DE102013107842A1 - Gasreinigungskatalysator für verbrennungsmotor - Google Patents

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Cheol Beom Lim
Yoon Sang Nam
Jin Woo Choung
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Abstract

Offenbart ist ein Gasreinigungskatalysator 1 für einen Verbrennungsmotor, welcher aufweist: einen Träger und eine Katalysatorschicht, welche an dem Träger geformt ist, wobei die Katalysatorschicht einen ersten Katalysator, einen zweiten Katalysator und einen dritten Katalysator aufweist. Der erste Katalysator weist Pd 22 auf, welches in/an einer ersten Abstützung abgestützt ist, wobei die erste Abstützung Aluminiumoxid aufweist. Der zweite Katalysator weist Rh auf, welches in/an einer zweiten Abstützung abgestützt ist, wobei die zweite Abstützung ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist. Der dritte Katalysator weist Pd auf, welches in/an einer dritten Abstützung abgestützt ist, wobei die dritte Abstützung ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2012-0147763 , welche am 17. Dezember 2012 beim Koreanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • (a) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasreinigungskatalysator (zum Beispiel Abgasreinigungskatalysator) für einen Verbrennungsmotor.
  • (b) Beschreibung der verwandten Technik
  • Neuerlich werden Studien zum Entfernen von Schadstoffen, welche in Abgas enthalten sind, welches von Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen oder ähnlichen ausgestoßen wird, aktiv mit dem Ziel durchgeführt, die globale Umwelt zu schützen.
  • Beispiele von Schadstoffen, welche im Abgas enthalten sind, umfassen Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und ähnliche. Ein Dreiwegekatalysator, welcher simultan drei Schadstoffe (zum Beispiel Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide) oxidieren bzw. reduzieren kann, um hierdurch die Materialien/Stoffe zu reinigen, wird extensiv verwendet, um die Schadstoffe in harmlose beziehungsweise unbedenkliche Stoffe umzuwandeln.
  • Der Dreiwegekatalysator muss eine hohe Wärmebeständigkeit haben, da der Katalysator bei einer hohen Temperaturumgebung betrieben werden muss.
  • Ferner, da der Dreiwegekatalysator bei der hohen Temperaturumgebung verwendet wird, in dem Fall, wo der Dreiwegekatalysator an einem Träger abgestützt ist, gibt es ein Problem, dass Edelmetalle in einer Katalysatorschicht des Dreiwegekatalysators Legierungen/Verbindungen bilden. Dies reduziert die Aktivität des Katalysators. 1A veranschaulicht eine gegenwärtige Technologie des Verwendens einer Doppelschichtstruktur, umfassend eine untere Schicht, in der ein Edelmetall Pd 52 in/an einer ersten Abstützung 40 getragen ist, sowie eine obere Schicht, in der Rh 54 in/an einer zweiten Abstützung 42 getragen ist. Diese Struktur wird allgemein angewandt, um das Problem der Legierungsbildung zu vermeiden. Wie in 1B veranschaulicht, wenn der Katalysator der Doppelschichtstruktur bei hohen Temperaturen verwendet wird, existieren Pd und Rh separat in der unteren Schicht bzw. der oberen Schicht, wodurch ein Legieren davon verhindert wird.
  • Jedoch hat die Doppelschichtstrukturtechnologie ein Problem, dass die Herstellungskosten erhöht sind. Von daher wird eine Einzelschichtkatalysatortechnologie bevorzugt.
  • Die obige Information, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG/KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Gasreinigungskatalysator für einen Verbrennungsmotor bereit, welcher bei hohen Temperaturen ohne eine Verschlechterung der Aktivität verwendet werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung einen Gasreinigungskatalysator (zum Beispiel Abgasreinigungskatalysator) für einen Verbrennungsmotor bereit, aufweisend: einen Träger und eine Katalysatorschicht (zum Beispiel eine einzige oder Einfach- bzw. Einzelschicht), welche an dem Träger geformt ist, wobei die Katalysatorschicht einen ersten Katalysator, einen zweiten Katalysator und einen dritten Katalysator aufweist (zum Beispiel in Mischung, das heißt der erste, der zweite und der dritte Katalysator sind in der Katalysatorschicht vermischt angeordnet, und nicht in separaten übereinander vorgesehenen Lagen). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind der erste Katalysator, der zweite Katalysator und der dritte Katalysator voneinander unterschiedlich. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste Katalysator Palladium (Pd) auf, welches in/an einer ersten Abstützung (bzw. einer ersten Trägersubstanz) abgestützt/getragen ist, der zweite Katalysator weist Rhodium (Rh) auf, welches in/an einer zweiten Abstützung (bzw. einer zweiten Trägersubstanz) abgestützt/getragen ist, und der dritte Katalysator weist (Pd) auf, welches in/an einer dritten Abstützung (bzw. einer dritten Trägersubstanz) abgestützt/getragen ist. Die erste, die zweite und die dritte Abstützung kann irgendeine Kombination von Abstützmaterialien und Konfigurationen sein, welche herkömmlich verwendet werden, und eine oder mehrere der ersten, der zweiten und der dritten Abstützung kann unterschiedlich sein zu einer oder mehreren der anderen Abstützungen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die erste Abstützung zumindest Aluminiumoxid (Al2O3) auf, die zweite Abstützung weist zumindest ein Komplexoxid (z. B. Mischoxid) aus Ceroxid-Zirkoniumoxid auf, und die dritte Abstützung weist zumindest ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid auf. Die Abstützungen können nur die genannten Materialien aufweisen bzw. aus diesen bestehen (zum Beispiel Al2O3, Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid), oder sie können ein oder mehrere zusätzliche Materialien aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die erste Abstützung ferner Lanthan (La) auf. Bevorzugt ist ein Gehalt beziehungsweise Anteil von dem La ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-%, basierend auf beziehungsweise bezogen auf 100 Gew.-% von der gesamten ersten Abstützung (das heißt, basierend auf dem Gesamtgewicht der ersten Abstützung, welche zumindest Al2O3 und La aufweist). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die zweite Abstützung und/oder die dritte Abstützung ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% von Ceroxid und ungefähr 80 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% von Zirkoniumoxid auf, basierend auf beziehungsweise bezogen auf 100 Gew.-% der gesamten zweiten Abstützung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die zweite Abstützung und/oder die dritte Abstützung ferner ein Additiv auf, welches ausgewählt ist aus La, Nd, Si, Pr oder einer Kombination davon. Bevorzugt ist ein Gehalt beziehungsweise Anteil von dem Additiv ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, basierend auf beziehungsweise bezogen auf 100 Gew.-% von der gesamten zweiten Abstützung oder basierend auf 100 Gew.-% von der gesamten dritten Abstützung (das heißt, basierend auf dem Gesamtgewicht von der zweiten Abstützung, welche zumindest ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid und ein oder mehrere Additive aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Mischungsverhältnis von dem ersten Katalysator, dem zweiten Katalysator und dem dritten Katalysator ungefähr 60:20:20 Gew.-% bis ungefähr 50:30:20 Gew.-%.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem ersten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge von der ersten Abstützung in dem Bereich von ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100, und in dem zweiten Katalysator ist ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge von Rh zu der Menge von der zweiten Abstützung ungefähr 0,1:100 bis ungefähr 1:100. Darüber hinaus kann ein Massenverhältnis in dem dritten Katalysator von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge von der dritten Abstützung ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100 sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gasreinigungskatalysator für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welcher eine exzellente Wärmebeständigkeit beziehungsweise Wärmeresistenz hat, wobei ein Legieren/Verbinden/Vermischen von einem Edelmetall, welches darin enthalten ist, unterdrückt ist/wird, selbst wenn der Gasreinigungskatalysator hohen Temperaturen ausgesetzt ist/wird. Von daher zeigt der Gasreinigungskatalysator der vorliegenden Erfindung eine exzellente katalytische Aktivität, selbst wenn der Gasreinigungskatalysator hohen Temperaturen ausgesetzt ist/wird.
  • Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten diskutiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, welche in den angehängten Zeichnungen illustriert sind und hierin unten lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt sind, sodass sie nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung sind. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1A und 1B Ansichten, welche eine konventionelle Doppelschichtkatalysatorstruktur schematisch veranschaulichen.
  • 2 eine Ansicht, welche eine Katalysatorstruktur gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
  • 3 ein Diagramm, welches erhalten wurde durch Messen eines Schadstoffmaterial-Umwandlungsverhältnisses von Katalysatoren, welche hergestellt wurden gemäß den Beispielen 1 und 2 sowie den Referenzbeispielen 1 und 2.
  • Es sollte verständlich sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, welche illustrativ sind für die Grundprinzipien der Erfindung. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, umfassend zum Beispiel spezifische Dimensionen, Ausrichtungen, Anordnungen und Formen, werden zum Teil durch die im Besonderen beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird im Detail eine als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch ist die als Beispiel dienende Ausführungsform lediglich illustrativ und sollte nicht ausgelegt werden, um die vorliegende Erfindung einzuschränken, und die vorliegende Erfindung wird lediglich durch den Umfang der Ansprüche definiert, wie sie unten beschrieben sind.
  • Es ist verständlich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere ähnliche Begriffe wie sie hierin verwendet werden Motor- bzw. Kraftfahrzeuge im Allgemeinen mit einschließen, wie z. B. Passagier-Automobile, einschließlich Geländewagen (SUV), Busse, LKWs, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, umfassend eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und Ähnliche, und Hybrid-Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere alternativer-Kraftstoff-Fahrzeuge (z. B. Kraftstoffe abgeleitet von anderen Quellen als Erdöl) einschließen.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll für die Erfindung nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein”, „eine” und „die” auch die Pluralformen mit umfassen, es sei denn, der Kontext zeigt klar etwas anderes an. Es ist ferner verständlich, dass die Ausdrücke „aufweisen” und/oder „umfassen”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorliegen oder die Zugabe von ein oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten ausschließt.
  • Sofern nicht speziell angegeben oder offensichtlich aus dem Kontext, wird der Ausdruck ”ungefähr” verstanden als innerhalb eines Bereichs von normaler Toleranz in der Technik, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen von dem Mittel. ”Ungefähr” kann verstanden werden als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% von dem angegebenen Wert. Sofern nicht anderweitig klar aus dem Kontext, sind alle numerischen Werte, welche hierin bereitgestellt sind, mit dem Ausdruck ”ungefähr” modifiziert.
  • Ein Gasreinigungskatalysator für einen Verbrennungsmotor weist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Träger (z. B. ein Substrat) und eine an dem Träger geformte Katalysatorschicht auf, wobei die Katalysatorschicht einen ersten Katalysator, einen zweiten Katalysator und einen dritten Katalysator aufweist. Der erste Katalysator, der zweite Katalysator und der dritte Katalysator sind voneinander unterschiedlich. Vorzugsweise weist der erste Katalysator Pd auf, welches in/an einer ersten Abstützung abgestützt/getragen ist, der zweite Katalysator weist Rh auf, welches in/an einer zweiten Abstützung abgestützt/getragen ist, und der dritte Katalysator weist Pd auf, welches in/an einer dritten Abstützung abgestützt/getragen ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die erste Abstützung zumindest Al2O3 auf, die zweite Abstützung weist zumindest ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid auf, und die dritte Abstützung weist zumindest ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid auf. Das Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid in der zweiten Abstützung und der dritten Abstützung kann das gleiche sein oder unterschiedlich sein. Die erste Abstützung, die zweite Abstützung und/oder die dritte Abstützung können ein oder mehrere zusätzliche Materialien aufweisen, falls erwünscht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Katalysatorschicht durch eine Washcoat-Schicht dargestellt. Jedoch kann alternativ eine andere Form und Art von Katalysatorschicht bereitgestellt werden/sein.
  • Insbesondere ist die Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung eine einzelne Schicht beziehungsweise Einfachschicht und weist auf den ersten Katalysator, den zweiten Katalysator und den dritten Katalysator, welche alle in der Einzelschicht geformt sind/vorliegen. Ferner sind die aktiven Metalle des ersten Katalysators, des zweiten Katalysators und des dritten Katalysators (zum Beispiel Pd und Rh) in/an unterschiedlichen Abstützungen abgestützt. Von daher, selbst wenn der Katalysator bei hohen Temperaturen verwendet wird, kann ein häufiges Phänomen, bei dem die aktiven Metalle miteinander verbunden werden beziehungsweise aneinander haften, wodurch ein Legieren verursacht wird, vermieden werden, und folglich ist ein Legierungsphänomen unbedeutend beziehungsweise geringfügig oder unwesentlich. Folglich, wenn der Gasreinigungskatalysator für den Verbrennungsmotor bei hohen Temperaturen verwendet wird, wird eine Verschlechterung der katalytischen Aktivität, welche verursacht wird durch ein Legieren der aktiven Metalle, unterdrückt. Als ein Resultat davon hat der erfindungsgemäße Gasreinigungskatalysator für den Verbrennungsmotor eine exzellente Wärmebeständigkeit. Ferner, durch Versehen der Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung mit dem dritten Katalysator, welcher Pd aufweist, das in/an einer dritten Abstützung abgestützt ist, wobei die dritte Abstützung zumindest ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist, wird die Reinigungseffizienz zusätzlich verbessert.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Abstützung Aluminiumoxid auf. Bevorzugt wird γ-Aluminiumoxid als das Aluminiumoxid verwendet. Jedoch können andere Formen von Aluminiumoxid ebenfalls geeignet verwendet werden.
  • Die erste Abstützung kann zusammen mit Aluminiumoxid ferner La aufweisen. In diesem Fall kann La in irgendeiner Form existieren und ist bevorzugt in das Aluminiumoxid dotiert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Wärmebeständigkeit weiter verbessert, indem die erste Abstützung La aufweist. Bevorzugt ist ein Gehalt beziehungsweise Anteil an La ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-%, basierend auf 100 Gew.-% der gesamten ersten Abstützung (aufweisend Aluminiumoxid und La). In dem Fall, wo der Gehalt an La in dem zuvor genannten Bereich ist, wird der Effekt des Verbesserns der Wärmebeständigkeit verstärkt.
  • Die zweite Abstützung kann aufweisen ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% von Ceroxid und ungefähr 80 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% von Zirkoniumoxid, basierend auf 100 Gew.-% von der gesamten zweiten Abstützung wenn andere Materialien nicht enthalten sind) oder basierend auf 100 Gew.-% von Ceroxid und Zirkoniumoxid in der zweiten Abstützung (wenn andere Materialien enthalten sind). In dem Fall, wo der Gehalt an Ceroxid und Zirkoniumoxid in dem jeweils zuvor genannten Bereich ist, kann eine optimale Sauerstoffspeicherkapazität (OSC-Funktion) erhalten werden.
  • Die zweite Abstützung kann ferner einen Zusatzstoff aufweisen, welcher ausgewählt ist aus La, Nd, Si, Pr oder einer Kombination davon. In dem Fall, wo die zweite Abstützung ferner den Zusatzstoff enthält/aufweist, kann die Wärmebeständigkeit weiter erhöht werden. Insbesondere kann Pr die Sauerstoffspeicherkapazität sowie die Wärmebeständigkeit der Abstützung verbessern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Gehalt beziehungsweise Anteil von dem Zusatzstoff bevorzugt ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, basierend auf 100 Gew.-% von der gesamten zweiten Abstützung (das heißt, basierend auf 100 Gew.-% aller von Ceroxid, Zirkoniumoxid und Zusatzstoff). In dem Fall, wo der Gehalt von dem Zusatzstoff niedriger ist als ungefähr 1 Gew.-% oder mehr ist als ungefähr 20 Gew.-%, kann es Problems dahingehend geben, dass die Sauerstoffspeicherkapazität von der zweiten Abstützung sich verschlechtern kann und Kosten ansteigen.
  • Die dritte Abstützung kann aufweisen ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% von Ceroxid und ungefähr 80 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% von Zirkoniumoxid, basierend auf 100 Gew.-% von der gesamten dritten Abstützung (wenn andere Materialien nicht enthalten sind) oder basierend auf 100 Gew.-% von dem Ceroxid und dem Zirkoniumoxid in der dritten Abstützung (wenn andere Materialien enthalten sind). In dem Fall, wo der Gehalt an Ceroxid und der Gehalt an Zirkoniumoxid in der dritten Abstützung in dem jeweiligen Bereich sind, kann eine optimale Sauerstoffspeicherkapazität (OSC-Funktion) erhalten werden.
  • Die dritte Abstützung kann ferner einen Zusatzstoff aufweisen, welcher ausgewählt ist aus La, Nd, Si, Pr oder einen Kombination davon. In dem Fall, wo die dritte Abstützung ferner den Zusatzstoff aufweist, kann die Wärmebeständigkeit weiter erhöht werden. Zusätzlich zu der erhöhten Wärmebeständigkeit kann die Zugabe von Pr ferner die Sauerstoffspeicherkapazität von der Abstützung verbessern.
  • Bevorzugt ist ein Gehalt beziehungsweise Anteil des Zusatzstoffes ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, basierend auf 100 Gew.-% der gesamten dritten Abstützung (das heißt, basierend auf 100 Gew.-% aller von Ceroxid, Zirkoniumoxid und Additiv beziehungsweise Zusatzstoff). In dem Fall, wo der Gehalt des Zusatzstoffes niedriger ist als ungefähr 1 Gew.-% oder mehr ist als ungefähr 20 Gew.-%, kann es Probleme dahingehend geben, dass die Sauerstoffspeicherkapazität von der dritten Abstützung sich verschlechtert und Kosten erhöht werden.
  • In einer bespielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Mischverhältnis von dem ersten Katalysator, dem zweiten Katalysator und dem dritten Katalysator ungefähr 60:20:20 Gew.-% bis ungefähr 50:30:20 Gew.-%.
  • Ferner, in der Katalysatorschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist in dem ersten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge der gesamten ersten Abstützung ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100, und in dem zweiten Katalysator ist ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Rh zu der Menge der gesamten zweiten Abstützung ungefähr 0,1:100 bis ungefähr 1:100. Darüber hinaus ist bei dem dritten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge von der gesamten dritten Abstützung zum Beispiel ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100. In Ausführungsformen, welche die genannten Lademengenbereiche von Pd in dem ersten Katalysator und dem dritten Katalysator sowie Rh in dem zweiten Katalysator haben, kann ein optimaler Effekt wirtschaftlich erhalten werden.
  • Der Gasreinigungskatalysator für den Verbrennungsmotor kann irgendeinen konventionellen Träger verwenden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird als der Träger, der die Katalysatorschicht trägt beziehungsweise stützt, ein Pellet-artiger Träger, ein Keramik-Monolith-artiger Träger oder ein Metall-Träger (z. B. Metall-Draht-Träger) verwendet.
  • Das den Träger ausmachende Material kann irgendein konventionelles Material enthalten und ist bevorzugt ein Keramikmaterial, wie zum Beispiel Cordierit (2MgO2·2Al2O3·5SiO2)), SiC (Siliciumcarbid) oder Aluminiumtitanat.
  • Ein Gasreinigungskatalysator für einen Verbrennungsmotor mit dem zuvor genannten Aufbau gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 2 veranschaulicht. In 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Materialien. Wie in 2 veranschaulicht, ist ein Gasreinigungskatalysator 1 für den Verbrennungsmotor gebildet aus einem ersten Katalysator, aufweisend eine erste Abstützung/Trägersubstanz 10 (welche bevorzugt Aluminiumoxid aufweist) und in/an der ersten Abstützung 10 abgestütztes Pd 22, einen zweiten Katalysator, aufweisend eine zweite Abstützung/Trägersubstanz 12 (welche bevorzugt ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist) und in/an der zweiten Abstützung abgestütztes Rh 24, sowie einen dritten Katalysator, aufweisend eine dritte Abstützung/Trägersubstanz 12 (welche bevorzugt ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist) und in/an der dritten Abstützung 12 abgestütztes Pd 22. In der beispielhaften Ausführungsform, welche in 2 gezeigt ist, weisen die zweite Abstützung und die dritte Abstützung ein identisches Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid auf.
  • Der Gasreinigungskatalysator für den Verbrennungsmotor mit dem zuvor genannten Aufbau gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt hergestellt, indem zuerst der erste Katalysator, der zweite Katalysator und der dritte Katalysator miteinander vermischt werden und indem eine Suspensions-artige beziehungsweise Slurry-artige Zusammensetzung hergestellt wird mittels eines Imprägnationsprozesses des Zugebens der Mischung zu Wasser. Anschließend wird die Zusammensetzung auf den Träger aufgebracht, getrocknet und gebrannt/kalziniert, um den Gasreinigungskatalysator herzustellen. Bevorzugt wird der Feuerprozess beziehungsweise Brennprozess durchgeführt bei ungefähr 400°C bis ungefähr 600°C für ungefähr 2 Stunden bis ungefähr 5 Stunden.
  • Im Folgenden werden Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das folgende Beispiel ist lediglich das bevorzugte Beispiel der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Pd wurde mittels des Imprägnationsverfahrens in/an der ersten Abstützung abgestützt, um einen ersten Katalysator herzustellen. Die erste Abstützung enthielt Aluminiumoxid und La, und insbesondere war der Gehalt an La 4 Gew.-%, basierend auf 100 Gew.-% der gesamten ersten Abstützung (basierend auf dem Gesamtgewicht von Al2O3 und La). Das Massenverhältnis von der Lademenge von Pd zu der Menge von der gesamten ersten Abstützung war 1,5:100.
  • Rh wurde mittels des Imprägnationsverfahrens in/an der zweiten Abstützung abgestützt, um einen zweiten Katalysator herzustellen. Die zweite Abstützung enthielt ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid, wobei der Gehalt an Ceroxid insbesondere 23 Gew.-% war und der Gehalt an Zirkoniumoxid 77 Gew.-% war, basierend auf der gesamten zweiten Abstützung (basierend auf dem Gesamtgewicht von Ceroxid und Zirkoniumoxid). Das Massenverhältnis von der Lademenge von Rh zu der Menge von der gesamten zweiten Abstützung war 0,1:100.
  • Pd wurde mittels des Imprägnationsverfahrens in/an der dritten Abstützung abgestützt, um einen dritten Katalysator herzustellen. Die dritte Abstützung enthielt ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid, und insbesondere war der Gehalt an Ceroxid 40 Gew.-% und der Gehalt an Zirkoniumoxid war 55 Gew.-%, basierend auf der gesamten dritten Abstützung (basierend auf dem Gesamtgewicht von Ceroxid und Zirkoniumoxid). Das Massenverhältnis von der Lademenge von Pd zu der Menge von der gesamten dritten Abstützung war 0,5:100.
  • Der erste Katalysator, der zweite Katalysator und der dritte Katalysator wurden mit dem Verhältnis von 60:20:20 Gew.-% miteinander gemischt, und die Suspension beziehungsweise Aufschlämmung beziehungsweise Slurry wurde hergestellt mittels des Imprägnationsverfahrens des Hinzugebens der Mischung zu Wasser. Die Aufschlämmung wurde auf einen Cordierit-Monolith-Träger aufgebracht, getrocknet und gebrannt bei 500°C für 2 Stunden, um den Katalysator zur Gasreinigung herzustellen, in dem die Katalysatorschicht aus der einzelnen Schicht geformt wurde.
  • (Beispiel 2)
  • Der im Beispiel 1 hergestellte Katalysator wurde einer hydrothermalen Behandlung des Durchführens einer Wärmebehandlung in Wasser bei 1000°C für 6 Stunden unterzogen und als ein Katalysator zum Reinigen von Gas verwendet.
  • (Referenzbeispiel 1)
  • Pd wurde mittels des Imprägnationsverfahrens in/an einer ersten Abstützung abgestützt, um einen ersten Katalysator herzustellen. Die erste Abstützung enthielt Aluminiumoxid und La, wobei der Gehalt an La 4 Gew.-% war, basierend auf 100 Gew.-% der gesamten ersten Abstützung (basierend auf dem Gesamtgewicht von Al2O3 und La). Das Massenverhältnis der Lademenge von Pd zu der Menge der gesamten ersten Abstützung war 2,35:100.
  • Rh wurde mittels des Imprägnationsverfahrens in/an einer zweiten Abstützung abgestützt, um einen zweiten Katalysator herzustellen. Die zweite Abstützung enthielt ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid, wobei der Gehalt an Ceroxid 23 Gew.-% war und der Gehalt an Zirkoniumoxid 77 Gew.-% war, in der zweiten Abstützung. Das Massenverhältnis der Lademenge von Rh zu der Menge der gesamten zweiten Abstützung war 0,1:100.
  • Der erste Katalysator und der zweite Katalysator wurden miteinander gemischt bei einem Verhältnis von 60:40 Gew.-%, und die Aufschlämmung beziehungsweise Slurry wurde hergestellt durch das Imprägnationsverfahren des Hinzugebens der Mischung zu Wasser. Die Aufschlämmung wurde auf den gleichen Cordierit-Monolith-Träger wie in dem Beispiel aufgebracht, getrocknet und bei 500°C für 2 Stunden gebrannt, um einen Katalysator zur Reinigung von Gas herzustellen, in dem die Katalysatorschicht aus der einzelnen Schicht geformt ist.
  • (Referenzbeispiel 2)
  • Der in dem Referenzbeispiel 1 zubereitete Katalysator wurde einer Hydrothermalbehandlung des Durchführens einer Wärmebehandlung in Wasser bei 1000°C für 6 Stunden unterzogen und als der Katalysator zur Reinigung von Gas verwendet.
  • Die Anspringtemperatur (”light off temperature” Anspringtemperatur) bezüglich der Umwandlungseffizienz von HC, CO und NOx der Katalysatoren gemäß den Beispielen 1 und 2 sowie den Referenzbeispielen 1 und 2 wurde gemessen, und die Resultate davon sind in 3 veranschaulicht. Die Anspringtemperatur bezeichnet eine Temperatur von Abgas, bei der 50% eines jeweiligen Schadstoffmaterials durch den Katalysator umgewandelt wird, und eine Schadstoffmaterial-Reinigungseffizienz ist erhöht, wenn die Temperatur reduziert ist.
  • Die Anspringtemperatur wurde erhalten durch Messen der Temperatur, bei welcher die Reinigungseffizienz bezüglich HC, CO und NOx (die Schadstoffmaterialien) 50% erreichte, mittels SIGU2000 (HORIBA) (eine Katalytische-Aktivität-Evaluierungs-Vorrichtung).
  • Die Anspringtemperatur wurde gemessen, während ein Gas enthaltend N2 bei einer Raumgeschwindigkeit von 67.000 h–1 eingespeist wurde. Als das zuvor genannte Gas enthaltend N2 wurde ein Gas verwendet, welches aufweist O2 (Konzentration: 0,98 Vol.-%), CO (Konzentration: 1,17 Vol.-%), H2O (Konzentration: 10 Vol.-%), CO2 (Konzentration: 13,9 Vol.-%), NO (Konzentration: 0,1 Vol.-%), HC (Konzentration: 0,3 Vol.-%) und N2 als der Rest.
  • Wie in 3 veranschaulicht, zeigte der Katalysator aus Beispiel 1 eine niedrigere Anspringtemperatur, verglichen mit dem Katalysator des Referenzbeispiels 1. Von daher war die Schadstoffmaterial-Reinigungseffizienz bei Verwendung des Katalysators aus Beispiel 1 während des Betriebs bei hohen Temperaturen exzellent. Ferner zeigte der Katalysator aus Beispiel 2 eine niedrigere Anspringtemperatur, verglichen mit dem Katalysator von Referenzbeispiel 2. Von daher war die Schadstoffmaterial-Reinigungseffizienz bei Verwendung des Katalysators aus Beispiel 2 während des Betriebs bei hohen Temperaturen exzellent. Anhand der Resultate aus 3 ist es ersichtlich, dass der Katalysator gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine bessere Reinigungseffizienz hat durch weiteres beziehungsweise zusätzliches Verwenden des dritten Katalysators, ungeachtet der hydrothermalen Behandlung.
  • Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was momentan als die praktische beispielhafte Ausführungsform angesehen wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr dazu gedacht ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, welche in dem Geist und Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2012-0147763 [0001]

Claims (10)

  1. Ein Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen Träger und eine Katalysatorschicht, welche an/auf dem Träger geformt ist, wobei die Katalysatorschicht aufweist: einen ersten Katalysator, aufweisend Pd (22), welches in/an einer ersten Abstützung (10) abgestützt ist, wobei die erste Abstützung Aluminiumoxid aufweist; einen zweiten Katalysator, aufweisend Rh (24), welches in/an einer zweiten Abstützung (12) abgestützt ist, wobei die zweite Abstützung ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist; und einen dritten Katalysator, welcher Pd (22) aufweist, welches in/an einer dritten Abstützung (12) abgestützt ist, wobei die dritte Abstützung ein Komplexoxid aus Ceroxid-Zirkoniumoxid aufweist.
  2. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die erste Abstützung (10) ferner La aufweist.
  3. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei ein Gehalt an La ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% ist, basierend auf 100 Gew.-% der ersten Abstützung.
  4. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Abstützung und/oder die dritte Abstützung (12) ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% von Ceroxid und ungefähr 80 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% von Zirkoniumoxid aufweist, basierend auf der Gesamtmenge von Ceroxid und Zirkoniumoxid in der zweiten oder dritten Abstützung.
  5. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Abstützung und/oder die dritte Abstützung (12) ferner ein Additiv aufweist, welches ausgewählt ist aus La, Nd, Si, Pr oder einer Kombination davon.
  6. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei ein Gehalt von dem Additiv ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% ist, basierend auf 100 Gew.-% der zweiten Abstützung oder der dritten Abstützung.
  7. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Mischverhältnis von dem ersten Katalysator, dem zweiten Katalysator und dem dritten Katalysator ungefähr 60:20:20 Gew.-% bis ungefähr 50:30:20 Gew.-% ist.
  8. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem ersten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge von der ersten Abstützung in dem Bereich von ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100 ist.
  9. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in dem zweiten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Rh zu der Menge von der zweiten Abstützung in dem Bereich von ungefähr 0,1:100 bis ungefähr 1:100 ist.
  10. Der Gasreinigungskatalysator (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in dem dritten Katalysator ein Massenverhältnis von der Beladungsmenge an Pd zu der Menge von der dritten Abstützung in dem Bereich von ungefähr 1:100 bis ungefähr 4:100 ist.
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