DE102016104242A1 - Katalytischer wandler - Google Patents

Katalytischer wandler Download PDF

Info

Publication number
DE102016104242A1
DE102016104242A1 DE102016104242.0A DE102016104242A DE102016104242A1 DE 102016104242 A1 DE102016104242 A1 DE 102016104242A1 DE 102016104242 A DE102016104242 A DE 102016104242A DE 102016104242 A1 DE102016104242 A1 DE 102016104242A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst layer
zirconia
ceria
lanthana
catalyst
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.)
Pending
Application number
DE102016104242.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiromasa Suzuki
Takeru Yoshida
Yoshinori Saito
Mitsuyoshi Okada
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102016104242A1 publication Critical patent/DE102016104242A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
    • 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
    • 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
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific 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
    • B01D53/9463—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 with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9468—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 with catalysts positioned on one brick in different layers
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19—Catalysts containing parts with different compositions
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • 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
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0244—Coatings comprising several layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • 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
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2061—Yttrium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2063—Lanthanum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2065—Cerium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2068—Neodymium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20715—Zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209—Other metals
    • B01D2255/2092—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/40—Mixed oxides
    • B01D2255/407—Zr-Ce mixed oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/902—Multilayered catalyst
    • B01D2255/9022—Two layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
    • B01D2255/9035—Three zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/908—O2-storage component incorporated in the catalyst
    • 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
    • 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
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0248—Coatings comprising impregnated particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Katalytischer Wandler mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung. Der katalytische Wandler beinhaltet ein Substrat mit einer Zellenstruktur und Katalysatorschicht. Die Katalysatorschicht beinhaltet eine untere und eine obere Katalysatorschicht. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet einen Zirkonoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Rhodium, der Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid enthält; eine Aluminiumoxidverbindung ohne darauf geträgertes Rhodium, die Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält; und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid, das Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid enthält. Die untere Katalysatorschicht beinhaltet einen Aluminiumoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Platin, der Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene der Aluminiumoxidverbindung der oberen Katalysatorschicht; und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid ohne darauf geträgertes Platin, das Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene des Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxids der oberen Katalysatorschicht.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der am 20. März 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2015-058620 , deren Inhalt durch Verweis in diese Anmeldung mit einbezogen wird.
  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Wandler, der in einem Rohr eines Abgassystems für Abgas fest aufgenommen ist.
  • Bisheriger Stand der Technik
  • In einer Vielzahl von Industriezweigen wurden weltweit vielfältige Bemühungen unternommen, um Umweltauswirkungen und -belastungen zu reduzieren. Insbesondere wurde in der Automobilindustrie die Entwicklung zur Förderung der Verbreitung nicht nur von kraftstoffeffizienten Benzinmotorfahrzeugen, sondern auch von sogenannten umweltfreundlichen Fahrzeugen, wie etwa Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, sowie zur weiteren Verbesserung der Leistung derartiger Fahrzeuge von Tag zu Tag vorangetrieben. Neben der Entwicklung derartiger umweltfreundlicher Fahrzeuge wurde auch aktiv Forschung über einen Abgasreinigungskatalysator zum Reinigen von Abgas, das aus einer Maschine ausgestoßen wird, betrieben. Ein Abgasreinigungskatalysator umfasst einen Oxidationskatalysator, einen Drei-Wege-Katalysator, einen NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator und dergleichen. Ein Edelmetallkatalysator, wie etwa Platin (Pt), Palladium (Pd) oder Rhodium (Rh), weist in dem Abgasreinigungskatalysator katalytische Aktivität auf. Der Edelmetallkatalysator wird typischerweise verwendet, während er auf einem Träger geträgert ist, der aus einem porösen Oxid, wie etwa Aluminiumoxid (Al2O3), hergestellt ist.
  • Ein katalytischer Wandler zum Reinigen von Abgas ist typischerweise in einem Abgassystem für Abgas angeordnet, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer miteinander verbindet. Die Maschine kann mitunter umweltschädliche Substanzen, wie etwa CO, NOx und unverbrannte HC und VOC, ausstoßen. Um solche schädlichen Substanzen in umweltverträgliche Substanzen umzuwandeln, wird Abgas durch einen katalytischen Wandler geführt, bei dem eine Katalysatorschicht mit einem auf einem Träger geträgerten Edelmetallkatalysator, wie etwa Rh, Pd oder Pt, auf der Zellenwandoberfläche eines Substrats angeordnet ist, so dass CO in CO2 umgewandelt wird und NOx in N2 und O2 umgewandelt wird, während HC und VOC verbrannt werden, um CO2 und H2O zu erzeugen.
  • Als ein Träger, auf dem ein Edelmetallkatalysator geträgert ist, kann ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (welches auch als ein CeO2-ZrO2-Mischkristall, ein CZ-Material und dergleichen bezeichnet wird) verwendet werden. Dieses wird auch als ein Promotor bezeichnet und ist eine wesentliche Komponente des vorgenannten Drei-Wege-Katalysators zum gleichzeitigen Entfernen von CO, NOx und HC, welche schädliche Komponenten in dem Abgas sind. Beispiele für die wesentliche Komponente des Promotors umfassen CeO2. CeO2 weist eine Eigenschaft dahingehend auf, dass sich seine Oxidationszahl je nach dem Partialdruck von Sauerstoff in dem Abgas, dem CeO2 ausgesetzt ist, beispielsweise zu Ce3+ oder Ce4+ ändert, und weist eine Funktion des Absorbierens und Freisetzens von Sauerstoff sowie eine Funktion des Speicherns von Sauerstoff (OSC: Sauerstoffspeicherkapazität) auf, um den Mangel und Überschuss an elektrischen Ladungen zu kompensieren. Darüber hinaus kann CeO2 Schwankungen der Abgasatmosphäre abfedern und abschwächen und das Luft-/Kraftstoffverhältnis etwa auf dem Niveau des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses halten, um ein Reinigungsfenster des Drei-Wege-Katalysators beizubehalten.
  • Nebenbei bemerkt ist die Frage, wie die Menge eines in dem vorgenannten Drei-Wege-Katalysator verwendeten Edelmetallkatalysators reduziert werden kann, ein wichtiger Faktor, der unter dem Gesichtspunkt der Kostenwettbewerbsfähigkeit zu berücksichtigen ist. Wenn jedoch die Menge eines Edelmetallkatalysators in einem Drei-Wege-Katalysator signifikant verringert wird, nimmt auch die katalytische Aktivität signifikant ab. Dies führt zu signifikant herabgesetzter OSC-Leistung und Niedrigtemperatur-Aktivität sowie signifikant herabgesetzter NOx-Reinigungsleistung in einer Hochtemperaturumgebung und dergleichen. Dies liegt daran, dass eine signifikant verringerte Menge eines Edelmetallkatalysators zu einer signifikant verringerten Anzahl von aktiven Stellen führt, und eine signifikant verringerte Anzahl von katalytischen Reaktionsstellen zu einer signifikant herabgesetzten Reinigungsleistung führt.
  • Von den Edelmetallkatalysatoren wie Pt, Pd und Rh, die insbesondere für einen Drei-Wege-Katalysator verwendet werden, besitzt Rh die herausragendste NOx-Reinigungsleistung, wird jedoch mit dem höchsten Marktpreis pro Einheitsgewicht gehandelt. Es ist bekannt, dass eine höhere OSC-Leistung vorliegt, wenn Rh auf einem Träger geträgert ist, welcher Ceroxid (Ceria) enthält. Es ist hingegen auch bekannt, dass durch Erhöhen der Ceroxid-Menge in dem Träger die NOx-Reinigungsleistung, welche eine charakteristische Eigenschaft von Rh ist, herabgesetzt wird. Wenn somit Rh als ein Edelmetallkatalysator für einen Drei-Wege-Katalysator verwendet wird, ist die Herstellung eines sowohl in Bezug auf die OSC-Leistung als auch in Bezug auf die NOx-Reinigungsleistung optimalen Drei-Wege-Katalysators eine dringend zu lösende Aufgabe auf dem technischen Gebiet.
  • Diesbezüglich offenbart Patentdokument 1 einen Abgasreinigungskatalysator mit einem ersten Sauerstoffspeichermaterial, auf dem kein Edelmetall geträgert ist und das eine regelmäßige Anordnungsstruktur vom Pyrochlorphasentyp besitzt; und einem zweiten Sauerstoffspeichermaterial, das eine höhere Sauerstoffspeicherrate und eine niedrigere Sauerstoffspeicherkapazität besitzt als das erste Sauerstoffspeichermaterial, wobei auf dem zweiten Sauerstoffspeichermaterial ein Edelmetall aus der Platingruppe geträgert ist. Einem solchen Abgasreinigungskatalysator entsprechend ist es möglich, einen Abgasreinigungskatalysator bereitzustellen, der eine hohe NOx-Reinigungsleistung nach Dauerbeanspruchung besitzt.
  • Indes offenbart Patentdokument 2 einen Abgasreinigungskatalysator mit einer ersten Katalysatorschicht und einer zweiten Katalysatorschicht, die nacheinander auf einem Trägersubstrat gebildet sind, wobei die erste Katalysatorschicht darauf geträgertes Rhodium aufweist und die zweite Katalysatorschicht darauf geträgertes Platin und Palladium aufweist, wobei das Verhältnis der geträgerten Menge Palladium (y) zu der geträgerten Menge Platin (x) (y/x; Molverhältnis) 0 < y/x ≤ 1,0 erfüllt. Einem solchen Abgasreinigungskatalysator entsprechend ist es möglich, einen Abgasreinigungskatalysator eines NOx-Speicher-/Reduktions-Typs bereitzustellen, der eine herausragendere NOx-Reinigungsleistung besitzt.
  • Ferner offenbart Patentdokument 3 einen Abgasreinigungskatalysator, der eine Katalysatorüberzugsschicht mit einer zweischichtigen Struktur aus einer unteren Schicht und einer auf der Oberfläche der unteren Schicht gebildeten oberen Schicht aufweist, wobei mindestens eines aus Pt und Pd auf mindestens der oberen Schicht geträgert ist und 60 Ma% oder mehr der Gesamtmasse von Rh auf der unteren Schicht geträgert ist. Einem solchen Abgasreinigungskatalysator entsprechend wird NO durch Pt in der oberen Schicht auf effiziente Weise in einer mageren Atmosphäre oxidiert, so dass die NOx-Speichereffizienz verbessert wird, während Wasserstoff, der in der unteren Schicht erzeugt wird, in einer stöchiometrischen bis fetten Atmosphäre durch die obere Schicht hindurchtritt, so dass die NOx-Reduktionseffizienz erhöht wird und somit Schwefelvergiftung behoben werden kann.
  • Wenn Rhodium auf Ceroxid geträgert ist, wird im Übrigen eine Metallisierung des Rhodiums verhindert und somit die NOX-Reinigungsleistung herabgesetzt, wie vorstehend beschrieben. Wenn indes die Ceroxid-Menge erhöht wird, um die Sauerstoffspeicherkapazität zu erhöhen, wird ein Druckverlust verstärkt.
  • Das heißt, dass es selbst bei Verwendung der in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbarten Abgasreinigungskatalysatoren unklar ist, ob ein sowohl in Bezug auf die OSC-Leistung als auch in Bezug auf die NOx-Reinigungsleistung hervorragender katalytischer Wandler bereitgestellt werden kann oder nicht.
  • DOKUMENTE DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: JP 2012-024701 A
    • Patentdokument 2: JP 2010-201284 A
    • Patentdokument 3: JP 2009-285604 A
  • KURZFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Probleme getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines katalytischen Wandlers mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe beinhaltet ein katalytischer Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat mit einer Zellenstruktur, durch das Abgas strömt, und eine auf einer Zellenwandoberfläche des Substrats gebildete Katalysatorschicht. Die Katalysatorschicht beinhaltet eine untere Katalysatorschicht und eine obere Katalysatorschicht, wobei die untere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist und die obere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche der unteren Katalysatorschicht gebildet ist. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet einen Zirkonoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Rhodium, wobei der Zirkonoxidverbindungs-Träger Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid enthält; eine Aluminiumoxidverbindung ohne darauf geträgertes Rhodium, wobei die Aluminiumoxidverbindung Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält; und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid, das Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid enthält. Die untere Katalysatorschicht beinhaltet einen Aluminiumoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Platin, wobei der Aluminiumoxidverbindungs-Träger Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene der Aluminiumoxidverbindung der oberen Katalysatorschicht; und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid ohne darauf geträgertes Platin, wobei das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene des Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxids der oberen Katalysatorschicht.
  • Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorschicht eine zweischichtige Struktur aus einer unteren Katalysatorschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats gebildet ist, und einer darauf gebildeten oberen Katalysatorschicht aufweist, und dadurch, dass jede der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht als einen Promotor ohne darauf geträgertes Rhodium oder Platin, welches ein Edelmetallkatalysator ist, einen aus den gleichen Materialien hergestellten Promotor enthält; speziell enthalten die obere und untere Katalysatorschicht jeweils eine Aluminiumoxidverbindung (welche Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält) und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (eine Verbindung aus Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid).
  • Den Erfindern zufolge wurde festgestellt, dass dann, wenn Rhodium auf einem Träger geträgert ist, der kein Ceroxid enthält, die Aktivität von Rhodium erhöht wird, was wiederum die NOx-Reinigungsrate erhöht.
  • Wenn darüber hinaus jede der oberen und unteren Katalysatorschicht einen Promotor aus den gleichen Materialien enthält, ist es möglich, eine gute Affinität an der Schnittstelle zwischen der oberen und unteren Katalysatorschicht zu erhalten und somit die Bindungsfestigkeit der beiden Schichten zu erhöhen.
  • Wenn ferner die gepackte Struktur in jeder der oberen und unteren Katalysatorschicht optimiert wird, wird ein katalytischer Wandler mit hervorragender OSC-Leistung bereitgestellt.
  • Dabei können als das Substrat mit einer Zellenstruktur neben Cordierit, der aus einem Kompositoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid hergestellt ist, oder keramischen Materialien, wie etwa Siliziumkarbid, andere Materialien als keramische Materialien, wie etwa Metallmaterialien, verwendet werden. Darüber hinaus kann das Substrat eine so-genannte Honeycomb-(Waben-)Struktur mit einer Reihe von Zellen aufweisen, deren Gitterkontur ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder dergleichen ist.
  • Die untere Katalysatorschicht, die auf der Zellenwandoberfläche des Substrats gebildet ist, enthält Aluminiumoxid (Al2O3), welches ein Träger ist, und darauf geträgertes Platin (Pt) und enthält ferner ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (CeO2-ZrO2-Kompositoxid). Dabei ist das Aluminiumoxid, auf dem Platin geträgert ist, eine Aluminiumoxidverbindung, die Aluminiumoxid (Al2O3) und Lanthanoxid (La2O3) enthält. Darüber hinaus ist das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid (CeO2-ZrO2-Kompositoxid) eine Verbindung, die Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Neodymoxid (Nd2O3) enthält.
  • Indes enthält die obere Katalysatorschicht, wie vorstehend beschrieben, Zirkonoxid, welches ein Träger ist, und darauf geträgertes Rhodium (Rh) und enthält auch eine Verbindung aus Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Neodymoxid (Nd2O3), welche die gleichen Materialien sind wie jene der unteren Katalysatorschicht, und enthält ferner eine Aluminiumoxidverbindung, die Aluminiumoxid (Al2O3) und Lanthanoxid (La2O3) enthält. Dabei ist das Zirkonoxid, auf dem Rhodium geträgert ist, eine Zirkonoxidverbindung, die Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Yttriumoxid (Y2O3) enthält.
  • Ferner ist in einer anderen Ausführungsform des katalytischen Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung die obere Katalysatorschicht im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet, während die untere Katalysatorschicht im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende eines Substrats auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist. Insbesondere ist jede der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht bevorzugt im Bereich von 65 bis 95% der Gesamtlänge des Substrats gebildet.
  • Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Cordierit-Wabenträger mit hervorragender Hitzeschockfestigkeit auf. Alternativ kann der katalytische Wandler ein elektrisch beheizter Wandler (EHC) sein. Der elektrisch beheizte katalytische Wandler dieses Typs weist einen Wabenkatalysator und ein daran befestigtes Paar von Elektroden auf. Wenn dem Paar von Elektroden Strom zugeführt wird, um den Wabenkatalysator zu beheizen, wird die Aktivität des Wabenkatalysators erhöht, so dass Abgas, das durch den Wabenkatalysator strömt, entgiftet wird. Wenn ein solcher Wandler auf ein Abgassystem für Abgas angewendet wird, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer miteinander verbindet, so ist es möglich, Abgas bei Raumtemperatur zu reinigen und auch Abgas bei einer kalten Temperatur zu reinigen, indem der Katalysator durch elektrisches Beheizen aktiviert wird.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weist der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung eine Katalysatorschicht mit einer zweischichtigen Struktur aus einer unteren Katalysatorschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats gebildet ist, und einer darauf gebildeten oberen Katalysatorschicht auf. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet einen Zirkonoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Rhodium, eine Aluminiumoxidverbindung und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid. Die untere Katalysatorschicht beinhaltet einen Aluminiumoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Platin, wobei der Aluminiumoxidverbindungs-Träger die gleichen Materialien beinhaltet wie die obere Katalysatorschicht, und beinhaltet auch ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid, das die gleichen Materialien enthält wie die obere Katalysatorschicht. Somit wird ein katalytischer Wandler mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung bereitgestellt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zelle.
  • 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer Katalysatorschicht veranschaulicht.
  • 4 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Überprüfung der NOx-Reinigungsleistung zeigt.
  • 5 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Überprüfung der OSC-Leistung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
  • Nachstehend werden Ausführungsformen eines katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der in den Zeichnungen gezeigte katalytische Wandler weist eine obere Katalysatorschicht auf, die im Bereich von 80% der Gesamtlänge eines Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist, und weist auch eine untere Katalysatorschicht auf, die im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Länge, über die jede der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht gebildet ist, bevorzugt im Bereich von 65 bis 95% der Gesamtlänge des Substrats liegt.
  • (Abgassystem für Abgas)
  • Zunächst wird ein Abgassystem für Abgas kurz beschrieben, in dem der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Ein Abgassystem für Abgas, auf das der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung angewendet wird, weist eine Ausgestaltung auf, in der eine Maschine, ein katalytischer Wandler, ein katalytischer Drei-Wege-Wandler, ein Nebenschalldämpfer und ein Hauptschalldämpfer angeordnet sind und mittels Systemrohren miteinander verbunden sind, so dass Abgas, das in der Maschine erzeugt wird, über das Systemrohr durch jede Komponente fließt und dann ausgestoßen wird. Als Nächstes wird eine Ausführungsform des katalytischen Wandlers beschrieben.
  • (Ausführungsform des katalytischen Wandlers)
  • 1 ist eine schematische Ansicht des katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zelle. 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer Katalysatorschicht veranschaulicht.
  • Ein in 1 gezeigter katalytischer Wandler 10 beinhaltet im Allgemeinen ein zylindrisches Substrat 1 mit einer Reihe von Zellen und eine Katalysatorschicht 3, die auf der Oberfläche einer Zellenwand 2 jeder Zelle gebildet ist, wie in 2 gezeigt.
  • Dabei umfassen Beispiele des Substrats 1 Cordierit, der aus einem Kompositoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid hergestellt ist, keramische Materialien, wie etwa Siliziumkarbid, und andere Materialien als keramische Materialien, wie etwa Metallmaterialien.
  • Das Substrat 1 besitzt eine Wabenstruktur mit einer Reihe von Zellen, deren Gitterkontur ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder dergleichen ist. Abgas, das an einem Ende des Substrats 1 auf der stromaufwärtigen Seite (Fr-Seite) der Abgasströmungsrichtung in eine Zelle gelangt ist, strömt durch das Substrat 1 und wird dabei gereinigt, und dann strömt das gereinigte Abgas aus einem Ende des Substrats 1 auf der stromabwärtigen Seite (Rr-Seite) der Abgasströmungsrichtung (x-Richtung) heraus.
  • Als Nächstes wird eine Ausführungsform der Katalysatorschicht unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
  • Die in 2 und 3 gezeigte Katalysatorschicht 3 beinhaltet eine untere Katalysatorschicht 4, die auf der Oberfläche einer Zellenwand 2 gebildet ist, und eine obere Katalysatorschicht 5, die auf der Oberfläche der unteren Katalysatorschicht 4 gebildet ist.
  • Die untere Katalysatorschicht 4 ist im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats 1 ab dem Ende des Substrats 1 auf der stromaufwärtigen Seite Fr der Abgasströmungsrichtung gebildet, während die obere Katalysatorschicht 5 im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats 1 ab dem Ende des Substrats 1 auf der stromabwärtigen Seite Rr der Abgasströmungsrichtung gebildet ist.
  • Dabei enthält die untere Katalysatorschicht 4 einen Aluminiumoxidverbindungs-Träger (eine Verbindung aus Aluminiumoxid (Al2O3) und Lanthanoxid (La2O3)) mit darauf geträgertem Platin (Pt) und enthält auch ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (eine Verbindung aus Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Neodymoxid (Nd2O3)).
  • Indes enthält die obere Katalysatorschicht 5 einen Zirkonoxidverbindungs-Träger (eine Verbindung aus Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Yttriumoxid (Y2O3)) mit darauf geträgertem Rhodium (Rh) und enthält auch ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (eine Verbindung aus Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3) und Neodymoxid (Nd2O3)), welche die gleichen Materialien sind wie jene der unteren Katalysatorschicht 4, und enthält ferner eine Aluminiumoxidverbindung (eine Verbindung aus Aluminiumoxid (Al2O3) und Lanthanoxid (La2O3)), welche die gleichen Materialien sind wie jene der unteren Katalysatorschicht 4.
  • In der oberen Katalysatorschicht 5 ist Rhodium (Rh) nur auf dem Zirkonoxidverbindungs-Träger geträgert, der kein Ceroxid enthält. Eine solche Struktur kann die NOx-Reinigungsrate verbessern.
  • Da jede der oberen und unteren Katalysatorschicht 5 und 4 einen Promotor enthält, der aus den gleichen Materialien hergestellt ist (einem Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxid und einer Aluminiumoxidverbindung), können die obere und untere Katalysatorschicht 5 und 4 eine gute Affinität an der Schnittstelle und somit eine hohe Bindungsfestigkeit aufweisen. Da ferner die gepackte Struktur in jeder der oberen und unteren Katalysatorschicht 5 und 4 optimiert ist, wird die OSC-Leistung verbessert.
  • Indem somit die Katalysatorschicht 3 eine Zweischichtstruktur mit hoher Bindungsfestigkeit aufweist, wird der in der Zeichnung gezeigte katalytische Wandler 10 mit der oberen und unteren Katalysatorschicht 5, 4 zu einem katalytischen Wandler mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung.
  • (Experimente zum Überprüfen der NOx-Reinigungsleistung und OSC-Leistung sowie Ergebnisse derselben)
  • Die Erfinder haben Experimente durchgeführt, um die NOx-Reinigungsleistung und OSC-Leistung von katalytischen Wandlern zu überprüfen. Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1–4 wurden unter Verwendung von nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.
  • <Vergleichsbeispiel 1>
  • In Vergleichsbeispiel 1 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/CeO2-ZrO2-Kompositoxid(40) + Al2O3(20)). Dabei ist die Einheit der numerischen Werte in den Klammern g/l. Unter Verwendung von Salpetersäure-Pt wurde zunächst Pt/Al2O3 (d. h. Material 1) vorbereitet, bei dem Pt auf Al2O3 geträgert ist. Imprägnierung wurde als ein Verfahren verwendet, um zu veranlassen, dass Pt auf Al2O3 geträgert wird. Als Nächstes wurde eine Schlämme 1 vorbereitet, indem das Material 1, ein CZ-Material und ein Al2O3-basiertes Bindemittel unter Rühren in destilliertes Wasser gegossen wurden. Ferner wurde die vorbereitete Schlämme 1 in ein Substrat gegossen, und nicht benötigte Anteile wurden mit einem Gebläse entfernt, so dass die Wandoberfläche des Substrats mit der Schlämme 1 beschichtet wurde. Dieses Mal wurde das Beschichtungsmaterial für die Pt-Schicht derart vorbereitet, dass der Gehalt an Pt, der Gehalt an dem Material 1 und der Gehalt an dem CZ-Material bezogen auf das Volumen des Substrats 0,2 g/l, 25 g/l bzw. 30 g/l betrug. Schließlich wurde die Feuchtigkeit mit einem auf 120°C gehaltenen Trockner zwei Stunden lang getrocknet, und Brennen wurde 2 Stunden lang mit einem Elektroofen bei 500°C durchgeführt. Ebenso wurde unter Verwendung von Salpetersäure-Rh ein Rh/CZ-Material (d. h. Material 2) vorbereitet, bei dem Rh auf einem CZ-Material geträgert ist. Hier enthält das CeO2-ZrO2-Kompositoxid 20–70 Ma% ZrO2, 20–70 Ma% CeO2 und 10–15 Ma% La2O3, Y2O3, Pr6O11 und Nd2O3. Als Nächstes wurde eine Schlämme 2 hergestellt, indem das Material 2, Al2O3 und ein Al2O3-basiertes Bindemittel derart unter Rühren in destilliertes Wasser gegossen wurden, dass die Materialien in dem destillierten Wasser suspendiert wurden. Die vorbereitete Schlämme 2 wurde in das beschichtete Substrat gegossen, und nicht benötigte Anteile wurden mit einem Gebläse entfernt, so dass die Wandoberfläche des Substrats mit der Schlämme 2 beschichtet wurde. Dieses Mal wurde das Beschichtungsmaterial für die Rh-Schicht derart vorbereitet, dass der Gehalt an Rh, der Gehalt an dem Material 2 und der Gehalt an Al2O3 bezogen auf das Volumen des Substrats 0,12 g/l, 40 g/l bzw. 20 g/l betrug. Schließlich wurde die Feuchtigkeit mit einem auf 120°C gehaltenen Trockner zwei Stunden lang getrocknet, und Brennen wurde 2 Stunden lang mit einem Elektroofen bei 500°C durchgeführt.
  • <Vergleichsbeispiel 2>
  • In Vergleichsbeispiel 2 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/ZrO2(40) + Al2O3(20)). Eine Schlämme wurde vorbereitet, indem die Spezifikationen des in Vergleichsbeispiel 1 für die Schlämme 2 verwendeten Rh-Trägers (Material 2) verändert wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. Hier enthält ZrO2 80–90 Ma% ZrO2 und enthält auch 10–20 Ma% La2O3, Y2O3, Pr6O11 und Nd2O3 als Stabilisatoren.
  • <Vergleichsbeispiel 3>
  • In Vergleichsbeispiel 3 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh-Schicht Rh(0,12)/CeO2(40) + Al2O3(20)). Eine Schlämme wurde vorbereitet, indem die Spezifikationen des in Vergleichsbeispiel 1 für die Schlämme 2 verwendeten Rh-Trägers (Material 2) verändert wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung des Materials 2 in Vergleichsbeispiel 1 verändert wurde. Hier wurde CeO2 größer oder gleich 99 Ma% als CeO2 verwendet.
  • <Beispiel 1>
  • In Beispiel 1 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/ZrO2(40) + CZ(15) + Al2O3(20)). Eine Schlämme 2 wurde vorbereitet, indem die Spezifikationen des in Vergleichsbeispiel 1 für die Schlämme 2 verwendeten Rh-Trägers (Material 2) verändert wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung des Materials 2 in Vergleichsbeispiel 1 verändert wurde. Hier enthält ZrO2 80–90 Ma% ZrO2 und enthält auch 10–20 Ma% La2O3, Y2O3, Pr6O11 und Nd2O3 als Stabilisatoren. Darüber hinaus enthält das CZ-Material 20–70 Ma% ZrO2, 20–70 Ma% CeO2 und 10–15 Ma% La2O3, Y2O3, Pr6O11 und Nd2O3.
  • <Vergleichsbeispiel 4>
  • In Vergleichsbeispiel 4 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/CeO2(40) + Al2O3(20)). Eine Schlämme 2 wurde vorbereitet, indem die Spezifikationen des in Vergleichsbeispiel 1 für die Schlämme 2 verwendeten Rh-Trägers (Material 2) verändert wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung des Materials 2 in Vergleichsbeispiel 1 verändert wurde. Hier wurde CeO2 größer oder gleich 99 Ma% als CeO2 verwendet. Darüber hinaus enthält das CZ-Material 20–70 Ma% ZrO2, 20–70 Ma% CeO2 und 10–15 Ma% La2O3, Y2O3, Pr6O11 und Nd2O3.
  • <Beurteilungsmethode>
  • Ein 4,3-Liter 8-Zylinder-V-Benzinmotor wurde verwendet, und die Betttemperatur eines Katalysators auf der stromabwärtigen Seite wurde auf 950°C eingestellt, so dass ein Zyklus, welcher Rückführung, Kraftstoffzufuhrunterbrechung, fett und mager pro Minute als eine Bedingung beinhaltet, 50 Stunden lang durchgeführt wurde.
  • Ein gealterter katalytischer Wandler wurde montiert, und die Reinigungsrate wurde gemessen, als die Atmosphäre des eintretenden Gases periodisch zwischen der fetten und der mageren Seite des A/F-Verhältnisses umgeschaltet wurde. Darüber hinaus wurde ein gealterter katalytischer Wandler montiert, und die Reinigungsrate wurde auch gemessen, als die Atmosphäre des eintretenden Gases kontinuierlich auf der fetten Seite des A/F-Verhältnisses gehalten wurde.
  • Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die hierbei verwendeten Materialien. [Tabelle 1]
    Bereich Bezeichnung des Materials Hersteller Zusammensetzung
    Obere Katalysatorschicht (Rh-Schicht) ZrO2 DAIICHI KIGENSO KAGAKU KOGYO Co., LTD. ZrO2 (84 Ma%), La2O3 (6 Ma%), Y2O3 (10 Ma%)
    CeO2-ZrO2 DAIICHI KIGENSO KAGAKU KOGYO Co., LTD. CeO2 (21 Ma%), ZrO2 (72 Ma%), La2O3 (1,7 Ma%), Nd2O3 (5,3 Ma%)
    Al2O3 Sasol Al2O3 (99 Ma%), L2O3 (1 Ma%)
    Untere Katalysatorschicht (Pt-Schiht) CeO2-ZrO2 DAIICHI KIGENSO KAGAKU KOGYO Co., LTD. CeO2 (21 Ma%), ZrO2 (72 Ma%), La2O3 (1,7 Ma%), Nd2O3 (5,3 Ma%)
    Al2O3 Sasol Al2O3 (99 Ma%), L2O3 (1 Ma%)
  • <Ergebnisse des Experiments>
  • 4 und 5 zeigen jeweils die experimentellen Ergebnisse. Dabei ist 4 ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Überprüfung der NOx-Reinigungsleistung zeigt. 5 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Überprüfung der OSC-Leistung zeigt. Sowohl in 4 als auch in 5 ist das Ergebnis von Vergleichsbeispiel 1 als eine Referenz gezeigt, und die Ergebnisse anderer Vergleichsbeispiele und eines Beispiels sind im Verhältnis zu dem Ergebnis von Vergleichsbeispiel 1 gezeigt.
  • 4 kann bestätigen, dass Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 1 hervorragende Ergebnisse der NOx-Reinigungsrate zeigen, während die anderen Proben niedrige NOx-Reinigungsraten zeigen.
  • Indes kann 5 bestätigen, dass alle Proben mit Ausnahme von Vergleichsbeispiel 2 eine hohe OSC-Leistung auf im Wesentlichen demselben Niveau besitzen.
  • Aus den Ergebnissen von 4 und 5 lasst sich bestätigen, dass nur Beispiel 1 hervorragende Ergebnisse sowohl der NOx-Reinigungsleistung als auch der OSC-Leistung besitzt. Es wird davon ausgegangen, dass dies an der Zusammensetzung der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht von Beispiel 1 liegt. Dies zeigt, dass der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung eine hervorragende NOx-Reinigungsleistung und OSC-Leistung besitzt.
  • Zwar wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben, doch sind konkrete Strukturen nicht hierauf beschränkt, und jegliche Gestaltungsänderungen, die sich innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindungen ergeben mögen, sind alle in der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    Zellenwand
    3
    Katalysatorschicht
    4
    Untere Katalysatorschicht
    5
    Obere Katalysatorschicht
    10
    Katalytischer Wandler
    Fr
    Stromaufwärtige Seite der Abgasströmungsrichtung
    Rr
    Stromabwärtige Seite der Abgasströmungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015-058620 [0001]
    • JP 2012-024701 A [0013]
    • JP 2010-201284 A [0013]
    • JP 2009-285604 A [0013]

Claims (1)

  1. Katalytischer Wandler, umfassend: ein Substrat mit einer Zellenstruktur, durch das Abgas strömt; und eine Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwandoberfläche des Substrats gebildet ist, wobei die Katalysatorschicht eine untere Katalysatorschicht und eine obere Katalysatorschicht beinhaltet, wobei die untere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist und die obere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche der unteren Katalysatorschicht gebildet ist, die obere Katalysatorschicht beinhaltet: einen Zirkonoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Rhodium, wobei der Zirkonoxidverbindungs-Träger Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid enthält, eine Aluminiumoxidverbindung ohne darauf geträgertes Rhodium, wobei die Aluminiumoxidverbindung Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält, und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid, das Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid enthält, und die untere Katalysatorschicht beinhaltet: einen Aluminiumoxidverbindungs-Träger mit darauf geträgertem Platin, wobei der Aluminiumoxidverbindungs-Träger Aluminiumoxid und Lanthanoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene der Aluminiumoxidverbindung der oberen Katalysatorschicht, und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid ohne darauf geträgertes Platin, wobei das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Neodymoxid enthält, welche die gleichen Materialien sind wie jene des Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxids der oberen Katalysatorschicht.
DE102016104242.0A 2015-03-20 2016-03-09 Katalytischer wandler Pending DE102016104242A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-058620 2015-03-20
JP2015058620A JP6213508B2 (ja) 2015-03-20 2015-03-20 触媒コンバーター

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016104242A1 true DE102016104242A1 (de) 2016-09-22

Family

ID=56853388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016104242.0A Pending DE102016104242A1 (de) 2015-03-20 2016-03-09 Katalytischer wandler

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9579633B2 (de)
JP (1) JP6213508B2 (de)
CN (1) CN105983339B (de)
DE (1) DE102016104242A1 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11110435B2 (en) * 2016-03-18 2021-09-07 Cataler Corporation Exhaust gas purification catalyst
US9868087B2 (en) * 2016-03-31 2018-01-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Core-shell oxide material, method for producing the same, and catalyst and method for purification of exhaust gas using the core-shell oxide material
JP6372513B2 (ja) * 2016-04-13 2018-08-15 トヨタ自動車株式会社 触媒コンバーター
BR112018076199A2 (pt) * 2016-06-17 2019-03-26 Basf Corporation compósito de catalisador de oxidação, artigo catalisador, sistema de tratamento de emissões e método para tratar uma corrente de escape de um motor a diesel
JP6753811B2 (ja) * 2017-04-19 2020-09-09 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
CA3061306A1 (en) * 2017-04-28 2019-10-23 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification method using the same
CN110785232B (zh) * 2017-04-28 2022-09-23 优美科触媒日本有限公司 废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法
JP6954796B2 (ja) * 2017-10-06 2021-10-27 トヨタ自動車株式会社 自動車用排ガス浄化用触媒
JP6968972B2 (ja) * 2018-02-21 2021-11-24 株式会社キャタラー 排ガス浄化触媒装置
CN112584928B (zh) * 2018-08-22 2021-11-23 三井金属矿业株式会社 废气净化催化剂用多孔结构体和使用其的废气净化催化剂以及废气净化方法
JP7372052B2 (ja) * 2019-05-15 2023-10-31 株式会社キャタラー 排ガス浄化触媒装置
BR112021020886A2 (pt) * 2019-05-24 2021-12-21 Honda Motor Co Ltd Estrutura de catalisador de purificação de gás de escape, e, método para produzir uma estrutura de catalisador de purificação de gás de escape
EP3990174A1 (de) * 2019-06-27 2022-05-04 BASF Corporation Geschichteter katalytischer artikel und verfahren zur herstellung des katalytischen artikels
US11618008B2 (en) * 2020-10-05 2023-04-04 Ford Global Technologies, Llc Precious group metal on pyrochlore-phase ceria zirconia with superior oxygen storage capacity and TWC performance
US11788450B2 (en) * 2020-10-30 2023-10-17 Johnson Matthey Public Limited Company TWC catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments
JP2023008520A (ja) * 2021-07-06 2023-01-19 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009285604A (ja) 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2010201284A (ja) 2009-02-27 2010-09-16 Toyota Motor Corp 排ガス浄化触媒
JP2012024701A (ja) 2010-07-23 2012-02-09 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2015058620A (ja) 2013-09-19 2015-03-30 セイコーエプソン株式会社 ヘッドユニット、画像記録装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006075724A (ja) * 2004-09-09 2006-03-23 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
EP1704910B1 (de) * 2005-03-24 2018-09-19 Tokyo Roki Co., Ltd. Abgasreinigungskatalysator
JP5210306B2 (ja) * 2006-06-29 2013-06-12 ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト 三元触媒
JP5903205B2 (ja) * 2010-01-04 2016-04-13 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
JP5515939B2 (ja) * 2010-03-26 2014-06-11 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒
JP5594161B2 (ja) * 2011-01-26 2014-09-24 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒装置
JP5287884B2 (ja) * 2011-01-27 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP5939010B2 (ja) * 2012-04-18 2016-06-22 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒装置
JP6106458B2 (ja) * 2013-02-26 2017-03-29 本田技研工業株式会社 排気ガス用触媒装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009285604A (ja) 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2010201284A (ja) 2009-02-27 2010-09-16 Toyota Motor Corp 排ガス浄化触媒
JP2012024701A (ja) 2010-07-23 2012-02-09 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2015058620A (ja) 2013-09-19 2015-03-30 セイコーエプソン株式会社 ヘッドユニット、画像記録装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9579633B2 (en) 2017-02-28
US20160271590A1 (en) 2016-09-22
JP6213508B2 (ja) 2017-10-18
CN105983339A (zh) 2016-10-05
CN105983339B (zh) 2018-03-09
JP2016175046A (ja) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016104242A1 (de) Katalytischer wandler
DE102016105186A1 (de) Katalytischer Wandler
DE112014004694B4 (de) Abgassystem mit einem darin angeordneten Katalysator
DE112013006665T5 (de) Katalysator
EP3247493B1 (de) Doppelschichtiger dreiweg-katalysator mit verbesserter alterungsstabilität
EP2038046B1 (de) Doppelschichtiger dreiweg-katalysator und dessen verwendung
US9873085B2 (en) Catalytic converter
EP1974809B1 (de) Doppelschichtiger Dreiweg-Katalysator
DE112014003853T5 (de) Katalysator
DE102009051234B4 (de) Abgasreinigungsverfahren
DE112014000481T5 (de) Abgasreinigungskatalysator und Herstellungsverfahren dafür
DE102012213639A1 (de) Extrudierter Wabenkatalysator
DE112014001824B4 (de) Katalytischer Wandler
DE69118825T2 (de) Verfahren zur katalytischen Reinigung von Abgasen
DE112014000482T5 (de) Abgasreinigungskatalysator und Verfahren zum Herstellen desselben
DE112013006663T5 (de) Katalytischer Wandler
DE102013107663A1 (de) Gas-Reinigungs-Katalysator für Verbrennungsmotor
WO2021151876A1 (de) Doppelschichtiger dreiweg-katalysator mit weiter verbesserter alterungsstabilität
EP0075124A2 (de) Katalysator für die Verbrennung von in Abgasen alkoholbetriebener Verbrennungskraftmaschinen enthaltenen Schadstoffen, Verfahren zur Herstellung des Katalysators und Verwendung
DE3436400C2 (de)
DE60218100T2 (de) Katalysator für Fahrzeuge
DE112013006485B4 (de) Katalytischer Wandler
DE112012001168B4 (de) Abgasreinigungskatalysator und Verfahren zur Herstellung desselben
DE112013006490B4 (de) Katalytischer Wandler
DE3223500A1 (de) Katalysator zur reinigung der abgase von verbrennungskraftmaschinen, verfahren zur herstellung des katalysators und verwendung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication