DE102011121222A1 - Katalysatoren auf Perowskitbasis, Katalysatorkombinationen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben - Google Patents

Katalysatoren auf Perowskitbasis, Katalysatorkombinationen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben Download PDF

Info

Publication number
DE102011121222A1
DE102011121222A1 DE102011121222A DE102011121222A DE102011121222A1 DE 102011121222 A1 DE102011121222 A1 DE 102011121222A1 DE 102011121222 A DE102011121222 A DE 102011121222A DE 102011121222 A DE102011121222 A DE 102011121222A DE 102011121222 A1 DE102011121222 A1 DE 102011121222A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
perovskite
substrate
perovskite catalyst
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102011121222A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011121222B4 (de
Inventor
Wei Li
David B. Brown
Chang H. Kim
Gongshin Qi
Steven J. Schmieg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102011121222A1 publication Critical patent/DE102011121222A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011121222B4 publication Critical patent/DE102011121222B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9422—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by NOx storage or reduction by cyclic switching between lean and rich exhaust gases (LNT, NSC, NSR)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/34—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/83—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
    • B01J35/19—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B01J37/0228—Coating in several steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1025—Rhodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1026—Ruthenium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204—Alkaline earth metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/40—Mixed oxides
    • B01D2255/402—Perovskites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/91—NOx-storage component incorporated in the catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass ein Produkt mit einem Substrat vorgesehen wird, welches einen Perowskit-Katalysator, NOx, die in oder auf dem Substrat gespeichert sind, und Feinstaub in oder auf dem Substrat umfasst; zumindest etwas von den gespeicherten NOx freigesetzt wird und die freigesetzten NOx oxidiert werden, um NO2 zu bilden, und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO und CO2 zu bilden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das Gebiet, auf das sich diese Offenlegung allgemein bezieht, umfasst beschichtete Katalysatoren auf Perowskitbasis, Katalysatorkombinationen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben.
  • HINTERGRUND
  • Substrate, die Feinstaub oder Ruß darauf aufweisen, können mit Sauerstoff in Gegenwart eines Platinkatalysators behandelt werden, um den Feinstaub oder Ruß abzubrennen.
  • ZUSAMMENFASSUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass ein Produkt mit einem Substrat vorgesehen wird, welches einen Perowskit-Katalysator, NOx, die in oder auf dem Substrat gespeichert sind, und Feinstaub in oder auf dem Substrat umfasst; zumindest etwas von den gespeicherten NOx freigesetzt wird und die freigesetzten NOx oxidiert werden, um NO2 zu bilden, und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO und CO2 zu bilden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Substrat ferner einen Edelmetallkatalysator.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Substrat ferner Platin.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Substrat keinen anderen Katalysator als einen Perowskit-Katalysator.
  • In einer Ausführungsform kann das Produkt ferner ein NOx-Fallenmaterial umfassen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren, welches umfasst, dass ein Partikelfilter mit einem Substrat vorgesehen wird, das einen Perowskit-Katalysator, NOx, die in oder auf dem Substrat gespeichert sind, und Feinstaub in oder auf dem Substrat umfasst; zumindest etwas von den gespeicherten NOx freigesetzt wird und die freigesetzten NOx oxidiert werden, um NO2 zu bilden, und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO und CO2 zu bilden.
  • In einer Ausführungsform ist der Partikelfilter in einem Verbrennungsmotor-Abgassystem angeordnet.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel ABO3, AA'BO3, ABB'O3, AA'BB'O3 oder AA'BB'O3 besitzen. Der Perowskit-Katalysator kann der einzige Katalysator in oder auf dem Substrat sein oder ein zweiter, perowskitloser Katalysator kann zumindest eines von Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium oder ein Katalysatorsystem umfassen, welches eines oder mehrere derselben oder Legierungen daraus umfasst. In einer Ausführungsform kann das NOx-Fallenmaterial zumindest eines von den Alkalimetallen und Erdalkalimetallen (z. B. Barium, Calcium, Kalium oder Natrium) umfassen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Produkt mit einer Partikelfilter- und NOx-Speicher(Fallen)-Materialkombination umfassen, wobei der Partikelfilter ein Substrat umfasst, das aufgebaut und angeordnet ist, um Feinstaub in einem Gasstrom aufzufangen, der in, durch oder über das Substrat strömt, und ferner ein NOx-Speichermaterial in, auf oder über dem Substrat und einen Perowskit-Katalysator in, auf oder über dem Substrat umfasst.
  • In einer Ausführungsform können sich das Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial in derselben Schicht befinden. In einer weiteren Ausführungsform können sich der Perowskit-Katalysator und das NOx-Fallenmaterial in verschiedenen Schichten oder Teilabschnitten des Substrats oder Produkts befinden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Produkt mit einem Partikelfilter umfassen, der eine Katalysatorkombination mit einem Perowskit-Katalysator und einem zweiten Katalysator umfasst, der kein Perowskit-Katalysator ist. In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel ABO3, AA'BO3, ABB'O3 oder AA'BB'O3 besitzen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite, perowskitlose Katalysator zumindest ein Metall aus der Gruppe der Edelmetalle oder edlen Metalle des Periodensystems umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite, perowskitlose Katalysator zumindest eines von Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium oder Katalysatorsysteme umfassen, welche dieselben umfassen. In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator eine Beladung von etwa 1–160 g/Fuß3, 1–80 g/Fuß3, 1–60 g/Fuß3, 1–40 g/Fuß3, 1–20 g/Fuß3 oder eine Beladung innerhalb dieser Bereiche aufweist. In einer Ausführungsform einer Katalysatorkombination, die einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfasst, kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator Platin mit einer Beladung von 1–160 g/Fuß3, 1–80 g/Fuß3, 1–20 g/Fuß3 oder einer Beladung innerhalb dieser Bereiche umfasst. In einer Ausführungsform einer Platin umfassenden Katalysatorkombination kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator Palladium mit einer Beladung von etwa 5–160 g/Fuß3 oder 10–60 g/Fuß3 oder einer Beladung innerhalb dieser Bereiche aufweisen kann. In einer Ausführungsform einer Palladium umfassenden Katalysatorkombination kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung im Bereich von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l aufweisen.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der in der Oxidationsreaktion verwendet wird, auf einem beliebigen aus einer Vielfalt von Substraten getragen sein, welche zumindest eines von Reaktorpackstrukturen und -materialien, Kugeln, Pellets, Fließbettpulvern oder einem anderen festen Partikelmaterial umfassen, das in einer Strömung eines Gases, einem Durchflussmonolith, einem Wandflussmonolith, einem Metallmonolith, einem Keramikmonolith und aus Metall oder Keramik gefertigten Trägern aufschlämmbar ist, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der in der Oxidationsreaktion verwendet wird, nicht von einem Substrat getragen sein, sondern kann zu Substraten gebildet sein, die eine beliebige einer Vielfalt von Ausgestaltungen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf flache Tafeln, Kugeln, Pellets oder Reaktorpackmaterialformen aufweisen.
  • Eine weitere Ausführungsform kann einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 in einem Reaktor zur katalytischen Oxidation zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Abgasstrom aus einer mager verbrennenden kohlenwasserstoffgespeisten Leistungsquelle umfassen, wobei A für ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall steht und wobei B für ein Übergangsmetall steht.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die katalytische Leistung des Perowskit-Katalysators der allgemeinen Formel ABO3, wie oben beschrieben, durch Substitution einer geringen Menge eines Promotormaterials für einen Teil zumindest eines von Element A oder Element B in der katalytischen Formulierung erhöht werden.
  • Eine weitere Ausführungsform kann ein Abgassystem zur Reduktion von NOx-Emissionen umfassen, welches einen Reaktor zur katalytischen Oxidation mit dem Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 oder einer modifizierten Formel von ABO3 umfasst, wobei eine geringe Menge eines Promotormaterials gegen einen Teil zumindest eines von Element A oder Element B substituiert ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass eine Partikelfiter- und NOx-Speicher-Materialkombination vorgesehen wird, die ein Substrat umfasst, das aufgebaut und angeordnet ist, um Feinstaub in einem Gasstrom aufzufangen, der in, durch, in oder über das Substrat strömt, und ein Speichermaterial in, auf oder über dem Substrat und einen Perowskit-Katalysator in, auf oder über dem Substrat umfasst; und ein Gasstrom, der NOx und Feinstaub umfasst, durch oder über ein Produkt strömen gelassen wird, sodass der Feinstaub in dem Produkt aufgefangen wird und NOx in dem Produkt gespeichert werden; und danach selektiv bewirkt wird, dass die NOx freigesetzt werden und die freigesetzten NOx zu NO2 umgewandelt werden und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO oder CO2 in gasförmiger Form zu erzeugen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass ein Verbrennungsmotor betrieben wird, um ein Abgas zu erzeugen, welches Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Feinstaub umfasst, und das Abgas durch einen katalytischen Konverter hindurch strömen gelassen wird, der einen Katalysator umfasst, welcher aufgebaut und angeordnet ist, um chemische Reaktionen zur Umwandlung zumindest eines Teils des Kohlenmonoxids oder der Kohlenwasserstoffe in wünschenswertere Verbindungen oder Materialien zum Austrag in die Umgebung zu begünstigen, um einen umgewandelten Abgasstrom bereitzustellen, und danach der umgewandelte Abgasstrom durch einen Partikelfilter hindurch strömen gelassen wird, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, sodass der Feinstaub aus der umgewandelten Abgasströmung in dem Partikelfilter aufgefangen wird und NOx in dem NOx-Speichermaterial gespeichert werden; und danach selektiv bewirkt wird, dass die NOx freigesetzt werden und die freigesetzten NOx zu NO2 umgewandelt werden und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO oder CO2 in gasförmiger Form zu erzeugen.
  • Einige Ausführungsformen können aus Kombinationen aus einem Perowskit-Katalysator und NOx-Speichermaterialien mit oder ahne einem perowskitlosen Katalysator in einem Produkt verwenden, das aufgebaut und angeordnet ist, um Feinstaub wunschgemäß aufzufangen. Solche Ausführungsformen können verwendet werden, um Gasströme wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Abgase von einem Motor, der Benzin, Diesel oder andere Kraftstoffe verwendet, Gase aus dem Betrieb einer chemischen Anlage oder chemisch-verfahrenstechnischen Anlagenteilen oder Gase aus chemischen Laboratorien oder medizinischen Vorrichtungen zu behandeln.
  • Weitere illustrative Ausführungsformen der Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie illustrative Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, lediglich zur Illustration dienen sollen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Illustrative Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
  • 1 eine schematische Veranschaulichung eines Verbrennungsmotors und eines Abgasnachbehandlungssystems ist, welches eine kombinierte Partikelfallen- und NOx-Speicherkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
  • 2 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Filterkörpers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, der einen Perowskit-Katalysator umfasst, wobei der Filterkörper aufgebaut und angeordnet ist, um eine Vielzahl von Abgasströmungszellen bereitzustellen, die zum Teil durch poröse Zellenwände mit einem Sperrstopfen in zumindest einigen der Zellen definiert sind.
  • 3 ein Produkt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, welches ein Substrat mit einem Perowskit-Katalysator- und Stickstofffallenmaterial auf dem Substrat und einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator über dem Perowskit-Katalysator- und NOx-Fallenmaterial aufweist.
  • 4 eine Schnittansicht eines Substrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, welches eine Beschichtung auf einem ersten Abschnitt davon zur Kohlenwasserstoffreduktion und NOx-Reduktion in einem zweiten Abschnitt unterstromig davon einschließlich eines Perowskit-Katalysators aufweist.
  • 5 einen Durchflussmonolith gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der darin gebildete Abgasdurchgangslöcher und eine Beschichtung darauf aufweist, die eine erste Zone, die einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst, und eine zweite Zone, die einen Perowskit-Katalysator umfasst, definiert.
  • 5 einen Schnitt eines Durchflussmonolith gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der ein Substrat, ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Fallenmaterial auf dem Substrat und einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator über demselben aufweist.
  • 7 einen Durchflussmonolith gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der eine erste Zone, welche Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator, der auf ein Substrat des Monolithen beschichtet ist, und eine zweite, unterstromige Zone, die ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial aufweist, das auf einen zweiten Abschnitt des Monolithen beschichtet ist, umfasst.
  • 8 ein Fluidbettmaterial zur Verwendung bei der Behandlung eines Abgasstromes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, das eine Kugel oder ein Pellet mit einem darauf beschichteten Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial und einem darüber liegenden Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator auf dem Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial umfasst.
  • 9 ein Katalysatorträgerkugelmaterial ähnlich dem von 8 ist, wobei die Trägerkugel porös ist.
  • 10 ein Fluidbettmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, welches einen porösen Kugelabschnitt mit einem Perowskit- und NOx-Speichermaterial umfasst, das eine Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionsbeschichtung darauf aufweist.
  • 11 ein Fluidbett-Packmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung bei der Behandlung eines Abgasstromes ist, welches ein sattelförmiges Substrat mit einer ersten Schicht, die ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial auf dem Substrat aufweist, und einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator über der ersten Schicht umfasst.
  • 12 eine weitere Ausführungsform eines Fluidbett-Packmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, das eine Ringstruktur, welche eine erste Schicht, die ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial umfasst, und eine zweite Schicht darauf aufweisen kann, die über der ersten Schicht liegt und einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst.
  • 13 einen Wandflussfilter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der eine erste Fläche, die einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator auf oder über der ersten Fläche umfasst, und eine zweite Fläche aufweist, die einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial auf oder über der zweiten Fläche umfasst.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist rein beispielhaft (illustrativ) und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
  • 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Verbrennungsmotors und eines Abgasnachbehandlungssystems 10, das eine kombinierte Partikelfallen- und NOx-Speicherkomponente 18 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst. Das System 10 kann einen Verbrennungsmotor umfassen, der Abgas erzeugt, das in die Richtung des Pfeils in 1 strömt. Ein optionaler Turbolader 14 kann unterstromig in Kommunikation mit dem Abgas vorgesehen und aufgebaut und angeordnet sein, um Luft zu verdichten, die in den Verbrennungsmotor eintritt. Ein katalytischer Konverter kann unterstromig des Motors 10 und des Turboladers 14 vorgesehen sein. Der katalytische Konverter kann Platin und Palladium umfassen, um Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in dem Abgas zu Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Ein Partikelfilter 18 kann unterstromig des katalytischen Konverters 16 vorgesehen sein. Der Partikelfilter 18 kann einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfassen und ist derart aufgebaut und angeordnet, dass Feinstaub aus dem umgewandelten Abgasstrom in dem Partikelfilter aufgefangen wird und NOx in dem NOx-Speichermaterial gespeichert werden.
  • In einer Ausführungsform können sich das Perowskit-Katalysator- und das NOx-Speichermaterial in derselben Schicht befinden. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich das Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial in verschiedenen Schichten oder Teilabschnitten des Substrats oder Produkts.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass ein Verbrennungsmotor 12 betrieben wird, um ein Abgas zu erzeugen, welches Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Feinstaub umfasst, und das Abgas durch einen katalytischen Konverter 16 hindurch strömen gelassen wird, der einen Katalysator umfasst, welcher aufgebaut und angeordnet ist, um chemische Reaktionen zur Umwandlung zumindest eines Teils des Kohlenmonoxids oder der Kohlenwasserstoffe in wünschenswertere Verbindungen oder Materialien zum Austrag in die Umgebung zu begünstigen, um einen umgewandelten Abgasstrom bereitzustellen, und danach der umgewandelte Abgasstrom durch einen Partikelfilter 18 hindurch strömen gelassen wird, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, sodass Feinstaub aus der umgewandelten Abgasströmung in dem Partikelfilter aufgefangen wird und NOx in dem NOx-Speichermaterial gespeichert werden, und danach selektiv bewirkt wird, dass die NOx freigesetzt werden und die NOx mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht werden, um zumindest eines von CO oder CO2 in gasförmiger Form zu erzeugen.
  • Die in der NOx-Falle gespeicherten NOx können gespült oder das NOx-Fallenmaterial kann regeneriert werden, wobei eine beliebige aus einer Vielfalt an Möglichkeiten herangezogen werden kann, die Fachleuten bekannt sind und das Einspritzen von Kraftstoff oder eines anderen Reaktionsmittels in den Abgasstrom oberstromig des NOx-Fallenmaterials und Bewirken, dass die gespeicherten NOx, die freigesetzt werden sollen, mit dem Kohlenstoff in dem Feinstaub reagieren, umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • In einer Ausführungsform können Oxide auf Seltenerdmetallbasis als Stickstofffallenmaterialien verwendet werden, welche CeO2-ZrO2, CeO2-ZrO2-Pr6OII, CeO2-ZrO2-Pd2O3 oder CeO2-ZrO2-La2O3 umfassen.
  • 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die einen Filter 18 umfassen kann, der eine Vielzahl von Gasströmungszellen 20, die durch poröse Wände zum Ein- und Ausströmen von Gas definiert sind, und Stopfen 24 umfasst, um die Strömung von Abgas umzuleiten, und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass Feinstaub in dem Abgas aus dem Gasstrom abgeschieden und in dem Filter aufgefangen wird.
  • In einer Ausführungsform kann der Katalysator des katalytischen Konverters in der Partikelfilter- und NOx-Speichermaterialkomponente oder demselben Gehäuse umfasst sein. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die ein Produkt oder System mit einem Substrat 100 umfassen kann, welches massiv oder porös sein kann. Eine erste Schicht oder Zone 102, welche ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial umfasst, kann direkt auf das Substrat oder über das Substrat beschichtet sein und eine zweite Schicht oder Zone 104, welche einen Kohlenwasserstoff- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst, kann direkt auf der ersten Schicht oder über der ersten Schicht liegend beschichtet sein. Die erste Schicht oder Zone 102 und die zweite Schicht oder Zone 104 sind porös, sodass Abgas, das über dieselben strömt, durch die erste und die zweite Schicht oder Zone hindurch strömen kann. Der Perowskit-Katalysator, das NOx-Speichermaterial und der Kohlenwasserstoff und NOx-Reduktionskatalysator können sich jeweils in einer separaten Schicht befinden oder können zu einer oder zwei Schichten kombiniert sein.
  • 4 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform mit einem Substrat 100, welches eine zweite Zone 104, die einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst, der direkt darauf oder über das Substrat in einer oberstromigen Position in der Richtung des zu behandelnden Abgasstromes (durch den Pfeil E veranschaulicht) beschichtet ist, und eine erste Schicht oder Zone 102 unterstromig der ersten Schicht oder Zone 104 umfasst. Die zweite Schicht oder Zone 104 kann ein Perowskit- und NOx-Fallenmaterial umfassen, das direkt auf das Substrat 100 oder über dasselbe beschichtet ist.
  • 5 veranschaulicht einen beschichteten Durchflussmonolith 106, der ein Trägermaterial umfassen kann, das aus einer Keramik, einem Metall oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist und eine Vielzahl von darin gebildeten Durchgangslöchern 108 für die Strömung von Abgas aufweist. Der Monolith 106 kann eine erste Beschichtung oder Zone 102, die auf dem Strukturmaterialsubstrat des Monolithen gebildet ist, und eine zweite Schicht oder Zone 104 umfassen, die direkt auf oder über die erste Schicht 102 beschichtet ist, wie in 6 gezeigt.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Monolith 106, wie in 7 gezeigt, eine erste Zone 104 mit dem darauf beschichteten Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator und eine zweite Zone 102 unterstromig der ersten Zone 104 mit einem darauf beschichteten Perowskit- und NOx-Fallenmaterial umfassen, sodass das durch den Monolith strömende Gas zuerst über und/oder durch den Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator hindurch strömt und danach durch das Perowskit- und NOx-Fallenmaterial hindurch zur NOx-Oxidation und -Speicherung strömt.
  • 8 veranschaulicht ein Fluidbettmaterial zur Behandlung eines Abgasstromes, das einen Kugel- oder Pelletabschnitt 100 umfasst, der massiv oder porös sein kann, und eine erste Schicht 102, die auf oder über die Kugel oder das Pellet 100 beschichtet ist, und eine zweite Schicht 104 umfasst, die auf oder über die erste Schicht 102 beschichtet ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, kann die Kugel oder das Pellet 100 porös sein.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, kann der Pellet- oder Kugelabschnitt aus dem Perowskit- und NOx-Fallenmaterial 102 hergestellt sein und kann porös sein und den darauf oder über dasselbe beschichteten Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator aufweisen.
  • 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Fluidbettmaterials, welches ein sattelförmiges Trägersubstrat 100 mit einer ersten Schicht 102, die ein Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterial umfasst, das direkt darauf oder über das Substrat 100 beschichtet ist, und eine zweite Schicht oder Zone 104 umfasst, die einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst, der auf die erste Schicht oder über die erste Schicht 102 beschichtet ist.
  • 12 veranschaulicht ein alternatives Fluidbett-Trägermaterial wie z. B. eine Ringstruktur, die als das Trägersubstrat 100 für die Perowskit-Katalysator- und NOx-Speichermaterialbeschichtung und die Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysatorbeschichtung dienen kann.
  • 13 veranschaulicht einen Wandflussfilter 200 mit einer Frontplatte 202, die eine Öffnung 204 für Abgas definiert, das in und durch eine erste Schicht oder Zone strömt, die einen Kohlenwasserstoffreduktions- und NOx-Reduktionskatalysator umfasst, der von einem porösen Wandabschnitt 101 getragen ist, sodass das Abgas danach über eine zweite Zone 102 strömt, die von einem äußeren Wandabschnitt 103 getragen ist, und wobei die zweite Zone 102 ein Perowskit- und Stickstoff-Fallenmaterial zur NOx-Oxidation und -Speicherung umfasst.
  • In einer Ausführungsform kann die zweite Zone 102 eine Kombination aus einem Perowskit-Katalysator und einem zweiten Katalysator umfassen, wie in den folgenden Absätzen ausführlicher beschrieben.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann eine Katalysatorkombination aus einem Perowskit-Katalysator und einem zweiten Katalysator umfassen, der kein Perowskit-Katalysator ist. In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel ABO3, AA'BO3, ABB'O3, AA'BB'O3 oder AA'BB'O3 besitzen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite, perowskitlose Katalysator zumindest ein Metall aus der Gruppe der Edelmetalle oder edlen Metalle des Periodensystems umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite, perowskitlose Katalysator zumindest eines von Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium oder Katalysatorsysteme umfassen, welche dieselben umfassen. In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator eine Beladung von etwa 1–160 g/Fuß3, 1–80 g/Fuß3, 1–60 g/Fuß3, 1–40 g/Fuß3, 1–20 g/Fuß3 oder eine Beladung innerhalb dieser Bereiche aufweist. In einer Ausführungsform einer Katalysatorkombination, die einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfasst, kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung im Bereich von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator Platin mit einer Beladung von etwa 1–160 g/Fuß3, 1–80 g/Fuß3, 1–20 g/Fuß3 oder einer Beladung innerhalb dieser Bereiche umfasst. In einer Ausführungsform einer Platin umfassenden Katalysatorkombination kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung im Bereich von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Katalysatorkombination einen Perowskit-Katalysator und einen zweiten, perowskitlosen Katalysator umfassen, wobei der zweite, perowskitlose Katalysator Palladium mit einer Beladung von etwa 5–100 g/Fuß3 oder 10–60 g/Fuß3 oder einer Beladung innerhalb dieser Bereiche umfasst. In einer Ausführungsform einer Palladium umfassenden Katalysatorkombination kann der Perowskit-Katalysator eine Beladung im Bereich von 1 bis 120 g/l, 1 bis 80 g/l, 1 bis 40 g/l, 1 bis 20 g/l aufweisen.
  • Eine Ausführungsform kann eine Behandlung eines Gasstromes, der NOx umfasst, mit einem Perowskit-Katalysator, der die allgemeine Formel ABO3, AA'BO3, ABB'O3, oder AA'BB'O3 besitzt, in einer katalytischen Oxidationsreaktion umfassen, um Stickstoffmonoxid in dem Gasstrom zu oxidieren.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der in der Oxidationsreaktion verwendet wird, auf einem beliebigen aus einer Vielfalt von Substraten getragen sein, welche zumindest eines von Reaktorpackstrukturen und -materialien, Kugeln, Pellets, Fließbettpulvern oder einem anderen festen Partikelmaterial umfassen, das in einer Strömung eines Gases, einem Durchflussmonolith, einem Wandflussmonolith, einem Metallmonolith, einem Keramikmonolith und aus Metall oder Keramik gefertigten Trägern suspendierbar ist, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der in der Oxidationsreaktion verwendet wird, nicht von einem Substrat getragen sein, sondern kann zu Substraten gebildet sein, die eine beliebige einer Vielfalt von Ausgestaltungen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf flache Tafeln, Kugeln, Pellets oder Reaktorpackmaterialformen aufweisen.
  • In ausgewählten Ausführungsformen verbessert die Zugabe eines zweiten, perowskitlosen Katalysators in einer Katalysatorkombination, die auch einen Perowskit-Katalysator umfasst, die Perowskit-Katalysatorfunktion. Eine Katalysatorkombination, die einen Perowskit-Katalysator und einen perowskitlosen Katalysator umfasst, kann die Oxidation von CO oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen in einem Gasstrom ermöglichen. Die Zugabe eines zweiten Katalysators, z. B. Platin oder Palladium, jedoch nicht darauf beschränkt, kann die NO-Oxidation verbessern und die Verschmutzung des Katalysatorsystems bei niedrigen Temperaturen verringern. Die Verwendung einer Katalysatorkombination, die einen Perowskit-Katalysator und einen perowskitlosen Katalysator umfasst, kann die NO-Oxidation verbessern, wobei weniger Edelmetallkatalysator im Vergleich mit Systemen verwendet wird, die nur Edelmetallkatalysatoren umfassen. In einer Ausführungsform kann die Katalysatorkombination mit einem beliebigen aus einer Substratvielfalt verbunden oder darauf beschichtet sein oder die Katalysatorkombination kann zu Substraten gebildet sein. Die Katalysatorkombination, die einen Perowskit-Katalysator und einen perowskitlosen Katalysator umfasst, kann verwendet werden, um einen beliebigen Gasstrom zu behandeln.
  • Eine Ausführungsform kann einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 umfassen, wobei A für ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall (La, Sr, Ce, Ba, Pr, Nd oder Gd) steht und wobei B für ein Übergangsmetall (Co, Ni, Cu, Zn, Cr, V, Pt, Pd, Rh, Ru, Ag, Au, Fe, Mn oder Ti) steht.
  • Allerdings kann, wie oben angeführt, der Perowskit-Katalysator auf einer Vielfalt von Substraten vorgesehen sein, die zumindest eines von Reaktorpackstrukturen und -materialien, Kugeln, Pellets, Fließbettpulvern oder einem anderen festen Partikelmaterial umfassen, das in einer Strömung eines Gases, einem Durchflussmonolith, einem Wandflussmonolith, einem Metallmonolith, einem Keramikmonolith und aus Metall oder Keramik gefertigten Trägern aufschlämmbar ist, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • In einer Ausführungsform kann der Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der in der Oxidationsreaktion verwendet wird, zu Substraten mit einer beliebigen aus einer Vielfalt von Ausgestaltungen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf flache Tafeln, Kugeln, Pellets, Durchfluss- oder Wandflussmonolithen oder Reaktorpackmaterialformen gebildet sein. Die Packmaterialform kann Ringe, Sättel, hohle Zylinder oder Raschig-Ringe umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Der Perowskit-Katalysator dient vorrangig zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2). Zwei beispielhafte Perowskit-Katalysatoren der allgemeinen Formel ABO3, die in dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 genutzt werden können, umfassen LaCoO3 und LaMnO3.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die katalytische Leistung des Perowskit-Katalysators der allgemeinen Formel ABO3, wie oben beschrieben, durch die Substitution einer kleinen Menge eines Promotormaterials für einen Teil von Element A oder Element B in der katalytischen Formulierung verbessert werden. Es können Feststofflösungen von ABO3 mit AA'BO3 oder auch AA'BB'O3 genutzt werden, wobei A' eine Substitution des Promotormaterials für einen Teil des A-Elements bedeutet und wobei B eine Substitution des Promotormaterials für einen Teil des B-Elements darstellt.
  • Ein illustratives Promotormaterial ist Strontium (Sr), und eine beispielhafte Formulierung ist ASrBO3, wobei A und B wie vorstehend beschrieben sind. Zwei beispielhafte Perowskit-Katalysatoren, die das Promotormaterial Strontium umfassen, das in dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 genutzt werden kann, umfassen La1-xSrxCoO3 und La1-xSrxMnO3.
  • Beispiele:
  • Katalysator-Herstellung
  • Wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt, wurden La1-xSrxPCoO3- (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3) und La1-xSrxMnO3-Katalysatoren (x = 0, 0,1) durch Citratverfahren hergestellt. Bei den Verfahren wurden geeignete Mengen von La(NO3)3·6H2O-, Co(NO3)2·6H2O-, Mn(NO3)2-Lösung und Sr(NO3)2 in destilliertem Wasser mit Zitronensäure-Monohydrat aufgelöst. Zitronensäure wurde mit einem Überschuss von etwa 10 Gewichtsprozent zugegeben, um eine vollständige Komplexbildung der Metallionen sicherzustellen. Die verwendete Menge an Wasser lag bei etwa 46,2 ml/g La(NO3)3·6H2O. Die Lösung wurde auf eine Rühr- und Heizplatte gesetzt und eine Stunde lang gerührt, dann unter fortgesetztem Rühren auf etwa 80 Grad Celsius erwärmt. Tabelle 1
    LaCoO3 La0,9Sr0,1CoO3 LaMnO3
    La(NO3)3·6H2O 17,61 g 35,62 g 27,60 g
    Sr(NO3)2 - 1,93 g -
    Co(NO3)2·6H2O 11,84 g 26,60 g -
    Mn(NO3)2 - - 14,14 g
    C6H8O7·H2O 15,67 g 34,51 g 24,56 g
    Entionisiertes H2O 825 ml 1820 ml 1275 ml
  • Während der Herstellung wurde Wasser verdampft, bis die Lösung ein viskoses Gel wurde und gerade begann, NO2-Gas zu entwickeln. Dann wurde das Gel über Nacht in einen Ofen gegeben, der auf etwa 90 Grad Celsius eingestellt war. Das sich ergebende schwammartige Material wurde zerstoßen und bei etwa 700 Grad Celsius etwa 5 Stunden lang in ruhender Luft kalziniert. Die Temperatur wurde bei einer Rate von etwa 10 Grad Celsius pro Minute hochgefahren. Als die Temperatur einen Wert kurz unter etwa 300 Grad Celsius erreichte, verbrannten die Citrat-Ionen heftig, was eine größere Temperaturspitze und Pulververdrängung bewirkte. Aus diesem Grund wurde das Pulver mit mehreren Schichten von ZrO2-Kugeln (die gleichen, die beim Vermahlen in der Kugelmühle verwendet werden) bedeckt, um eine Pulververdrängung zu verhindern, aber immer noch Gasmobilität zuzulassen. Nach dem Kalzinieren wurde das Pulver mit etwa 6,33 ml Wasser/g Pulver etwa 24 Stunden lang in der Kugelmühle vermahlen. Danach wurde die Aufschlämmung ständig gerührt und es wurden der Aufschlämmung etwa 0,33 ml von 0,1 M HNO3/g Pulver und etwa 5 ml Wasser/g Pulver zugegeben. Die daraus resultierende Washcoat-Lösung wies eine Konzentration von etwa 0,114 Gramm Katalysator/ml Lösung auf.
  • In die Washcoat-Lösung wurde ein Cordieritsubstrat getaucht und überschüssige Flüssigkeit wurde entfernt und das nasse Substrat wurde waagerecht etwa 30 Minuten lang in einen Ofen gegeben, der auf etwa 200 Grad Celsius eingestellt war. Dieses Vorgehen wurde wiederholt, bis die erwünschte Beladung erhalten war. Schließlich wurde der Katalysator bei etwa 700 Grad Celsius etwa 5 Stunden lang mit einem Luftstrom von etwa 100 sccm pro Minute kalziniert.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren umfassen, welches umfasst, dass ein Produkt mit einem Substrat vorgesehen wird, welches einen Perowskit-Katalysator, NOx, die in oder auf dem Substrat gespeichert sind, und Feinstaub in oder auf dem Substrat umfasst; zumindest etwas von den gespeicherten NOx freigesetzt wird und die freigesetzten NOx oxidiert werden, um NO2 zu bilden, und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO und CO2 zu bilden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Substrat ferner einen Edelmetallkatalysator.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Substrat ferner Platin.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Substrat keinen anderen Katalysator als einen Perowskit-Katalysator.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Produkt ferner ein NOx-Speichermaterial umfassen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren, welches umfasst, dass ein Partikelfilter mit einem Substrat vorgesehen wird, das einen Perowskit-Katalysator, NOx, die in oder auf dem Substrat gespeichert sind, und Feinstaub in oder auf dem Substrat umfasst; zumindest etwas von den gespeicherten NOx freigesetzt wird und die freigesetzten NOx oxidiert werden, um NO2 zu bilden, und das NO2 mit Kohlenstoff in dem Feinstaub zur Reaktion gebracht wird, um zumindest eines von CO und CO2 zu bilden.
  • In einer Ausführungsform ist der Partikelfilter in einem Verbrennungsmotor-Abgassystem angeordnet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann ein Produkt mit einer Partikelfilter- und NOx-Speicher-Materialkombination umfassen, wobei der Partikelfilter ein Substrat umfasst, das aufgebaut und angeordnet ist, um Feinstaub in einem Gasstrom aufzufangen, der in, durch oder über das Substart strömt, und ferner ein NOx-Speichermaterial in, auf oder über dem Substrat und einen Perowskit-Katalysator in, auf oder über dem Substrat umfasst.
  • Einige Ausführungsformen können Kombinationen aus einem Perowskit-Katalysator, NOx-Speichermaterialien mit oder ohne einem perowskitlosen Katalysator in einem Produkt verwenden, das aufgebaut und angeordnet sein kann, um wunschgemäß Feinstaub aufzufangen. Solche Ausführungsformen können verwendet werden, um Gasströme wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Abgase von einem Motor, der Benzin, Diesel oder andere Kraftstoffe verwendet, Gase aus dem Betrieb einer chemischen Anlage oder chemisch-verfahrenstechnischen Anlagenteilen oder Gase aus chemischen Laboratorien oder medizinischen Vorrichtungen zu behandeln.
  • Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist rein beispielhafter Natur und Abwandlungen davon sind nicht als Abweichung von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.

Claims (10)

  1. Produkt, umfassend: einen Verbrennungsmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Verbrennungsmotor Abgas erzeugt, das Feinstaub und NOx umfasst, wobei das System einen Motor und einen katalytischen Konverter unterstromig des Motors umfasst; eine kombinierte Partikelfalle- und NOx-Speicherkomponente, wobei der Partikelfilter einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass Feinstaub von dem Verbrennungsmotorabgas in dem Partikelfilter aufgefangen wird und NOx in dem NOx-Speichermaterial gespeichert wird.
  2. Produkt nach Anspruch 1, wobei sich der Perowskit-Katalysator und das NOx-Speichermaterial in derselben Schicht befinden.
  3. Produkt nach Anspruch 1, wobei sich der Perowskit-Katalysator und das NOx-Speichermaterial in verschiedenen Schichten oder Teilabschnitten des Substrats oder Produkts befinden können.
  4. Produkt umfassend eine Kombination aus einer Partikelfalle und einer NOx-Speicherkomponente, wobei der Partikelfilter einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass Feinstaub von dem Verbrennungsmotorabgas in dem Partikelfilter aufgefangen wird und NOx in dem NOx-Speichermaterial gespeichert wird.
  5. Produkt nach Anspruch 4, wobei sich der Perowskit-Katalysator und das NOx-Speichermaterial in derselben Schicht befinden.
  6. Produkt nach Anspruch 4, wobei sich der Perowskit-Katalysator und das NOx-Speichermaterial in verschiedenen Schichten oder Teilabschnitten des Substrats oder Produkts befinden können.
  7. Produkt nach Anspruch 4, wobei der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel ABO3, AA'BO3, ABB'O3, AA'BB'O3 oder AA'BB'O3 besitzt, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst und wobei B ein Übergangsmetall umfasst.
  8. Produkt nach Anspruch 7, wobei der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel AA'BO3 besitzt; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst.
  9. Produkt nach Anspruch 7, wobei der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel ABB'O3 besitzt; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  10. Produkt nach Anspruch 7, wobei der Perowskit-Katalysator die allgemeine Formel AA'BB'O3 besitzt; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
DE102011121222.5A 2010-12-22 2011-12-15 Produkt umfassend einen Partikelfilter, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, und Verwendung desselben Expired - Fee Related DE102011121222B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/975,419 US8943811B2 (en) 2010-12-22 2010-12-22 Perovskite-based catalysts, catalyst combinations and methods of making and using the same
US12/975,419 2010-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011121222A1 true DE102011121222A1 (de) 2012-06-28
DE102011121222B4 DE102011121222B4 (de) 2021-12-30

Family

ID=46315082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011121222.5A Expired - Fee Related DE102011121222B4 (de) 2010-12-22 2011-12-15 Produkt umfassend einen Partikelfilter, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, und Verwendung desselben

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8943811B2 (de)
CN (1) CN102600721B (de)
DE (1) DE102011121222B4 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2990097A1 (de) * 2014-08-29 2016-03-02 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Katalysierter partikelfilter
WO2020193678A1 (de) 2019-03-27 2020-10-01 Forschungszentrum Jülich GmbH Redoxstabiler perowskit zur speicherung von stickoxiden aus abgasen
DE102019204854A1 (de) * 2019-04-04 2020-10-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Redoxstabiler Perowskit zur Speicherung von Stickoxiden aus Abgasen

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102806012B (zh) 2011-06-03 2016-11-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于将no氧化成no2的非化学计量的钙钛矿氧化物氧化催化剂
KR101703624B1 (ko) 2015-09-30 2017-02-07 현대자동차 주식회사 배기가스 후처리 시스템
US10046310B2 (en) 2015-10-05 2018-08-14 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10422036B2 (en) 2015-10-23 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Suppressing aging of platinum group metal particles in a catalytic converter
US10005031B2 (en) 2015-12-08 2018-06-26 GM Global Technology Operations LLC Dual-layer catalyst
WO2018078513A1 (en) * 2016-10-24 2018-05-03 Basf Corporation Integrated scr catalyst and lnt for nox abatement
US10159960B2 (en) 2016-10-25 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes
US10946362B1 (en) 2017-02-24 2021-03-16 University Of South Florida Perovskite oxides for thermochemical conversion of carbon dioxide
CN107597128A (zh) * 2017-09-15 2018-01-19 华北水利水电大学 碳烟催化材料及其制备方法
CN107684912A (zh) * 2017-09-15 2018-02-13 华北水利水电大学 碳烟颗粒催化材料及其制备方法
CN107497443A (zh) * 2017-09-15 2017-12-22 华北水利水电大学 汽车尾气催化纳米材料及其制备方法
CN107694574A (zh) * 2017-09-15 2018-02-16 华北水利水电大学 汽车尾气复合氧化物催化材料及其制备方法
CN107754805A (zh) * 2017-09-18 2018-03-06 华北水利水电大学 碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法
EP3728481B1 (de) 2017-12-18 2023-02-08 BASF Qtech Inc. Katalytische beschichtungen, verfahren zur herstellung und verwendung davon
CN110270349B (zh) * 2019-07-29 2022-03-25 黔南高新区绿色化工技术研究院有限公司 一种用于垃圾渗滤液处理的复合催化剂
CN111604050A (zh) * 2020-04-28 2020-09-01 中国汽车技术研究中心有限公司 一种海绵状天然气发动机尾气催化剂的制备及应用

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4902487A (en) 1988-05-13 1990-02-20 Johnson Matthey, Inc. Treatment of diesel exhaust gases
US6180075B1 (en) * 1997-04-09 2001-01-30 Degussa-H{umlaut over (u)}ls Aktiengesellschaft Exhaust gas catalyst
JP4029233B2 (ja) * 1998-05-11 2008-01-09 第一稀元素化学工業株式会社 セリウム−ジルコニウム系複合酸化物及びその製造方法ならびに排ガス浄化用触媒材料
FR2780096B1 (fr) 1998-06-22 2000-09-08 Rhodia Chimie Sa Procede de traitement par combustion des particules carbonees dans un circuit d'echappement d'un moteur a combustion interne
GB9813367D0 (en) * 1998-06-22 1998-08-19 Johnson Matthey Plc Catalyst
US6335305B1 (en) * 1999-01-18 2002-01-01 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Catalyst for purifying exhaust gas
US6615580B1 (en) * 1999-06-23 2003-09-09 Southwest Research Institute Integrated system for controlling diesel engine emissions
US6606856B1 (en) * 2000-03-03 2003-08-19 The Lubrizol Corporation Process for reducing pollutants from the exhaust of a diesel engine
US7832203B2 (en) * 2001-10-27 2010-11-16 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system for a lean burn internal combustion engine
GB0126346D0 (en) * 2001-11-02 2002-01-02 Johnson Matthey Plc Improvements in materials handling and sampling
AU2003281203A1 (en) * 2002-07-09 2004-01-23 Cataler Corporation Catalyst for clarifying exhaust gas
DE10308287B4 (de) * 2003-02-26 2006-11-30 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Abgasreinigung
US7553464B2 (en) * 2004-08-09 2009-06-30 General Motors Corporation Lanthanum tantalate photocatalysts
US7578455B2 (en) * 2004-08-09 2009-08-25 General Motors Corporation Method of grinding particulate material
KR101192185B1 (ko) 2004-12-24 2012-10-17 도와 홀딩스 가부시키가이샤 Ｐｍ 연소 촉매 및 필터
FR2890577B1 (fr) * 2005-09-12 2009-02-27 Rhodia Recherches & Tech Procede de traitement d'un gaz contenant des oxydes d'azote (nox), utilisant comme piege a nox une composition a base d'oxyde de zirconium et d'oxyde de praseodyme
US20080242535A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-02 Geo2 Technologies, Inc. Honeycomb Structural Body and Method of Fabricating the Same
US8475752B2 (en) * 2008-06-27 2013-07-02 Basf Corporation NOx adsorber catalyst with superior low temperature performance
US7964167B2 (en) * 2008-10-03 2011-06-21 GM Global Technology Operations LLC Method and architecture for oxidizing nitric oxide in exhaust gas from hydrocarbon fuel source with a fuel lean combustion mixture
US8409518B2 (en) * 2009-03-16 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Sulfur tolerant perovskite supported catalysts
US8513155B2 (en) 2009-03-16 2013-08-20 GM Global Technology Operations LLC Perovskite-type compounds for use in lean NOx traps

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2990097A1 (de) * 2014-08-29 2016-03-02 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Katalysierter partikelfilter
FR3025116A1 (fr) * 2014-08-29 2016-03-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Filtre a particules catalyse
WO2020193678A1 (de) 2019-03-27 2020-10-01 Forschungszentrum Jülich GmbH Redoxstabiler perowskit zur speicherung von stickoxiden aus abgasen
DE102019204854A1 (de) * 2019-04-04 2020-10-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Redoxstabiler Perowskit zur Speicherung von Stickoxiden aus Abgasen

Also Published As

Publication number Publication date
CN102600721B (zh) 2016-06-08
CN102600721A (zh) 2012-07-25
US8943811B2 (en) 2015-02-03
DE102011121222B4 (de) 2021-12-30
US20120159935A1 (en) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011121222B4 (de) Produkt umfassend einen Partikelfilter, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, und Verwendung desselben
DE102011115959B4 (de) Verfahren und System zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Gasstrom mittels einer Katalysatorkombination
DE102009043210B4 (de) Verfahren und Architektur zum Oxidieren von Stickoxid in Abgas von einer Kohlenwasserstoffkraftstoffquelle mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch
DE102011119129A1 (de) Beschichtete katalysatoren auf perowskit-basis, katalysatorkombinationen und verfahren zum behandeln eines gasstromes
DE112013004202B4 (de) Abgasreinigungskatalysator
DE2758388C2 (de) Großstückiger Katalysator
DE102011112175B4 (de) Abgasnachbehandlungsystem mit Katalysatormaterialien zur NOx-Oxidation, das eine passive Ammoniak-SCR verwendet, und Verfahren zur Abgasreinigung
DE102011109946A1 (de) Katalysatormaterialien zur Ammoniakoxidation in Magermotorabgas
DE102011119131A1 (de) Verfahren und systeme zur oxidation von stickstoffmonoxid in einem gasstrom
DE102010011404A1 (de) Schwefeltolerante, Perovskit getragene Katalysatoren
DE102012209204B4 (de) Oxidationskatalysator aus nichtstöchiometrischem Perowskitoxid zum Oxidieren von NO zu NO2 in einem Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren
DE19955456A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Stickoxid-Speichermaterials und damit hergestelltes Speichermaterial
EP3177400A1 (de) Katalysator zur reduktion von stickoxiden
DE102010011406A1 (de) Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen
DE102014110811A1 (de) Ammoniak-Slip-Katalysator
DE60038075T2 (de) Abgasreinigungssystem
DE2841158A1 (de) Verfahren zur herstellung einer katalysatorzusammensetzung
EP3452214B1 (de) Drei-zonen-dieseloxidationskatalysator
DE102014107667A1 (de) Katalysiertes filter zum behandeln von abgas
EP2875863A1 (de) SCR-Katalysator
DE102014107669A1 (de) Katalysiertes filter zum behandeln von abgas
DE102011086787A1 (de) Vorrichtung zum Beseitigen von Emissionen und Verfahren zur Reduzierung von Emissionen im Abgas
EP2958660A1 (de) Katalysator und verfahren zur reduktion von stickoxiden
EP3411143A1 (de) Mehrschichtiger stickoxidspeicherkatalysator mit mangan
DE2155338C2 (de) Verwendung eines die Elemente Ni, Co und/oder Fe sowie Ru, Ti und/oder Mn und gegebenenfalls La, Sr und/oder Ba in oxidischer Form enthaltenden Trägerkatalysators zur Oxidation brennbarer Bestandteile von Gasgemischen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee