DE102016112536A1 - Stickstoffoxid (NOx)-Speicherkatalysator - Google Patents

Stickstoffoxid (NOx)-Speicherkatalysator Download PDF

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Andrew Francis Chiffey
John Benjamin Goodwin
James Leeland
Nuria LASTRA-CALVO
Francois Moreau
Paul Richard Phillips
Stuart David Reid
Daniel Swallow
David XUEREB
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Abstract

Beschrieben ist eine Katalysator zum Speichern von Stickstoffoxiden (NOx) in einem Abgas aus einem Magergemisch-Verbrennungsmotor, der ein NOx-Speichermaterial und ein Substrat umfasst, wobei das NOx-Speichermaterial eine NOx-Speicherkomponente und einen Promotor der NO-Oxidation auf einem Trägermaterial umfasst, wobei der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid, Hydroxid oder Carbonat hiervon ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator zum Speichern von Stickstoffoxiden (NOX) in einem Abgas aus einem Magergemischmotor. Die Erfindung betrifft ferner ein Abgassystem für einen Magergemischmotor, das den Katalysator umfasst, und ein Fahrzeug, das das Abgassystem umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Magergemischmotoren, wie Dieselmotoren, werden allgemein bei einem höheren als einem stöchiometrischen Luft-zu-Kraftstoff-Massenverhältnis betrieben, um die Effizienz der Kraftstoffverbrennung zu verbessern und um eine gute Kraftstoffökonomie zu liefern. Die durch solche Motoren erzeugte Abgasemission enthält im Allgemeinen mindestens vier Klassen von Schadstoffen, gegen die auf der ganzen Welt durch internationale Organisationen Gesetze erlassen wurden: Kohlenstoffmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs), Stickstoffoxide (NOX) und partikelförmiges Material bzw. Feinstaub (PM). Die Emissionsstandards für Magergemischmotoren, unabhängig davon, ob stationär oder mobil (z.B. Fahrzeugmotoren), werden zunehmend verschärft. Es ist erforderlich, verbesserte Emissionssteuerungsvorrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, diese Standards zu erfüllen. Eine solche Emissionssteuerungsvorrichtung ist ein Stickstoffoxid (NOX)-Speicherkatalysator (NSC). NSCs werden auf dem einschlägigen Fachgebiet auch als NOX-Adsorberkatalysatoren (NACs), Mager-NOX-Fallen (LNTs), DeNOX-Fallen (DNTs) oder NOX-Speicher-/Reduktions(NSR)-Katalysatoren bezeichnet.
  • Während des normalen Betriebs produziert ein Magergemischmotor eine Abgasemission mit "magerer" Zusammensetzung. Der NSC wird dazu verwendet, die vorhandenen Stickstoffoxide (NOX) zu speichern oder einzufangen. Das in der Abgasemission vorhandene Stickstoffdioxid (NO2) wird typischerweise durch eine NOX-Speicherkomponente des NSC adsorbiert, die das NO2 durch die Bildung eines anorganischen Nitrats speichert. Die Stickstoffmonoxid(NO)-Komponente von NOX in der Abgasemission wird üblicherweise durch den NSC zu Stickstoffdioxid (NO2) katalytisch oxidiert. Das zusätzliche NO2, das gebildet wird, kann dann von der NOX-Speicherkomponente des NSC gespeichert werden.
  • Zur Freisetzung des NOX aus der NOX-Speicherkomponente, beispielsweise wenn die NOX-Speicherkomponente anfängt, ihre Speicherkapazität zu erreichen, kann der Magergemischmotor unter fetten Bedingungen betrieben werden, um eine Abgasemission mit einer "fetten" Zusammensetzung zu erzeugen. Unter diesen Bedingungen zersetzen sich die anorganischen Nitrate der NOX-Speicherkomponente und bilden hauptsächlich Stickstoffdioxid (NO2) und etwas Stickstoffmonoxid (NO). Der NSC kann eine Platingruppenmetallkomponente enthalten, die in der Lage ist, das freigesetzte NOX mit in der Abgasemission vorhandenen Kohlenwasserstoffen (HCs), Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Wasserstoff (H2) zu N2 oder NH3 zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung liefert einen Katalysator zum Speichern von Stickstoffoxiden (NOx) in einem Abgas aus einem Magergemischmotor. Der Katalysator umfasst ein Stickstoffoxid(NOX)-Speichermaterial und ein Substrat, wobei das Stickstoffoxid(NOX)-Speichermaterial eine Stickstoffoxid(NOX)-Speicherkomponente und einen Promotor der Stickstoffmonoxid(NO)-Oxidation auf einem Trägermaterial umfasst, wobei der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid, Hydroxid oder Carbonat hiervon ist.
  • Die Erfinder stellten überraschenderweise fest, dass ein Material mit ausgezeichneter NOX-Speicherfähigkeit erhalten werden kann, wenn eine Stickstoffoxid(NOX)-Speicherkomponente mit Mangan kombiniert wird. Es wird angenommen, dass die Mangankomponente Stickstoffmonoxid (NO) in einem Abgas entweder zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert oder die Oxidation hiervon erleichtert. Dieses NO2 kann dann durch die NOX-Speicherkomponente in Form eines anorganischen Nitrats gespeichert werden.
  • Einige NOX-Speicherkatalysatorformulierungen enthalten Platin zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2). Die Einbeziehung von Mangan oder eines Oxids, Hydroxids oder Carbonats hiervon kann eine Verringerung der Menge von Platin ermöglichen, die in einer NOX-Speicherkatalysatorformulierung inkludiert ist, zumindest wenn das Platin spezifisch zum Oxidieren von NO zu NO2 verwendet wird.
  • Wenn Mangan oder ein Oxid, Hydroxid oder Carbonat hiervon in Kombination mit Platin auf bestimmten Trägermaterialien auf Aluminiumoxidbasis verwendet wird, wurde festgestellt, dass eine vorteilhafte NO-Oxidationsaktivität erhalten werden kann. Diese vorteilhafte Aktivität kann zum Erleichtern der NOX-Speicherung durch Umwandeln des NO in einem Abgas zu NO2, so dass ein anorganisches Nitrat leichter gebildet werden kann, verwendet werden. Sie kann ferner die Umwandlung von jeglichem NO zu NO2, das aus dem NOX-Speichermaterial freigesetzt wird oder durch dieses hindurchtritt, unterstützen.
  • Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Katalysator eine relativ stabile NO-Oxidationsaktivität über seine Lebensdauer hinweg zeigen. Somit ist der Unterschied hinsichtlich der NO-Oxidationsaktivität des Katalysators in frischem Zustand (d.h., wenn er "neu" ist und nicht einer wiederholten, verlängerten Verwendung unterzogen wurde) und im gealterten Zustand typischerweise gering.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei einer Kombination von Mangan mit Platin, vorzugsweise als Teil des gleichen katalytischen Materials, eine vorteilhafte CO-Oxidationsaktivität erhalten werden kann, insbesondere eine ausgezeichnete CO-Oxidationsaktivität bei niederen Temperaturen. Eine solche Kombination kann beim Umwandeln relativ hoher Niveaus von CO in dem von dem Magergemischmotor erzeugten Abgas, insbesondere bei Temperaturen unterhalb von 250 °C, wirksam sein. Katalysatoren, die eine solche Kombination enthalten, können auch eine gute Oxidationsaktivität gegenüber HCs zeigen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Abgassystem für einen Magergemischmotor. Das Abgassystem umfasst einen erfindungsgemäßen Katalysator und optional eine Emissionssteuerungsvorrichtung.
  • Der erfindungsgemäße Katalysator kann zum Umwandeln von NO in NO2 verwendet werden, wenn NOX aus dem NOX-Speichermaterial freigesetzt wird oder wenn die Abgase durch den Katalysator hindurchtreten. Das zusätzliche NO2, das erzeugt wird, kann die Regeneration eines stromabseitigen Dieselpartikelfilters (DPF) oder eines stromabseitigen, katalysiertes Rußfilters (CSF) unterstützen. Allgemein erhöht das durch den Katalysator erzeugte NO2 das Verhältnis von NO2:NO in dem Abgas am Auslass des Katalysators im Vergleich zu dem Abgas am Einlass des Katalysators. Dieses erhöhte Verhältnis kann für Abgassysteme, die einen stromabseitigen, selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator oder einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator umfassen, vorteilhaft sein. Das von einem Dieselmotor direkt erzeugte Verhältnis von NO2:NO in dem Abgas kann für eine optimale Leistungsfähigkeit eines SCR- oder SCRFTM-Katalysators zu niedrig sein.
  • Der Katalysator kann auch zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) für eine Verwendung als Reduktionsmittel bei einem stromabseitigen SCR-Katalysator oder SCRFTM-Katalysator (z.B. unter fetten Bedingungen) formuliert sein. Das erzeugte NH3 ermöglicht, dass die selektive katalytische Reduktion ohne aktive Einführung von NH3 erfolgt.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst einen Magergemischmotor und entweder einen erfindungsgemäßen Katalysator oder ein erfindungsgemäßes Abgassystem.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor. Das Verfahren umfasst ein In-Kontakt-bringen eines durch den Magergemischmotor erzeugten Abgases mit einem Katalysator der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der erfindungsgemäße Katalysator umfasst ein NOX-Speichermaterial und ein Substrat, wobei das NOX-Speichermaterial eine NOX-Speicherkomponente und einen Promotor der NO-Oxidation auf einem Trägermaterial umfasst. Typischerweise umfasst der Katalysator des Weiteren mindestens ein Platingruppenmetall (PGM).
  • Das NOX-Speichermaterial umfasst eine NOX-Speicherkomponente und einen Promotor der NO-Oxidation auf einem Trägermaterial oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Typischerweise umfasst die NOX-Speicherkomponente ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall und/oder ein Seltenerdmetall. Die NOX-Speicherkomponente umfasst allgemein oder besteht im Wesentlichen aus: (i) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Alkalimetalls; (ii) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Erdalkalimetalls; und/oder (iii) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Seltenerdmetalls.
  • Wenn die NOX-Speicherkomponente ein Alkalimetall (oder ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid hiervon) umfasst, dann ist das Alkalimetall vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Alkalimetall Kalium (K), Natrium (Na) oder Lithium (Li) ist, stärker bevorzugt ist das Alkalimetall Kalium (K) oder Natrium (Na), und am stärksten bevorzugt ist das Alkalimetall Kalium (K).
  • Wenn die NOX-Speicherkomponente ein Erdalkalimetall (oder ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid hiervon) umfasst, dann ist das Erdalkalimetall vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Erdalkalimetall Calcium (Ca), Strontium (Sr) oder Barium (Ba), stärker bevorzugt Strontium (Sr) oder Barium (Ba) ist, und am stärksten bevorzugt ist das Erdalkalimetall Barium (Ba).
  • Wenn die NOX-Speicherkomponente ein Seltenerdmetall (oder ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid hiervon) umfasst, dann ist das Seltenerdmetall vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Cer (Ce), Lanthan (La), Yttrium (Y) und einer Kombination hiervon besteht. Stärker bevorzugt ist das Seltenerdmetall Cer (Ce).
  • Typischerweise umfasst die NOX-Speicherkomponente oder besteht im Wesentlichen aus: (i) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Seltenerdmetalls und/oder (ii) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Erdalkalimetalls. Es ist bevorzugt, dass die NOX-Speicherkomponente ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Erdalkalimetalls umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Es ist bevorzugt, dass die NOX-Speicherkomponente Barium (Ba) (z.B. ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Barium (Ba)) umfasst. Stärker bevorzugt umfasst die NOX-Speicherkomponente Barium (z.B. ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Barium (Ba)) und Cer (z.B. ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Cer (Ce), vorzugsweise Ceroxid).
  • Typischerweise ist die NOX-Speicherkomponente auf dem Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Die NOX-Speicherkomponente kann direkt auf dem Trägermaterial angeordnet sein oder wird direkt von dem Trägermaterial geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen der NOX-Speicherkomponente und dem Trägermaterial).
  • Der Promotor der NO-Oxidation ist Mangan oder ein Oxid, ein Hydroxid (z.B. Mn(OH)2) oder ein Carbonat (z.B. MnCO3) hiervon. Beispiele für geeignete Oxide von Mangan können MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 und/oder Mn2O7 umfassen. Die chemische Zusammensetzung der Mangankomponente des NOX-Speichermaterials hängt von der Zusammensetzung des Abgases (z.B. einem "fetten" oder "mageren" Abgas) und der Temperatur des Katalysators ab.
  • Wenn der Promotor der NO-Oxidation ein Oxid von Mangan ist, ist das Oxid von Mangan eine binäre Verbindung (z.B. enthält die Verbindung lediglich die Elemente Sauerstoff (O) und Mangan (Mn)).
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass der Promotor der NO-Oxidation nicht ein Mischoxid ist, das Ceroxid (CeO2), Zirconiumoxid (ZrO2) oder Yttriumoxid (Y2O3) umfasst. Insbesondere ist der Promotor der NO-Oxidation nicht ein Mischoxid, das ein Seltenerdmetall oder ein Übergangsmetall umfasst, das von Mangan verschieden ist. Eine vorteilhafte NO-Oxidation kann ohne Mischen der Mangankomponente mit einem weiteren Oxid, wie Ceroxid (CeO2), Zirconiumoxid (ZrO2) oder Yttriumoxid (Y2O3), erhalten werden.
  • Typischerweise ist der Promotor der NO-Oxidation auf dem Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Der Promotor der NO-Oxidation kann direkt auf das Trägermaterial angeordnet sein oder wird direkt von dem Trägermaterial geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen dem Promotor der NO-Oxidation und dem Trägermaterial).
  • Das Trägermaterial umfasst allgemein ein Oxid von Aluminium. Typischerweise umfasst das Trägermaterial Aluminiumoxid. Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein oder kann nicht mit einem Dotiermittel dotiert sein. Es versteht sich, dass jegliche Bezugnahme auf "dotiert" in diesem Zusammenhang sich auf ein Material bezieht, bei dem das Volumen- oder Wirtsgitter des Aluminiumoxids mit einem Dotiermittel substitutionsdotiert oder interstitiell dotiert ist. Mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid kann unter Verwendung von auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti), Zirconium (Zr) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba) und Cer (Ce) besteht. Stärker bevorzugt ist das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg) und Barium (Ba) besteht. Noch stärker bevorzugt ist das Dotiermittel Magnesium (Mg).
  • Wenn das Aluminiumoxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge an Dotiermittel 0,25 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1 Gew.-%) des Aluminiumoxids.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass das Trägermaterial ein Oxid von Magnesium und Aluminium umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Das Oxid von Magnesium und Aluminium kann Magnesiumaluminat (MgAl2O4 [z.B. Spinell]) und/oder ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Ein Mischoxid von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid kann unter Verwendung von auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahren, beispielsweise durch Verwendung des in US 6 217 837 oder DE 195 03 522 A1 beschriebenen Verfahrens, hergestellt werden.
  • Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst typischerweise 1,0 Gew.-% bis 40,0 Gew.-% Magnesiumoxid (bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischoxids), wie 1,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 Gew.-% bis 28,0 Gew.-% (z.B. 5,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-%), stärker bevorzugt 10,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-% Magnesiumoxid oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) ist typischerweise ein homogenes Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3). In einem homogenen Mischoxid besetzen Magnesiumionen die Positionen in dem Gitter von Aluminiumionen. Es ist schwierig, die Röntgenstruktur eines solchen homogenen Mischoxidmaterials von der Röntgenstruktur von reinem Aluminiumoxid zu unterscheiden.
  • Allgemein ist ein Trägermaterial, dass ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, bevorzugt.
  • Die Anwesenheit von Magnesium oder eines Oxids hiervon in einem auf Aluminiumoxid basierenden Trägermaterial kann die thermische Stabilität des erhaltenen Materials im Vergleich zu Aluminiumoxid selbst verbessern. Das Magnesium oder ein Oxid hiervon in dem Trägermaterial kann auch die Bildung eines Mangan enthaltenden Spinells mit Aluminiumoxid verringern oder verhindern.
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass das Trägermaterial, das Oxid von Aluminium hiervon oder das Oxid von Magnesium und Aluminium hiervon nicht mit einem Mangan umfassenden Dotiermittel dotiert ist. Insbesondere ist das Trägermaterial, das Oxid von Aluminium hiervon oder das Oxid von Magnesium und Aluminium hiervon nicht mit einem Promotor unterstützt bzw. gefördert, wie einem Promotor, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinn, Mangan, Indium, einem Metall der Gruppe VIII (z.B. Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt, insbesondere Ir) und Kombinationen hiervon besteht.
  • Die NOX-Speicherkomponente und der Promotor der NO-Oxidation sind auf dem gleichen Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Wenn die NOX-Speicherkomponente und ein Promotor der NO-Oxidation sich in unmittelbarer Nähe befinden, kann eine vorteilhafte NOX-Speicheraktivität erhalten werden. Die Mangankomponente erleichtert die Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2), welches auf einfache Weise in Form eines anorganischen Nitrats gespeichert werden kann, wenn die NOX-Speicherkomponente nahe gelegen ist.
  • Allgemein umfasst der erfindungsgemäße Katalysator eine Vielzahl von Partikeln des NOX-Speichermaterials. Jedes Partikel des NOX-Speichermaterials umfasst ein Partikel der NOX-Speicherkomponente, die auf einem Partikel des Trägermaterials angeordnet oder geträgert ist, und ein Partikel des Promotors der NO-Oxidation, der auf dem Partikel des Trägermaterials angeordnet oder geträgert ist (d.h. den gleichen Partikel des Trägermaterials, auf dem die NOX-Speicherkomponente angeordnet oder geträgert ist). Typischerweise umfasst jedes Partikel des NOX-Speichermaterials ein oder mehrere Partikel der NOX-Speicherkomponente, die auf einem Partikel des Trägermaterials angeordnet oder geträgert ist, und ein oder mehrere Partikel des Promotors der NO-Oxidation, der auf dem Partikel des Trägermaterials angeordnet oder geträgert ist, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • In einer ersten Ausführungsform des NOX-Speichermaterials umfasst das NOX-Speichermaterial nicht Platin und/oder Palladium. Stärker bevorzugt umfasst das NOX-Speichermaterial nicht ein Platingruppenmetall (PGM), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Palladium, Rhodium und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Es wurde festgestellt, dass ausgezeichnete Ergebnisse bezüglich einer NOX-Speicherung erhalten werden können, ohne dass teure Platingruppenmetalle als Teil des NOX-Speichermaterials einbezogen werden. Wenn der erfindungsgemäße Katalysator so formuliert ist, dass er NOX zu N2 oder NH3 reduziert, kann eine ausgezeichnete katalytische Aktivität erhalten werden, wenn das PGM nicht Teil des NOX-Speichermaterials ist und in den Katalysator andernorts eingebaut ist.
  • In einer zweiten Ausführungsform des NOX-Speichermaterials umfasst das NOX-Speichermaterial des Weiteren ein Platingruppenmetall (PGM). Das PGM kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin, Palladium, Rhodium und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Vorzugsweise ist das PGM aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium ausgewählt. Stärker bevorzugt ist das PGM Platin.
  • Die Einbeziehung eines PGM in das NOX-Speichermaterial kann dessen Aktivität erhöhen. Beispielsweise kann eine synergistische Wechselwirkung vorliegen, wenn Pt in Kombination mit Mn verwendet wird, was die Stickstoffmonoxid(NO)-Oxidationsaktivität des Materials steigert. Wenn Palladium (Pd) als Teil des NOX-Speichermaterials einbezogen ist, kann die NOX-Speicherkapazität des Materials verbessert sein.
  • Wenn das NOX-Speichermaterial ein PGM umfasst, ist im Allgemeinen das PGM auf dem Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Das PGM ist vorzugsweise direkt auf dem Trägermaterial angeordnet oder ist vorzugsweise direkt von dem Trägermaterial geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen dem PGM und dem Trägermaterial).
  • In der zweiten Ausführungsform des NOX-Speichermaterials umfasst jedes Partikel des NOX-Speichermaterials typischerweise ein Partikel der NOX-Speicherkomponente, geträgert auf einem Partikel des Trägermaterials, ein Partikel des Promotors der NO-Oxidation, geträgert auf dem Partikel des Trägermaterials, und ein Partikel des PGM, geträgert auf dem Partikel des Trägermaterials (d.h. die NOX-Speicherkomponente, der Promotor der NO-Oxidation und das PGM sind auf dem gleichen Partikel des Trägermaterials geträgert). Typischerweise umfasst jeder Partikel des NOX-Speichermaterials ein oder mehrere Partikel der NOX-Speicherkomponente, geträgert auf einem Partikel des Trägermaterials, ein oder mehrere Partikel des Promotors der NO-Oxidation, geträgert auf dem Partikel des Trägermaterials, und ein oder mehrere Partikel des PGM, geträgert auf dem Partikel des Trägermaterials, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Der erfindungsgemäße Katalysator umfasst ein NOX-Speichermaterial (z.B. das NOX-Speichermaterial der ersten oder zweiten Ausführungsform des NOX-Speichermaterials) und ein Substrat. Das NOX-Speichermaterial kann in dem Substrat dispergiert bzw. verteilt sein (z.B. ist das NOX-Speichermaterial Teil eines Extrudats, das zur Ausbildung des Substrats verwendet wird). Das Substrat kann ein extrudierter Festkörper, der das NOX-Speichermaterial umfasst, sein.
  • Wenn das Substrat ein extrudierter Festkörper ist, kann das Substrat den NOX-Speicherbereich umfassen. Nachfolgend bezieht sich jede Bezugnahme auf einen NOX-Reduktionsbereich und/oder einen Oxidationsbereich, der auf dem NOX-Speicherbereich angeordnet oder geträgert ist bzw. sind, daher auf einen NOX-Reduktionsbereich und/oder einen Oxidationsbereich, der bzw. die auf dem Substrat (das das NOX-Speichermaterial oder den NOX-Speicherbereich umfasst) angeordnet oder geträgert ist bzw. sind.
  • Der extrudierte Festkörper umfasst typischerweise oder besteht im Wesentlichen aus: 5 Gew.-% bis 95 Gew.-% des NOX-Speichermaterials und 5 Gew.-% bis 95 Gew.-% einer Bindemittel/Matrix-Komponente, vorzugsweise 15 Gew.-% bis 85 Gew.-% des NOX-Speichermaterials und 15 % bis 85 % der Bindemittel/Matrix-Komponente, stärker bevorzugt 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% (z.B. 25 Gew.-% bis 50 Gew.-%) des NOX-Speichermaterials und 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% (z.B. 25 Gew.-% bis 50 Gew.-%) der Bindemittel/Matrix-Komponente.
  • Die Bindemittel/Matrix-Komponente kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Cordierit, einem Nitrid, einem Carbid, einem Borid, einem Spinell, einem hitzebeständigen Oxid, Lithiumaluminosilicat, Zircon und Gemischen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus optional dotiertem Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Gemischen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Katalysator ein NOX-Speichermaterial, das auf dem Substrat angeordnet ist, umfasst. Der Katalysator umfasst typischerweise einen NOX-Speicherbereich, der das NOX-Speichermaterial, angeordnet auf dem Substrat, umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Stärker bevorzugt ist der NOX-Speicherbereich direkt auf dem Substrat angeordnet (d.h., der NOX-Speicherbereich befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats).
  • Der NOX-Speicherbereich kann ein Platingruppenmetall umfassen oder kann kein Platingruppenmetall umfassen. Die Mn-Komponente des NOX-Speichermaterials kann das Erfordernis, ein Platingruppenmetall in den NOX-Speicherbereich einzubeziehen (z.B. für eine NO-Oxidation) unnötig machen, wobei eine ausgezeichnete NOX-Speicheraktivität beibehalten wird. Wenn jedoch ein Platingruppenmetall in den NOX-Speicherbereich inkludiert ist, kann eine verbesserte NO-Oxidationsaktivität und/oder CO-Oxidationsaktivität erhalten werden.
  • Typischerweise umfasst der NOX-Speicherbereich des Weiteren ein NOX-Behandlungsmaterial. Der NOX-Speicherbereich kann daher das NOX-Speichermaterial und das NOX-Behandlungsmaterial umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass das NOX-Behandlungsmaterial von dem NOX-Speichermaterial verschieden (z.B. eine verschiedene Zusammensetzung) ist. Das NOX-Behandlungsmaterial kann (a) eine NOX-Speicheraktivität und/oder eine NO-Oxidationsaktivität [z.B. unter mageren Bedingungen] und/oder (b) eine NOX-Reduktionsaktivität [z.B. unter fetten Bedingungen] aufweisen.
  • Das NOX-Behandlungsmaterial umfasst eine erste NOX-Behandlungskomponente und/oder eine zweite NOX-Behandlungskomponente oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Die Begriffe "erste" und "zweite", wie hier verwendet, sind Bezeichnungen zur Identifizierung der NOX-Behandlungskomponenten, so dass sie voneinander unterschieden werden können. Die Bezeichnung einer NOX-Behandlungskomponente als "zweite" Komponente sollte nicht dahingehend interpretiert werden, dass dies das Vorhandensein der "ersten" NOX-Behandlungskomponente erfordert.
  • Typischerweise umfasst die erste NOX-Behandlungskomponente ein erstes Trägermaterial. Das erste Trägermaterial umfasst Ceroxid oder ein Misch- oder Verbundoxid von Ceroxid, wie Ceroxid-Zirconiumoxid, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn das erste Trägermaterial ein Ceroxid-Zirconiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, kann das Ceroxid-Zirconiumoxid im Wesentlichen aus 20 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 50 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 55 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 Gew.-% bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 Gew.-% bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid bestehen.
  • Im Allgemeinen kann die erste NOX-Behandlungskomponente ein Promotor der NO-Oxidation und/oder ein Platingruppenmetall (PGM) und/oder eine NOX-Speicherkomponente umfassen.
  • Die erste NOX-Behandlungskomponente kann einen Promotor der NO-Oxidation umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, der auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist (z.B. direkt angeordnet oder geträgert ist). Der Promotor der NO-Oxidation entspricht der obigen Definition (z.B. ist der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid (z.B. MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 und/oder Mn2O7), ein Hydroxid (z.B. Mn(OH)2) oder ein Carbonat (z.B. MnCO3) hiervon). In einigen Fällen kann es jedoch bevorzugt sein, dass die erste NOX-Behandlungskomponente den Promotor der NO-Oxidation nicht umfasst.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die erste NOX-Behandlungskomponente ein Platingruppenmetall (PGM), das auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist (z.B. direkt angeordnet oder geträgert ist), umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das PGM kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin, Palladium, Rhodium, einer Kombination von Platin und Palladium, einer Kombination von Platin und Rhodium, einer Kombination von Palladium und Rhodium und einer Kombination von Platin, Palladium und Rhodium besteht. Es ist bevorzugt, dass das PGM aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Palladium, Rhodium und einer Kombination von Palladium und Rhodium besteht.
  • Das PGM kann Rhodium sein. Das PGM kann Palladium sein. Vorzugsweise ist das PGM Palladium.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die erste NOX-Behandlungskomponente eine NOX-Speicherkomponente umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, die auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist (z.B. direkt angeordnet oder geträgert ist). Die NOX-Speicherkomponente entspricht der obigen Definition. Somit umfasst die NOX-Speicherkomponente allgemein oder besteht allgemein im Wesentlichen aus: (i) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Alkalimetalls; (ii) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Erdalkalimetalls; und/oder (iii) einem Oxid, einem Carbonat oder einem Hydroxid eines Seltenerdmetalls, vorzugsweise einem von Cer (Ce) verschiedenen Seltenerdmetall. Es ist bevorzugt, dass die NOX-Speicherkomponente ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Erdalkalimetalls umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Das Erdalkalimetall ist vorzugsweise Barium (Ba).
  • Die zweite NOX-Behandlungskomponente umfasst typischerweise ein zweites Trägermaterial. Das zweite Trägermaterial umfasst allgemein ein Oxid von Aluminium. Typischerweise umfasst das Trägermaterial Aluminiumoxid.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert oder nicht mit einem Dotiermittel dotiert sein. Das Dotiermittel kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti), Zirconium (Zr) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba) und Cer (Ce) besteht. Stärker bevorzugt ist das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Silicium, Magnesium und Barium besteht. Noch stärker bevorzugt ist das Dotiermittel Magnesium.
  • Wenn das Aluminiumoxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge an Dotiermittel 0,25 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1,0 Gew.-%) des Aluminiumoxids.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass das zweite Trägermaterial ein Oxid von Magnesium und Aluminium umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Das Oxid von Magnesium und Aluminium kann Magnesiumaluminat (MgAl2O4 [z.B. Spinell]) und/oder ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) ist typischerweise ein homogenes Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3).
  • Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst typischerweise 1,0 Gew.-% bis 40,0 Gew.-% Magnesiumoxid (bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischoxids), wie 1,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 Gew.-% bis 28,0 Gew.-% (z.B. 5,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-%), stärker bevorzugt 10,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-% Magnesiumoxid.
  • Allgemein ist bevorzugt, dass das zweite Trägermaterial ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Die zweite NOX-Behandlungskomponente kann umfassen oder im Wesentlichen bestehen aus:
    • (i) entweder einem Promotor der NO-Oxidation gemäß obiger Definition; oder
    • (ii) einer NOX-Speicherkomponente gemäß obiger Definition; und optional
    • (iii) einem Platingruppenmetall (PGM);
    wobei der Promotor der NO-Oxidation oder die NOX-Speicherkomponente auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. Wenn ein Platingruppenmetall vorhanden ist, ist das Platingruppenmetall auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass die zweite NOX-Behandlungskomponente von dem NOX-Speichermaterial verschieden ist (z.B. eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist). Die zweite NOX-Behandlungskomponente umfasst nicht sowohl (i) den Promotor der NO-Oxidation als auch (ii) die NOX-Speicherkomponente.
  • Wenn die zweite NOX-Behandlungskomponente einen Promotor der NO-Oxidation umfasst, dann ist der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid (z.B. MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 und/oder Mn2O7), ein Hydroxid (z.B. Mn(OH)2) oder ein Carbonat (z.B. MnCO3) hiervon.
  • Wenn die zweite NOX-Behandlungskomponente eine NOX-Speicherkomponente umfasst, umfasst die NOX-Speicherkomponente vorzugsweise ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Erdalkalimetalls, vorzugsweise Barium (Ba) und optional ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Seltenerdmetalls (vorzugsweise Cer (Ce)) oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst die NOX-Speicherkomponente vorzugsweise ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Barium (Ba) und Ceroxid oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn die zweite NOX-Behandlungskomponente ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, kann das PGM aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin, Palladium, Rhodium und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Vorzugsweise ist das PGM aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium ausgewählt. Stärker bevorzugt ist das PGM Platin.
  • Wenn das NOX-Behandlungsmaterial eine erste NOX-Behandlungskomponente und eine zweite NOX-Behandlungskomponente umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst das NOX-Behandlungsmaterial vorzugsweise ≥ 50 Gew.-% der ersten NOX-Behandlungskomponente und ≤ 50 Gew.-% der zweiten NOX-Behandlungskomponente, stärker bevorzugt ≥ 70 Gew.-% der ersten NOX-Behandlungskomponente und ≤ 30 Gew.-% der zweiten NOX-Behandlungskomponente.
  • Typischerweise weist der NOX-Speicherbereich eine Konzentration (d.h. Gesamtbeladung) von Mangan (Mn) von 50 g·ft–3 bis 600 g·ft–3. Es ist bevorzugt, dass der NOX-Speicherbereich eine Konzentration von Mangan (Mn) von 75 bis 500 g ·ft–3 (z.B. 100 bis 400 g·ft–3), stärker bevorzugt von 125 bis 350 g·ft–3 (z.B. 150 bis 350 g·ft–3), noch stärker bevorzugt 200 bis 350 g·ft–3 aufweist.
  • Der NOX-Speicherbereich weist typischerweise eine Konzentration (d.h. Gesamtbeladung) von NOX-Speicherkomponente von 250 bis 1000 g·ft–3 (z.B. 300 bis 950 g·ft–3), insbesondere 350 bis 900 g·ft–3 (z.B. 400 bis 850 g·ft–3), spezieller 450 bis 800 g·ft–3 auf.
  • Im Allgemeinen, wenn der NOX-Speicherbereich ein NOX-Behandlungsmaterial umfasst, umfasst vorzugsweise der NOX-Speicherbereich ≥ 50 Gew.-% des NOX-Speichermaterials und ≤ 50 Gew.-% des NOX-Behandlungsmaterials, stärker bevorzugt ≥ 70 Gew.-% des NOX-Speichermaterials und ≤ 30 Gew.-% des NOX-Behandlungsmaterials.
  • Der Katalysator kann des Weiteren einen NOX-Reduktionsbereich umfassen. Der NOX-Reduktionsbereich umfasst typischerweise eine NOX-Reduktionskomponente oder besteht im Wesentlichen daraus. Die NOX-Reduktionskomponente umfasst oder besteht im Wesentlichen aus Rhodium, das auf einem Trägermaterial angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist.
  • Das Trägermaterial für die NOX-Reduktionskomponente umfasst typischerweise ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Cer oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn das Trägermaterial für die NOX-Reduktionskomponente ein Oxid von Aluminium umfasst, umfasst typischerweise das Trägermaterial Aluminiumoxid. Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert oder nicht mit einem Dotiermittel dotiert sein.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti), Zirconium (Zr) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium, Magnesium, Barium und Cer besteht. Stärker bevorzugt ist das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Silicium, Magnesium und Barium besteht. Noch stärker bevorzugt ist das Dotiermittel Magnesium.
  • Wenn das Aluminiumoxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge an Dotiermittel 0,25 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1,0 Gew.-%) des Aluminiumoxids.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass das zweite Trägermaterial für die NOx-Reduktionskomponente ein Oxid von Magnesium und Aluminium umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Das Oxid von Magnesium und Aluminium kann Magnesiumaluminat (MgAl2O4 [z.B. Spinell]) und/oder ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) ist typischerweise ein homogenes Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3).
  • Das Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst typischerweise 1,0 Gew.-% bis 40,0 Gew.-% Magnesiumoxid (bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischoxids), wie 1,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 Gew.-% bis 28,0 Gew.-% (z.B. 5,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-%), stärker bevorzugt 10,0 Gew.-% bis 25,0 Gew.-% Magnesiumoxid.
  • Allgemein ist bevorzugt, dass das Trägermaterial ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Wenn das Trägermaterial für die NOX-Reduktionskomponente ein Oxid von Cer umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, kann das Oxid von Cer Ceroxid oder ein Mischoxid oder Verbundoxid von Ceroxid, wie beispielsweise Ceroxid-Zirkoniumoxid umfassen. Das Ceroxid-Zirkoniumoxid kann im Wesentlichen aus 20 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 50 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 55 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 Gew.-% bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 Gew.-% bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid bestehen.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass das Trägermaterial für die NOX-Reduktionskomponente ein Oxid von Cer umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass die NOX-Reduktionskomponente von der NOX-Speicherkomponente verschieden ist (d.h. eine verschiedene Zusammensetzung aufweist). Es ist bevorzugt, dass die NOX-Reduktionskomponente nicht Mangan oder ein Oxid (z.B. MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 und/oder Mn2O7), ein Hydroxid (z.B. Mn(OH)2) oder ein Carbonat (z.B. MnCO3) hiervon umfasst.
  • Typischerweise weist der NOX-Reduktionsbereich eine Konzentration (z.B. Gesamtbeladung) an Rhodium (d.h. als Teil der NOX-Reduktionskomponente) von 1 bis 50 g·ft–3, vorzugsweise 2 bis 25 g·ft–3 (z.B. 2,5 bis 22,5 g·ft–3), stärker bevorzugt 3 bis 20 g·ft–3, noch stärker bevorzugt 4 bis 15 g·ft–3 auf.
  • Der NOX-Reduktionsbereich kann eine Konzentration (d.h. Gesamtbeladung) des Trägermaterials für die NOX-Reduktionskomponente von 0,1 bis 3,5 g·Zoll–3 (z.B. 0,1 bis 1,0 g·Zoll–3), vorzugsweise 0,15 bis 3,0 g·Zoll–3 (z.B. 0,15 bis 0,75 g·Zoll–3), stärker bevorzugt 0,2 bis 2,75 g·Zoll–3 (0,2 bis 0,5 g·Zoll–3 oder 0,75 bis 2,5 g·Zoll–3), und noch stärker bevorzugt 0,5 bis 2,5 g·Zoll–3 (z.B. 1,0 bis 2,5 g·Zoll–3) aufweisen.
  • Der NOX-Reduktionsbereich kann des Weiteren eine dritte NOX-Behandlungskomponente umfassen. Somit kann der NOX-Reduktionbereich eine NOX-Reduktionskomponente und eine dritte NOX-Behandlungskomponente umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Der Begriff "dritte" in diesem Zusammenhang wird zur Unterscheidung der NOX-Behandlungskomponente des NOX-Reduktionsbereichs von der/den NOX-Behandlungskomponente(n) des NOX-Behandlungsmaterials (bezeichnet als die "erste" und "zweite" NOX-Behandlungskomponente) verwendet. Der Begriff "dritte" erfordert nicht das Vorhandensein der "ersten" und "zweiten" NOX-Behandlungskomponenten.
  • Die dritte NOX-Behandlungskomponente umfasst typischerweise ein Platingruppenmetall (PGM), das auf einem Trägermaterial angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass die dritte NOX-Behandlungskomponente von (i) der ersten NOX-Behandlungskomponente und/oder (ii) der zweiten NOX-Behandlungskomponente verschieden ist.
  • Das PGM der dritten NOX-Behandlungskomponente kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin, Palladium, Rhodium und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Vorzugsweise ist das PGM aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium ausgewählt. Das PGM kann Platin sein. Das PGM kann Palladium sein. Das PGM kann Platin und Palladium sein.
  • Das Trägermaterial der dritten NOX-Behandlungskomponente umfasst Ceroxid oder ein Misch- oder Verbundoxid von Ceroxid, wie ein Ceroxid-Zirconiumoxid, oder besteht im Wesentlichen daraus. Das Ceroxid-Zirconiumoxid kann im Wesentlichen aus 20 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 50 Gew.-% bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 55 Gew.-% bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 Gew.-% bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 Gew.-% bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid bestehen.
  • Es ist bevorzugt, dass die dritte NOX-Behandlungskomponente nicht den Promotor der NO-Oxidation gemäß obiger Definition (z.B. ist der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid (z.B. MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 und/oder Mn2O7), ein Hydroxid (z.B. Mn(OH)2) oder ein Carbonat (z.B. MnCO3) hiervon) umfasst.
  • Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt, dass die dritte NOX-Behandlungskomponente nicht eine NOX-Speicherkomponente gemäß obiger Definition (z.B. ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls und/oder eines Seltenerdmetalls (vorzugsweise mit der Ausnahme von Cer)) umfasst.
  • Typischerweise umfasst der NOX-Reduktionsbereich das PGM der dritten NOX-Behandlungskomponente (d.h. als Teil der dritten NOX-Behandlungskomponente) in einer Konzentration (z.B. einer Gesamtbeladung) von 5 bis 200 g·ft–3, vorzugsweise 10 bis 175 g·ft–3 (z.B. 15 bis 150 g·ft–3), stärker bevorzugt 20 bis 150 g·ft–3 (z.B. 50 bis 125 g·ft–3), noch stärker bevorzugt 25 bis 100 g·ft–3.
  • Wenn das PGM der dritten NOX-Behandlungskomponente eine Kombination von Platin und Palladium ist, umfasst typischerweise die dritte NOX-Behandlungskomponente ein Gewichtsverhältnis von Platin zu Palladium von 20:1 bis 1:20 (z.B. 15:1 bis 1:15), vorzugsweise 10:1 bis 1:10 (z.B. 7,5:1 bis 1:7,5), stärker bevorzugt 5:1 bis 1:5 (z.B. 3:1 bis 1:3) und noch stärker bevorzugt 2,5:1 bis 1:1.
  • Es ist bevorzugt, dass, wenn das PGM der dritten NOX-Behandlungskomponente eine Kombination von Platin und Palladium ist, die dritte NOX-Behandlungskomponente ein Gesamtgewicht von Platin umfasst, das größer ist als oder gleich ist zu dem Gesamtgewicht von Palladium (z.B. ist das Verhältnis von Pt:Pd, bezogen auf das Gewicht, ≥ 1:1). Stärker bevorzugt umfasst die dritte NOX-Behandlungskomponente ein Gesamtgewicht an Platin, das größer ist als das Gesamtgewicht an Palladium (z.B. ist das Verhältnis von Pt:Pd, bezogen auf das Gewicht, > 1:1).
  • Es ist bevorzugt, dass die dritte NOX-Behandlungskomponente ein Gewichtsverhältnis von Platin zu Palladium von 20:1 bis 1:1 (z.B. 15,1:1 bis 1,1:1), stärker bevorzugt 10:1 bis 1,25:1 (z.B. 7,5:1 bis 1,5:1) und noch stärker bevorzugt 5:1 bis 2:1 umfasst.
  • Der NOX-Reduktionsbereich kann das Trägermaterial der dritten NOX-Behandlungskomponente (d.h. als Teil der dritten NOX-Behandlungskomponente) in einer Konzentration (z.B. Gesamtbeladung) von 0,1 bis 3,5 g·Zoll–3 (z.B. 0,1 bis 1,0 g·Zoll–3), vorzugsweise 0,15 bis 3,0 g·Zoll–3 (z.B. 0,15 bis 0,75 g·Zoll–3), noch stärker bevorzugt 0,2 bis 2,75 g·Zoll–3 (0,2 bis 0,75 g·Zoll–3 oder 0,5 bis 2,5 g·Zoll–3) und noch stärker bevorzugt 0,75 bis 2,5 g·Zoll–3 umfassen.
  • Der erfindungsgemäße Katalysator kann des Weiteren einen Oxidationsbereich umfassen. Der Oxidationsbereich dient dem Oxidieren von Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und optional von Stickstoffmonoxid (NO). Zur Klarstellung sei angemerkt, dass der Oxidationsbereich von dem NOX-Reduktionsbereich verschieden ist (d.h. eine verschiedene Zusammensetzung aufweist).
  • Der Oxidationsbereich kann auf dem NOX-Speicherbereich und/oder dem NOX-Reduktionsbereich angeordnet oder geträgert sein.
  • Der Oxidationsbereich umfasst typischerweise (i) ein Platingruppenmetall (PGM), das auf einem Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, und optional (ii) ein Kohlenwasserstoffadsorbtionsmittel, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Das PGM für den Oxidationsbereich kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin, Palladium, Rhodium und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das PGM aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium besteht. Stärker bevorzugt ist das PGM aus der Gruppe ausgewählt, die aus Platin und einer Kombination von Platin und Palladium besteht.
  • Der Oxidationsbereich kann das PGM für den Oxidationsbereich als die alleinigen bzw. das alleinige Platingruppenmetall(e) umfassen. Somit ist das bzw. sind die in dem Oxidationsbereich alleinig vorhandene PGM(s) durch das/die PGM für den Oxidationsbereich definiert.
  • Der Oxidationsbereich weist typischerweise eine Konzentration (d.h. eine Gesamtbeladung) des PGM von 5 bis 300 g·ft–3, vorzugsweise 10 bis 250 g·ft–3 (z.B. 75 bis 175 g·ft–3), stärker bevorzugt 15 bis 200 g·ft–3 (z.B. 50 bis 150 g·ft–3), noch stärker bevorzugt 20 bis 150 g·ft–3 auf.
  • Wenn das PGM des Oxidationsbereichs eine Kombination von Platin und Palladium ist, umfasst der Oxidationsbereich typischerweise ein Gewichtsverhältnis von Platin zu Palladium von 20:1 bis 1:20 (z.B. 15:1 bis 1:15), vorzugsweise 10:1 bis 1:10 (z.B. 7,5:1 bis 1:7,5), stärker bevorzugt 5:1 bis 1:5 (z.B. 3:1 bis 1:3), und noch stärker bevorzugt 2,5:1 bis 1:1.
  • Es ist bevorzugt, wenn das PGM des Oxidationsbereichs eine Kombination von Platin und Palladium ist, dass der Oxidationsbereich ein Gesamtgewicht von Platin umfasst, das größer ist als oder gleich ist zu dem Gesamtgewicht von Palladium (z.B. ist das Verhältnis von Pt:Pd, bezogen auf das Gewicht, ≥ 1:1 ist). Stärker bevorzugt umfasst der Oxidationsbereich ein Gesamtgewicht an Platin, das größer ist als das Gesamtgewicht an Palladium (z.B. ist das Verhältnis von Pt:Pd, bezogen auf das Gewicht, > 1:1). Eine vorteilhafte CO und/oder HC-Anspringaktivität kann erhalten werden, wenn das Gesamtgewicht von Platin größer oder gleich ist zu dem Gesamtgewicht von Palladium in dem Oxidationsbereich.
  • Es ist allgemein bevorzugt, dass der Oxidationsbereich ein Gewichtsverhältnis von Platin zu Palladium von 20:1 bis 1:1 (z.B. 15,1:1 bis 1,1:1), stärker bevorzugt 10:1 bis 1,25:1 (z.B. 7,5:1 bis 1,5:1) und noch stärker bevorzugt 5:1 bis 2:1 umfasst.
  • Typischerweise kann das PGM des Oxidationsbereichs direkt auf dem Trägermaterial angeordnet sein oder wird direkt durch das Trägermaterial geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen dem PGM und dem Trägermaterial). Beispielsweise können Platin und/oder Palladium auf dem Trägermaterial verteilt bzw. dispergiert sein.
  • Das Trägermaterial des Oxidationsbereichs kann ein hitzebeständiges Oxid umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Hitzebeständige Oxide mit Eignung zur Verwendung als eine katalytische Komponente für Magergemischmotoren sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Das hitzebeständige Oxid ist typischerweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Misch- oder Verbundoxid hiervon, wie einem Misch- oder Verbundoxid von zwei oder mehr hiervon besteht. Beispielsweise kann das hitzebeständige Metalloxid aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht.
  • Das hitzebeständige Oxid kann optional (z.B. mit einem Dotiermittel) dotiert sein. Das Dotiermittel kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Zirconium (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Yttrium (Y), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einem Oxid hiervon besteht.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 Gew.-% bis 5 Gew.-% (d.h. bezogen auf das hitzebeständige Oxid), vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1 Gew.-%).
  • Das hitzebeständige Oxid kann mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, insbesondere wenn der Oxidationsbereich ein Erdalkalimetall umfasst.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel, das Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti) oder Zirconium (Zr) oder eine Kombination von zwei oder mehr hiervon umfasst, dotiert sein. Das Dotiermittel kann ein Oxid von Silicium, ein Oxid von Magnesium, ein Oxid von Barium, ein Oxid von Lanthan, ein Oxid von Cer, ein Oxid von Titan oder ein Oxid von Zirconium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Barium, Cer oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder Cer oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Barium oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium, Magnesium oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder ein Oxid hiervon, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Beispiele für mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid, insbesondere mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid. Es ist bevorzugt, dass das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist. Stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid. Noch stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid in einer Gesamtmenge von 0,5 Gew.-% bis 45 Gew.-% (d.h. bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxids), vorzugsweise 1 Gew.-% bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt 1,5 Gew.-% bis 30 Gew.-% (z.B. 1,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%), insbesondere 2,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, spezieller 3,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% (z.B. 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%), noch stärker bevorzugt 4,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% dotiert.
  • Es ist bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid nicht mit einem Mangan umfassenden Dotiermittel dotiert ist. Das Trägermaterial des Oxidationsbereichs oder das hitzebeständige Oxid hiervon ist nicht mit einem Promotor unterstützt bzw. gefördert, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinn, Mangan, Indium, einem Metall der Gruppe VIII (z.B. Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt, insbesondere Ir) und Kombinationen hiervon besteht. Im Allgemeinen, wenn das hitzebeständige Oxid ein Misch- oder Verbundoxid von Aluminium (z.B. Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Magnesiumoxid oder ein Gemisch von Aluminiumoxid und Ceroxid) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst vorzugsweise das Misch- oder Verbundoxid von Aluminium mindestens 50 Gew.-% bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid, stärker bevorzugt 70 Gew.-% bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid, noch stärker bevorzugt 75 Gew.-% bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Der Oxidationsbereich kann eine Konzentration (z.B. Gesamtbeladung) von Trägermaterial von 0,25 bis 2,5 g·Zoll–3 (z.B. 0,4 bis 2,25 g·Zoll–3), vorzugsweise 0,5 bis 2,0 g·Zoll–3 (z.B. 0,6 bis 2,0 g·Zoll–3), noch stärker bevorzugt 0,75 bis 1,75 g·Zoll–3 (0,75 bis 1,5 g·Zoll–3) und noch stärker bevorzugt 1,0 bis 1,5 g·Zoll–3 umfassen.
  • Der Oxidationsbereich kann des Weiteren ein Erdalkalimetall, das auf dem Trägermaterial angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist, umfassen, insbesondere, wenn das Trägermaterial ein hitzebeständiges Oxid umfasst, das mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid umfasst.
  • Das Erdalkalimetall kann aus Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Das Erdalkalimetall ist vorzugsweise Calcium (Ca), Strontium (Sr) oder Barium (Ba), stärker bevorzugt Strontium (Sr) oder Barium (Ba) und am stärksten bevorzugt ist das Erdalkalimetall Barium (Ba).
  • Im Allgemeinen umfasst der Oxidationsbereich eine Konzentration des Erdalkalimetalls von 10 bis 350 g·ft–3 (z.B. 20 bis 200 g·ft–3 oder 100 bis 300 g·ft–3), insbesondere 25 bis 250 g·ft–3, stärker bevorzugt 50 bis 200 g·ft–3, wie 75 bis 175 g·ft–3.
  • Wenn der Oxidationsbereich ein Erdalkalimetall umfasst, dann umfasst typischerweise der Oxidationsbereich auch Platin. Es ist bevorzugt, dass der Oxidationsbereich ein Gewichtsverhältnis des Erdalkalimetalls zu Platin von 0,25:1 bis 20:1 (z.B. 0,3:1 bis 20:1), stärker bevorzugt 0,5:1 bis 17:1, wie 1:1 bis 15:1, insbesondere 1,5:1 bis 10:1, noch stärker bevorzugt 2:1 bis 7,5:1 und noch stärker bevorzugt 2,5:1 bis 5:1 umfasst.
  • Der Oxidationsbereich kann des Weiteren ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfassen. Das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel kann ein Zeolith sein.
  • Es ist bevorzugt, dass der Zeolith ein mittelporiger Zeolith (z.B. ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen) oder ein großporiger Zeolith (z.B. ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von zwölf tetraedrischen Atomen) ist. Es kann bevorzugt sein, dass der Zeolith nicht ein kleinporiger Zeolith (z.B. ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen) ist.
  • Beispiele für geeignete Zeolithe oder Typen von Zeolithen umfassen Faujasit, Clinoptilolit, Mordenit, Silicalit, Ferrierit, Zeolith X, Zeolith Y, ultrastabilen Zeolith Y, AEI Zeolith, ZSM-5-Zeolith, ZSM-12-Zeolith, ZSM-20-Zeolith, ZSM-34-Zeolith, CHA-Zeolith, SSZ-3-Zeolith, SAPO-5-Zeolith, Offretit, einen Beta-Zeolith oder einen Kupfer-CHA-Zeolith. Der Zeolith ist vorzugsweise ZSM-5, ein Beta-Zeolith oder ein Y-Zeolith.
  • Wenn der Oxidationsbereich ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst, beträgt die Konzentration (z.B. Gesamtbeladung) des Kohlenwasserstoffadsorptionsmittels 0,05 bis 1,5 g·Zoll–3, insbesondere 0,10 bis 1,25 g·Zoll–3, spezieller 0,15 bis 1,0 g·Zoll–3. Beispielsweise kann die Gesamtmenge des Kohlenwasserstoffadsorptionsmittels 0,2 bis 0,75 g·Zoll–3 betragen.
  • Es kann jedoch bevorzugt sein, dass der Oxidationsbereich kein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst.
  • Es kann jedoch bevorzugt sein, dass der Oxidationsbereich nicht Rhodium und/oder ein Alkalimetall umfasst. Somit kann der Oxidationsbereich kein Rhodium und/oder Alkalimetall, insbesondere ein auf dem Trägermaterial angeordnetes oder geträgertes Alkalimetall, umfassen.
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass ein allgemeines Merkmal des Oxidationsbereichs (d.h. in einer beliebigen oder sämtlichen der obigen Ausführungsformen) darin besteht, dass der Oxidationsbereich im Wesentlichen frei von Mangan ist. Der Oxidationsbereich umfasst vorzugsweise kein Mangan.
  • Der NOX-Speicherbereich und/oder der NOX-Reduktionsbereich können auf dem Substrat angeordnet oder geträgert sein.
  • Der NOX-Speicherbereich kann direkt auf dem Substrat angeordnet sein (d.h. der NOX-Speicherbereich befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats). Der NOX-Reduktionsbereich kann
    • (a) auf dem NOX-Speicherbereich angeordnet oder geträgert sein; und/oder
    • (b) direkt auf dem Substrat angeordnet sein [d.h. der NOX-Reduktionsbereich befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats]; und/oder
    • (c) sich in Kontakt mit dem NOX-Speicherbereich befinden [d.h. der NOX-Reduktionsbereich ist zu dem NOX-Speicherbereich benachbart oder grenzt an den NOX-Speicherbereich an].
  • Wenn der NOX-Reduktionsbereich direkt auf dem Substrat angeordnet ist, kann sich ein Teil oder Bereich des NOX-Reduktionsbereichs in Kontakt mit dem NOX-Speicherbereich befinden.
  • Wenn der NOX-Reduktionsbereich auf dem NOX-Speicherbereich angeordnet oder geträgert ist, ist der gesamte oder ein Teil des NOX-Reduktionsbereichs vorzugsweise direkt auf dem NOX-Speicherbereich angeordnet (d.h. der NOX-Reduktionsbereich befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des NOX-Speicherbereichs). Der NOX-Reduktionsbereich kann eine NOX-Reduktionsschicht sein und der NOX-Speicherbereich kann eine NOX-Speicherschicht sein.
  • Typischerweise ist in dem erfindungsgemäßen Katalysator:
    • (a) der NOX-Reduktionsbereich eine NOX-Reduktionszone, die an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist, und der NOX-Speicherbereich ist eine NOX-Speicherzone, die an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist; oder
    • (b) der NOX-Reduktionsbereich eine NOX-Reduktionszone, die an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist, und der NOX-Speicherbereich ist eine NOX-Speicherzone, die an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist; oder
    • (b) der NOX-Speicherbereich ist eine NOX-Speicherschicht und der NOX-Reduktionsbereich ist eine NOX-Reduktionszone, wobei die NOX-Reduktionszone auf der NOX-Speicherschicht an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist; oder
    • (c) der NOX-Speicherbereich ist eine NOX-Speicherschicht und der NOX-Reduktionsbereich ist eine NOX-Reduktionsschicht, und wobei die NOX-Reduktionsschicht auf der NOX-Speicherschicht angeordnet ist.
  • Die NOX-Speicherschicht kann sich über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats erstrecken.
  • Typischerweise erstreckt sich die NOX-Reduktionsschicht über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats.
  • Es kann bevorzugt sein, dass der NOX-Speicherbereich eine NOX-Speicherzone ist. Stärker bevorzugt ist die NOX-Speicherzone bei oder nahe an einem Einlassende des Substrats angeordnet. In einer solchen Anordnung kann der Katalysator eine vorteilhafte oxidative Aktivität (z.B. gegenüber CO und HCs) zeigen.
  • In einer ersten Katalysatoranordnung ist der NOX-Speicherbereich stromauf der NOX-Reduktionszone angeordnet oder geträgert. Vorzugsweise ist der NOX-Speicherbereich eine NOX-Speicherzone. Stärker bevorzugt ist die NOX-Speicherzone bei oder nahe an einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert.
  • Typischerweise weist die NOX-Speicherzone eine Länge von 10 % bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 % bis 45 %), vorzugsweise 15 % bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 % bis 40 %), stärker bevorzugt 20 % bis 70 % (z.B. 35 % bis 65 %, wie 25 % bis 45 %) der Länge des Substrats, noch stärker bevorzugt 25 % bis 65 % (z.B. 35 % bis 50 %) auf.
  • Die NOX-Reduktionszone weist typischerweise eine Länge von 10 % bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 % bis 45 %), vorzugsweise 15 % bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 % bis 40 %), stärker bevorzugt 20 % bis 70 % (z.B. 35 % bis 65 %, wie 25 % bis 45 %) der Länge des Substrats, noch stärker bevorzugt 25 % bis 65 % (z.B. 35 % bis 50 %) auf.
  • Die NOX-Speicherzone kann neben der NOX-Reduktionszone liegen. Vorzugsweise befindet sich die NOX-Speicherzone in Kontakt mit der NOX-Reduktionszone. Wenn die NOX-Speicherzone neben der NOX-Reduktionszone liegt oder sich die NOX-Speicherzone in Kontakt mit der NOX-Reduktionszone befindet, können die NOX-Speicherzone und die NOX-Reduktionszone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne Schicht) auf dem Substrat ausgebildet sein, wenn die NOX-Speicher- und NOX-Reduktionszonen nebeneinanderliegen oder sich im Kontakt miteinander befinden. Solch eine Anordnung kann Probleme mit dem Rückdruck vermeiden.
  • In einer zweiten Katalysatoranordnung ist der NOX-Speicherbereich eine NOX-Speicherschicht. Es ist bevorzugt, dass die NOX-Speicherschicht sich über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths erstreckt.
  • Die NOX-Reduktionszone ist typischerweise auf der NOX-Speicherschicht angeordnet oder geträgert. Vorzugsweise ist die NOX-Reduktionszone direkt auf der NOX-Speicherschicht angeordnet (d.h. die Reduktionszone befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche der NOX-Speicherschicht).
  • Wenn die NOX-Reduktionszone auf der NOX-Speicherschicht angeordnet oder geträgert ist, ist bevorzugt, dass die gesamte Länge der NOX-Reduktionszone auf der NOX-Speicherschicht angeordnet oder geträgert ist. Die Länge der NOX-Reduktionszone beträgt weniger als die Länge der NOX-Speicherschicht.
  • In einer dritten Katalysatoranordnung ist der NOX-Speicherbereich eine NOX-Speicherschicht. Es ist bevorzugt, dass die NOX-Speicherschicht sich über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths, erstreckt.
  • Der NOX-Reduktionsbereich ist eine NOX-Reduktionsschicht. Es ist bevorzugt, dass die NOX-Reduktionsschicht sich über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats, insbesondere die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths, erstreckt.
  • Die NOX-Reduktionsschicht ist auf der NOX-Speicherschicht angeordnet oder geträgert. Vorzugsweise ist die NOX-Reduktionsschicht direkt auf der NOX-Speicherschicht angeordnet (d.h. die NOX-Reduktionsschicht befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche der NOX-Speicherschicht).
  • Allgemein umfasst der Katalysator einen Oxidationsbereich, die angeordnet oder geträgert ist auf:
    • (a) dem NOX-Speicherbereich; und/oder
    • (b) dem NOX-Reduktionsbereich.
  • Der Oxidationsbereich kann eine Oxidationsschicht sein. Die Oxidationsschicht kann sich über eine gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen eine gesamte Länge) des Substrats erstrecken.
  • Die Oxidationsschicht kann die NOX-Reduktionsschicht überlappen. Somit kann ein Endbereich oder -teil der Oxidationsschicht auf der NOX-Reduktionsschicht angeordnet oder geträgert sein. Die Oxidationsschicht kann die NOX-Reduktionsschicht vollständig oder teilweise überlappen.
  • Wenn die NOX-Speicherschicht durch die NOX-Reduktionsschicht und/oder die Oxidationsschicht bedeckt ist, kann die Schwefelvergiftung der Mn-Komponente verringert oder verhindert werden.
  • Der Oxidationsbereich kann eine Oxidationszone sein. Wenn der Oxidationsbereich eine Oxidationszone ist, weist die Oxidationszone typischerweise eine Länge von 10 % bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 % bis 45 %), vorzugsweise 15 % bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 % bis 40 %), stärker bevorzugt 20 % bis 70 % (z.B. 30 % bis 65 %, wie 25 % bis 45 %), noch stärker bevorzugt 25 % bis 65 % (z.B. 35 % bis 50 %) der Länge des Substrats auf.
  • Die hier weiter oben beschriebenen Bereiche, Zonen und Schichten können unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Herstellung und Applikation von Washcoats auf ein Substrat, die auch auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt sind, hergestellt werden (siehe z.B. unsere WO 99/47260 , WO 2007/077462 und WO 2011/080525 ).
  • Es kann bevorzugt sein, das NOX-Speichermaterial vor-auszubilden, um die korrekte Anordnung von geträgerten Komponenten sicherzustellen, und anschließend einen Washcoat herzustellen, der das zuvor gebildete Material enthält.
  • Substrate zum Trägern von Katalysatoren zur Behandlung eines Abgases aus einem Magergemischmotor sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Das Substrat weist typischerweise eine Vielzahl von Kanälen (z.B. für das Durchströmen des Abgases) auf. Allgemein ist das Substrat ein keramisches Material oder ein metallisches Material.
  • Es ist bevorzugt, dass das Substrat aus Cordierit (SiO2-Al2O3-MgO), Siliciumcarbid (SiC), einer Fe-Cr-Al-Legierung, einer Ni-Cr-Al-Legierung oder einer Edelstahllegierung hergestellt oder zusammengesetzt ist.
  • Typischerweise ist das Substrat ein Monolith (der hier auch als Substratmonolith bezeichnet wird). Solche Monolithe sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Der Substratmonolith kann ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith sein.
  • Ein Durchflussmonolith umfasst typischerweise einen Wabenmonolith (z.B. einen Metall- oder keramischen Wabenmonolith), der eine Vielzahl von sich durch ihn hindurch erstreckenden Kanälen aufweist, wobei die Kanäle an beiden Enden offen sind.
  • Ein Filtermonolith umfasst im Allgemeinen eine Vielzahl von Einlasskanälen und eine Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einem stromaufseitigen Ende (d.h. der Abgaseinlassseite) offen sind und an einem stromabseitigen Ende (d.h. der Abgasauslassseite) verstopft oder abgedichtet bzw. versiegelt sind, die Auslasskanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft oder abgedichtet sind und an einem stromabseitigen Ende offen sind, und wobei jeder Einlasskanal von einem Auslasskanal durch eine poröse Struktur getrennt ist.
  • Wenn der Monolith ein Filtermonolith ist, ist es bevorzugt, dass der Filtermonolith ein Wandstromfilter ist. In einem Wandstromfilter ist jeder Einlasskanal abwechselnd von einem Auslasskanal durch eine Wand der porösen Struktur getrennt und andersherum. Es ist bevorzugt, dass die Einlasskanäle und die Auslasskanäle in einer Wabenanordnung angeordnet sind. Wenn eine Wabenanordnung vorliegt, ist bevorzugt, dass die vertikal und lateral zu einem Einlasskanal benachbarten Kanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft sind und umgekehrt (d.h. die vertikal und lateral zu einem Auslasskanal benachbarten Kanäle sind an einem stromabseitigen Ende verstopft). Bei Ansicht von einem der beiden Enden weisen die abwechselnd verstopften und offenen Enden der Kanäle das Aussehen eines Schachbretts auf.
  • Es ist bevorzugt, dass das Substrat ein Durchflussmonolith ist.
  • Im Prinzip kann das Substrat eine beliebige Form oder Größe aufweisen. Die Form oder Größe des Substrats wird jedoch üblicherweise ausgewählt, um das Einwirken der katalytisch aktiven Materialien in dem Katalysator auf das Abgas zu optimieren. Das Substrat kann beispielsweise eine röhrenförmige, faserförmige oder teilchenförmigen Form aufweisen. Beispiele für geeignete Trägersubstrate umfassen ein Substrat vom monolithischen Cordierit-Wabentyp, ein Substrat des monolithischen SiC-Wabentyps, ein Substrat des Schichtfaser- oder des Gewirketyps, ein Substrat des Schaumtyps, ein Substrat des Querströmungstyps, ein Substrat des Metalldrahtmaschentyps, ein Substrat des porösen Metallkörpertyps und ein Substrat vom Typ keramischer Partikel.
  • Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Abgassystem, das den Katalysator und eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Die Emissionssteuerungsvorrichtung befindet sich vorzugsweise stromab des Katalysators.
  • Beispiele für eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfassen ein Dieselpartikelfilter (DPF), einen NOX-Speicherkatalysator (NSC), einen Mager-NOX-Katalysator (LNC), einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein katalysiertes Rußfilter (CSF), einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator, einen Ammoniak-Sperrkatalysator bzw. Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon. Solche Emissionssteuerungsvorrichtungen sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Es ist bevorzugt, dass die Emissionssteuerungsvorrichtung ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator oder ein selektiver katalytischer Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator ist.
  • Einige der vorgenannten Emissionssteuerungsvorrichtungen weisen Filtersubstrate auf. Eine ein Filtersubstrat aufweisende Emissionssteuerungsvorrichtung kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem katalysierten Rußfilter (CSF) und einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator besteht.
  • Es ist bevorzugt, dass das Abgassystem eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC), einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht. Stärker bevorzugt ist die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht. Noch stärker bevorzugt ist die Emissionssteuerungsvorrichtung ein selektiver katalytischer Reduktions-(SCR)-Katalysator oder ein selektiver katalytischer Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator.
  • Wenn das erfindungsgemäße Abgassystem einen SCR-Katalysator oder einen SCRFTM-Katalysator umfasst, kann das Abgassystem des Weiteren einen Injektor zum Injizieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie Ammoniak, oder eines Ammoniakvorläufers, wie Harnstoff oder Ammoniumformiat, vorzugsweise Harnstoff, in den Abgasstrom stromab des Oxidationskatalysators und stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators umfassen. Ein derartiger Injektor kann fluidisch mit einer Quelle (z.B. einem Tank) eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittelvorläufers verbunden sein. Eine ventilgesteuerte Zudosierung des Vorläufers in das Abgas kann durch geeignet programmierte Motormanagementmittel und ein Feedback einer geschlossenen Schleife oder offenen Schleife, das von Sensoren geliefert wird, die die Zusammensetzung des Abgases überwachen, reguliert werden. Ammoniak kann auch durch Erwärmen von Ammoniumcarbamat (ein Feststoff) erzeugt werden und der erzeugte Ammoniak kann in das Abgas injiziert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Injektor kann Ammoniak in situ erzeugt werden (z.B. während der fetten Regeneration des erfindungsgemäßen Katalysators, der stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators angeordnet ist). Somit kann das Abgassystem des Weiteren ein Motormanagementmittel zum Anreichern des Abgases mit Kohlenwasserstoffen umfassen.
  • Der SCR-Katalysator oder der SCRFTM-Katalysator kann ein Metall umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mindestens einem (Metall) unter Cu, Hf, La, Au, In, V, Lanthaniden und Übergangsmetallen der Gruppe VII (z.B. Fe) besteht, wobei das Metall auf einem hitzebeständigen Oxid oder Molekularsieb geträgert ist. Das Metall ist vorzugsweise aus Ce, Fe, Cu und Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt, stärker bevorzugt ist das Metall Fe oder Cu.
  • Das hitzebeständige Oxid für den SCR-Katalysator oder den SCRFTM-Katalysator kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 und Mischoxiden, die zwei oder mehr hiervon enthalten, besteht. Der nicht-Zeolith-Katalysator kann des Weiteren Wolframoxid (z.B. V2O5/WO3/TiO2, WOX/CeZrO2, WOX/ZrO2 oder Fe/WOX/ZrO2) umfassen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn ein SCR-Katalysator, ein SCRFTM-Katalysator oder ein Washcoat hiervon mindestens ein Molekularsieb, wie einen Alumosilicatzeolith oder ein SAPO, umfasst. Das mindestens eine Molekularsieb kann ein kleinporiges, ein mittelporiges oder ein großporiges Molekularsieb sein. Unter einem "kleinporigen Molekularsieb" verstehen wir hierin Molekularsiebe, die eine maximale Ringgröße von 8 enthalten, wie CHA; unter "mittelporigem Molekularsieb" verstehen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 10 enthält, wie ZSM-5; und unter "großporigem Molekularsieb" verstehen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 12 aufweist, wie Beta. Kleinporige Molekularsiebe sind unter Umständen vorteilhaft für eine Verwendung in SCR-Katalysatoren.
  • In dem erfindungsgemäßen Abgassystem sind bevorzugte Molekularsiebe für einen SCR-Katalysator oder einen SCRFTM-Katalysator synthetische Alumosilicatzeolith-Molekularsiebe, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI einschließlich ZSM-34, Mordenit, Ferrierit, BEA einschließlich Beta, Y, CHA, LEV einschließlich Nu-3, MCM-22 und EU-1, vorzugsweise AEI oder CHA besteht und die ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 10 zu etwa 50, wie z.B. von etwa 15 zu etwa 40 aufweisen.
  • In einer ersten Ausführungsform des Abgassystems umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäßen Katalysator und ein katalysiertes Rußfilter (CSF). Dem Katalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) (z.B. befindet sich der Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters). Somit ist beispielsweise ein Auslass des Oxidationskatalysators mit einem Einlass des katalysierten Rußfilters verbunden.
  • In einer zweiten Ausführungsform des Abgassystems umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäßen Katalysator, ein katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator. Dem Katalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) (z.B. befindet sich der Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF)). Dem katalysierten Rußfilter folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (z.B. befindet sich das katalysierte Rußfilter stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem katalysierten Rußfilter (CSF) und dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem katalysierten Rußfilter (CSF) ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. befindet sich das katalysierte Rußfilter stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels), und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator folgen (z.B. befindet sich der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • In einer dritten Abgassystemausführungsform umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäßen Katalysator, einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator und entweder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ein Dieselpartikelfilter (DPF).
  • In der dritten Abgassystemausführungsform folgt dem erfindungsgemäßen Katalysator typischerweise der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator (z.B. befindet sich der erfindungsgemäße Katalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Katalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem Katalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. befindet sich der Katalysator stromauf eines Injektors eines stockstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator folgen (z.B. befindet sich der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators). Dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator kann das katalysierte Rußfilter (CSF) oder das Dieselpartikelfilter (DPF) folgen (z.B. befindet sich der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF) oder des Dieselpartikelfilters (DPF)).
  • Eine vierte Abgassystemausführungsform umfasst den erfindungsgemäßen Katalysator und einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator. Dem erfindungsgemäßen Katalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator (z.B. befindet sich der erfindungsgemäße Katalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysators). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Katalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem Katalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. befindet sich der Katalysator stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator folgen (z.B. befindet sich der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysators).
  • Wenn das Abgassystem einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator oder einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRFTM)-Katalysator umfasst, wie in den oben beschriebenen zweiten bis vierten Abgassystemausführungsformen, kann ein ASC stromab des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators angeordnet sein (d.h. in Form eines gesonderten Substratmonoliths), oder stärker bevorzugt kann eine Zone auf einem stromabseitigen oder nachlaufenden Ende des den SCR-Katalysator umfassenden Substratmonoliths als ein Träger für den ASC verwendet werden.
  • Allgemein kann das erfindungsgemäße Abgassystem eine Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung (z.B. zum Erzeugen eines fetten Abgases) umfassen. Die Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung kann stromauf des erfindungsgemäßen Katalysators angeordnet sein. Die Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung ist typischerweise stromab des Abgasauslasses des Magergemischmotors angeordnet.
  • Die Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung kann elektronisch an ein Motormanagementsystem gekoppelt sein, das dazu konfiguriert ist, Kohlenwasserstoff in das Abgas zur Freisetzung von NOX (z.B. gespeichertem NOX) aus dem Katalysator zu injizieren.
  • Die Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung kann ein Injektor sein. Die Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung oder der Injektor ist zum Injizieren bzw. Eindüsen von Kraftstoff in das Abgas geeignet.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Kohlenwasserstoffeinspeisungsvorrichtung kann der Magergemischmotor ein Motormanagementsystem (z.B. eine Motorsteuerungseinheit [ECU]) umfassen. Das Motormanagementsystem ist für eine Injektion des Kohlenwasserstoffs (z.B. Treibstoffs) in den Zylinder zum Freisetzen von NOX (z.B. gespeichertem NOX) aus dem Katalysator konfiguriert.
  • Allgemein ist das Motormanagementsystem mit einem Sensor in dem Abgassystem, der den Status des Katalysators überwacht, gekoppelt. Ein solcher Sensor kann stromab des Katalysators angeordnet sein. Der Sensor kann die NOX-Zusammensetzung des Abgases an dem Auslass des Katalysators überwachen.
  • Im Allgemeinen ist der Kohlenwasserstoff ein Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug oder eine Vorrichtung. Das Fahrzeug oder die Vorrichtung umfasst einen Magergemischmotor. Der Magergemischmotor ist typischerweise ein Dieselmotor.
  • Das Fahrzeug kann ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV), beispielsweise gemäß Definition in der US-Gesetzgebung oder der europäischen Gesetzgebung sein. Ein Leichtlastdieselfahrzeug weist typischerweise ein Gewicht von < 2840 kg, stärker bevorzugt ein Gewicht von < 2610 kg auf.
  • In den USA bezeichnet ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von ≤ 8500 Pounds (US lbs). In Europa bezeichnet der Begriff Leichtlastdieselfahrzeug (LDV): (i) Personenfahrzeuge mit nicht mehr als acht Sitzen zusätzlich zum Fahrersitz und mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 5 Tonnen, und (ii) Fahrzeuge zur Beförderung von Gütern mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 12 Tonnen.
  • Alternativ kann das Fahrzeug ein Schwerlastdieselfahrzeug (HDV), wie beispielsweise ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von > 8500 Pounds (US lbs) gemäß Definition in der US-Gesetzgebung sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor. Das Verfahren umfasst ein In-Kontakt-bringen des durch den Magergemischmotor erzeugten Abgases mit einem Katalysator der Erfindung.
  • Die Stufe des In-Kontakt-bringens des von dem Magergemischmotor erzeugten Abgases mit dem Katalysator ist typischerweise eine Stufe des Führens des Abgases durch den Katalysator.
  • Der Ausdruck "Behandeln eines Abgases" in diesem Kontext bezieht sich auf ein Umwandeln von Stickstoffoxiden (NOX) in Stickstoff und auf ein Oxidieren von Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und Stickstoffmonoxid (NO) in einem Abgas aus einem Magergemischmotor.
  • DEFINITIONEN
  • In der vorliegenden Beschreibung erfolgt eine Bezugnahme auf einen "Bereich", wie einen NOX-Speicherbereich, einen NOX-Reduktionsbereich oder einen Oxidationsbereich. Typischerweise weist jeder "Bereich" eine im Wesentlichen gleichförmige Länge auf. Die Bezugnahme auf eine "im Wesentlichen gleichförmige Länge" in diesem Kontext bezieht sich auf eine Länge, die nicht um mehr als 10 % von ihrem Mittelwert abweicht (z.B. der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Länge nicht mehr als 10 % beträgt), vorzugsweise nicht mehr als 5 %, stärker bevorzugt nicht mehr als 1 % von ihrem Mittelwert abweicht.
  • Es ist bevorzugt, dass jeder "Bereich" eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung aufweist (d.h., es gibt keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung des Bereichs bei einem Vergleich von einem Teil des Bereichs mit einem anderen Teil des Bereichs). Eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung bezieht sich in diesem Kontext auf ein Material, bei dem der Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung bei einem Vergleich eines Teils des Bereichs mit einem anderen Teil des Bereichs 5 % oder weniger, üblicherweise 2,5 % oder weniger, am üblichsten 1 % oder weniger beträgt.
  • Der Begriff "Zone", wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Bereich, die eine Länge aufweist, die weniger als die Gesamtlänge des Substrats, wie beispielsweise ≤ 75 % der Gesamtlänge des Substrats beträgt. Eine "Zone" weist typischerweise eine Länge (d.h. eine im Wesentlichen gleichförmige Länge) von mindestens 5 % (z.B. ≥ 5 %) der Gesamtlänge des Substrats auf.
  • Die Gesamtlänge eines Substrats ist der Abstand zwischen dessen Einlassende und dessen Auslassende (z.B. zwischen den entgegengesetzten Enden des Substrats).
  • Jede Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“, wie hier verwendet, bezeichnet eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die sich näher an einem Einlassende des Substrats befindet als sie sich zu einem Auslassende des Substrats befidet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Einlassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Auslassende des Substrats befindet. In ähnlicher Weise bezeichnet jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“, wie hier verwendet, eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die sich näher an einem Auslassende des Substrats befindet als sie sich zu einem Einlassende des Substrats befindet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Auslassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Einlassende des Substrats befindet.
  • Wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, bezeichnet allgemein jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“ eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    • (a) sich näher zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als sie sich zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Einlasskanals befindet und/oder
    • (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als sie sich zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) des Auslasskanals befindet.
  • Somit befindet sich der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher an einem Einlassende eines Einlasskanals des Substrats als der Mittelpunkt sich zu dem verschlossenen Ende des Einlasskanals befindet und/oder (b) näher zu einem verschlossenen Ende eines Auslasskanals des Substrats als der Mittelpunkt sich zu einem Auslassende des Auslasskanals befindet.
  • In ähnlicher Weise bezeichnet jede Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“, wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    • (a) sich näher zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als die Zone sich zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Auslasskanals befindet und/oder
    • (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als sie sich zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) des Einlasskanals entfernt ist.
  • Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher zu einem Auslassende eines Auslasskanals des Substrats als der Mittelpunkt sich zu dem verschlossenen Ende des Auslasskanals befindet und/oder (b) näher zu einem verschlossenen Ende eines Einlasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu einem Einlassende des Einlasskanals befindet.
  • Eine Zone kann sowohl (a) als auch (b) genügen, wenn der Washcoat in der Wand des Wandstromfilters vorhanden ist (d.h., die Zone befindet sich in der Wand bzw. in den Wänden).
  • Der Begriff "Mischoxid", wie hier verwendet, bezieht sich allgemein auf ein Gemisch von Oxiden in einer Einzelphase, wie allgemein auf dem einschlägigen Gebiet bekannt ist. Der Begriff "Verbundoxid", wie hier verwendet, bezieht sich allgemein auf eine Zusammensetzung von Oxiden mit mehr als einer Phase, wie allgemein auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist.
  • Der Ausdruck "besteht im Wesentlichen aus", wie hier verwendet, beschränkt den Umfang eines Merkmals auf das Einschließen des spezifizierten Materials und beliebiger weiterer Materialien oder Stufen, die die grundlegenden Eigenschaften dieses Merkmals nicht materiell beeinflussen, wie beispielsweise geringfügige Verunreinigungen. Der Ausdruck "besteht im Wesentlichen aus" umfasst den Ausdruck "besteht aus".
  • Der Ausdruck "im Wesentlichen frei von", wie hier unter Bezugnahme auf ein Material, typischerweise im Zusammenhang mit dem Gehalt eines Bereichs, einer Schicht oder einer Zone verwendet, bedeutet, dass das Material in einer geringfügigen Menge, wie beispielsweise ≤ 5 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 2 Gew.-%, stärker bevorzugt ≤ 1 Gew.-% (vorhanden ist). Der Ausdruck "im Wesentlichen frei von" umfasst den Ausdruck "umfasst nicht".
  • Jegliche Bezugnahme auf die Menge eines Dotiermittels, insbesondere auf eine Gesamtmenge, ausgedrückt als Gewichtsprozent bzw. Prozent, bezogen auf das Gewicht, wie hier verwendet, bezieht sich auf das Gewicht des Trägermaterials oder des hitzebeständigen Oxids hiervon.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von 32 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Der fertiggestellte Katalysator wies eine PGM-Beladung von 20 g·ft–3 und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Beispiel 1
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von Mn-Nitrat und 32 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Der fertiggestellte Katalysator wies eine PGM-Beladung von 20 g·ft–3, eine Mn-Beladung von 150 g·ft–3 und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Messung des gespeicherten NO
  • Kernproben wurden von den Katalysatoren von Vergleichsbeispiel 1 und obigem Beispiel 1 entnommen. Beide Kerne wurden 5 Stunden in einem Ofen bei 800 °C hydrothermal gealtert (mit Wasser). Die katalytische Aktivität wird unter Verwendung eines Prüfstandaktivitätstest mit synthetischem Gas (SCAT) bestimmt. Die gealterten Kerne werden in einer Apparatur mit simuliertem Katalysatoraktivitätstest(SCAT)-Gas unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Einlassgasgemische getestet Tabelle 1
    CO 1500 ppm
    HC (als C1) 430 ppm
    NO 100 ppm
    CO2 4 %
    H2O 4 %
    O2 14 %
    Raumgeschwindigkeit 55000/Stunde
  • Ergebnisse
  • Die katalytische Aktivität wurde unter mageren Bedingungen gemessen. Zwei Ergebnisse wurden erhalten:
    • (1) Eine erste Aktivität wurde nach einer fetten Vorkonditionierung gemessen, so dass sich der Katalysator in einem aktivierten Zustand befindet, und (2) eine zweite Aktivität wurde nach Deaktivierung des Katalysators nach einer Steigerung auf 600 °C unter mageren Bedingungen gemessen. Die zweite Aktivität (deaktivierter Zustand) ist in Tabelle 2 gezeigt.
    Tabelle 2
    Katalysatoren NOx gespeichert obei 350 C (g/L) NOx gespeichert o bei 400 C (g/L) NOx gespeichert o bei 450 C (g/L)
    Vergleichsbeispiel 1 0,23 0,32 0,42
    Beispiel 1 0,62 1,42 1,38
  • Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass der Katalysator mit Mn (Beispiel 1) in gealtertem Zustand mehr NOX bei 350 °C, 400 °C und 450 °C speichert als der Katalysator ohne Mn (Vergleichsbeispiel 1).
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Herstellung einer NOX-Speicherschicht
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von 33 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Der fertiggestellte Katalysator wies eine PGM-Beladung von 11,3 g·ft–3, und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer NOX-Reduktionsschicht
  • Eine erste Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen hergestellt. Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichem Rhodiumsalz hergestellt. Der pH-Wert der zweiten Aufschlämmung wurde auf 7 erhöht, anschließend wurden die erste und zweite Aufschlämmung kombiniert. Aluminiumoxidbindemittel (30 %) wurde zu der vereinigten Aufschlämmung zugegeben. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend als eine zweite Beschichtungsschicht unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 55,9 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer Oxidationsschicht
  • Bariumacetat wurde in Wasser suspendiert und zu einem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver zugegeben. Der Gehalt an Barium betrug 4,8 %, bezogen auf die Masse des Siliciumdioxid-Aluminiumoxids. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu dieser Aufschlämmung hinzugegeben, gefolgt von Beta-Zeolith, so dass die Feststoffe der Aufschlämmung 20 Gew.-% Zeolith umfassten. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde als eine Schicht auf die Einlasskanäle des Substrats unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 50,9 g·ft–3 auf.
  • Der fertiggestellte Katalysator wies eine Gesamt-PGM-Beladung von 118 g·ft–3 auf.
  • Beispiel 2
  • Herstellung der NOX-Speicherschicht
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von Mn-Nitrat und 33 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Der fertiggestellte Katalysator wies eine PGM-Beladung von 11,3 g·ft–3, eine Mn-Beladung von 150 g·ft–3 und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer NOX-Reduktionsschicht
  • Eine erste Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen hergestellt. Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichem Rhodiumsalz hergestellt. Der pH-Wert der zweiten Aufschlämmung wurde auf 7 erhöht, anschließend wurden die erste und zweite Aufschlämmung kombiniert. Aluminiumoxidbindemittel (30 %) wurde zu der vereinigten Aufschlämmung zugegeben. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend als eine zweite Beschichtungsschicht unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 55,9 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer Oxidationsschicht
  • Bariumacetat wurde in Wasser suspendiert und zu einem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver zugegeben. Der Gehalt an Barium betrug 4,8 %, bezogen auf die Masse des Siliciumdioxid-Aluminiumoxids. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu dieser Aufschlämmung hinzugegeben, gefolgt von Beta-Zeolith, so dass die Feststoffe der Aufschlämmung 20 Gew.-% Zeolith umfassten. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde als eine Schicht auf die Einlasskanäle des Substrats unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 50,9 g·ft–3 auf.
  • Der fertiggestellte Katalysator wies eine Gesamt-PGM-Beladung von 118 g·ft–3 auf.
  • Beispiel 3
  • Herstellung einer NOX-Speicherschicht
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde im Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Es wurden keine löslichen Platin- und Palladiumsalze zu der Aufschlämmung zugegeben. Mn-Nitrat wurde zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von 32 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine Mn-Beladung von 150 g·ft–3 und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer NOX-Reduktionsschicht
  • Eine erste Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen hergestellt. Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichem Rhodiumsalz hergestellt. Der pH-Wert der zweiten Aufschlämmung wurde auf 7 erhöht, anschließend wurden die erste und zweite Aufschlämmung kombiniert. Aluminiumoxidbindemittel (30 %) wurde zu der vereinigten Aufschlämmung zugegeben. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend als eine zweite Beschichtungsschicht unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 55,9 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer Oxidationsschicht
  • Bariumacetat wurde in Wasser suspendiert und zu einem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver zugegeben. Der Gehalt an Barium betrug 4,8 %, bezogen auf die Masse des Siliciumdioxid-Aluminiumoxids. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu dieser Aufschlämmung hinzugegeben, gefolgt von Beta-Zeolith, so dass die Feststoffe der Aufschlämmung 20 Gew.-% Zeolith umfassten. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde als eine Schicht auf die Einlasskanäle des Substrats unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 50,9 g·ft–3 auf.
  • Der fertiggestellte Katalysator wies eine Gesamt-PGM-Beladung von 107 g·ft–3 auf.
  • Beispiel 4
  • Herstellung einer NOX-Speicherschicht
  • Ceroxid/Magnesium-Aluminat-Spinell wurde mit Barium sprühgetrocknet und das Pulver wurde im Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von weniger als 20 µm vermahlen. Es wurden keine löslichen Platin- und Palladiumsalze zu der Aufschlämmung zugegeben. Mn-Nitrat wurde zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von 32 % teilchenförmigem Ceroxid und 4 % Aluminiumoxid-Bindemittel. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine Mn-Beladung von 300 g·ft–3 und eine Ba-Beladung von 800 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer NOX-Reduktionsschicht
  • Eine erste Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen hergestellt. Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Suspendieren von Ceroxid in Wasser, gefolgt von geeigneten Mengen von löslichem Rhodiumsalz hergestellt. Der pH-Wert der zweiten Aufschlämmung wurde auf 7 erhöht, anschließend wurden die erste und zweite Aufschlämmung kombiniert. Aluminiumoxidbindemittel (30 %) wurde zu der vereinigten Aufschlämmung zugegeben. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt, anschließend als eine zweite Beschichtungsschicht unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 55,9 g·ft–3 auf.
  • Herstellung einer Oxidationsschicht
  • Bariumacetat wurde in Wasser suspendiert und zu einem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver zugegeben. Der Gehalt an Barium betrug 4,8 %, bezogen auf die Masse des Siliciumdioxid-Aluminiumoxids. Geeignete Mengen von löslichen Platin- und Palladiumsalzen wurden zu dieser Aufschlämmung hinzugegeben, gefolgt von Beta-Zeolith, so dass die Feststoffe der Aufschlämmung 20 Gew.-% Zeolith umfassten. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde als eine Schicht auf die Einlasskanäle des Substrats unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die applizierte Katalysatorbeschichtung wies eine PGM-Beladung von 50,9 g·ft–3 auf.
  • Der fertiggestellte Katalysator wies eine Gesamt-PGM-Beladung von 107 g·ft–3 auf.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Messung von CO/HC-Anspringen und gespeichertem NOX
  • Zwei Kernproben wurden von jedem der obigen Katalysatoren entnommen. Die ersten Proben wurden in ihren ursprünglichen Zustand belassen (d.h., sie wurden in einem "frischen" Zustand getestet). Die zweiten Kerne wurden 5 Stunden bei 800 °C in einem Ofen hydrothermal gealtert (mit Wasser). Die katalytische Aktivität wurde unter Verwendung eines Prüfstandaktivitätstests mit synthetischem Gas (SCAT) bestimmt. Alle Kerne wurden in einer Apparatur mit simuliertem Katalysatoraktivitätstest(SCAT)-Gas unter Verwendung des in Tabelle 1 gezeigten Einlassgasgemisches getestet.
  • Ergebnisse
  • Die katalytische Aktivität wurde unter mageren Bedingungen gemessen. Es wurden zwei Ergebnisse erhalten: (1) Eine erste Aktivität wurde nach einer fetten Vorkonditionierung gemessen (somit ist der Katalysator in einem aktivierten Zustand) und (2) eine zweite Aktivität wurde nach Deaktivierung des Katalysators nach einem Ansteigen auf 600 °C unter mageren Bedingungen gemessen. Die zweite Aktivität (deaktivierter Zustand) ist in den Tabellen 3 und 4 gezeigt. Die CO- und HC-Oxidationsaktivität, die in Tabelle 3 gezeigt ist, bezieht sich auf den gealterten Zustand und wird in Form einer Anspringtemperatur, wo eine Umwandlung von 50 % erreicht wird (T50), gemessen. Tabelle 3
    Katalysatoren T50 CO-Anspringen (°C) T50 HC-Anspringen (°C)
    Vergleichsbeispiel 2 159 170
    Beispiel 2 158 164
    Beispiel 3 158 164
    Beispiel 4 157 164
  • Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass gealterte Katalysatoren, die Mn enthalten, eine niedrigere Anspringtemperatur besitzen als die Katalysatoren, die kein Mn enthalten (Vergleichsbeispiel 2). Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass Katalysatoren, die Mn enthalten, mehr NOX sowohl im frischen als auch im gealterten Zustand speichern als der Katalysator, der kein Mn enthält (Vergleichsbeispiel 2). Tabelle 4
    NOx gespeichert bei 350 °C (g/L) NOx gespeichert o bei 400 °C (g/L) NOx gespeichert bei 450 °C (g/L)
    Katalysatoren frisch gealtert frisch gealtert frisch gealtert
    Vergleichsbeispiel 2 0,7 0,1 0,9 1,3 0,9 1,1
    Beispiel 2 1,3 1,7 1,5 2,2 1,2 2,1
    Beispiel 3 1,2 1,6 1,6 2,1 1,3 2,2
    Beispiel 4 1,4 1,7 1,7 2,2 1,3 2,1
  • Eine weitere Aktivitätsuntersuchung wurde an einem auf einem Prüfstand montierten Dieselmotor durchgeführt. Die Tests erfolgten unter Verwendung eines simulierten Worldwide Harmonised Light Duty Test Cycle (WLTC bzw. weltweit harmonisierten Leichtlast-Testzyklus). Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Das Testverfahren bestand aus einer CSF(katalysiertes Rußfilter)-Regenerations-Vorkonditionierungsstufe, gefolgt von 3 WLTCs. Jeder WLTC enthielt 4 fette DE-NOX-Spülungen an festgelegten Punkten während des Zyklus, wobei ihre Dauer durch eine Lambdasensor-Rückkopplung gesteuert wurde. Drei WLTC-Tests wurden bei jedem Katalysator durchgeführt, um die Aktivität zu stabilisieren. Die Ergebnisse der kumulativen Emissionen aus dem dritten Zyklus sind in Tabelle 5 wiedergegeben. Tabelle 5
    Katalysatoren kumulativ, Auspuffrohr
    NOx (g) CO (g) HC (g)
    Vergleichsbeispiel 2 2,6 11,7 2,0
    Beispiel 2 1,9 10,4 1,9
    Beispiel 3 1,6 13,1 1,8
    Beispiel 4 - - -
  • Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, dass Katalysatoren, die Mn umfassen, geringere kumulative NOX-Emissionen liefern als die Katalysatoren, die Mn nicht enthalten (Vergleichsbeispiel 2). Geringere kumulative CO- und HC-Emissionen werden auch bei dem Katalysator von Beispiel 2 (der Mn umfasst) im Vergleich zu dem Katalysator von Vergleichsbeispiel 2, der die gleiche PGM-Beladung aufweist und Mn nicht umfasst, festgestellt.
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass der gesamte Inhalt beliebiger und aller hier zitierten Dokumente durch Bezugnahme in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen ist.
  • 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
    • US 6217837 [0032]
    • DE 19503522 A1 [0032]
    • WO 99/47260 [0155]
    • WO 2007/077462 [0155]
    • WO 2011/080525 [0155]

Claims (20)

  1. Katalysator zum Speichern von Stickstoffoxiden (NOx) in einem Abgas aus einem Magergemischmotor, der ein NOx-Speichermaterial und ein Substrat umfasst, wobei das NOx-Speichermaterial eine NOx-Speicherkomponente und einen Promotor der NO-Oxidation auf einem Trägermaterial umfasst, wobei der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid, Hydroxid oder Carbonat hiervon ist.
  2. Katalysator nach Anspruch 1, wobei das Speichermaterial ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3), vorzugsweise 1,0 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent an Magnesiumoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischoxids, umfasst.
  3. Katalysator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die NOx-Speicherkomponente Folgendes umfasst: (i) ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, (ii) ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Erdalkalimetalls, und/oder (iii) ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Seltenerdmetalls; wobei die NOx-Speicherkomponente vorzugsweise ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Barium (Ba) umfasst.
  4. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das NOx-Speichermaterial des Weiteren ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, wobei das PGM vorzugsweise aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium ausgewählt ist.
  5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das NOx-Speichermaterial nicht Platin und /oder Palladium umfasst.
  6. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen auf dem Substrat angeordneten NOx-Speicherbereich umfasst, wobei der NOx-Speicherbereich das NOx-Speichermaterial umfasst.
  7. Katalysator nach Anspruch 6, wobei der NOx-Speicherbereich des Weiteren ein NOx-Behandlungsmaterial umfasst, wobei das NOx-Behandlungsmaterial eine erste NOx-Behandlungskomponente und/oder eine zweite NOx-Behandlungskomponente umfasst.
  8. Katalysator nach Anspruch 7, wobei die erste NOx-Behandlungskomponente ein erstes Trägermaterial umfasst, wobei vorzugsweise das erste Trägermaterial Ceroxid oder Ceroxid-Zirkoniumoxid umfasst.
  9. Katalysator nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die erste NOx-Behandlungskomponente einen Promotor der NO-Oxidation, der auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, umfasst, wobei der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid, Hydroxid oder Carbonat hiervon ist.
  10. Katalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste NOx-Behandlungskomponente ein Platingruppenmetall (PGM), das auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, umfasst, wobei das PGM aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Palladium, Rhodium und einer Kombination von Palladium und Rhodium besteht.
  11. Katalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die erste NOx-Behandlungskomponente eine NOx-Speicherkomponente, die auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, umfasst, wobei vorzugsweise die NOx-Speicherkomponente ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid von Barium (Ba) umfasst.
  12. Katalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die zweite NOx-Behandlungskomponente ein zweites Trägermaterial, vorzugsweise ein ein Mischoxid von Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) umfassendes zweites Trägermaterial umfasst.
  13. Katalysator nach Anspruch 12, wobei die zweite NOx-Behandlungskomponente einen Promotor der NO-Oxidation, der auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, umfasst, wobei der Promotor der NO-Oxidation Mangan oder ein Oxid, Hydroxid, oder Carbonat hiervon ist.
  14. Katalysator nach Anspruch 12, wobei die zweite NOx-Behandlungskomponente eine auf dem zweiten Trägermaterial angeordnete oder geträgerte NOx-Speicherkomponente umfasst, wobei vorzugsweise die NOx-Speicherkomponente ein Oxid, ein Carbonat oder Hydroxid von Barium (Ba) umfasst.
  15. Katalysator nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die zweite NOx-Behandlungskomponente ein Platingruppenmetall (PGM), das auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist, umfasst, wobei vorzugsweise das PGM aus Platin, Palladium und einer Kombination von Platin und Palladium ausgewählt ist.
  16. Katalysator nach einem der Ansprüche 6 bis 15, der des Weiteren einen NOx-Reduktionsbereich, der auf dem NOx-Speicherbereich angeordnet oder geträgert ist, umfasst.
  17. Katalysator nach Anspruch 16, wobei der NOx-Reduktionsbereich eine NOx-Reduktionskomponente umfasst, wobei die NOx-Reduktionskomponente auf einem Trägermaterial angeordnetes oder geträgertes Rhodium umfasst.
  18. Katalysator nach Anspruch 17, wobei das Trägermaterial ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Cer umfasst.
  19. Abgassystem, das einen Katalysator gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 18 und eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
  20. Abgassystem nach Anspruch 19, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der aus Emissionssteuerungsvorrichtungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem NOx-Speicherkatalysator (NSC), einem Mager-NOx-Katalysator (LNC), einem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR-)Katalysator, einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven, katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM-)Katalysator, einem Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht.
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