DE102018101702A1 - Sinterresistente stabile Katalysatorsysteme durch Einfangen von mobilen Platingruppenmetall(PGM)-Katalysatorspezies - Google Patents

Sinterresistente stabile Katalysatorsysteme durch Einfangen von mobilen Platingruppenmetall(PGM)-Katalysatorspezies Download PDF

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Ryan J. Day
Xingcheng Xiao
Wei Li
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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines sinterresistenten Katalysators umfassen das Bilden eines Doppelbeschichtungssystems. Eine Oberfläche eines partikelförmigen Katalysatorträgers kontaktiert einen ersten flüssigen Vorläufer, der ein Metallsalz enthält, mit einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silizium (Si) Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Kombinationen davon. Der erste flüssige Vorläufer fällt auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers aus oder wird als ein Ion auf einem Teil der Oberfläche adsorbiert, wodurch eine erste Beschichtung gebildet wird, die auf der Oberfläche ein poröses Metalloxid enthält. Die Oberfläche kann mit einem zweiten flüssigen Vorläufer in Kontakt gebracht werden, der ein Metalloxidsol einschließt, das ein Metall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Titan (Ti), Silizium (Si) und Kombinationen davon. Eine zweite Beschichtung wird aus dem zweiten flüssigen Vorläufer auf einem Teil der Oberfläche gebildet, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Katalysatoren, die gegen Sintern bei hohen Temperaturen resistent sind und verbesserte Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren, die gegenüber Sintern bei hohen Temperaturen resistent sind.
  • Metallnanopartikel können die aktiven Stellen von Katalysatoren bilden, die in einer Vielzahl von Anwendungen, wie der Herstellung von Kraftstoffen, Chemikalien und Pharmazeutika und zum Steuern von Emissionen von Automobilen, Fabriken und Kraftwerken, verwendet werden. Katalysatorsysteme beinhalten typischerweise eine oder mehrere aktive Katalysatorverbindungen, die in Form von Nanopartikeln vorliegen können; ein poröses Katalysatorträgermaterial; Metall- oder Metalloxidnanopartikel und ein oder mehrere optionale Promotoren. Katalysator-Metallnanopartikel neigen zum Agglomerieren, was ihre Oberfläche und die Zugänglichkeit der aktiven Stellen vermindert, sodass sie häufig auf Trägermaterialien gebunden sind. Die Trägermaterialien trennen die Metallnanopartikel physikalisch zum Verhindern von Agglomeration und zum Erhöhen ihrer Oberfläche und zum Steigern der Zugänglichkeit der aktiven Stellen.
  • Nach fortgesetzter Verwendung, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, verlieren Katalysatorsysteme, die geträgerte Metallpartikel beinhalten, ihre katalytische Aktivität durch Sintern, z. B. thermische Deaktivierung, die bei hohen Temperaturen auftritt. Durch verschiedene Mechanismen verursacht Sintern Änderungen der Metall-Partikelgrößenverteilung über einen Träger und eine Erhöhung der mittleren Partikel größe; folglich eine Abnahme der Oberfläche für die aktiven Katalysatorverbindungen. Partikelmigration und Verschmelzen ist beispielsweise eine Form des Sinterns, worin Partikel aus Metallnanopartikeln sich über eine Trägeroberfläche bewegen oder diffundieren oder, durch eine Dampfphase, mit einem anderen Nanopartikel verschmelzen, was zu Nanopartikelwachstum führt. Ostwald-Reifung ist eine andere Form von Sintern, bei der die Wanderung der mobilen Spezies durch Unterschiede der freien Energie und lokalen Atomkonzentrationen auf einer Trägeroberfläche angetrieben wird. Nach dem Auftreten von Sinter-Prozessen kann die Katalysatoraktivität abnehmen.
  • Daher werden Katalysatorsysteme häufig mit einer ausreichenden Menge geträgerter Katalysatormetallpartikeln beladen, um die Abnahme der katalytischen Aktivität über die Zeit zu berücksichtigen und weiterhin die Fähigkeit zu haben, beispielsweise Emissionsstandards über eine lange Betriebsdauer bei hoher Temperatur zu erfüllen. Es wäre wünschenswert, Katalysatorsysteme mit Metallnanopartikelkatalysatoren zu bilden, die eine minimale oder verminderte Sinterung aufweisen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Dieser Teil stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren für die Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems. Das Verfahren beinhaltet das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer, einschließlich eines Metallsalzes, das ein Element beinhaltet ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silizium (Si), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Kombinationen davon. Der erste flüssige Vorläufer kann auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers ausgefällt oder adsorbiert und calciniert werden, um eine erste Beschichtung zu bilden, die auf der Oberfläche ein poröses Metalloxid ist. Die Oberfläche kann mit einem zweiten flüssigen Vorläufer, einschließlich eines Sols, in Kontakt gebracht werden. Das Sol kann ein Metalloxid beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Titan (Ti), Silizium (Si) und Kombinationen davon. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer zweiten Beschichtung, die ein Metalloxid von dem zweiten flüssigen Vorläufer enthält, auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers, sodass die Oberfläche des Katalysatorträgers die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung beinhaltet, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen. Auf diese Weise fangen die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung eine mobile, katalytisch aktive Spezies auf der Oberfläche des Katalysatorträgers ein.
  • In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner das Aufbringen des sinterresistenten Katalysatorsystems als eine Washcoat-Schicht über einem monolithischen Katalysatorträger.
  • In einem weiteren Aspekt beinhaltet die Oberfläche des Katalysatorträgers mindestens ein gebundenes aktives Katalysatorpartikel, das vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem ersten flüssigen Vorläufer darauf angeordnet ist.
  • In einem Aspekt beinhaltet das aktive Katalysatorpartikel ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Gold (Au), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt treten das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer und das Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer gleichzeitig auf.
  • In einem weiteren Aspekt beinhaltet das Verfahren nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit dem zweiten flüssigen Vorläufer ferner das Filtern des Katalysatorträgers in der Partikelform aus einer Flüssigkeit, das Trocknen des Katalysatorträgers und das Calcinieren des Katalysatorträgers.
  • In einem weiteren Aspekt kann das Verfahren ferner das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit mindestens einem aktiven Katalysatorpartikel gleichzeitig mit dem Inkontaktbringen mit dem ersten flüssigen Vorläufer und dem zweiten flüssigen Vorläufer beinhalten.
  • In einem Aspekt ist der Katalysatorträger in einem flüssigen Medium dispergiert, das den ersten flüssigen Vorläufer und den zweiten flüssigen Vorläufer enthält, um eine Aufschlämmung zu bilden.
  • In einem weiteren Aspekt kann das Verfahren ferner das Aufbringen der Aufschlämmung als eine Washcoat-Schicht über einem Monolithsubstrat beinhalten.
  • In einem Aspekt tritt das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer auf.
  • In einem weiteren Aspekt beinhaltet das Verfahren nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer ferner das Filtern des Katalysatorträgers in der partikulären Form aus einer Flüssigkeit, das Trocknen des Katalysatorträgers und dann das Durchführen des Calcinierens und das anschließende Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer.
  • In noch einem anderen Aspekt beinhaltet das Calcinieren das Erhitzen des Katalysators und des auf der Oberfläche dispergierten Metalloxids auf mehr als oder gleich etwas 300 °C bis weniger als oder gleich etwas 600 °C für mehr als oder gleich etwa 2 Stunden.
  • In einem Aspekt beinhaltet der Katalysatorträger ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO), Bariumoxid (BaO), Kaliumoxid (K2O), Natriumoxid (Na2O), Calciumoxid (CaO), Lanthanoxid (La2O3) und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt ist das Metallsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlCl3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al (OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer ferner das Vorbehandeln des Katalysatorträgers durch hydrothermales Behandeln des Katalysatorträgers auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 800 °C bis weniger gleich oder gleich etwa 1.200 °C in Gegenwart von Wasser und Luft; und das Binden eines Katalysatorpartikels an die Oberfläche des Katalysatorträgers.
  • In bestimmten anderen Variationen betrachtet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems. Das Verfahren kann das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysators in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer, der ein Aluminiumsalz (Al-Salz) beinhaltet, umfassen. Der Katalysator beinhaltet einen Katalysatorträger und ein aktives Katalysatormaterial. Das Verfahren kann das Ausfällen oder Ionenadsorbieren des ersten flüssigen Vorläufers auf einem Teil der Oberfläche des Katalysators und das Calcinieren beinhalten, um eine erste Beschichtung zu bilden, die auf der Oberfläche ein poröses Aluminiumoxid enthält. Die Oberfläche wird dann mit einem zweiten flüssigen Vorläufer in Kontakt gebracht, der ein aluminiumhaltiges Sol enthält. Dann wird eine zweite Beschichtung gebildet, die ein poröses Aluminiumoxid auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers enthält, das aus dem zweiten flüssigen Vorläufer erzeugt wird. Die Oberfläche des Katalysators beinhaltet die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen. Auf diese Weise fangen die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung eine mobile, aktive, katalytische Materialspezies auf der Oberfläche des Katalysatorträgers ein.
  • In einem Aspekt ist das Aluminiumsalz (Al-Salz) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlC3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al (OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt umfasst das aluminiumhaltige Sol Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)) oder Böhmitphasen-Aluminiumoxid (Al2O3).
  • In einem Aspekt umfasst das Aluminiumsalz (Al-Salz) Aluminiumnitrat (Al(NO)3)3) und der zweite flüssige Vorläufer schließt Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)), Stickoxid und Wasser ein.
  • In anderen Aspekten kann das aktive Katalysatormaterial ein Platingruppenmetall beinhalten das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Gold (Au) und Kombinationen davon.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
    • 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren für das Bilden einer Doppelbeschichtung für ein Katalysatorsystem gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
    • 2 ist eine schematische Darstellung, die ein anderes Verfahren für das Bilden einer Doppelbeschichtung für ein Katalysatorsystem gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
    • 3 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren für das Bilden einer Doppelbeschichtung für ein Katalysatorsystem gemäß noch anderen Aspekten der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
    • 4 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren einer Doppelbeschichtung für ein Katalysatorsystem gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
    • 5 ist eine schematische Darstellung, die noch ein weiteres Verfahren für das Bilden einer Doppelbeschichtung für ein Katalysatorsystem gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
    • 6 ist eine Darstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems mit einer Doppelbeschichtung, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technik hergestellt wurde.
    • 7 ist ein Diagramm, das die Vergleichs-Anspringleistung bei einer Anspringtemperatur von 50 % Umwandlung für Kohlenmonoxid und Propen für ein unbeschichtetes Pd-Katalysatorsystem im Vergleich zu einem beschichteten Pd-Katalysatorsystem mit einer ersten Beschichtung oder sowohl einer ersten Beschichtung als auch einer zweiten Beschichtung zeigt.
  • Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, beschrieben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
  • Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalteten“ und „aufweisen“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen ausgelegte Begriff „umfasst“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der zum Beschreiben und Beanspruchen verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff in bestimmten Aspekten alternativ verstanden werden, etwa stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus“ jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, jedoch jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.
  • Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
  • Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einer anderen Komponente bzw. einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. („zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
  • Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke einschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein nachstehend erläuterter erster Schritt, diskutiertes erstes Element, diskutierte Komponente, diskutierter Bereich, diskutierte Schicht oder diskutierter Abschnitt als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
  • Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor“, „danach“, „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.
  • In dieser Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, etwa kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche mit genau dem genannten Wert zu umfassen. Im Gegensatz zu den am Ende der ausführlichen Beschreibung bereitgestellten Anwendungsbeispielen sollen alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ verstanden werden, egal ob oder ob nicht „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „Ungefähr“ weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bereitgestellt ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr“, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben. So kann beispielsweise „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 4 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 3 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 2 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 1 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,5 % und in bestimmten Aspekten gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
  • Darüber hinaus beinhaltet die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich den für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereichen.
  • Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
  • In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung hochaktive und stabile Katalysatorsysteme bereit, die ein duales Beschichtungssystem beinhalten. Ein Katalysatorsystem kann einen Katalysatorträger, mindestens ein katalytisch aktives Material, das in Form eines an aktiven Stellen auf einer Oberfläche des Katalysatorträgers angeordneten Partikels vorliegen kann, und einen oder mehrere optionale Promotoren umfassen. Die stabilen Katalysatorsysteme, die durch die vorliegenden Verfahren bereitgestellt werden, erzeugen ein duales Beschichtungssystem, das eine nanoskalige Aluminiumoxidmaterialbeschichtung enthält, um aktive Katalysatorpartikel (z. B. Platingruppenmetall-Partikel (PGM-Partikel)) auf einer Oberfläche eines Katalysatorträgers sowie einer aus einem Sol gebildeten Metalloxidschicht oder -beschichtung, die die Katalysatorträgerkörner und aktiven Partikel umgibt (z. B. größere Poren, wie Makroporen, belegt) physikalisch zu trennen und somit durch Sintern verursachte Alterung zu unterdrücken. Solch ein duales oder hybrides Beschichtungssystem dient dazu, die zwei Hauptwachstumswege des PGM-Katalysatorpartikels zu minimieren oder zu unterdrücken, indem eine nanoskalige Metalloxidwand (z. B. aus Aluminiumoxid) als eine Beschichtung um jedes einzelne PGM-Katalysatorpartikel erzeugt wird; sowie eine Metalloxidschicht, die primäre PGM-Katalysator/Aluminiumoxidkörner umgibt. Ein solches duales Beschichtungssystem kann nicht nur die Wanderung von PGM-Partikeln durch oder über die Oberfläche des Katalysatorträgers wirksam blockieren, sondern auch die Wanderung von PGM-Partikeln durch die Dampfphase unterdrücken. Die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung fangen somit eine bewegliche katalytisch aktive Spezies auf der Oberfläche des Katalysatorträgers ein. Auf diese Weise wird ein Katalysator mit einer höheren thermischen Beständigkeit bereitgestellt, der einen hochaktiven Katalysator bereitstellt und/oder die Katalysator-PGM-Belastungsanforderungen verringert.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Technologie einen lösungsbasierten Ansatz zur Minimierung oder Eliminierung des Sinterverfahrens bereit, das ansonsten bei Katalysator-Nanopartikeln auf einer Oberfläche eines Katalysatorträgers auftreten könnte. Dieser Ansatz erzeugt poröse Beschichtungen, die selektiv auf Oberflächen von Katalysatorträgern (mit daran gebundenen katalytisch aktiven Metallnanopartikeln) verteilt sind, was den Verlust von Katalysatoraktivität durch Unterdrücken der Alterung durch Sintern verringert. Der aktuelle lösungsbasierte Ansatz ist in Bezug zu anderen Chemiebasierten Ansätzen ein nasschemisches Verfahren, was eine höhere thermische Haltbarkeit bedingt und Anforderungen an die Beladung mit Katalysatormetall vermindert, was potenziell zu erheblicher Kostenersparnis führen kann.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Technik ein Verfahren zur Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems bereit. Das Verfahren kann das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer umfassen. Wie nachstehend beschrieben wird, ist in bestimmten Variationen das aktive Katalysatormaterial noch nicht auf der Katalysatorträgeroberfläche angeordnet, während in anderen Variationen der Katalysatorträger ein Katalysator ist, der das aktive Katalysatormaterial vor dem Inkontaktbringen mit dem ersten flüssigen Vorläufer enthält.
  • Der Katalysatorträger kann ein Metalloxid umfassen. Der Katalysatorträger kann in Form einer Vielzahl von Partikeln vorliegen (z. B. eine Pulverform). Nach der Behandlung des Katalysatorträgerpartikels durch die hierin beschriebenen Verfahren kann eine Monolithsubstratstruktur (z. B. eine Wabenstruktur) mit einer die sinterresistenten Katalysatorpartikel enthaltenden Washcoat-Schicht beschichtet werden, die durch die hierin beschriebenen Verfahren gebildet werden. In bestimmten Variationen kann der Katalysatorträger aus einem Metalloxid gebildet sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Ceroxid (Ce02), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO), Bariumoxid (BaO), Kaliumoxid (K2O), Natriumoxid (Na2O), Calciumoxid (CaO), Lanthanoxid (La2O3) und Kombinationen davon. Der Katalysatorträger kann weiterhin Dotierstoffe umfassen. Der Katalysatorträger kann Dotierstoffe umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Barium (Ba), Cer (Ce), Lanthan (La), Phosphor (P) und Kombinationen davon besteht.
  • Die Vielzahl von Katalysatorpartikeln (z. B. Pulver) kann einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweisen von größer oder gleich ungefähr 0,8 µm bis kleiner als oder gleich etwa 5 µm, größer oder gleich 1 µm bis kleiner als oder gleich etwa 4 µm, größer oder gleich 1,5 µm bis kleiner als oder gleich etwa 3,5 µm, oder größer oder gleich 2 µm bis kleiner als oder gleich etwa 3 µm, wie einem Durchmesser von ca. 0,8 µm, 1 µm, 1,5 µm, 2 µm, 2,5 µm, 3 µm, 3,5 µm, 4 µm, 4,5 µm oder 5 µm.
  • Darüber hinaus kann der Katalysatorträger einen Oberflächenbereich größer oder gleich etwa 50 m2/g bis kleiner als oder gleich etwa 150 m2/g, größer oder gleich etwa 75 m2/g bis kleiner als oder gleich etwa 125 m2/g, wie eine Oberfläche von etwa 75 m2/g, etwa 80 m2/g, etwa 90 m2/g, etwa 100 m2/g, etwa 110 m2/g, etwa 120 m2/g, etwa 130 m2/g, etwa 140 m2/g, etwa 145 m2/g oder etwa 150 m2/g, aufweisen.
  • Der erste flüssige Vorläufer kann ein Metallsalz umfassen. Das Metallsalz kann ein Element umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Magnesium (Mg), Zink (Zn), Natrium (Na), Kalium (K), Barium (Ba), Calcium (Ca) und Kombinationen davon. In bestimmten Variationen umfasst das Metallsalz ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silizium (Si), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Kombinationen davon. In einer Variation umfasst das Metallsalz ein Aluminium-Salz (Al-Salz).
  • Als nicht einschränkende Beispiele beinhalten geeignete Salze von Aluminium AlCl3, Al(NO3)3, Al(OH)3, Al2(SO4)3, Al(ClO3)3, AlPO4 und Al(PO3)3; Salze von Cer beinhalten Ce(NO3)3, Ce(OH4), Ce2(SO4)3 und Ce(SO4)2; Salze von Zirkon beinhalten Zr(HPO4)2, Zr(OH)4 und Zr(SO4)2; Salze von Titan beinhalten TiOSO4 und TiOPO4; Salze von Silicium beinhalten SiPO4(OH); Salze von Magnesium beinhalten MgSO4, Mg(NO3)2, MgHPO4 und Mg3(PO4)2; Salze von Zink beinhalten Zn(NO3)2, Zn3(PO4)2 und ZnSO4; Salze von Barium beinhalten BaCO3, BaCl2 und BaCrO4; Salze von Kalium beinhalten KHSO4, KCl, K2CO3, K2CrO4, K2Cr2O7, KOH, KIO3, KI, K2MnO4, KVO3, K2MoO4, KNO3, KClO4, K2S2O8, K2HPO4, K4P2O7 und K2SO4; Salze von Natrium beinhalten NaBr, NaCl, Na2CO3, Na2CrO4, HCOONa, NaHSO4, NaOH, NaBO2, Na2O3Si, NaVO3, Na2MoO4, NaNO3, NaOOCCOONa, NaMnO4, Na3PO4, Na2HPO4, Na2H2P2O7, Na4P2O7, Na2SO4 und Na3P3O9; Salze von Calcium beinhalten CaCl2, CaCO3, CaFPO3, Ca(OH)2, Ca(IO3)2, Ca(NO3)2, Ca(NO2)2, CaC2O4, Ca(H2PO4)2, Ca2P2O7 und CaSO4; und beliebige Kombinationen dieser Salze können in der Lösung verwendet werden. In einer Variation kann das Metallsalz Al umfassen und ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlCl3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al (OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  • Der erste flüssige Vorläufer kann auch ein oder mehrere Lösungsmittel beinhalten. Das Lösungsmittel ist nicht einschränkend und kann Wasser, Alkohol oder ein anderer organischer gelöster Stoff sein. In bestimmten Aspekten ist die Lösung wässrig. Der pH-Wert der Lösung kann durch Zugabe von verdünnter Säure aufrechterhalten werden. So kann beispielsweise in bestimmten Fällen der pH-Wert des Lösungsmittels durch Zugabe von verdünnter HNO3 aufrechterhalten werden.
  • In bestimmten Variationen kann das Metallsalz eine molare Konzentration von mehr als oder gleich etwa 0,01 M bis weniger als oder gleich etwa 10 M in der ersten flüssigen Vorläuferlösung aufweisen. Die Konzentration des Metallsalzes kann von den Katalysatorbeladungsanforderungen und der Größe des Trägers abhängen. Zusätzlich kann das Metallsalz eine Konzentration von größer oder gleich etwa 1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Katalysatorträgers aufweisen, nachdem er abgeschieden wurde.
  • Somit umfasst das Verfahren das Inkontaktbringen eines Katalysatorträgers (der gegebenenfalls ein katalytisch aktives Material umfassen kann und somit als Katalysator betrachtet wird), der eine Oberfläche aufweist, mit einer ersten flüssigen Vorläuferlösung, die ein Metallsalz beinhaltet, das einen sauren pH-Wert aufweisen kann. Auf diese Weise kann das Metallsalz beispielsweise durch Ausfällung oder Ionenadsorption auf der Oberfläche des Katalysatorträgers abgeschieden werden. Das Metallsalz kann selektiv angewendet werden, um auf der Oberfläche des Katalysatorträgers eine poröse Beschichtung aus Metalloxid zu bilden. Das Verfahren beinhaltet somit die Ausfällung oder Ionenadsorption des ersten flüssigen Vorläufers auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers. Dann kann die ausgefällte oder adsorbierte Spezies erhitzt oder calciniert werden, um eine erste Beschichtung zu bilden, die ein poröses Metalloxid auf der Oberfläche umfasst. Wie unten angemerkt, wird angenommen, dass die poröse Beschichtung auf der Katalysatorträgeroberfläche mit kleineren Porengrößen gebildet wird, zum Beispiel mit einer Porengröße von weniger als oder gleich etwa 50 nm. In bestimmten Aspekten beinhaltet das Inkontaktbringen der Oberfläche des Trägers (umfassend das Katalysatorpartikel) mit der Lösung das Eintauchen der Oberfläche in die erste flüssige Vorläuferlösung. Das Verfahren kann ferner das Anwenden von Ultraschall auf die Lösung beinhalten, um das Ausfällen und/oder Mischen der ersten flüssigen Vorläuferlösung mit einem planetarischen Zentrifugalmischer zu erleichtern, um das Ausfällen/Mischen zu erleichtern.
  • Das Ausfällen oder Ablagern der Metallsalze auf der Oberfläche des Trägers kann das Bewegen des Katalysatorträgers in einer Partikel form und der das Metallsalz umfassenden ersten flüssigen Vorläuferlösung umfassen, beispielsweise durch Anwendung von Ultraschall für mehr als oder gleich etwa 5 Minuten, um die Ausfällung zu erleichtern. Nur zum Beispiel können in einigen Fällen das Katalysatorträgerpartikel und die erste flüssige Vorläuferlösung, die das Metallsalz umfasst, durch Anwendung von Ultraschall für mehr als oder gleich etwa 15 Minuten und in bestimmten anderen Variationen für etwa 30 Minuten gerührt werden. In bestimmten Fällen können das geträgerte Partikel und die erste flüssige Vorläuferlösung unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Planetenzentrifugalmischens gemischt werden. Zum Beispiel können das Trägerpartikel und die erste flüssige Vorläuferlösung unter Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Planetenzentrifugalmischung für mehr als oder gleich etwa 5 Minuten gemischt werden. In bestimmten Fällen hydrolysiert das Metallsalz und wird negativ geladen. Die negativ geladenen Metallsalze können sich selbstbegrenzend an die freiliegende Oberfläche des Katalysatorträgers binden. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer kann das Katalysatorträgerpartikel aus der ersten flüssige Vorläuferlösung entfernt werden.
  • Das Aufbringen der Metallsalze auf die Oberfläche des Katalysatorträgers kann ferner das Entfernen des Lösungsmittels von dem Katalysatorträger umfassen, auf dem die erste flüssige Vorläuferflüssigkeit angeordnet ist, wie beispielsweise durch Verdampfen oder Trocknen. In bestimmten Fällen wird das Verdampfen oder Trocknen des Lösungsmittels durchgeführt, indem die Temperatur erhöht oder der Druck in der Nähe des Trägerpartikels in Kontakt mit der Metallsalzlösung verringert wird, um das Ausfällen des Metallsalzes auf der Oberfläche des Trägers zu erleichtern. In bestimmten Fällen wird das Trocknen bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 50 °C durchgeführt. Lediglich exemplarisch kann das Trocknen bei einer Temperatur von etwa 80 °C durchgeführt werden. Das Trocknen kann bei einem Druck von weniger als oder gleich etwa 1 Torr durchgeführt werden. Das Trocknen kann für eine Zeit von mehr als oder gleich etwa 4 Stunden durchgeführt werden. Lediglich exemplarisch kann das Trocknen für eine Zeit von etwa 6 Stunden durchgeführt werden. Lediglich exemplarisch kann das Trocknen in einem Vakuumofen stattfinden, wobei der Vakuumofen über einen Zeitraum von einer Stunde allmählich auf mehr als oder gleich etwa 80 °C bei einem Druck von 1 Torr erhitzt werden kann. Nach dem Erwärmen kann der Vakuumofen für mehr als oder gleich etwa 6 Stunden bei 80 °C gehalten werden. Jedoch ist zu verstehen, dass andere Temperaturen und Zeiträume verwendet werden können, um Lösungsmittel aus geträgerten Partikeln zu entfernen.
  • Das Verfahren umfasst ferner das Calcinieren der Metallsalze nach der Ausfällung oder der Adsorption, um eine poröse Oxidbeschichtung auf dem Träger zu erzeugen, worin das Metalloxid von dem Metallsalz abgeleitet ist. In bestimmten Aspekten erzeugen die Verfahren der vorliegenden Offenbarung selektiv eine poröse Beschichtung aus Metalloxid auf der Oberfläche des Trägers, die um das/die aktive(n) Katalysatorpartikel herum verteilt ist. Die so gebildete poröse Beschichtung hat eine Porosität, d. h., ein Volumen von Poren gegenüber dem Volumen der Beschichtung größer oder gleich etwa 20 % bis kleiner als oder gleich ungefähr 70 %, wie eine Porosität von etwa 20 %, etwa 30 %, etwa 40 %, etwa 50 %, etwa 60 % oder etwa 70 %.
  • Die poröse Beschichtung kann aus einer Vielzahl von Metalloxidnanopartikeln geformt werden, die einen durchschnittlichen maximalen Durchmesser größer oder gleich etwa 0,5 nm bis kleiner als oder gleich etwa 50 nm, größer oder gleich etwa 1 nm bis kleiner als oder gleich etwa 25 nm oder größer als oder gleich etwa 2 nm bis weniger als oder gleich etwa 10 nm, wie ein Durchmesser von etwa 0,5 nm, etwa 1 nm, etwa 2 nm, etwa 3 nm, etwa 4 nm, etwa 5 nm, etwa 10 nm, etwa 15 nm, etwa 20 nm, etwa 25 nm, etwa 30 nm, etwa 35 nm, etwa 40 nm, etwa 45 nm oder etwa 50 nm, aufweisen. Die die Metalloxidnanopartikel umfassende Beschichtung kann kristallin sein.
  • Das Calcinieren beinhaltet das Erhitzen des Katalysatorträgers und der Metallsalze bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 300 °C auf weniger als oder gleich etwa 600 °C, wie etwa bei einer Temperatur von etwa 550 °C, für mehr als oder gleich etwa 2 Stunden, um eine poröse Beschichtung aus Metalloxidnanopartikeln auf dem Träger zu erzeugen. In verschiedenen Aspekten ist die während des Calcinierens angewandte Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt des von dem Metallsalz abgeleiteten Metalloxids. Nicht einschränkende Beispiele von aus Metallsalzen gebildeten Metalloxiden beinhalten Al2O3, CeO2, ZrO2, TiO2, SiO2, MgO, ZnO, BaO, K2O, Na2O, CaO und Kombinationen davon. Daher wird eine erste Beschichtung, die ein solches Metalloxid umfasst, auf mindestens einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers gebildet.
  • Das Verfahren umfasst ebenfalls das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers in einer partikulären Form mit einem zweiten flüssigen Vorläufer. Der zweite flüssige Vorläufer kann ein Sol eines Metalloxids umfassen. Ein kolloidales Sol kann zur Bildung einer porösen Metalloxidschicht oder -beschichtung verwendet werden. Eine kolloidale Lösung (Sol) dient als Vorstufe für ein integriertes Netzwerk (oder Gel) von diskreten Partikeln oder Netzwerkpolymeren. Typische Vorläufer können Metallaloxide oder Metalloxide einschließen. So kann beispielsweise das Sol ein Metalloxid beinhalten, das ein Metall umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Titan (Ti), Silizium (Si) und Kombinationen davon. Ein geeignetes aluminiumhaltiges Sol kann ein Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)) oder Böhmitphasen-Aluminiumoxid Al2O3 sein. Andre Oxidsole können diejenigen beinhalten, die Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Eisenoxid (Fe2O3), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2) und Kombinationen davon bilden.
  • Der zweite flüssige Vorläufer kann die oben im Zusammenhang mit dem ersten flüssigen Vorläufer erörterten Lösungsmittel, einschließlich Wasser, einem Alkohol oder einem anderen organischen gelösten Stoff, umfassen. In bestimmten Aspekten ist der zweite flüssige Vorläufer wässrig. Der pH-Wert der Lösung kann durch Zugabe von verdünnter Säure aufrechterhalten werden. So kann beispielsweise in bestimmten Fällen der pH-Wert des Lösungsmittels durch Zugabe von verdünnter HNO3 aufrechterhalten werden. In einer Variation umfasst der zweite flüssige Vorläufer das Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid (Al2O3) Sol. In einer Variation umfasst der zweite flüssige Vorläufer Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)), Stickoxid und Wasser.
  • In bestimmten Variationen kann das Metallsol eine molare Konzentration von mehr als oder gleich etwa 0,1 M bis weniger als oder gleich etwa 10 M in der zweiten flüssigen Vorläuferlösung aufweisen. Die Konzentration des Metalloxidsols kann von den Katalysatorbeladungsanforderungen und der Größe des Trägers abhängen. In einer Variation kann das Metalloxidsol eine Konzentration von mehr als oder gleich etwa 15 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 50 Gew.-%, gegebenenfalls mehr als oder gleich etwa 15 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 30 Gew.-% aufweisen. Zusätzlich kann das Metallsol eine Konzentration von mehr oder gleich etwa 1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Katalysatorträgers aufweisen, nachdem er abgeschieden wurde.
  • In bestimmten Aspekten kann der Katalysator oder Katalysatorträger in Partikelform in den zweiten flüssigen Vorläufer eingeführt werden.
  • Eine zweite Beschichtung mit einer Oxidschicht (z. B. Metalloxid) wird daher aus dem zweiten flüssigen Vorläufer auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers gebildet. Wie oben erwähnt, enthält das Sol Metalloxide wie: Aluminiumoxid (Al2O3), Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Eisenoxid (Fe2O3), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2) und Kombinationen davon.
  • Durch ein solches Verfahren umfasst der Katalysator ein duales oder hybrides Beschichtungssystem, das die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung beinhaltet, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu bilden, wie weiter unten im Zusammenhang mit 6 erörtert wird. Ohne die vorliegende Offenbarung auf eine bestimmte Theorie zu beschränken, wird angenommen, dass die erste Beschichtung des auf der Oberfläche des Katalysators gebildeten Metalloxids innerhalb der Mikroporen und Mesoporen (mit einer durchschnittlichen Porengröße von weniger als oder gleich etwa 50 nm) des Katalysatorträgers gebildet wird und somit das Katalysatormetall umgibt. Das Katalysatormetall besetzt typischerweise aktive Stellen auf dem Katalysatorträger, die Mesoporen mit einem durchschnittlichen Porengrößendurchmesser von etwa 2-50 nm entsprechen. Der Katalysatorträger ist oft ein Agglomerat von Clustern und definiert somit Makroporen (mit einer Porengröße von mehr als etwa 50 Nanometer (nm) in Durchmesser) einschließlich großer Volumina zwischen Clustern. Es wird angenommen, dass das Sol eine Oxidschicht oder -beschichtung bildet, die einen Teil der Makroporen des Katalysatorträgers füllt, wodurch ein duales Beschichtungssystem bereitgestellt wird. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, können die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung selektiv auf diskreten Bereichen der Katalysatoroberfläche abgeschieden werden und somit kann jede eine diskontinuierliche Beschichtung oder Schicht sein.
  • In bestimmten Aspekten kann die Oberfläche des Katalysatorträgers mindestens ein gebundenes Katalysatorpartikel umfassen, das vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem ersten flüssigen Vorläufer darauf angeordnet ist. In anderen Aspekten kann das Katalysatorpartikel gleichzeitig mit der Reaktion des ersten flüssigen Vorläufers und/oder des zweiten flüssigen Vorläufers an die Oberfläche des Katalysatorträgers gebunden sein.
  • Das Verfahren kann das Binden von mindestens einem aktiven Katalysatormaterial an einen Katalysatorträger beinhalten. Der Katalysator kann ein Nanopartikel sein. Der aktive Katalysator umfasst gegebenenfalls ein oder mehrere Platingruppenmetalle (PGM), Edelgruppenmetalle oder dergleichen. So kann beispielsweise der Katalysator ein oder mehrere Metalle der Platingruppe umfassen, wie Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platin (Pt) oder Kombinationen davon; andere Metalle, wie Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Barium (Ba) oder Kombinationen davon. So umfasst beispielsweise das Katalysatorpartikel optional ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium-Nanopartikel (Os-Nanopartikel), Iridium (Ir), Gold (Au), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kombinationen davon. In einer Variation kann das Katalysatorpartikel Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder Mischungen davon umfassen. In einer anderen Variation kann das Katalysatorpartikel Platin (Pt), Palladium (Pd) oder Mischungen davon umfassen.
  • Der Katalysatorpartikel kann einen maximalen Durchmesser größer als oder gleich etwa 0.5 nm bis weniger als oder gleich ungefähr 10 nm, wie ein Durchmesser von etwa 2 nm, etwa 3 nm, etwa 4 nm, etwa 5 nm, etwa 6 nm, etwa 7 nm, etwa 8 nm, etwa 9 nm oder etwa 10 nm, aufweisen.
  • Nach dem Binden eines Katalysatorpartikels an einen Katalysatorträger, hierin auch als „getragene Partikel“ bezeichnet, kann das getragene Katalysatorpartikel mit einer sauren Lösung gewaschen werden, insbesondere wenn das getragene Partikel durch Verfahren der vorliegenden Offenbarung weiter behandelt werden soll. Das Waschen kann die Gleichförmigkeit der Katalysatorpartikelgröße verbessern, wenn eine Vielzahl von Katalysatorpartikeln auf der Katalysatorträgeroberfläche angeordnet ist. In bestimmten Aspekten ist die Lösung wässrig. Die saure Lösung kann als nicht einschränkendes Beispiel Essigsäure (CH3COOH), Salpetersäure (HNO3) und/oder Zitronensäure (C6H8O7) umfassen.
  • In bestimmten Aspekten betrachtet die vorliegende Offenbarung weiterhin die folgenden Verfahren. Das sinterresistente Katalysatorsystem kann als eine Washcoat-Schicht über einem Monolithsubstrat/Katalysatorträger aufgebracht werden. In bestimmten Variationen kann das sinterresistente Katalysatorsystem getrocknet und anschließend in einer Washcoat-Aufschlämmung, die Wasser und optionale Bindemittel umfasst, wie Metalloxidsole, die ein Metalloxidbindemittel bilden können, anschließend erneut verteilt werden. Die Washcoat-Schicht kann die gleichen oder verschiedene Metalloxide enthalten, um eine poröse Keramikschicht zu bilden, die das Katalysatormaterial enthält. Der Washcoat-Vorläufer, der das/die sinterresistente(n)Katalysatormaterial(ien) enthält, kann auf eine Oberfläche des Katalysatorträgers aufgebracht und dann wärmebehandelt, z. B. calciniert, werden, um eine poröse keramische Washcoat-Schicht zu bilden, die das darin dispergierte Katalysatormaterial enthält.
  • In bestimmten Aspekten treten das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer und das Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer gleichzeitig auf. Zum Beispiel werden in dem in 1 gezeigten Verfahren 20 ein erster flüssiger Vorläufer 30, ein zweiter flüssiger Vorläufer 32 und eine Vielzahl von Katalysatorträgerpartikeln 34 (mit Katalysatorpartikeln (nicht dargestellt), die auf einer Trägeroberfläche davon angeordnet sind) bei 40 in einem einzelnen Behälter 42 kombiniert. Der erste flüssige Vorläufer 30 enthält ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallsalze. Der zweite flüssige Vorläufer 32 enthält ein beliebiges der Metalloxidsole, wie oben beschrieben. Somit enthält ein flüssiges Medium 44 eine Kombination des ersten flüssigen Vorläufers 30 und des zweiten flüssigen Vorläufers 32 mit den Katalysatorträgerpartikeln 34. Auf diese Weise kann der erste flüssige Vorläufer 30 an mindestens einem Teil der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 34 ausfällen oder adsorbieren, um eine erste Beschichtung (nicht dargestellt) zu bilden, die ein poröses Metalloxid auf der Oberfläche umfasst, während gleichzeitig eine zweite Beschichtung (nicht dargestellt), umfassend ein Sol, auf mindestens einem Teil der Oberfläche der Katalysatorpartikel 34 von dem zweiten flüssigen Vorläufer 32 gebildet wird. Bemerkenswerterweise können die Beschichtungen übereinander oder auf angrenzenden und unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Katalysatorträgers gebildet werden. Die zweite Beschichtung, die ein Metalloxid umfasst, kann über der ersten Beschichtung gebildet werden, die das poröse Oxid auf der Oberfläche des Katalysatorträgers umfasst, oder die erste Beschichtung, die das poröse Oxid umfasst, kann über der zweiten Beschichtung gebildet werden, die ein Sol-Metalloxid umfasst. Ferner kann jede Beschichtung diskontinuierlich sein und auf ausgewählte Oberflächenbereiche der Katalysatoroberfläche aufgebracht werden. In bestimmten Aspekten wird angenommen, dass die erste Beschichtung ausgewählte Regionen einnehmen kann, die kleineren Poren um die Katalysatorpartikel auf dem Katalysatorträger entsprechen, während die zweite Beschichtung größere Poren des Katalysatorträgers einnimmt.
  • In bestimmten Aspekten umfasst das Verfahren ferner das Filtern des Katalysators in der Partikelform aus einer Flüssigkeit, das Trocknen des Katalysators und das Calcinieren des Katalysators. Wie bei 50 gezeigt, können die beschichteten Katalysatorpartikel aus dem flüssigen Medium 44 gefiltert, getrocknet und dann calciniert werden, um die sinterresistenten Katalysatorpartikel 52 zu bilden. In bestimmten Variationen kann das Calcinieren das Erhitzen des Katalysators und des auf der Oberfläche dispergierten Metalloxids auf mehr als oder gleich etwas 300 °C bis weniger als oder gleich etwas 600 °C für mehr als oder gleich etwa 2 Stunden beinhalten. Andere geeignete Trocknungs- und Calcinierungsbedingungen wurden ebenfalls vorstehend beschrieben. Bei 60 können die sinterresistenten Katalysatorpartikel 52 optional in eine Washcoat-Aufschlämmung 62 eingebracht werden. Die sinterresistenten Katalysatorpartikel 52 können mit Wasser und/oder anderen Lösungsmitteln sowie mit anderen herkömmlichen Washcoatinhaltsstoffen, wie Bindemitteln, in der Aufschlämmung 62 kombiniert werden. Die Aufschlämmung 62 kann bei 70 auf verschiedene Oberflächen eines Monolithsubstrats 72 aufgebracht werden, um darauf eine Washcoat-Schicht zu bilden, und kann in einem typischen Washcoat-Bildungsprozess calciniert oder weiterbehandelt werden. Das Calcinieren kann bei den vorstehend zum Calcinieren der Metallsalze beschriebenen Temperaturen erfolgen.
  • Ein anderes Verfahren gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist in 2 gezeigt. Der Verfahren 120 beinhaltet bei 140 das Kombinieren eines ersten flüssigen Vorläufers 130, eines zweiten flüssigen Vorläufers 132 und einer Vielzahl von Katalysatorträgerpartikeln 134 (mit aktiven Katalysatorpartikeln, die auf einer Oberfläche davon angeordnet sind) in einem einzigen Behälter 142. Der erste flüssige Vorläufer 130 enthält ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallsalze. Der zweite flüssige Vorläufer 132 enthält ein beliebiges der Sole, wie oben beschrieben. Somit enthält ein flüssiges Medium 144 eine Kombination des ersten flüssigen Vorläufers 130 und des zweiten flüssigen Vorläufers 132 zusammen mit den Katalysatorträgerpartikeln 134.
  • Auf diese Weise kann der erste flüssige Vorläufer 130 auf einem Teil der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 134 abgeschieden oder adsorbiert werden, um eine erste Beschichtung (nicht dargestellt) zu bilden, die ein poröses Metalloxid umfasst, während gleichzeitig eine zweite Beschichtung (nicht dargestellt) auf mindestens einem Teil der Oberflächen der Katalysatorpartikel 34 von dem zweiten flüssigen Vorläufer 132 gebildet wird. Wie bei 150 gezeigt, wird das flüssige Medium 144, das die Katalysatorpartikel 34 enthält, direkt als eine Washcoat-Aufschlämmung verwendet, um eine oder mehrere Oberflächen eines Monolithsubstrats 172 zu beschichten. Andere herkömmliche Washcoat-Bestandteile, wie Bindemittel, können vor dem Washcoating der Oberflächen des Monolithsubstrats 172 in das flüssige Medium 144 eingebracht werden. Die Washcoat-Schicht wird darauf gebildet und kann, wie oben beschrieben, getrocknet und calciniert werden. Die Washcoat-Schicht umfasst somit die sinterresistenten Katalysatorpartikel mit der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung, die direkt auf ein Monolithsubstrat aufgebracht werden, wobei die unabhängigen Schritte der Filtration, Trocknung und Calcinierung in 1 weggelassen werden.
  • In einer anderen Variation ist in 3 ein Verfahren 220 gezeigt, worin das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer erfolgt. Somit werden in dem Verfahren 220 ein erster flüssiger Vorläufer 230 und eine Vielzahl von Katalysatorträgerpartikeln 234 (mit aktiven Katalysatorpartikel, die auf einer Oberfläche davon angeordnet sind) bei 240 in einem einzigen Gefäß 242 kombiniert. Der erste flüssige Vorläufer 230 enthält ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallsalze. Somit enthält ein flüssiges Medium 244 die Kombination des ersten flüssigen Vorläufers 230 und der Katalysatorträgerpartikel 234. Auf diese Weise kann der erste flüssige Vorläufer 230 auf einem Teil der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 234 abgeschieden oder adsorbiert werden, um eine erste Beschichtung (nicht dargestellt) zu bilden, die ein poröses Metalloxid auf der Oberfläche umfasst.
  • Wie bei 250 gezeigt, können die beschichteten Katalysatorpartikel aus dem flüssigen Medium 244 gefiltert, getrocknet und dann calciniert werden, um teilweise beschichtete Katalysatorpartikel 252 zu bilden. Die teilweise beschichteten Katalysatorpartikel 252 können dann in Schritt 260 mit einem zweiten flüssigen Vorläufer 254 kombiniert werden, um eine Washcoat-Aufschlämmung 262 zu bilden. Der zweite flüssige Vorläufer 254 enthält ein beliebiges der Sole, wie oben beschrieben. Die Katalysatorpartikel 252 und der zweite flüssige Vorläufer 254 können auch mit Wasser und/oder anderen Lösungsmitteln sowie mit anderen herkömmlichen Washcoatinhaltsstoffen, wie Bindemitteln, in der Aufschlämmung 262 kombiniert werden. Die Aufschlämmung 262 kann bei 270 auf verschiedene Oberflächen eines Monolithsubstrats 272 aufgebracht werden, um darauf eine Washcoat-Schicht zu bilden, und kann in einem typischen Washcoat-Bildungsprozess getrocknet, calciniert und/oder weiterbehandelt werden. Wenn die Aufschlämmung 262 aufgebracht wird, wird durch den zweiten flüssigen Vorläufer 254 eine zweite Beschichtung (nicht dargestellt) auf den Katalysatorpartikel 252 gebildet, um sinterresistente Katalysatorpartikel zu bilden. Das Trocknen und Calcinieren kann bei den vorstehend beschriebenen Temperaturen erfolgen. Bei einer solchen Variation kann die Oxidschicht als eine Beschichtung auf den Oberflächen der Katalysatorträgerpartikel sowie als ein Bindemittel für die Washcoat-Schicht dienen.
  • Die Verfahren gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung können ferner das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysators mit mindestens einem Katalysatorpartikel gleichzeitig mit dem Inkontaktbringen des ersten flüssigen Vorläufers und des zweiten flüssigen Vorläufers mit der Oberfläche des Katalysatorträgers umfassen. 4 zeigt ein solches Verfahren 320. Der Verfahren 320 beinhaltet bei 340 das Kombinieren eines ersten flüssigen Vorläufers 330, eines zweiten flüssigen Vorläufers 332, einer Vielzahl von Katalysatorträgerpartikel 334 und einer Vielzahl von Vorläufern von Katalysatorpartikel 336 in einem einzigen Gefäß 342. Der erste flüssige Vorläufer 330 enthält ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallsalze. Der zweite flüssige Vorläufer 332 enthält ein beliebiges der Sole, wie oben beschrieben. Die Vorläufer der Katalysatorpartikel 336 können Vorläufer für jeden der oben beschriebenen Katalysatoren beinhalten, wie sie in der Technik bekannt sind. Somit enthält ein flüssiges Medium 344 die Kombination des ersten flüssigen Vorläufers 330, des zweiten flüssigen Vorläufers 332, der Katalysatorträgerpartikel 334 und der Vorläufer der Katalysatorpartikel 336. Auf diese Weise sind die Vielzahl von Katalysatorpartikel 336 auf einer Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 334 angeordnet, während der erste flüssige Vorläufer 330 auf einem Teil der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 334 ausgefällt oder adsorbiert werden kann, um eine erste Beschichtung (nicht dargestellt) zu bilden, die ein poröses Metalloxid auf der Oberfläche umfasst, und gleichzeitig eine zweite Beschichtung (nicht dargestellt), die auf einem Teil der Oberflächen der Katalysatorträgerpartikel 334 aus dem zweiten flüssigen Vorläufer 332 gebildet wird.
  • Wie bei 350 gezeigt, wird das flüssige Medium 344 direkt als eine Washcoat-Aufschlämmung verwendet, um eine oder mehrere Oberflächen eines Monolithsubstrats 372 zu beschichten. Andere herkömmliche Washcoat-Bestandteile, wie Bindemittel, können vor dem Washcoaten der Oberflächen des Monolithsubstrats 372 in das flüssige Medium 344 eingebracht werden. Die Washcoat-Schicht wird darauf gebildet und kann unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen getrocknet und calciniert werden. Auf diese Weise haben die sinterresistenten Katalysatorpartikel eine Oberfläche, die die Katalysatorpartikel, die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung enthält, die direkt auf ein Monolithsubstrat aufgebracht werden, wobei die Zwischenschritte der Filtration, Trocknung und Calcinierung von 1 weggelassen werden.
  • In einer anderen Variation ist in 5 ein Verfahren 420 gezeigt, worin das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer erfolgt. Ferner werden Katalysatorpartikel in einem ersten Schritt mit den ersten flüssigen Vorläufer- und Katalysatorträgerpartikel kombiniert. Somit werden in Verfahren 420 ein erster flüssiger Vorläufer 430, eine Vielzahl von Katalysatorträgerpartikel 434 und eine Vielzahl von Vorläufern von Katalysatorpartikel 436 bei 440 in einem einzigen Gefäß 442 miteinander kombiniert. Der erste flüssige Vorläufer 430 enthält ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallsalze. Die Vorläufer der Katalysatorpartikel 436 können Vorläufer für jeden der oben beschriebenen Katalysatoren beinhalten, wie sie in der Technik bekannt sind. Somit beinhaltet ein flüssiges Medium 444 die Kombination aus dem ersten flüssigen Vorläufer 430, den Katalysatorträgerpartikeln 434 und den Vorläufern der Katalysatorpartikel 436. Auf diese Weise sind die Katalysatorpartikel 436 an die Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 434 gebunden, während der erste flüssige Vorläufer 430 auf einem Teil der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel 434 ausgefällt werden kann, um eine erste Beschichtung (nicht dargestellt) zu bilden, die auf der Oberfläche ein poröses Metalloxid umfasst.
  • Wie bei 450 gezeigt, können die beschichteten Katalysatorpartikel aus dem flüssigen Medium 444 gefiltert, getrocknet und dann calciniert werden, um teilweise beschichtete Teilchen 452 (einschließlich der Katalysatorpartikel, die auf der Oberfläche der Katalysatorträgerpartikel angeordnet sind) zu bilden. Die teilweise beschichteten Partikel 452 können dann in Schritt 460 mit einem zweiten flüssigen Vorläufer 454 kombiniert werden, um eine Washcoat-Aufschlämmung 462 zu bilden. Der zweite flüssige Vorläufer 454 enthält ein beliebiges der Sole, wie oben beschrieben. Die Partikel 452 und der zweite flüssige Vorläufer 454 können auch mit Wasser und/oder anderen Lösungsmitteln sowie mit anderen herkömmlichen Washcoatinhaltsstoffen, wie Bindemitteln, in der Aufschlämmung 462 kombiniert werden. Die Aufschlämmung 462 kann bei 470 auf verschiedene Oberflächen eines Monolithsubstrats 472 aufgebracht werden, um darauf eine Washcoat-Schicht zu bilden, die in einem typischen Washcoat-Bildungsprozess getrocknet, calciniert und/oder weiterbehandelt werden kann. Wenn die Aufschlämmung 462 aufgebracht wird, wird eine zweite Beschichtung (nicht dargestellt), die ein Metalloxid (z. B. ein poröses Metalloxid) umfasst, auf den teilweise beschichteten Partikeln 452 von dem zweiten flüssigen Vorläufer 454 gebildet, um sinterresistente Katalysatorpartikel zu bilden. Das Trocknen und Calcinieren kann bei den vorstehend beschriebenen Temperaturen erfolgen.
  • In bestimmten Aspekten kann der Katalysatorträger, vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer, vorbehandelt sein. Eine solche Vorbehandlung kann das Stabilisieren eines Katalysatorsystems durch hydrothermale Behandlung eines Aluminiumoxid-Katalysatorträgers, der γ-Al2O3-Phase, durch Erhitzen des Trägers auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 700 °C bis weniger als oder gleich etwa 1.200 °C in Gegenwart von Wasser in Luft beinhalten. Vor jeder Vorbehandlung kann das angelieferte Katalysatorträgermaterial γ-Al2O3-Phase umfassen. So kann beispielsweise der Aluminiumoxid-Katalysatorträger größer als oder gleich etwa 75 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase, optional größer oder gleich etwa 80 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase, optional größer oder gleich etwa 85 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase, optional größer oder gleich etwa 90 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase, optional größer oder gleich etwa 95 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase, optional größer oder gleich ungefähr 97 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase und bei bestimmten Variationen, optional größer oder gleich etwa 98 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase umfassen. Die γ-Al2O3-Phase kann instabil werden, wenn sie im Laufe der Zeit den Katalysator-Betriebstemperaturen ausgesetzt wird, wodurch Alterung, Kollaps und Deaktivierung auftreten.
  • In bestimmten Aspekten wird der Aluminiumoxid-Katalysatorträger, der γ-Al2O3-Phase umfasst, auf eine Temperatur höher als oder gleich ungefähr 700 °C bis niedriger als oder gleich etwa 1.200 °C, optional höher als oder gleich etwa 850 °C und niedriger als oder gleich etwa 1.100 °C erhitzt. Die Erhitzung kann Teil einer hydrothermischen Behandlung sein, die in Gegenwart von Wasser erfolgt. Der Erhitzungsschritt kann für mehr als oder gleich etwa 10 Stunden und in bestimmten Variationen optional für mehr als oder gleich etwa 15 Stunden, optional für mehr als oder gleich etwa 20 Stunden, optional für mehr als oder gleich etwa 24 Stunden durchgeführt werden.
  • Der Erhitzungsschritt wandelt einen Großteil von γ-Al2O3 in eine stabilere Aluminiumoxid-Phase um. Ein Großteil bedeutet, größer oder gleich etwa 50 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 60 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 70 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 75 Vol.-%, optional größer oder gleich etwa 80 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 85 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 90 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 95 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 97 Vol.-%, optional größer oder gleich ungefähr 98 Vol.-% und, in bestimmten Variationen, optional größer oder gleich etwa 99 Vol.-% der γ-Al2O3-Phase wird in eine stabile Aluminiumoxid-Phase umgewandelt. Die stabile Aluminiumoxid-Phase kann aus der Gruppe bestehend aus: θ-Al2O3, δ-Al2O3und Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Das Verfahren kann optional ferne das Konvertieren eines Großteils des γ-Al2O3 in eine stabile Aluminiumoxid-Phase, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: θ-Al2O3, δ-Al2O3 und Kombinationen davon, zum Bilden eines stabilisierten porösen Aluminiumoxid-Trägermaterials mit einer mittleren Fläche größer oder gleich ungefähr 50 m2/g bis kleiner als oder gleich etwa 150 m2/g beinhalten. Nach der hydrothermalen Behandlung kann ein katalytisch aktives Partikel mit der Oberfläche des Katalysatorträgers verbunden sein. Somit wird eine aktive Verbindung/ein aktiver Katalysator der Platingruppenmetallverbindung an eine Oberfläche des stabilisierten porösen Aluminiumoxidträgers gebunden, um den Katalysator zu bilden.
  • In anderen Aspekten kann der Katalysatorträger in einer reduzierenden Atmosphäre vorbehandelt werden, um die Umwandlung des Metalls (der Metalle) in dem Katalysatorpartikel in einen metallischen Zustand vor dem Kontakt mit dem ersten flüssigen Vorläufer zu fördern. In einer Variation kann das geträgerte Partikel in einer reduzierenden Atmosphäre angeordnet sein, während es in einem Ofen oder einem anderen Gefäß platziert ist, das verschlossen und erhitzt werden kann. Der Ofen kann mit einer reduzierenden Atmosphäre gespült werden. Zum Beispiel kann der Ofen mit einer Gasmischung gespült werden, die ein Inertgas und Wasserstoff (H2) umfasst. Das Gasgemisch kann weniger als oder gleich 3 Vol.-% Wasserstoff (H2) und als Rest Inertgas umfassen. So kann das Inertgas beispielsweise Argon (Ar), Stickstoff (N2) oder andere inerte Gase sein. In einer Variation kann das Gasgemisch Argon (Ar) mit weniger als oder gleich 3 Vol.-% Wasserstoff (H2) umfassen. Eine solche Spülung kann länger als oder gleich etwa 30 Minuten dauern. Nur als Beispiel kann die Spülung in bestimmten Fällen für ungefähr 1 Stunde auftreten. Eine Strömungsrate des zum Spülen verwendeten Gases kann größer oder gleich etwa 1 Standardkubikfuß pro Stunde (SCFH) sein.
  • In bestimmten Variationen betrachtet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems. Ein solches Verfahren kann das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer beinhalten. Der erste flüssige Vorläufer kann ein Metallsalz beinhalten, umfassend ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silizium (Si), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Kombinationen davon. Der erste flüssige Vorläufer wird auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers ausgefällt oder adsorbiert und calciniert, um eine erste Beschichtung zu bilden, die auf der Oberfläche ein poröses Metalloxid umfasst. Das Verfahren beinhaltet auch das Inkontaktbringen der Oberfläche mit einem zweiten flüssigen Vorläufer, umfassend ein Sol, das ein Metalloxid umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Titan (Ti) Silizium (Si) und Kombinationen davon. Eine zweite Beschichtung wird aus dem zweiten flüssigen Vorläufer gebildet, der ein Sol auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers umfasst, sodass die Oberfläche des Katalysatorträgers die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung umfasst, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen. Das Sol-Gel kann das vorstehend beschriebene Metalloxid-Sol-Gel sein.
  • In anderen Aspekten beinhaltet das Verfahren ferner das Aufbringen des sinterresistenten Katalysatorsystems als eine Washcoat-Schicht über einem Monolithsubstrat.
  • In bestimmten Aspekten umfasst die Oberfläche des Katalysatorträgers mindestens ein gebundenes Katalysatorpartikel, das vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem ersten flüssigen Vorläufer darauf angeordnet ist.
  • In anderen Aspekten umfasst das Katalysatorpartikel ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Gold (Au), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kombinationen davon.
  • Das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer und das Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer kann gleichzeitig erfolgen.
  • In bestimmten Aspekten umfasst das Verfahren nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit dem zweiten flüssigen Vorläufer ferner das Filtern des Katalysatorträgers in der partikulären Form aus einer Flüssigkeit, Trocknen und anschließendes Durchführen des Calcinierens.
  • In anderen Aspekten tritt das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit mindestens einem Katalysatorpartikel gleichzeitig mit dem Inkontaktbringen mit dem ersten flüssigen Vorläufer und dem zweiten flüssigen Vorläufer auf.
  • Der Katalysatorträger kann optional in einem flüssigen Medium dispergiert werden, das den ersten flüssigen Vorläufer und den zweiten flüssigen Vorläufer enthält, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung kann dann als eine Washcoat-Schicht über einem Monolithsubstrat aufgebracht werden.
  • In bestimmten Variationen tritt das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer auf. Nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer kann ein solches Verfahren das Filtern des Katalysatorträgers in der partikulären Form aus einer Flüssigkeit, das Trocknen, das Calcinieren und dann das Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer beinhalten.
  • Das Calcinieren umfasst optional das Erhitzen des Katalysatorträgers und des auf der Oberfläche angeordneten Metalloxids auf mehr als oder gleich etwa 300 °C bis weniger als oder gleich etwa 600 °C für mehr als oder gleich etwa 2 Stunden.
  • In bestimmten Variationen umfasst der Katalysatorträger ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Ceroxid (CeO2), , Zirkonoxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumoxid (MgO) Zinkoxid (ZnO), Bariumoxid (BaO), Kaliumoxid (K2O), Natriumoxid (Na2O), Calciumoxid (CaO), Lanthanoxid (La2O3) und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Variationen ist das Metallsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlC3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al (OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Aspekten umfasst das Verfahren vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer ferner das Vorbehandeln des Katalysatorträgers durch hydrothermales Behandeln des Katalysatorträgers auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 800 °C bis weniger als oder gleich etwa 1.200 °C in Gegenwart von Wasser und Luft; und Binden eines Katalysatorpartikels an die Oberfläche des Katalysatorträgers.
  • In bestimmten anderen Variationen betrachtet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems. Das Verfahren kann das Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysators in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer , der ein Aluminiumsalz (Al-Salz) beinhaltet, umfassen. Der Katalysator beinhaltet einen Katalysatorträger und ein aktives Katalysatormaterial. Das Verfahren kann das Ausfällen oder Ionenadsorbieren des ersten flüssigen Vorläufers auf einem Teil der Oberfläche des Katalysators und das Calcinieren beinhalten, um eine erste Beschichtung zu bilden, die auf der Oberfläche ein poröses Aluminiumoxid enthält. Die Oberfläche wird dann mit einem zweiten flüssigen Vorläufer in Kontakt gebracht, der ein aluminiumhaltiges Sol enthält, wie Aluminiumoxid(Al2O3)-Sol. Dann wird eine zweite Beschichtung gebildet, die ein poröses Aluminiumoxid auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers enthält, das aus dem zweiten flüssigen Vorläufer erzeugt wird. Die Oberfläche des Katalysators beinhaltet die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen. Auf diese Weise fangen die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung eine bewegliche aktive Katalysatormaterialart auf der Oberfläche des Katalysators ein.
  • In bestimmten Aspekten ist das Aluminiumsalz (Al-Salz) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlC3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al (OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Aspekten umfasst das aluminiumhaltige Sol Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)) oder Böhmitphasen-Aluminiumoxid (Al2O3).
  • In einer Variation umfasst das Aluminiumsalz (Al-Salz) optional Aluminiumnitrat (Al(NO)3)3) und der zweite flüssige Vorläufer umfasst Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)), Stickoxid und Wasser.
  • In anderen Aspekten kann das aktive Katalysatormaterial ein Platingruppenmetall beinhalten das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Gold (Au) und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Aspekten können die Verfahren der vorliegenden Offenbarung wie folgt durchgeführt werden. Ein Pulver aus Al2O3 (Aluminiumoxid)-Katalysatorträger-Nanopartikeln, umfassend gebundene PGM-Nanopartikel (z. B. Pt, Pd oder eine Kombination davon), wird mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht. Eine kontrollierte Menge eines Beschichtungsvorläufers (z. B. Al3+, Molverhältnis von Al/PGM von etwa 5/1) und Aluminiumoxidsol (10 Gew.-% PGM/Aluminiumoxid-Katalysator) werden der wässrigen Lösung zugegeben, einschließlich der geträgerten Nanopartikel, die PGM-Nanopartikel umfassen, die an einen Aluminiumoxidträger gebunden sind. Die Lösung weist einen pH-Wert von weniger als 7 auf. Die Beschichtungsvorläufer bilden negativ geladene Beschichtungsradikale. Die Oberfläche des Katalysatorträgers ist positiv geladen. Das Gemisch wird vollständig gerührt oder gefräst bei einer Temperatur von mehr als 0 °C und weniger als oder gleich 80 °C für einen Zeitraum von mehr oder gleich einigen Minuten und weniger als oder gleich einigen Tagen. Anschließend wird das Gemisch filtriert und in der Umgebungsluft oder einem Vakuum bei einer Temperatur größer oder gleich der Raumtemperatur bis zu 100 °C für einen Zeitraum größer oder gleich einigen Minuten bis zu drei Tagen getrocknet. Das trockene Pulver wird dann bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 300 °C bis weniger als oder gleich etwa 600 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 2 Stunden bis weniger als oder gleich etwa 10 Stunden kalziniert, um die Metalloxidschicht zu erzeugen.
  • Mit Bezug auf 6 stellt die aktuelle Technik auch ein Katalysatorsystem 500 bereit, dass Sintern widersteht und seine katalytische Aktivität nach längerem Aussetzen gegenüber erhöhten Temperaturen behält. Das Katalysatorsystem 500 kann ein Katalysatorsystem sein, das durch die vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt wurde. Das Katalysatorsystem 500 beinhaltet Metallnanopartikel 512 (Katalysator), die an einen Katalysatormetalloxid-Katalysatorträger 514 in Form eines agglomerierten Partikels gebunden sind. 6 ist ein repräsentativer Querschnitt durch ein solches agglomeriertes Trägerpartikel mit einer Vielzahl von Körnern oder Clustern 516, die aneinander gebunden sind. Es sollte angemerkt werden, dass der Katalysatormetalloxid-Katalysatorträger 514 andere Formen als die gezeigten Formen aufweisen kann, die lediglich zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt sind.
  • In verschiedenen Ausführungsformen sind die Katalysator-Metallnanopartikel 512 entweder direkt oder indirekt mit dem Metalloxidkatalysatorträger 514 gekoppelt oder verbunden. Eine erste Beschichtung 520 ist eine poröse Metalloxidbeschichtung, die aus unterschiedlichen Metalloxidnanopartikeln gebildet sein kann, die auf dem Metalloxidkatalysatorträger 514 angeordnet sind. Die Beschichtung 520 kann intermittierend und selektiv auf einer Oberfläche 522 des Metalloxidkatalysatorträgers 514 angeordnet sein, die um die Katalysator-Metaltnanopartikel 512 herum verteilt ist. Auf diese Weise lässt die erste Beschichtung 520 mindestens einen Teil der Oberfläche(n) der Metallnanopartikel 512 frei, sodass die aktiven Metallstellen für die Reaktion zur Verfügung stehen, dient jedoch als eine „Wand“ zum Trennen benachbarter Katalysator-Metallnanopartikel 512. Auf diese Weise vermeidet die erste Beschichtung 520 unter bestimmten Aspekten, die Katalysator-Metallnanopartikel 512 zu bedecken oder zumindest teilweise das Bedecken der Katalysator-Metallnanopartikel 512 zu vermeiden.
  • Die Katalysatorpartikel (z. B. Metallnanopartikel 12) können eine Belastungsdichte auf dem Katalysatorträger 514 aufweisen von mehr als oder gleich ungefähr 0,25 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 30 Gew.-%, mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich 20 Gew.-%, mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 15 Gew.-%, wie eine Beladungsdichte von etwa 0,25 Gew.-%, etwa 0,5 Gew.-%, etwa 1 Gew.-%, etwa 1,5 Gew.-%, etwa 2 Gew.-%, etwa 2,5 Gew.-%, etwa 3,0 Gew.-%, etwa 3,5 Gew.-%, etwa 4 Gew.-%, etwa 4,5 Gew.-%, etwa 5 Gew.-%, etwa 5,5 Gew.-%, etwa 6 Gew.-%, etwa 6,5 Gew.-%, etwa 7,0 Gew.-%, etwa 7,5 Gew.-%, etwa 8 Gew.-%, etwa 8,5 Gew.-%, etwa 9 Gew.-%, etwa 9,5 Gew.-%, etwa 10 Gew.-%, etwa 15 Gew.-%, etwa 20 Gew.-% oder etwa 30 Gew.-%. In bestimmten Fällen ist die Beladungsdichte der Metallnanopartikel 512 auf dem Metalloxidkatalysatorträger 514 etwa 1,5 Gew.-%.
  • Wie oben im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung eines Katalysators beschrieben, können die Nanopartikel 512 PGM-Nanopartikel oder andere Metalle, wie die oben beschriebenen, umfassen, wie zum Beispiel Nanopartikel von Ru, Rh, Pd, Os, Ir und/oder Pt, als nicht einschränkendes Beispiel.
  • Wie oben erörtert, umfasst der Metalloxid-Katalysatorträger 514 optional ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, CeO2, La2O3, ZrO2, TiO2 SiO2, MgO, ZnO, BaO, K2O, Na2O, CaO und Kombinationen davon. Nichtsdestoweniger versteht es sich, dass diese Gruppe aus Metalloxiden nicht eingeschränkt ist und dass andere Metalloxide für als Träger 14 verwendet werden können.
  • Eine zweite Beschichtung 530 wird auch über mindestens einem Teil der Oberfläche 522 des Metalloxidkatalysatorträgers 514 gebildet. Die zweite Beschichtung umfasst eine Metalloxidschicht.
  • Somit stellt die vorliegende Offenbarung in verschiedenen Aspekten hochaktive und stabile Katalysatorsysteme bereit, die ein duales Beschichtungssystem beinhalten, das das Erzeugen einer ersten Beschichtung 520 beinhaltet, die ein nanoskaliges Material ist, das die Katalysatorpartikel 512 physikalisch trennt (z. B. Platingruppenmetall(PGM)-Partikel) auf der Oberfläche 522 des Katalysatorträgers 514 sowie eine zweite Beschichtung 530, die eine Metalloxidschicht umfasst, die die Primärkatalysatorpartikel 512 und Körner oder Cluster 516 in dem Katalysatorträger 514 umgibt, und somit Alterung durch Sintern und Verdampfen unterdrückt. Solch ein duales oder hybrides Beschichtungssystem dient dazu, die zwei Hauptwachstumswege des PGM-Katalysatorpartikels zu minimieren oder zu unterdrücken, indem eine Wand aus Metalloxid (wie Aluminiumoxid) als eine Beschichtung um jedes einzelne PGM-Katalysatorpartikel erzeugt wird; und auch eine Metalloxid-Sol-Gel-Schicht, die primäre PGM-Katalysator-/Aluminiumoxid-Körner umgibt.
  • Wie oben erörtert, ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird angenommen, dass die erste Beschichtung 520 des ausgefällten Metalloxids, das auf der Oberfläche 522 des Katalysatorträgers 514 gebildet wird, innerhalb der Mikroporen und Mesoporen (mit einer durchschnittlichen Porengröße von weniger als oder gleich etwa 50 nm) des Katalysatorträgers 514 gebildet wird und somit die Katalysatormetallpartikel 512 umgibt. Die Katalysatormetallpartikel 512 besetzen typischerweise aktive Stellen auf dem Katalysatorträger 514, die Mesoporen mit einem durchschnittlichen Porengrößendurchmesser von etwa 2-50 nm entsprechen. Wie oben erörtert ist der Katalysatorträger 514 oft ein Agglomerat von Körnern oder Clustern 516 und definiert somit Makroporen (mit einer Porengröße von mehr als etwa 50 Nanometer (nm) in Durchmesser) einschließlich großer Volumina zwischen Clustern 516. Es wird angenommen, dass die zweite Beschichtung 530, die eine Schicht aus porösem Metalloxid umfasst, einen Teil der Makroporen des Katalysatorträgers 514 füllt, wodurch ein duales Beschichtungssystem bereitgestellt wird. Auf diese Weise stellt das sinterresistente Katalysatorsystem eine erhöhte Stabilität bereit, indem die mobilen Platingruppenmetall(PGM)-Katalysatorspezies eingefangen und Katalysatormobilitäts- und sinterverfahren verhindert/minimiert werden.
  • Die erste Beschichtung 520 und die zweite Beschichtung 530 können übereinander (wie allgemein in 6 gezeigt) oder auf angrenzenden und unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche 522 des Katalysatorträgers 514 ausgebildet sein, die zum Beispiel angrenzend zueinander durch Besetzen von Poren unterschiedlicher Größen innerhalb des Katalysatorträgers 514 ausgebildet sind. Die zweite Beschichtung 530 kann über der ersten Beschichtung 520 auf der Oberfläche 522 des Katalysatorträgers 514 ausgebildet sein, oder alternativ kann die erste Beschichtung 520 über der zweiten Beschichtung 530 ausgebildet sein, abhängig von den Verfahren, die für die Bildung des hybridsinterresistenten Beschichtungssystems verwendet werden.
  • Die erste Beschichtung 520 kann mehr als etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 30 Gew.-% des gesamten Katalysatorsystemgewichts umfassen (einschließlich des Katalysatormetalloxid-Katalysatorträgers 514, der Metallnanopartikel 512 und der ersten und zweiten Beschichtungen 520 und 530), während die zweite Beschichtung 530 gleichfalls mehr als etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% des Gesamtgewichts des Katalysatorsystems umfassen kann. Jede der ersten Beschichtung 520 und der zweiten Beschichtung 530 kann eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten umfassen, wenn die Abscheidungsschritte zum Beispiel wiederholt werden.
  • Die ersten und zweiten Beschichtungen 520 und 530 können einen großen Teil der ansonsten freiliegenden Oberfläche des Katalysatorträgers bedecken. In verschiedenen Ausführungsformen können die erste und die zweite Beschichtung 520 und 530 gemeinsam mehr als oder gleich etwa 1,5 % bis weniger als oder gleich etwa 90 % der freiliegenden Oberfläche des Katalysatorträgers oder mehr als oder gleich etwa 30 % bis weniger als oder gleich etwa 80 % der freiliegenden Bereiche der Oberfläche des Katalysatorträgers 514 bedecken. Die freiliegenden Oberflächen des Katalysatorträgers 514 beziehen sich auf die Bereiche der Katalysatorträgeroberfläche 522, an die Katalysatormetallpartikel 512 nicht gebunden sind. In verschiedenen Ausführungsformen bedecken die erste und zweite Beschichtung 520 und 530 etwa 40 %, etwa 50 %, etwa 60 %, etwa 70 % oder etwa 80 % oder mehr der freiliegenden Oberfläche des Katalysatorträgers. Eine Gesamtmenge der Oberflächenbedeckung des Trägers, der sowohl die Katalysatormetallpartikel als auch Metalloxidnanopartikel (die die Beschichtungen bilden) beinhaltet, ist größer oder gleich etwa 10 % bis weniger als oder gleich etwa 80 %.
  • Die erste Beschichtung 520 und/oder die zweite Beschichtung 530 können eine Vielzahl von Poren umfassen, sodass reagierende Gasmoleküle auf die Katalysator-Metallnanopartikel 512 mit katalytischer Aktivität zugreifen können, worin jedoch die Koaleszenz von Metallnanopartikeln 512 mit anderen Metallnanopartikeln minimiert oder verhindert wird. Daher kann das Doppelbeschichtungssystem, das die erste Beschichtung 520 und die zweite Beschichtung 530 beinhaltet, das Katalysatorsystem 500 widerstandsfähig gegen Sintern oder thermischen Abbau machen, indem die Oberfläche des Katalysatorsystems 500 vergrößert wird. Insbesondere durch Erhöhung der Anzahl der verfügbaren Oberflächenstellen des Katalysatorsystems 500, die sich als katalytische Metalldispersion ausdrücken lässt.
  • „Katalytische Metalldispersion“ bezieht sich auf ein Verhältnis von Metallkatalysator-Oberflächenstellen zu einer Gesamtanzahl des Metalls eines gesamten Katalysatorsystems. Daher wird ein Katalysatorsystem mit einer hohen Dispersion ein kleineres und höher dispergiertes Metall als ein Katalysatorsystem mit einer geringen Dispersion aufweisen.
  • In bestimmten Aspekten kann das Hybridbeschichtungssystem der vorliegenden Technologie abgeschieden werden und kann das Sintern teilweise durch physikalische Trennung von angrenzenden Katalysator-Metallnanopartikeln inhibieren. Gegenüber einem konventionellen Katalysatorsystem mit demselben Katalysator- und Trägermaterial, aber ohne die poröse Beschichtung, kann die vorliegende Technik die Anforderungen an die Katalysator-Metallbeladung größer oder gleich etwa 30 %, größer oder gleich etwa 40 %, größer oder gleich etwa 50 %, größer oder gleich etwa 60 %, größer oder gleich etwa 70 %, größer oder gleich etwa 80 % oder größer oder gleich etwa 90 %, wie etwa 30 % bis etwa 90 %, von etwa 40 % bis etwa 80 %, von etwa 50 % bis etwa 80 %, von etwa 60 % bis etwa 80 % oder von etwa 70 % bis etwa 80 %, verringern. In weiteren Aspekten kann die vorliegende Technologie im Vergleich zu einem herkömmlichen Katalysatorsystem, das den gleichen Katalysator und das gleiche Trägermaterial aufweist, aber ohne das Hybridbeschichtungssystem, eine Anspringtemperatur um mehr als oder gleich etwa 10 °C, optional größer oder gleich etwa 20 °C und in bestimmten Variationen optional eine Anspringtemperatur von mehr als oder gleich etwa 30 °C verringern.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Technik sind ferner veranschaulicht durch folgende nicht Beispiele.
  • Beispiel 1
  • Im Beispiel 1 werden die Anspringtemperaturen für Palladium-Katalysatorsysteme verglichen. Eine Steuerung 620 wird aus Aluminiumoxidpulver (Aluminiumoxid - Al2O3) mit einer Vielzahl von Palladium(Pt)-Nanopartikel gebildet, die auf dieser Oberfläche in einer Konzentration von 1,5 Gew.%-Pd gebunden sind.
  • Eine erste Probe 622 wird vorbereitet, um eine erste Beschichtung auf einem Aluminiumoxid (Aluminiumoxid - Al2O3) Katalysatorträgerpulver zu beinhalten. Eine Vielzahl von Palladium (Pd)-Nanopartikeln wird an der Oberfläche des Al2O3 bei einer Konzentration von 1,5 Gew.%-Pd. gebunden. Die Trägerpartikel (mit den Katalysatornanopartikein) werden zu einer wässrigen Lösung zugegeben, die eine kontrollierte Menge eines ersten Beschichtungsvorläufers umfasst, der Aluminiumnitrat (Al(NO)3)3) (z. B. Al3+, Molverhältnis von Al/PGM-Katalysator von 5:1) enthält. Die Lösung weist einen pH-Wert von weniger als 7 auf. Der Beschichtungsvorläufer bildet negativ geladene Beschichtungsradikale. Die Oberfläche des Katalysatorträgers ist positiv geladen. Das Gemisch wird vollständig gerührt oder gefräst bei einer Temperatur von mehr als 0 °C und weniger als oder gleich 80 °C für einen Zeitraum von mehr oder gleich einigen Minuten und weniger als oder gleich einigen Tagen. Anschließend wird das Gemisch filtriert und in der Umgebungsluft oder einem Vakuum bei einer Temperatur größer oder gleich der Raumtemperatur bis zu 100 °C für einen Zeitraum größer oder gleich einigen Minuten bis zu drei Tagen getrocknet. Das trockene Pulver wird dann bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 300 °C bis weniger als oder gleich etwa 600 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 2 Stunden bis weniger als oder gleich etwa 10 Stunden kalziniert, um eine erste Metalloxidschicht zu erzeugen.
  • Eine zweite Probe 624 wird gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitet, um ein duales Beschichtungssystem einschließlich der ersten Beschichtung und einer zweiten Beschichtung, die aus einem Aluminiumoxid (Aluminiumoxid-Al2O3) Katalysatorträgerpulver geformt ist, zu beinhalten. Eine Vielzahl von Palladium (Pd)-Nanopartikeln wird an der Oberfläche des Al2O3 bei einer Konzentration von 1,5 Gew.%-Pd. gebunden.
  • Die Trägerpartikel (mit den Katalysatornanopartikel) werden zu einer wässrigen Lösung zugegeben, die eine kontrollierte Menge eines ersten Beschichtungsvorläufers umfasst, der Aluminiumnitrat (Al(NO)3)3) (z. B. Al3+, Molverhältnis von Al/PGM-Katalysator von 5:1) und Aluminiumoxidsol (bei einer Konzentration von 10 Gew.-% PGM/Aluminiumoxid-Katalysator), umfassend 15-25 Gew.-% Aluminiumhydroxidoxid (AlO(OH)), 1-5 Gew.-% Salpetersäure und 70-80 Gew.-% Wasser enthält. Das Aluminiumoxidsol ist im Handel als CERAMABIND 644-A™ von Aremco erhältlich. Die Lösung weist einen pH-Wert von weniger als 7 auf.
  • Die Beschichtungsvorläufer bilden negativ geladene Beschichtungsradikale und ein Sol-Kolloid. Die Oberfläche des Katalysatorträgers ist positiv geladen. Das Gemisch wird vollständig gerührt oder gefräst bei einer Temperatur von mehr als 0 °C und weniger als oder gleich 80 °C für einen Zeitraum von mehr oder gleich einigen Minuten und weniger als oder gleich einigen Tagen. Anschließend wird das Gemisch filtriert und in der Umgebungsluft oder einem Vakuum bei einer Temperatur größer oder gleich der Raumtemperatur bis zu 100 °C für einen Zeitraum größer oder gleich einigen Minuten bis zu drei Tagen getrocknet. Das trockene Pulver wird dann bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 300 °C bis weniger als oder gleich etwa 600 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 2 Stunden bis weniger als oder gleich etwa 10 Stunden kalziniert, um eine erste Metalloxidschicht und eine zweite Beschichtung zu erzeugen, die ein Sol-Gel-Oxid umfasst.
  • Jede der Steuerungen 620, der ersten Probe 622 und der zweiten Probe 624 wird 48 Stunden bei 950 °C in einer Atmosphäre von 90 Vol.-% Luft und 10 Vol.-% Wasser gealtert. Dann wird die Anspringleistung verglichen, wie in 7 dargestellt. Die x-Achse 600 zeigt jeweils die Steuerung 620, die erste Probe 622 und die zweite Probe 624. Die y-Achse 602 zeigt die Anspringtemperatur (°C). Wie in 7 dargestellt, ist eine für die Bewertung der Aktivität verwendete Metrik T50 (Anspringtemperatur), was die Temperatur darstellt, bei der 50 % der CO- und C3H6-Ströme jeweils über den Katalysator oxidiert werden. Die Reihe 610 zeigt Katalysator-Anspringtemperaturen für Kohlenmonoxid (CO), während die Reihe 612 die Katalysator-Anspringtemperaturen für Propen (C3H6) zeigt. Je niedriger die Anspringtemperatur, desto besser ist die Katalysatorleistung.
  • Wie zu sehen ist, weist die Kontrolle 620 ohne Beschichtungen mit 1,5 % Pd eine CO-Anspringtemperatur von 230 °C und eine C3H6-Anspringtemperatur von 255 °C auf. Vergleichsweise weist die erste Probe 622 die gleiche Katalysatorbeladung bei 1,5 % Pd auf, jedoch weist auch eine erste Beschichtung aus einem Aluminiumoxid eine Verringerung der Anspringtemperatur von etwa 7 °C für CO (Anspringtemperatur von 223 °C) und 17 °C für C3H6on 238 °C) auf. Die zweite Probe 624 weist die gleiche Katalysatorbeladung bei 1,5 % Pd auf, weist aber weiterhin ein sinterresistentes Dualschicht-Katalysatorsystem auf, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, einschließlich einer ersten Beschichtung und einer zweiten Beschichtung. Die Anspringtemperaturen sind um etwa 13 °C im Vergleich zu der Steuerung für die CO-Anspringtemperatur (217 °C) und etwa 30 °C für eine C3H6-Anspringtemperatur (225 °C) reduziert.
  • Somit zeigt ein zweifach beschichtetes sinterresistentes Katalysatorsystem, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, eine signifikante Verbesserung der Anspringtemperaturleistung durch Reduzieren von Anspringtemperaturen um etwa 13 °C für CO und 30 °C für C3H6.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines sinterresistenten Katalysatorsystems, das Verfahren umfassend: Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Katalysatorträgers in einer partikulären Form mit einem ersten flüssigen Vorläufer, einschließlich eines Metallsalzes, das ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Titan (Ti), Silizium (Si), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Kombinationen davon; Ausfällen oder Adsorbieren des ersten flüssigen Vorläufers auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers und Calcinieren, um eine erste Beschichtung zu bilden, die ein poröses Metalloxid auf der Oberfläche umfasst; Inkontaktbringen der Oberfläche mit einem zweiten flüssigen Vorläufer, umfassend ein Sol, umfassend ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium (Al), Cer (Ce), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Titan (Ti), Silizium (Si) und Kombinationen davon; und Bilden einer zweiten Beschichtung, die ein poröses Metalloxid aus dem zweiten flüssigen Vorläufer auf einem Teil der Oberfläche des Katalysatorträgers enthält,, sodass die Oberfläche des Katalysatorträgers die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung umfasst, um das sinterresistente Katalysatorsystem zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufbringen des sinterresistenten Katalysatorsystems als eine Washcoat-Schicht über einem monolithischen Substrat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Oberfläche des Katalysatorträgers vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem ersten flüssigen Vorläufer mindestens ein daran gebundenes aktives Katalysatorpartikel umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das aktive Katalysatorpartikel ein Metall umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Gold (Au), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kombinationen davon.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer und das Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer gleichzeitig stattfinden, worin nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit dem zweiten flüssigen Vorläufer das Verfahren ferner umfasst das Filtern des Katalysatorträgers in der Partikelform aus einer Flüssigkeit, das Trocknen des Katalysatorträgers und dann das Durchführen des Calcinierens; Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit mindestens einem aktiven Katalysatorpartikel gleichzeitig mit dem Inkontaktbringen mit dem ersten flüssigen Vorläufer und dem zweiten flüssigen Vorläufer; oder der Katalysatorträger in einem flüssigen Medium dispergiert ist, das den ersten flüssigen Vorläufer und den zweiten flüssigen Vorläufer umfasst, um eine Aufschlämmung zu bilden, und die Aufschlämmung als eine Washcoat-Schicht über einem Monolithsubstrat aufgetragen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer und nach dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer stattfindet umfasst das Verfahren ferner das Filtern des Katalysatorträgers in der Partikelform aus einer Flüssigkeit, das Trocknen des Katalysatorträgers, das Durchführen des Calcinierens und das anschließende Inkontaktbringen der Oberfläche mit dem zweiten flüssigen Vorläufer.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Calcinieren der Schicht das Erhitzen der Schicht auf mehr als oder gleich etwa 300 °C bis zu weniger als oder gleich etwa 600 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 2 Stunden umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Katalysatorträger ein Metalloxid umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Ceroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumoxid (MgO) Zinkoxid (ZnO), Bariumoxid (BaO), Kaliumoxid (K2O), Natriumoxid (Na2O), Calciumoxid (CaO), Lanthanoxid (La2O3) und Kombinationen davon.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Metallsalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumchlorid (AlC3), Aluminiumnitrat (Al(NO3)3), Aluminiumhydroxid (Al(OH)3), Aluminiumsulfat (Al2(DAMIT4)3), Aluminiumchlorat (Al(ClO3)3), Aluminiumphosphat (AlPO4), Aluminiummetaphosphat (Al(PO3)3) und Kombinationen davon.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin vor dem Inkontaktbringen der Oberfläche des Katalysatorträgers mit einem ersten flüssigen Vorläufer das Verfahren ferner das Vorbehandeln des Katalysatorträgers durch hydrothermales Behandeln des Katalysatorträgers auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 800 °C bis weniger als oder gleich etwa 1.200 °C in Gegenwart von Wasser und Luft; und Binden eines Katalysatorpartikels an die Oberfläche des Katalysatorträgers umfasst.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10376872B2 (en) 2017-01-05 2019-08-13 GM Global Technology Operations LLC Solution-based approach to make porous coatings for sinter-resistant catalysts
US10562017B2 (en) 2017-01-05 2020-02-18 GM Global Technology Operations LLC Ion adsorption of oxide layers to hinder catalyst sintering
US10596563B2 (en) 2017-01-27 2020-03-24 GM Global Technology Operations LLC Sinter-resistant stable catalyst systems by trapping of mobile platinum group metal (PGM) catalyst species

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10919026B2 (en) * 2018-08-07 2021-02-16 GM Global Technology Operations LLC Methods for preparing catalyst systems
US10926245B1 (en) 2019-08-21 2021-02-23 GM Global Technology Operations LLC Platinum-containing catalyst systems

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3656915A (en) 1970-04-30 1972-04-18 Chemical Construction Corp Catalytic exhaust gas treatment apparatus
GB8722008D0 (en) 1987-09-18 1987-10-28 British Petroleum Co Plc Catalysts
EP1277826A1 (de) 2001-07-18 2003-01-22 ATOFINA Research Hydrierungsverfahren und Dehydrierungsverfahren und Katalysatoren dafür
US7083860B2 (en) 2002-08-16 2006-08-01 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh Metallic honeycomb body having at least partially perforated sheet-metal layers
US7163963B2 (en) 2003-09-08 2007-01-16 Conocophillips Company Chemically and thermally stabilized alumina for Fischer-Tropsch catalysts
US8318629B2 (en) * 2004-10-14 2012-11-27 Catalytic Solutions, Inc. Platinum group metal-free catalysts for reducing the ignition temperature of particulates on a diesel particulate filter
EP2172265B1 (de) 2007-06-27 2016-06-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zur herstellung eines katalysatorträgers zur abgasreinigung.
DE102009006404B3 (de) 2009-01-28 2010-08-26 Süd-Chemie AG Diesel-Oxidationskatalysator mit guter Tieftemperaturaktivität
CN102909020B (zh) * 2011-08-01 2014-06-25 中国石油化工股份有限公司 一种耐硫催化燃烧催化剂及其制备方法
US9079164B2 (en) 2012-03-26 2015-07-14 Brigham Young University Single reaction synthesis of texturized catalysts
CN102671716B (zh) * 2012-05-23 2014-07-09 江苏高淳陶瓷股份有限公司 一种耐高温活性涂层及其制备方法
CN102909005B (zh) 2012-10-24 2014-02-05 中国科学院理化技术研究所 表面包覆介孔二氧化硅的负载有贵金属纳米颗粒的石墨烯基复合材料及其制备方法和应用
CN103191750B (zh) 2013-03-27 2015-04-15 大唐国际化工技术研究院有限公司 一种用于甲烷化的催化剂及其制备方法和应用
EP2988863A2 (de) 2013-07-11 2016-03-02 SABIC Global Technologies B.V. Verwendung von lanthanidoxiden zur verringerung des sinterns von katalysatoren
CN105032446B (zh) * 2015-07-27 2019-09-24 无锡威孚环保催化剂有限公司 用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型scr催化剂及其制备方法
US20170095807A1 (en) 2015-10-05 2017-04-06 GM Global Technology Operations LLC Forming age-suppressing catalysts
US9827562B2 (en) 2015-10-05 2017-11-28 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10046310B2 (en) 2015-10-05 2018-08-14 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US9855547B2 (en) 2015-10-05 2018-01-02 GM Global Technology Operations LLC Low-temperature oxidation catalysts
US10422036B2 (en) 2015-10-23 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Suppressing aging of platinum group metal particles in a catalytic converter
CN105478114B (zh) * 2015-12-01 2018-04-03 南京工业大学 一种陶瓷膜负载的钯催化剂的制备方法
US9649627B1 (en) 2016-01-29 2017-05-16 GM Global Technology Operations LLC Sinter-resistant low-cost catalysts manufactured by solution-based nanoparticle coating processes
US9901907B1 (en) 2016-08-31 2018-02-27 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10035133B2 (en) 2016-10-25 2018-07-31 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes and a barrier disposed between the complexes
US10159960B2 (en) 2016-10-25 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes
US10562017B2 (en) 2017-01-05 2020-02-18 GM Global Technology Operations LLC Ion adsorption of oxide layers to hinder catalyst sintering
US10376872B2 (en) 2017-01-05 2019-08-13 GM Global Technology Operations LLC Solution-based approach to make porous coatings for sinter-resistant catalysts
US10596563B2 (en) 2017-01-27 2020-03-24 GM Global Technology Operations LLC Sinter-resistant stable catalyst systems by trapping of mobile platinum group metal (PGM) catalyst species
US20180214860A1 (en) 2017-01-30 2018-08-02 GM Global Technology Operations LLC Highly stable platinum group metal (pgm) catalyst systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10376872B2 (en) 2017-01-05 2019-08-13 GM Global Technology Operations LLC Solution-based approach to make porous coatings for sinter-resistant catalysts
US10562017B2 (en) 2017-01-05 2020-02-18 GM Global Technology Operations LLC Ion adsorption of oxide layers to hinder catalyst sintering
US11951465B2 (en) 2017-01-05 2024-04-09 GM Global Technology Operations LLC Solution-based approach to make porous coatings for sinter-resistant catalysts
US10596563B2 (en) 2017-01-27 2020-03-24 GM Global Technology Operations LLC Sinter-resistant stable catalyst systems by trapping of mobile platinum group metal (PGM) catalyst species

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