz-Analysator, CLA-510SS, Horiba Seisakusho) und ein Oximeter (einen magnetischen Analysator, CLA-510, Horiba Seisakusho) aufgebracht. Nachdem Feuchtigkeit entfernt worden war, wurde das Reaktionsgas in einer Probeentnahmetasche gesammelt und in den Wärmeleitfähigkeitserfassungs-Gaschromatographen (GC164, Hitachi) eingeführt, um die N₂O-Konzentration in dem Reaktionsgas zu analysieren. Von der Konzentration des zugeführten NO wurden die Konzentration von nicht umgesetztem NO, diejenige von erzeugtem NO₂ und diejenige von N₂O subtrahiert. Der bestimmte Wert wurde als die Konzentration von erzeugtem N₂ bezeichnet. Konzentrationen wurden in einem Beharrungszustand gemessen.
Die Umwandlung von NO in NO₂ wurde als NO₂-Umwandlung bezeichnet. Die Umwandlung von NO in N₂O wurde als N₂O-Umwandlung bezeichnet. Außerdem wurde die Umwandlung von NO in N₂ als N₂-Umwandlung bezeichnet.

Die NO₂-Umwandlung, die N₂O-Umwandlung, die N₂-Umwandlung und die CO-Reinigung wurden jeweils durch Formeln (4) bis (7) bestimmt. NO₂-Umwandlung (%) = (NO₂-Konzentration am Katalysatorauslass)/(NOx-Konzentration am Katalysatoreinlass) × 100 (4) N₂O-Umwandlung (%) = (Konzentration an erzeugtem N₂O)/(NOx-Konzentration am Katalysatoreinlass) × 100 (5) N₂-Umwandlung (%) = (Konzentration an erzeugtem N₂)/(NOx-Konzentration am Katalysatoreinlass) × 100 (6) CO-Reinigung (%) = [1 – (CO-Konzentration am Katalysatorauslass/CO-Konzentration am Katalysatoreinlass)] × 100 (7) Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse einer Messung im Beharrungszustand. Tabelle 3

Katalysator	Temperatur (°C)	NO₂-Umwandlung (%)	NO₂-Umwandlung (%)	CO-Reinigung (%)	N₂-Umwandlung (%)
Katalysator 4 des Beispiels	350	16	0	100	12	gut
Katalysator 5 des Beispiels	350	26	0	100	20	am besten
Katalysator 6 des Beispiels	350	20	0	100	18	besser
Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels	350	6	0	100	4	nicht gut

Im Fall der Katalysatoren 4 bis 6 des Beispiels betrug die N₂O-Umwandlung 0% und die CO-Reinigung betrug 100%. Der Katalysator 5 des Beispiels wies die höchste Aktivität einer N₂-Umwandlung auf, gefolgt von dem Katalysator 6 des Beispiels, dem Katalysator 4 des Beispiels und dann dem Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels, wobei der Katalysator 5 des Beispiels der am meisten bevorzugte ist. Es wurde demgemäß bestätigt, dass, wenn Goldmikropartikel auf Ce_0,6Zr_0,4O₂ getragen werden sollten, der Katalysator durch Einstellen des pHs einer Au enthaltenden Lösung auf 10 und Halten der Temperatur auf etwa 60°C effektiv erzeugt werden würde.
(Testbeispiel 3)

Die CO-Reinigung des Katalysators 4 des Beispiels, diejenige des Katalysators 5 des Beispiels und diejenige des Katalysators 2 des Vergleichsbeispiels wurden untersucht, indem die bei dem Testbeispiel 2 benannte Temperatur (350°C) auf 100°C bis 300°C geändert wurde. Tabelle 4

Temperatur (°C)	Katalysator 4 des Beispiels	Katalysator 5 des Beispiels	Katalysator 2 des Vergleichsbeispiel
100		74	14
150		80	55
175		83	71
200	98	100	95
300	100	100	100
350 (Tabelle 3)	100	100	100

Der Katalysator 5 des Beispiels wies bei 100°C bis 200°C eine höhere Kapazität für die CO-Reinigung als der Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels auf. Außerdem sind die Katalysatoren 4 und 5 des Beispiels dem Katalysator 2 des Vergleichsbeispiels im Hinblick auf die CO-Reinigung bei niedrigen Temperaturen überlegen.
Dementsprechend wurde gefunden, dass der Au-Katalysator der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete CO-Reinigung bei niedrigen Temperaturen aufweist.
Beispiel 3
Die Menge von auf dem Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger getragenem Au wurde unter Verwendung des Katalysators 5 des Beispiels untersucht. Die Kapazität wurde auf die gleiche Weise geprüft wie im Fall des Testbeispiels 2. Zuerst wurde die Abhängigkeit der Menge an getragenem Au von der N₂-Umwandlung untersucht. Die Menge an getragenem Au wurde auf die folgende Weise bestimmt.
Prozentsatz an getragenem Au = Menge an getragenem Au/Gewicht des Trägers × 100
1 zeigt die Ergebnisse einer Messung der N₂-Umwandlung bei 350°C und 400°C. Es wurde gefunden, dass der Maximalwert bei 350°C mit einer Menge an getragenem Au von 0,5 Gew.-% erzielt wurde. Außerdem wurde gefunden, dass der Maximalwert bei 400°C mit 1 Gew.-% erzielt wurde. In keinem der beiden Fälle wurde die Erzeugung von N₂O beobachtet. Die bei 350°C und bei 400°C erzielten Ergebnisse zeigen an, dass eine Menge an getragenem Au von 0,4 Gew.-% bis 1 Gew.-% bevorzugt ist.
Weiterhin wurde die Abhängigkeit der Menge von auf dem Ce_0,6Zr_0,4O₂-Träger getragenem Au von der CO-Reinigung unter Verwendung des Katalysators 5 des Beispiels untersucht. 2 zeigt die Messergebnisse. Bei 300°C oder höher wurde CO ungeachtet der Menge an getragenem Au vollständig gereinigt (100%). Bei 200°C jedoch wurden 95% oder mehr CO mit einer Menge an getragenem Au von 0,5 Gew.-% oder höher gereinigt.
Deshalb wurde bestimmt, dass eine Menge an getragenem Au von 0,5 Gew.-% bis 1 Gew.-% die am meisten bevorzugte ist, um die N₂-Umwandlung und die CO-Reinigung in zufrieden stellender Weise zu verwirklichen.
Beispiel 4
Das Ce:Zr-Molverhältnis des Trägers mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid (im Folgenden als der "Ce-Zr-Träger" bezeichnet) wurde un tersucht. Aus Ce und Zr in verschiedenen Verhältnissen zusammengesetzte Verbundoxide wurden verwendet, und die Anzahl der Mole von Ce bezüglich der Gesamtzahl der Mole von Ce und Zr wurde als Ce:(Ce+Zr) definiert. Die Kapazität wurde auf dieselbe Weise wie im Fall des Testbeispiels 2 geprüft. Wie im Fall des Katalysators 5 des Beispiels wurde eine auf 60°C und pH 6,6 eingestellte Goldlösung verwendet, um Katalysatoren zuzubereiten. Auf dem Träger getragenes Au betrug 1 Gew.-%.
3 zeigt die N₂-Umwandlung bezüglich des Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnisses. Bei 350°C und 400°C erreichte die N₂-Umwandlung den Maximalwert bei einem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,6:1,0. Somit ist ein Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,2:1,0 bis 0,8:1,0 bevorzugt. Ein Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,4:1,0 bis 0,8:1,0 ist weiter bevorzugt, um eine N₂-Umwandlung von etwa 18% oder höher zu erreichen, und ein Molverhältnis von 0,5:1,0 bis 0,7:1,0 ist insbesondere bevorzugt, um eine N₂-Umwandlung von 20% oder höher zu erreichen. In keinem der beiden Fälle wurde die Erzeugung von N₂O beobachtet.
4 zeigt den Prozentsatz an gereinigtem CO bezüglich des Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnisses. Bei 300°C oder höher wurde CO ungeachtet des Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnisses vollständig gereinigt (100%). Bei 200°C jedoch wurden bei einem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,3:1,0 oder höher 95 Gew.-% oder mehr CO gereinigt.
Deshalb wurde bestimmt, dass das bevorzugte Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis des Ce-Zr-Trägers 0,5:1,0 bis 0,8:1,0 ist, um die N₂-Umwandlung und die CO-Reinigung in zufrieden stellender Weise zu verwirklichen.
Beispiel 5
Die Kapazität des Katalysators 4 des Beispiels wurde untersucht, indem NO des Testbeispiels 2 durch NO₂ ersetzt wurde. Es wurde gefunden, dass die resultierende N₂-Umwandlung 2% betrug. Da ein derartiger Prozentsatz im Fall von NO 12% betrug, wäre es bevorzugt, dass NOx in einem Abgas in Form von NO zugeführt wird. Eine Zuführung von NO₂ in Form von NO ist insbesondere bevorzugt. In keinem der beiden Fälle wurde die Erzeugung von N₂O beobachtet.
Beispiel 6
Die Kapazität des Katalysators 4 des Beispiels wurde untersucht, während die bei dem Testbeispiel 2 eingesetzte CO-Konzentration geändert wurde. 5 zeigt die N₂-Umwandlung bei 400°C, wenn das CO:NO-Konzentrationsverhältnis 1:1 bis 40:1 ist. Ein CO:NO-Konzentrationsverhältnis von 5:1 oder höher ist bevorzugt, da es erlaubt, dass eine N₂-Umwandlung von 20% oder höher erhalten wird. Ein CO:NO-Konzentrationsverhältnis von 20:1 oder höher ist weiter bevorzugt, da es erlaubt, dass eine N₂-Umwandlung von etwa 23% erhalten wird. Bei jedem CO:NO-Konzentrationsverhältnis wurde CO vollständig gereinigt (100%). In keinem der beiden Fälle wurde die Erzeugung von N₂O beobachtet.
Beispiel 7
Die Kapazität des Katalysators 4 des Beispiels wurde untersucht, indem die O₂-Konzentration des Testbeispiels 2 auf 0% bis 1% geändert wurde. 6 zeigt die N₂-Umwandlung bei 350°C. Wenn bestimmt wurde, dass die O₂-Konzentration 0,2% oder niedriger war, wurde die N₂-Umwandlung schnell auf 20% oder höher gesteigert. Dementspre chend ist die O₂-Konzentration vorzugsweise 0,2% oder niedriger. Der Prozentsatz an gereinigtem CO nahm ebenfalls zu.
Wenn weiterhin bestimmt wurde, dass die O₂-Konzentration 0,01% oder niedriger betrug, wäre die N₂-Umwandlung 95% oder höher. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die O₂-Konzentration 0,01% oder niedriger beträgt, um eine konstant hohe N₂-Umwandlung zu verwirklichen.
Beispiel 8
Die Kapazität für die NOx-Reinigung und die Kapazität für die CO-Reinigung, wenn die Sauerstoffmenge geändert worden war, wurden untersucht.
Mit der Verwendung des Katalysators 4 des Beispiels wurde das Reaktionsgas, wie in Tabelle 2 gezeigt, 3 Minuten lang in Übereinstimmung mit dem Verfahren des Testbeispiels 2 strömen gelassen, und das Reaktionsgas wurde weiterhin 3 Minuten lang strömen gelassen, während die O₂-Konzentration in 0% geändert wurde. Diese Prozedur wurde abwechselnd wiederholt. Gas mit der Sauerstoffkonzentration von 0% stellt zum Beispiel Abgas aus dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs im Fall einer Verbrennung im Fettkraftstoffbetrieb (stöchiometrische oder fette Verbrennung) bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder niedriger dar. Wenn die Sauerstoffkonzentration 6% beträgt, stellt ein derartiges Gas Abgas im Fall einer Verbrennung im Magerkraftstoffbetrieb (Magerverbrennung) mit einem höheren Wert als dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar. Die Temperatur wurde auf 350°C eingestellt. Als Messergebnis wurde gefunden, dass die Kapazität für die NOx-Reinigung 70% betrug. Es wurde gefunden, dass der Prozentsatz an gereinigtem CO 95% betrug.
Dementsprechend kann eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen aus einem Kraftfahrzeug oder dergleichen, das eine Magerverbrennung und eine stöchiometrische oder fette Verbrennung wiederholt, bei der Lage des Katalysators der vorliegenden Erfindung in dem Abgasdurchgang und unter Verwendung desselben zur Reinigung eine hohe Kapazität für die NOx- und CO-Reinigung erzeugen.
Beispiel 9
7 und 8 zeigen jeweils ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Reinigung unter Verwendung eines Abgasreinigungskatalysators 3, welche die Verwendung eines Au-Katalysators beinhaltet.
7 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, das aus einem mit einem Abgasreinigungskatalysator ausgestatteten Verbrennungsmotor ausgestoßen wird. Aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßenes Abgas wird durch den Abgasdurchgang 2 dem Abgasreinigungskatalysator 3 zugeführt, und NOx und CO im Abgas werden entfernt.
8 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Gasreinigung, die ferner eine Vorrichtung zum Zersetzen von NO₂ umfasst. Aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßenes Abgas wird durch den Abgasdurchgang 2 der Vorrichtung 4 zum Zersetzen von NO₂ zugeführt. Nachdem NO₂ in dem Abgas zu NO zersetzt worden ist, wird das Reaktionsprodukt dem Abgasreinigungskatalysator 3 zugeführt, und NOx und CO im Abgas werden dann entfernt.
Beispiel 10
Die Menge an erzeugtem Wasserstoff wurde unter Verwendung eines unter Änderung der Menge an getragenem Au des Katalysators 5 des Beispiels in 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% hergestellten Katalysators untersucht. Die Menge an erzeugtem Wasserstoff wurde bei folgendem Testbeispiel 3 untersucht.
(Testbeispiel 3)
Die Menge an erzeugtem Wasserstoff, die aus der CO-Verschiebungsreaktion resultiert, wurde unter Verwendung von Gas mit der Zusammensetzung wie in Tabelle 5 gezeigt untersucht. Bei der Bewertung wurde ein Festbettströmungsreaktionsrohr verwendet. Der Katalysator wurde in einer Menge von 6 ml verwendet (11 mm × 11 mm × 21 mm (Länge)). Tabelle 5

Zusammensetzung Konzentration (%)

CO 2

H₂O 10

He Rest
Ein Quarzreaktionsrohr (Innendurchmesser: 21 mm) wurde mit einem Wabenkatalysator und Thermoelementen (φ 0,5 mm, K-Paare) versehen. Die Spitzen von 2 Thermoelementen wurden 10 mm über dem oberen Ende des Wabenkatalysators und in dem katalytischen Zentrum vorgesehen. Das Reaktionsgas und der Wabenkatalysator wurden unter Verwendung des außerhalb des Quarzreaktionsrohrs vorgesehenen Elektromuffelofens erwärmt. Nachdem das Reaktionsgas und der Wabenkatalysator auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt worden waren, wurde das Reaktionsgas mit der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung durch die Katalysatorschicht hindurchgehen gelassen. Die Katalysatoreinlasstemperatur war 200°C. Das Reaktionsgas wurde aus verschiedenen Gasbeschickungstanks bereitgestellt. Die Raumgeschwindigkeit (SV) wurde mit 15.000 h^–1 bestimmt. Unter derartigen Bedingungen wurden etwa 90 l Gas bezüglich 1 g des Au-Katalysatorüberzugs pro Stunde verwendet. Nachdem das Reaktionsgas durch die Katalysatorschicht hindurchgegangen war, wurde unter Verwendung eines Wasserabscheiders Feuchtigkeit aus dem Reaktionsgas entfernt, und die Menge an erzeugtem Wasserstoff wurde untersucht.
9 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Menge an erzeugtem Wasserstoff in Übereinstimmung mit der Prozedur des Testbeispiels 3. Durch Steigern der Menge an getragenem Au von 0,5 Gew.-% auf 2 Gew.-% wurde die Menge an erzeugtem Wasserstoff von 150 ppm auf 900 ppm erhöht. Dies zeigt an, dass eine größere Menge an getragenem Au bevorzugt ist. Die Verwendung großer Mengen von Edelmetallen erhöht jedoch in unvorteilhafter Weise die Katalysatorkosten. Somit ist eine derartige Menge insbesondere zwischen 2 Gew.-% und 5 Gew.-% bevorzugt.
Beispiel 11
Auf die gleiche Weise wie im Fall von Beispiel 5 wurde eine Untersuchung der Menge an erzeugtem Wasserstoff in Übereinstimmung mit dem Testbeispiel 3 unter Verwendung eines Katalysators mit einem Ce-Zr-Träger durchgeführt, bei dem das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis 0,2:1,0 bis 0,8:1,0 betrug.
Der Katalysator 5 des Beispiels mit in einer Menge von 1 Gew.-% darauf getragenem Au wurde verwendet. 10 zeigt die Ergebnisse. Durch Einstellen des Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnisses auf 0,2:1,0 bis 0,8:1,0 wurde die Menge an erzeugtem Wasserstoff 180 ppm oder mehr. Insbesondere wurde der Maximalwert von 325 ppm mit einem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,6:1,0 erzielt. Gemäß der Figur ist ein Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,5:1,0 bis 0,7:1,0 bevorzugt.
Beispiel 12
Katalysatoren 7 bis 9 des Beispiels wurden durch Ersetzen des Trägers des Katalysators 5 des Beispiels durch einen Zr-imprägnierten Ceroxidträger (Zr:CeO₂) hergestellt.
(Katalysator 7 des Beispiels)
Ein Katalysator 7 des Beispiels ist ein Beispiel für einen Katalysator, der durch Ersetzen des Trägers des Katalysators 5 des Beispiels durch einen Zr-imprägnierten Ceroxidträger (Zr:CeO₂) hergestellt wird.
Der Zr-imprägnierte Ceroxidträger (Zr:CeO₂) wurde auf die folgende Weise hergestellt. Zirconiumylnitratdihydrat wurde in gereinigtem Wasser aufgelöst, um eine Zr enthaltende Lösung zuzubereiten. Der Ceroxidträger wurde mit der Zr enthaltenden Lösung imprägniert, bis das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis 0,8:1,0 erreichte, um das Zr-imprägnierte Ceroxid zuzubereiten. Das Zr-imprägnierte Ceroxid wurde dehydriert und dann 1 Stunde lang bei 600°C gebacken.
Anschließend war in Übereinstimmung mit derselben Prozedur wie diejenige im Fall des Katalysators 2 des Beispiels verwendete Au auf Zr:CeO₂ getragen. Die Menge der Goldchlorwasserstoffsäurelösung wurde eingestellt, um die Menge an getragenem Au auf 1 Gew.-% bezüglich Zr:CeO₂ zu bringen.
Auf die gleiche Weise wie im Fall des Katalysators 4 des Beispiels wurde die Cordierit-Wabenform mit Au tragendem Zr:CeO₂ in Mengen von 190 g pro Liter der Wabe überzogen, um den Katalysator 7 des Beispiels herzustellen.
(Katalysator 8 des Beispiels)
Auf die gleiche Weise wie im Fall des Katalysators 7 des Beispiels wurde ein Katalysator 8 des Beispiels hergestellt, indem das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis des Zr:CeO₂-Trägers in 0,6:1,0 geändert wurde.
(Katalysator 9 des Beispiels)
Auf die gleiche Weise wie im Fall des Katalysators 7 des Beispiels wurde ein Katalysator 9 des Beispiels hergestellt, indem das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis des Zr:CeO₂-Trägers in 0,9:1,0 geändert wurde.
(Katalysator 3 des Vergleichsbeispiels)
Auf die gleiche Weise wie im Fall des Katalysators 7 des Beispiels wurde ein Katalysator 3 des Vergleichsbeispiels hergestellt, indem das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis in 1:1 (ohne Zr) geändert wurde.
Beispiel 13
Unter Verwendung der Katalysatoren 7 bis 9 des Beispiels und des Katalysators 3 des Vergleichsbeispiels wurde die Abhängigkeit der N₂-Umwandlung von dem Ce:Zr-Molverhältnis des Au tragenden Zr:CeO₂-Trägers untersucht. Die Untersuchung wurde auf die gleiche Weise ausgeführt wie im Fall des Testbeispiels 2.
11 zeigt die N₂-Umwandlung bei 400°C. Die N₂-Umwandlung wurde mit der Verwendung des Zr tragenden Katalysators im Vergleich zur Verwendung des Katalysators mit dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 1:1 (Katalysator 3 des Vergleichsbeispiels) verbessert. Der Maximalwert wurde mit dem Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von 0,8:1,0 erzielt (Katalysator 7 des Beispiels). Wenn das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis auf 0,6:1,0 bis 0,9:1,0 eingestellt wurde, war die N₂-Umwandlung 20% oder höher. In keinem der beiden Fälle wurde die Erzeugung von N₂O beobachtet.
Wenn Zirconium auf einem Ceroxid enthaltendem porösen Träger getragen ist, ist dementsprechend ein Cer:(Cer+Zirconium)-Molverhältnis zwischen 0,6:1,0 und 0,9:1,0 bevorzugt.
Beispiel 14
Auf die gleiche Weise wie im Fall des Beispiels 3 wurde der Prozentsatz von mit Hilfe des Katalysators 7 des Beispiels bei 100°C bis 300°C gereinigtem CO untersucht. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich, hat der Katalysator 7 des Beispiels eine ausgezeichnete Kapazität für die CO-Oxidation bei niedrigen Temperaturen. Tabelle 6

Temperatur (°C) Katalysator 7 des Beispiels

100 78

150 92

175 97

200 100

300 100
Beispiel 15
In Übereinstimmung mit der Prozedur des Testbeispiels 3 wurden die mit Hilfe der Katalysatoren 7 und 8 des Beispiels erzeugten Wasserstoffmengen untersucht. Wenn das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis von Zr:CeO₂ 0,8:1,0 betrug (Katalysator 7 des Beispiels), betrug die erzeugte Wasserstoffmenge 292 ppm. Wenn das Ce:(Ce+Zr)-Molverhältnis 0,6:1,0 betrug (Katalysator 8 des Beispiels), betrug die erzeugte Wasserstoffmenge 310 ppm.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist als Verfahren zum Reinigen einer Gaskomponente und als Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad wirksam. Die vorliegende Erfindung kann auch als Katalysator zum Reinigen von Gaskomponenten benutzt werden. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung als Vorrichtung zum Reinigen von aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgasen oder als Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff verwendet werden.

Claims

Katalysator mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid und Gold.
Katalysator mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger, Zirconium und Gold.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, der in einem Gas vorgesehen ist, das entweder Stickstoffoxid oder Kohlenmonoxid enthält.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, der in einem Gas vorgesehen ist, das Kohlenmonoxid und Wasserdampf enthält.
Gasreinigungskatalysator zum Entfernen von entweder Stickstoffoxid oder Kohlenmonoxid aus einem Gas, der ein Cer-Zirconium-Verbundoxid und Gold umfasst.
Gasreinigungskatalysator zum Entfernen von entweder Stickstoffoxid oder Kohlenmonoxid aus einem Gas, der einen Ceroxid enthaltenden porösen Träger, Zirconium und Gold umfasst.
Gasreinigungskatalysator nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Gas Abgas aus einem Boiler oder einem Verbrennungsmotor ist.
Gasreinigungskatalysator nach Anspruch 6, wobei der poröse Träger ein Oxid aus zwei oder mehr Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cer, Zirconium, Praseodym, Neodym, Terbium, Samarium, Gadolinium und Lanthan, umfasst.
Gasreinigungskatalysator nach Anspruch 6, wobei der poröse Träger ein Verbundoxid aus zwei oder mehr Elementen, ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Cer, Zirconium, Praseodym, Neodym, Terbium, Samarium, Gadolinium und Lanthan, umfasst.
Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, um Wasserstoffgas zu erzeugen, welches das In-Kontakt-Bringen von Kohlenmonoxid und Wasserdampf enthaltendem Gas mit einem Katalysator mit einem Cer-Zirconium-Verbundoxid und Gold umfasst.
Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, um Wasserstoffgas zu erzeugen, welches das In-Kontakt-Bringen von Kohlenmonoxid und Wasserdampf enthaltendem Gas mit einem Katalysator mit einem Ceroxid enthaltenden porösen Träger, Zirconium und Gold umfasst.
Vorrichtung zum Reinigen von aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenem Abgas, die einen Abgasreinigungskatalysator umfasst, der entweder in dem Abgas enthaltenes NOx oder CO entfernt und ein Cer-Zirconium-Verbundoxid und Gold umfasst.
Vorrichtung zum Reinigen von aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenem Abgas, die einen Abgasreinigungskatalysator umfasst, der entweder in dem Abgas enthaltenes NOx oder CO entfernt und einen Ceroxid enthaltenden porösen Träger, Zirconium und Gold umfasst.
Vorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 12 oder 13, die einen NOx-Abscheidungskatalysator umfasst, der NOx abscheidet und reduziert und stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, das entweder NOx oder CO enthält, die einen Abgasreinigungskatalysator umfasst, der ein Cer-Zirconium-Verbundoxid und Gold umfasst.
Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, das entweder NOx oder CO enthält, die einen Abgasreinigungskatalysator umfasst, der einen Ceroxid enthaltenden porösen Träger, Zirconium und Gold umfasst.
Vorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 15 oder 16, welche einen Denoxkatalysator auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis umfasst, der NOx reduzieren kann, wobei der Abgasreinigungskatalysator stromabwärts von dem Denoxkatalysator auf Ammoniak- oder Harnstoffbasis in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist.