DE102018109725A1 - PASSIVER NOx-ADSORBER - Google Patents

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DE102018109725A1
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molecular sieve
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absorber
substrate
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Yannick Daniel BIDAL
Andrew CHIFFEY
Jack CORPS
Laura MITCHELL-DOWNIE
Francois Moreau
Matthew O'Brien
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Johnson Matthey PLC
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Abstract

Beschrieben ist ein NOX-Absorberkatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor. Der NOX-Absorberkatalysator umfasst eine erste Region, die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, und eine zweite Region, die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, und ein Substrat mit einem Einlassende und einem Auslassende.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen NOX-Absorberkatalysator für einen Magergemischmotor und ein Abgassystem für einen Magergemischmotor, das den NOX-Absorberkatalysator umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Verwendung des NOX-Absorberkatalysators zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Magergemischmotoren, wie Dieselmotoren, produzieren eine Abgasemission, die allgemein mindestens vier Klassen von Schadstoffen enthält, gegen die auf der ganzen Welt von internationalen Organisationen Gesetze erlassen wurden: Kohlenstoffmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs), Stickstoffoxide (NOX) und partikelförmiges Material bzw. Feinstaub (PM).
  • Es gibt eine Vielzahl von Emissionssteuerungsvorrichtungen für die Behandlung von Stickstoffoxiden (NOX). Diese Vorrichtungen umfassen beispielsweise einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRF™)-Katalysator, einen Mager-NOX-Katalysator [z.B. einen Kohlenwasserstoff(HC)-SCR-Katalysator], eine Mager-NOX-Falle (LNT) [auch bekannt als NOX-Speicherkatalysator (NSC) oder NOX-Adsorberkatalysator (NAC)] und einen passiven NOX-Adsorber (PNA).
  • SCR-Katalysatoren oder SCRF™-Katalysatoren erreichen typischerweise hohe Effizienzen für die Behandlung von NOX durch Reduktion, sobald sie ihre wirksame Betriebstemperatur erreicht haben. Jedoch können diese Katalysatoren oder Vorrichtungen unterhalb ihrer wirksamen Betriebstemperatur relativ ineffizient sein, beispielsweise, wenn der Motor aus einem kalten Zustand gestartet wurde („Kaltstart“-Periode) oder sich für einen längeren Zeitraum im Leerlauf befunden hat.
  • Ein weiterer üblicher Typ einer Emissionssteuerungsvorrichtung zum Verringern oder Verhindern der Emission von NOX ist eine Mager-NOX-Falle (LNT). Während des normalen Betriebs produziert ein Magergemischmotor eine Abgasemission mit einer „mageren“ Zusammensetzung. Eine LNT ist in der Lage, die Stickstoffoxide (NOX), die in der „mageren“ Abgasemission vorhanden sind, zu speichern oder einzufangen. Die LNT speichert oder fängt das in der Abgasemission vorhandene NOX durch eine chemische Reaktion zwischen dem NOX und einer NOX-Speicherkomponente der LNT unter Bildung eines anorganischen Nitrats ein. Die Menge von NOX, die durch die LNT gespeichert werden kann, ist durch die vorhandene Menge der NOX-Speicherkomponente beschränkt. Schließlich ist es erforderlich, das gespeicherte NOX aus der NOX-Speicherkomponente der LNT freizusetzen, idealerweise, wenn ein stromabseitiger SCR- oder SCRF™-Katalysator seine wirksame Betriebstemperatur erreicht hat. Die Freisetzung von gespeichertem NOX aus einer LNT wird typischerweise durch Laufenlassen des Magergemischmotors unter fetten Bedingungen zur Herstellung einer Abgasemission mit einer „fetten“ Zusammensetzung erreicht. Unter diesen Bedingungen zersetzen sich die anorganischen Nitrate der NOX-Speicherkomponente unter erneuter Bildung von NOX. Dieses Erfordernis der Spülung einer LNT unter fetten Bedingungen ist ein Nachteil dieses Typs von Emissionssteuerungsvorrichtung, da dies die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs beeinträchtigt und die Menge an Kohlenstoffdioxid (CO2) durch Verbrennung von zusätzlichem Kraftstoff erhöht. LNTs neigen ferner dazu, eine schlechte NOX-Speicherungseffizienz bei niedrigen Temperaturen zu zeigen.
  • Ein relativ neuer Typ einer Emissionssteuerungsvorrichtung für NOX ist ein passiver NOX-Adsorber (PNA). PNAs sind in der Lage, NOX bei relativ geringen Abgastemperaturen (z.B. weniger als 200 °C) üblicherweise durch Adsorption zu speichern oder zu adsorbieren und setzen NOX bei höheren Temperaturen frei. Der NOX-Speicher- und Freisetzungsmechanismus von PNAs ist thermisch kontrolliert, anders als der von LNTs, die eine fette Spülung zum Freisetzen von gespeichertem NOX erfordern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein NOX-Absorberkatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor bereitgestellt, umfassend:
    • eine erste Region, die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, wobei der Molekularsiebkatalysator ein Edelmetall und ein erstes Molekularsieb umfasst, und wobei das erste Molekularsieb das Edelmetall enthält;
    • eine zweite Region, die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst; und
    • ein Substrat mit einem Einlassende und einem Auslassende;
    wobei die zweite Region im Wesentlichen frei von Platingruppenmetallen ist.
  • In einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung des Weiteren ein Abgassystem für einen Magergemischmotor, wie z.B. einem Dieselmotor. Das Abgassystem umfasst einen NOX-Absorberkatalysator der Erfindung und eine Emissionssteuerungsvorrichtung.
  • In einem dritten Aspekt liefert die Erfindung ein Fahrzeug, das einen Magergemischmotor und entweder den NOX-Absorberkatalysator oder das Abgassystem der Erfindung umfasst.
  • In einem vierten Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor, wobei das Verfahren entweder ein In-Kontakt-bringen des Abgases mit einem NOX-Absorberkatalysator der Erfindung oder ein Führen des Abgases durch ein Abgassystem der Erfindung umfasst.
  • Figurenliste
  • Die 1 bis 8 sind schematische Darstellungen von NOX-Absorberkatalysatoren der Erfindung.
    • 1 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit der ersten Region (1), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, und der zweiten Region (2), die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, wobei beide auf einem Substrat (3) angeordnet sind, das ein Einlassende und ein Auslassende aufweist. Die zweite Region (2) befindet sich stromauf (bezüglich einer Gasströmungsrichtung bei Verwendung) der ersten Region (1).
    • 2 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer ersten Region (1), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, und einer zweiten Region/Zone (2), die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst. Es gibt eine Überlappung zwischen der ersten Region und der zweiten Region/Zone. Ein Teil der ersten Region ist auf der zweiten Region/Zone angeordnet. Sowohl die erste Region als auch die zweite Region/Zone sind auf dem Substrat (3) angeordnet.
    • 3 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer ersten Region (1), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, und einer zweiten Region/Zone (2), die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst. Es gibt eine Überlappung zwischen der ersten Region/Zone und der zweiten Region. Ein Teil der zweiten Region ist auf der ersten Region/Zone angeordnet. Sowohl die erste Region/Zone als auch die zweite Region sind auf dem Substrat (3) angeordnet.
    • 4 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer ersten Schicht (1), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, die auf einer zweiten Schicht (2), die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, angeordnet ist. Die zweite Schicht ist auf dem Substrat (3) angeordnet.
    • 5 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer zweiten Schicht (2), die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, die auf einer ersten Schicht (1), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, angeordnet ist. Die erste Schicht ist auf dem Substrat (3) angeordnet.
    • 6 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer ein Dieseloxidationskatalysatormaterial umfassenden Schicht (4), die auf einer zweiten Region/Schicht (2) angeordnet ist. Die zweite Region/Schicht (2) umfasst das Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial. Die zweite Region/Schicht (2) ist auf der ersten Region/Schicht (1), die einen Molekularsiebkatalysator umfasst, angeordnet. Die erste Region/Schicht (1) ist auf dem Substrat (3) angeordnet.
    • 7 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator mit einer ein Dieseloxidationskatalysatormaterial umfassenden Schicht (4), die auf einer ersten Schicht angeordnet ist, wobei die erste Schicht eine erste Region (1) und eine zweite Region (2) umfasst. Die erste Region (1) umfasst ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial. Die zweite Region (2) umfasst ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial. Die erste Region (1) ist stromab der zweiten Region (2) angeordnet. Die erste Region (1) und die zweite Region (2) sind beide auf einem Substrat (3) angeordnet.
    • 8 zeigt einen NOX-Absorberkatalysator, der eine Schicht (4), die ein auf einer ersten Schicht angeordnetes Dieseloxidationskatalysatormaterial umfasst, wobei die erste Schicht eine erste Region (1) und eine zweite Region (2) umfasst, aufweist. Die erste Region (1) umfasst ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial. Die zweite Region (2) umfasst ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial. Die erste Region (1) ist stromab der zweiten Region (2) angeordnet. Die erste Region (1) und die zweite Region (2) sind beide auf einem Substrat (3) angeordnet.
  • DEFINITIONEN
  • Der Begriff „Region“, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Bereich eines Washcoats auf einem Substrat. Eine „Region“ kann beispielsweise auf einem Substrat in Form einer „Schicht“ oder einer „Zone“ angeordnet oder geträgert sein. Der Bereich oder die Anordnung eines Washcoats auf einem Substrat wird allgemein während des Applikationsprozesses des Washcoats auf das Substrat gesteuert. Die „Region“ weist typischerweise ausgeprägte Grenzen oder Kanten auf (d.h. es ist möglich, eine Region von einer anderen Region unter Verwendung herkömmlicher Analysetechniken zu unterscheiden).
  • Typischerweise weist die „Region“ eine im Wesentlichen gleichförmige Länge auf. Die Bezugnahme auf eine „im Wesentlichen gleichförmige Länge“ bezieht sich in diesem Kontext auf eine Länge, die von ihrem Mittelwert um nicht mehr als 10 % abweicht (z.B. der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Länge), vorzugsweise um nicht mehr als 5 % abweicht, bevorzugter um nicht mehr als 1 % abweicht.
  • Es ist bevorzugt, dass jede „Region“ eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung aufweist (d.h. es gibt keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung des Washcoats, wenn ein Teil der Region mit einem anderen Teil dieser Region verglichen wird). Eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung bezieht sich in diesem Kontext auf ein Material (z.B. Region), bei dem (bzw. bei der) der Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung bei einem Vergleich eines Teils der Region mit einem anderen Teil der Region 5 % oder weniger, üblicherweise 2,5 % oder weniger, und am üblichsten 1 % oder weniger beträgt.
  • Der Begriff „Zone“, wie hier verwendet, bezieht sich auf eine Region, die eine Länge aufweist, die weniger als die Gesamtlänge des Substrats, z.B. ≤ 75 % der Gesamtlänge des Substrats, beträgt. Eine „Zone“ besitzt typischerweise eine Länge (d.h. eine im Wesentlichen gleichförmige Länge) von mindestens 5 % (z.B. ≥ 5 %) der Gesamtlänge des Substrats.
  • Die Gesamtlänge eines Substrats ist der Abstand zwischen dessen Einlassende und dessen Auslassende (z.B. den gegenüberliegenden Enden des Substrats).
  • Jede hier verwendete Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“ bezeichnet eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, wobei die Zone sich näher an einem Einlassende des Substrats befindet als sich die Zone zu einem Auslassende des Substrats befindet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Einlassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Auslassende des Substrats befindet. In ähnlicher Weise bezeichnet jegliche hier verwendete Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“ eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, wobei sich die Zone näher an einem Auslassende des Substrats befindet als sich die Zone zu einem Einlassende des Substrats befindet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Auslassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Einlassende des Substrats befindet.
  • Wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, bezeichnet allgemein jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“ eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    1. (a) sich näher zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als sich die Zone sich zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Einlasskanals befindet, und/oder
    2. (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als sich die Zone zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) des Auslasskanals befindet.
  • Somit befindet sich der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher an einem Einlassende eines Einlasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem verschlossenen Ende des Einlasskanals befindet, und/oder (b) näher zu einem verschlössenen Ende eines Auslasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu einem Auslassende des Auslasskanals befindet.
  • In ähnlicher Weise bezeichnet jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“, wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    1. (a) sich näher zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als sich die Zone zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Auslasskanals befindet, und/oder
    2. (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als sie sich zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) des Einlasskanals befindet.
  • Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher zu einem Auslassende eines Auslasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem verschlossenen Ende des Auslasskanals befindet, und/oder (b) näher zu einem verschlossenen Ende eines Einlasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu einem Einlassende des Einlasskanals befindet.
  • Eine Zone kann sowohl (a) als auch (b) genügen, wenn der Washcoat in der Wand des Wandstromfilters vorhanden ist (d.h. die Zone ist in der Wand bzw. in den Wänden).
  • Der Begriff „Washcoat“ ist auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt und bezieht sich auf eine anhaftende Beschichtung, die auf ein Substrat üblicherweise während der Produktion eines Katalysators appliziert wird.
  • Der Begriff „Edelmetall“, wie hier verwendet, bezieht sich im Allgemeinen auf ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Osmium, Iridium, Platin und Gold besteht. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „Edelmetall“ vorzugsweise auf ein Metall, das aus der aus Rhodium, Platin, Palladium und Gold bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Das Akronym „PGM“, wie hier verwendet, bezieht sich auf „Platingruppenmetall“. Der Begriff „Platingruppenmetall“ bezieht sich allgemein auf ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt besteht, vorzugsweise auf ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ru, Rh, Pd, Ir und Pt besteht. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „PGM“ vorzugsweise auf ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Rh, Pt und Pd besteht.
  • Der Begriff „Adsorber“, wie hier verwendet, sollte insbesondere im Kontext eines NOX-Adsorbers nicht dahingehend ausgelegt werden, dass er auf die Speicherung oder das Einfangen einer chemischen Einheit (z.B. NOX) lediglich mittels Adsorption eingeschränkt ist. Der hier verwendete Begriff „Adsorber“ ist synonym zu „Absorber“.
  • Der Begriff „Mischoxid“, wie hier verwendet, bezieht sich allgemein auf ein Gemisch von Oxiden in einer einzelnen Phase, wie herkömmlicherweise auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist. Der Begriff „Verbundoxid“, wie hier verwendet, bezieht sich allgemein auf eine Zusammensetzung von Oxiden mit mehr als einer Phase, wie herkömmlich auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist.
  • Der Ausdruck „besteht im Wesentlichen aus“, wie hierin verwendet, beschränkt den Umfang eines Merkmals dahingehend, dass die angegebenen Materialien, sowie beliebige weitere Materialien oder Stufen, die die grundlegenden Eigenschaften dieses Merkmals nicht wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise geringfügige Verunreinigungen, umfasst sind. Der Ausdruck „besteht im Wesentlichen aus“ schließt den Ausdruck „bestehend aus“ ein.
  • Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“, wie er hier unter Bezugnahme auf ein Material, typischerweise im Zusammenhang mit dem Gehalt einer Region, einer Schicht oder einer Zone verwendet wird, bedeutet, dass das Material in einer geringfügen Menge, wie beispielsweise ≤ 5 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 2 Gew.-%, bevorzugter ≤ 1 Gew.-% (Anm.d.Ü.: vorhanden sein kann). Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“ umfasst den Ausdruck „umfasst nicht“.
  • Jegliche Bezugnahme auf eine Menge eines Dotiermittels, insbesondere eine Gesamtmenge, die, wie hier verwendet, als %, bezogen auf das Gewicht, bzw. als Gew.-% ausgedrückt ist, bezieht sich auf das Gewicht des Trägermaterials oder des hitzebeständigen Metalloxids hiervon.
  • Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“, wie er hier unter Bezugnahme auf ein Material verwendet wird, bedeutet, dass das Material in einer geringfügen Menge, wie beispielsweise ≤ 5 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 2 Gew.-%, bevorzugter ≤ 1 Gew.-%, vorhanden sein kann. Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“ umfasst den Ausdruck „umfasst nicht“.
  • Der Begriff „Beladung“, wie hier verwendet, bezieht sich auf eine Messung in Einheiten von g/ft3 auf einer Metallgewichtsbasis.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung ist zur Verwendung als passiver NOX-Absorber (PNA) bestimmt. Der NOX-Absorberkatalysator umfasst einen oder kann im Wesentlichen aus einem NOX-Absorberkatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor bestehen, umfassend:
    • eine erste Region, die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, wobei der Molekularsiebkatalysator ein Edelmetall und ein erstes Molekularsieb umfasst, und wobei das erste Molekularsieb das Edelmetall enthält;
    • eine zweite Region, die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst; und
    • ein Substrat mit einem Einlassende und einem Auslassende;
    wobei die zweite Region im Wesentlichen frei von Platingruppenmetallen ist.
  • Im Allgemeinen ist das NOX-Absorbermaterial ein passiver NOX-Absorber(PNA)-Katalysator (d.h., es weist PNA-Aktivität auf).
  • Die erste Region umfasst ein NOX-Absorbermaterial oder kann im Wesentlichen daraus bestehen. Das NOX-Absorbermaterial umfasst einen Molekularsiebkatalysator oder besteht im Wesentlichen daraus. Der Molekularsiebkatalysator umfasst ein Edelmetall und ein Molekularsieb, besteht im Wesentlichen daraus oder besteht daraus. Das Molekularsieb enthält das Edelmetall. Der Molekularsiebkatalysator kann gemäß dem in der WO 2012/166868 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
  • Das Edelmetall ist typischerweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Gold (Au), Silber (Ag), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) und Gemischen von zwei oder mehr hiervon besteht. Vorzugsweise ist das Edelmetall aus der Gruppe ausgewählt, die aus Palladium (Pd), Platin (Pt) und Rhodium (Rh) besteht. Bevorzugter ist das Edelmetall aus Palladium (Pd), Platin (Pt) und einem Gemisch hiervon ausgewählt. Besonders bevorzugt ist das Edelmetall Palladium (Pd).
  • Allgemein ist es bevorzugt, dass das Edelmetall Palladium (Pd) und optional ein zweites Metall, das aus der aus Platin (Pt), Rhodium (Rh), Gold (Au), Silber (Ag), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst oder daraus besteht. Vorzugsweise umfasst das Edelmetall Palladium (Pd) und optional ein zweites Metall, das aus der aus Platin (Pt) und Rhodium (Rh) bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder besteht daraus. Noch bevorzugter umfasst das Edelmetall Palladium (Pd) und optional Platin (Pt) oder besteht daraus. Stärker bevorzugt umfasst der Molekularsiebkatalysator Palladium als alleiniges Edelmetall.
  • Wenn das Edelmetall Palladium (Pd) und ein zweites Metall umfasst oder daraus besteht, beträgt das Massenverhältnis von Palladium (Pd) zu dem zweiten Metall > 1:1. Bevorzugter beträgt das Massenverhältnis von Palladium (Pd) zu dem zweiten Metall > 1:1 und das Molverhältnis von Palladium (Pd) zu dem zweiten Metall beträgt > 1:1.
  • Der Molekularsiebkatalysator kann des Weiteren ein unedles Metall umfassen. Somit kann der Molekularsiebkatalysator ein Edelmetall, ein erstes Molekularsieb und optional ein unedles Metall umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste Molekularsieb enthält das Edelmetall und optional das unedle Metall.
  • Das unedle Metall kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Zink (Zn) und Zinn (Sn) sowie Gemischen von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das unedle Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Kupfer und Cobalt, bevorzugter aus Eisen und Kupfer besteht. Noch stärker bevorzugt ist das unedle Metall Eisen.
  • Alternativ kann der Molekularsiebkatalysator im Wesentlichen frei von einem unedlen Metall, wie einem unedlen Metall, das aus der aus Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Zink (Zn) und Zinn (Sn) sowie Gemischen von zwei oder mehr hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt ist, sein. Somit kann der Molekularsiebkatalysator ein unedles Metall nicht umfassen.
  • Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass der Molekularsiebkatalysator kein unedles Metall umfasst.
  • Es kann bevorzugt sein, dass der Molekularsiebkatalysator im Wesentlichen frei von Barium (Ba) ist, bevorzugter ist der Molekularsiebkatalysator im Wesentlichen frei von einem Erdalkalimetall. Somit kann der Molekularsiebkatalysator Barium nicht umfassen und vorzugsweise umfasst der Molekularsiebkatalysator kein Erdalkalimetall.
  • Das erste Molekularsieb ist typischerweise aus Aluminium, Silicium und/oder Phosphor zusammengesetzt. Das Molekularsieb weist allgemeinen eine dreidimensionale Anordnung (z.B. ein Gerüst) von SiO4, AlO4 und/oder PO4 auf, die durch gemeinsame Sauerstoffatome miteinander verbunden sind. Das Molekularsieb kann ein anionisches Gerüst aufweisen. Die Ladung des anionischen Gerüsts kann durch Kationen, wie beispielsweise durch Kationen der Alkali- und/oder Erdalkalielemente (z.B. Na, K, Mg, Ca, Sr und Ba), Ammoniumkationen und/oder Protonen ausgeglichen sein.
  • Typischerweise weist das erste Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst, ein Aluminophosphatgerüst oder ein Silicoaluminophosphatgerüst auf. Das erste Molekularsieb kann ein Alumosilicatgerüst oder ein Aluminophosphatgerüst aufweisen. Es ist bevorzugt, dass das erste Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst oder ein Silicoaluminophosphatgerüst aufweist. Bevorzugter weist das erste Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst auf.
  • Wenn das erste Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst aufweist, ist das Molekularsieb vorzugsweise ein Zeolith.
  • Das erste Molekularsieb enthält das Edelmetall. Das Edelmetall ist typischerweise auf dem ersten Molekularsieb geträgert. Beispielsweise kann das Edelmetall auf das Molekularsieb geladen und auf dem ersten Molekularsieb geträgert werden, beispielsweise durch Ionenaustausch. Somit kann der Molekularsiebkatalysator ein Edelmetall und ein erstes Molekularsieb umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, wobei das erste Molekularsieb das Edelmetall enthält und wobei das Edelmetall durch lonenaustausch auf das erste Molekularsieb geladen und/oder auf dem ersten Molekularsieb geträgert ist.
  • Im Allgemeinen kann das erste Molekularsieb ein metallsubstituiertes Molekularsieb (z.B. ein metallsubstituiertes Molekularsieb mit einem Alumosilicat- oder einem Aluminophosphatgerüst) sein. Das Metall des metallsubstituierten Molekularsiebs kann das Edelmetall sein (z.B. ist das Molekularsieb ein mit einem Edelmetall substituiertes Molekularsieb). Somit kann das das Edelmetall enthaltende erste Molekularsieb ein mit einem Edelmetall substituiertes Molekularsieb sein. Wenn der Molekularsiebkatalysator ein unedles Metall umfasst, kann das erste Molekularsieb ein mit einem Edelmetall und einem unedlen Metall substituiertes Molekularsieb sein. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass der Begriff „metallsubstituiert“ bzw. „mit einem Metall substituiert“ den Begriff „ionenausgetauscht“ einschließt.
  • Bei dem Molekularsiebkatalysator befinden sich im Allgemeinen mindestens 1 Gew.-% (d.h. der Menge des Edelmetalls des Molekularsiebkatalysators), vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%, bevorzugter mindestens 10 Gew.-%, wie beispielsweise mindestens 25 Gew.-%, noch stärker bevorzugt mindestens 50 Gew.-% des Edelmetalls im Inneren der Poren des ersten Molekularsiebs.
  • Das erste Molekularsieb kann aus einem kleinporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen), einem mittelporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen) und einem großporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zwölf tetraedrischen Atomen) ausgewählt sein. Bevorzugter ist das erste Molekularsieb aus einem kleinporigen Molekularsieb und einem mittelporigen Molekularsieb ausgewählt.
  • In einer ersten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform ist das erste Molekularsieb ein kleinporiges Molekularsieb. Das kleinporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, STI, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON sowie einem Gemisch oder einer Verwachsung von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Die Verwachsung ist vorzugsweise aus KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA und AEI-SAV ausgewählt. Bevorzugter weist das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, bei dem es sich um STI, AEI, CHA oder eine AEI-CHA-Verwachsung handelt. Noch stärker bevorzugt weist das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, bei dem es sich um AEI oder CHA, insbesondere AEI, handelt.
  • Vorzugsweise weist das kleinporige Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst oder ein Silicoaluminophosophatgerüst auf. Bevorzugter weist das kleinporige Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst auf (d.h. das erste Molekularsieb ist ein Zeolith), insbesondere wenn das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp aufweist, bei dem es sich um STI, AEI, CHA oder eine AEI-CHA-Verwachsung, insbesondere AEI oder CHA, handelt.
  • In einer zweiten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform weist das erste Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON und EUO sowie Gemischen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht.
  • In einer dritten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform ist das erste Molekularsieb ein mittelporiges Molekularsieb. Das mittelporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus MFI, FER, MWW und EUO, bevorzugter MFI, besteht.
  • In einer vierten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform ist das erste Molekularsieb ein großporiges Molekularsieb. Das großporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CON, BEA, FAU, MOR und EMT, bevorzugter BEA, besteht.
  • In jeder der ersten bis vierten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsformen weist das erste Molekularsieb vorzugsweise ein Alumosilicatgerüst auf (z.B. ist das erste Molekularsieb ein Zeolith). Jeder der vorgenannten Drei-Buchstaben-Codes stellt einen Gerüsttyp in Übereinstimmung mit der „IUPAC Commission on Zeolite Nomenclature“ und/oder der „Structure Commission of the International Zeolite Association“ dar.
  • In einer beliebigen der ersten bis vierten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsformen kann es allgemein bevorzugt sein, dass das erste Molekularsieb (z.B. großporig, mittelporig oder kleinporig) ein Gerüst aufweist, das keine Verwachsung von mindestens zwei verschiedenen Gerüsttypen ist.
  • Das erste Molekularsieb weist typischerweise ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Molverhältnis (SAR) von 10 bis 200 (z.B. 10 bis 40), wie beispielsweise 10 bis 100, bevorzugter 15 bis 80 (z.B. 15 bis 30), auf. Das SAR bezieht sich im Allgemeinen auf ein Molekül mit einem Alumosilicatgerüst (z.B. einen Zeolith) oder einem Silicoaluminophosphatgerüst, vorzugsweise einem Alumosilicatgerüst (z.B. einen Zeolith).
  • Der Molekularsiebkatalysator der ersten, dritten und vierten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform (und auch für einige der Gerüsttypen der zweiten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform) kann, insbesondere wenn das erste Molekularsieb ein Zeolith ist, ein Infrarotspektrum mit einem charakteristischen Absorptionspeak im Bereich von 750 cm-1 bis 1050 cm-1 (zusätzlich zu den Absorptionspeaks für das Molekularsieb selbst) aufweisen. Vorzugsweise liegt der charakteristische Absorptionspeak in dem Bereich von 800 cm-1 bis 1000 cm-1, bevorzugter in dem Bereich von 850 cm-1 bis 975 cm-1.
  • Es wurde festgestellt, dass der Molekularsiebkatalysator der ersten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform eine vorteilhafte Passiv-NOX-Adsorber(PNA)-Aktivität besitzt. Der Molekularsiebkatalysator kann dazu verwendet werden, NOX zu speichern, wenn die Abgastemperaturen relativ kühl sind, wie beispielsweise kurz nach dem Starten eines Magergemischmotors. Die NOX-Speicherung durch den Molekularsiebkatalysator erfolgt bei niedrigen Temperaturen (z.B. weniger als 200 °C). Beim Aufwärmen des Magergemischmotors steigt die Abgastemperatur und die Temperatur des Molekularsiebkatalysators steigt ebenfalls an. Der Molekularsiebkatalysator setzt adsorbiertes NOX bei diesen höheren Temperaturen (z.B. 200 °C oder darüber) frei.
  • Es wurde auch unerwartet festgestellt, dass der Molekularsiebkatalysator, insbesondere der Molekularsiebkatalysator der zweiten Molekularsiebkatalysator-Ausführungsform, eine Kaltstart-Katalysatoraktivität besitzt. Eine solche Aktivität kann die Emissionen während der Kaltstartperiode durch Adsorbieren von NOX und Kohlenwasserstoffen (HCs) bei relativ niedrigen Abgastemperaturen (z.B. weniger als 200 °C) verringern. Das adsorbierte NOX und/oder die adsorbierten HCs kann bzw. können freigesetzt werden, wenn sich die Temperatur des Molekularsiebkatalysators in der Nähe oder oberhalb der wirksamen Temperatur der anderen Katalysatorkomponenten oder Emissionssteuerungsvorrichtungen zum Oxidieren von NO und/oder HCs befindet.
  • Die zweite Region umfasst ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst. Das mindestens eine anorganische Oxid ist vorzugsweise ein Oxid der 2., 3., 4., 5., 13. und 14. Gruppe der Elemente. Das mindestens eine anorganische Oxid ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Aluminiumoxid, Cerdioxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Nioboxid, Tantaloxiden, Molybdänoxiden, Wolframoxiden und Mischoxiden oder Verbundoxiden hiervon besteht. Besonders bevorzugt umfasst das mindestens eine anorganische Oxid Aluminiumoxid, Cerdioxid oder ein Magnesiumoxid/Aluminiumoxid-Verbundoxid. Ein besonders bevorzugtes anorganisches Oxid ist Aluminiumoxid. In Ausführungsformen, worin das mindestens eine anorganische Oxid Aluminiumoxid umfasst, kann das mindestens eine anorganische Oxid im Wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehen und kann besonders bevorzugt aus Aluminiumoxid bestehen.
  • Ein weiteres besonders bevorzugtes anorganisches Oxid ist ein Gemisch von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, vorzugsweise in einem Massenverhältnis zwischen 1:10 und 10:1, bevorzugter in einem Massenverhältnis von 1:5 bis 5:1, besonders bevorzugt in einem Massenverhältnis von 1:2 bis 2:1, z.B. 1:1.
  • Das anorganische Oxid weist vorzugsweise nicht eine Aktivität als selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator auf. Somit ist das anorganische Oxid bei einem Katalysieren der Reduktion von NOX, z.B. NO2, mit einem stickstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie z.B. Ammoniak oder einem Vorläufer hiervon, oder mit einem Kohlenwasserstoff-Reduktionsmittel, wie z.B. Kraftstoff aus einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise nicht in signifikanter Weise katalytisch aktiv. Das anorganische Oxid ist vorzugsweise nicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Oxid oder Oxiden von Chrom (Cr), Cobalt (Co), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Vanadium (V) oder einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht und ist besonders bevorzugt nicht aus einem Oxid oder Oxiden von Titan (Ti), Wolfram (W), Vanadium (V) ausgewählt.
  • Das mindestens eine anorganische Oxid kann ferner zusätzlich oder alternativ ein zweites Molekularsieb umfassen.
  • Das zweite Molekularsieb ist typischerweise aus Aluminium, Silicium und/oder Phosphor zusammengesetzt. Das Molekularsieb weist allgemein eine dreidimensionale Anordnung (z.B. ein Gerüst) von SiO4, AlO4 und/oder PO4 auf, die durch gemeinsame Sauerstoffatome miteinander verbunden sind. Das Molekularsieb kann ein anionisches Gerüst aufweisen. Die Ladung des anionischen Gerüsts kann durch Kationen, wie beispielsweise durch Kationen der Alkali- und/oder Erdalkalielemente (z.B. Na, K, Mg, Ca, Sr und Ba), Ammoniumkationen und/oder Protonen ausgeglichen sein.
  • Typischerweise weist das zweite Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst, ein Aluminophosphatgerüst oder ein Silicoaluminophosphatgerüst auf. Das zweite Molekularsieb kann ein Alumosilicatgerüst oder ein Aluminophosphatgerüst aufweisen. Es ist bevorzugt, dass das zweite Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst oder ein Silicoaluminophosphatgerüst aufweist. Bevorzugter weist das zweite Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst auf.
  • Wenn das zweite Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst aufweist, ist das Molekularsieb vorzugsweise ein Zeolith.
  • Das zweite Molekularsieb kann aus einem kleinporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen), einem mittelporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen) und einem großporigen Molekularsieb (d.h. einem Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zwölf tetraedrischen Atomen) ausgewählt sein. Bevorzugter ist das zweite Molekularsieb aus einem kleinporigen Molekularsieb und einem mittelporigen Molekularsieb ausgewählt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Molekularsieb ein kleinporiges Molekularsieb. Das kleinporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, STI, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON sowie einem Gemisch oder einer Verwachsung von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Die Verwachsung ist vorzugsweise aus KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA und AEI-SAV ausgewählt. Bevorzugter weist das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, bei dem es sich um STI, AEI, CHA oder eine AEI-CHA-Verwachsung handelt. Noch stärker bevorzugt weist das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, bei dem es sich um AEI oder CHA, insbesondere AEI, handelt.
  • Vorzugsweise weist das kleinporige Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst oder ein Silicoaluminophosophatgerüst auf. Bevorzugter weist das kleinporige Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst auf (d.h. das zweite Molekularsieb ist ein Zeolith), insbesondere wenn das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp aufweist, bei dem es sich um STI, AEI, CHA oder eine AEI-CHA-Verwachsung, insbesondere AEI oder CHA, handelt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Molekularsieb einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON und EUO sowie Gemischen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Molekularsieb ein mittelporiges Molekularsieb. Das mittelporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus MFI, FER, MWW und EUO, bevorzugter MFI, besteht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Molekularsieb ein großporiges Molekularsieb. Das großporige Molekularsieb weist vorzugsweise einen Gerüsttyp auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CON, BEA, FAU, MOR und EMT, bevorzugter BEA, besteht.
  • In jeder der vorgenannten Ausführungsformen weist das zweite Molekularsieb vorzugsweise ein Alumosilicatgerüst auf (z.B. ist das Molekularsieb ein Zeolith). Jeder der vorgenannten Drei-Buchstaben-Codes stellt einen Gerüsttyp in Übereinstimmung mit der „IUPAC Commission on Zeolite Nomenclature“ und/oder der „Structure Commission of the International Zeolite Association“ dar.
  • In einer beliebigen der vorgenannten Ausführungsformen kann es allgemein bevorzugt sein, dass das zweite Molekularsieb (z.B. großporig, mittelporig oder kleinporig) ein Gerüst aufweist, das keine Verwachsung von mindestens zwei verschiedenen Gerüsttypen ist.
  • Das zweite Molekularsieb weist typischerweise ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Molverhältnis (SAR) von 10 bis 200 (z.B. 10 bis 40), wie beispielsweise 10 bis 100, bevorzugter 15 bis 80 (z.B. 15 bis 30), auf. Das SAR bezieht sich im Allgemeinen auf ein Molekül mit einem Alumosilicatgerüst (z.B. einen Zeolith) oder einem Silicoaluminophosphatgerüst, vorzugsweise einem Alumosilicatgerüst (z.B. einen Zeolith).
  • Das zweite Molekularsieb umfasst vorzugsweise nicht Kupfer (Cu) oder Eisen (Fe). Es ist besonders bevorzugt, dass das zweite Molekularsieb keine Aktivität als ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator aufweist. Somit ist das zweite Molekularsieb vorzugsweise nicht in signifikanter Weise katalytisch aktiv beim Katalysieren der Reduktion von NOX, z.B. NO2, mit einem stickstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie z.B. Ammoniak oder einem Vorläufer hiervon, oder mit einem Kohlenwasserstoff-Reduktionsmittel, wie z.B. Kraftstoff aus einem Verbrennungsmotor.
  • Bevorzugte erste anorganische Oxide weisen vorzugsweise eine Oberfläche in dem Bereich von 10 bis 1500 m2/g, Porenvolumina in dem Bereich von 0,1 bis 4 mL/g und Porendurchmesser von etwa 10 bis 1000 Ångström auf. Eine hohe Oberfläche aufweisende anorganische Oxide mit einer Oberfläche von mehr als 80 m2/g sind besonders bevorzugt, z.B. eine hohe Oberfläche aufweisendes Cerdioxid oder Aluminiumoxid. Weitere bevorzugte erste anorganische Oxide umfassen Magnesiumoxid/Aluminiumoxid-Verbundoxide, die optional des Weiteren eine Cer enthaltende Komponente, z.B. Cerdioxid, umfassen. In solchen Fällen kann das Cerdioxid auf der Oberfläche des Magnesiumoxid/Aluminiumoxid-Verbundoxids, z.B. in Form einer Beschichtung, vorhanden sein.
  • Vorzugsweise umfasst das mindestens eine anorganische Oxid ein mit einem Dotiermittel dotiertes anorganisches Oxid, wobei das Dotiermittel ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram (W), Silicium (Si), Titan (Ti), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Hafnium (Hf), Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon oder einem Oxid hiervon besteht.
  • Der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung kann eine von mehreren Anordnungen aufweisen, die die Speicherung und Freisetzung von NOX erleichtern und ein breiteres Temperaturfenster für die NOX-Speicherung und -freisetzung liefern können.
  • In einer ersten Anordnung umfasst der NOX-Absorberkatalysator die erste Region und die zweite Region oder besteht im Wesentlichen daraus oder besteht daraus.
  • Ein Beispiel für eine erste Anordnung des NOX-Absorberkatalysators ist in 1 veranschaulicht. In der in 1 dargestellten Anordnung umfasst der NOX-Absorberkatalysator eine erste Zone und eine zweite Zone.
  • Die erste Region (1) kann auf dem Substrat (3) angeordnet oder geträgert sein. Es ist bevorzugt, dass die erste Region auf dem Substrat direkt angeordnet oder direkt geträgert ist (d.h. die erste Region befindet sich in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats).
  • In der ersten Anordnung kann die erste Region eine erste Zone sein. Die erste Zone weist typischerweise eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 bis 45 %), vorzugsweise von 15 bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 bis 40 %), bevorzugter 20 bis 70 % (z.B. 30 bis 65 %, wie z.B. 25 bis 45 %), noch bevorzugter 25 bis 65 % (z.B. 35 bis 50 %) der Länge des Substrats auf.
  • In der ersten Anordnung kann die zweite Region (2) eine zweite Zone sein. Die zweite Zone weist typischerweise eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 bis 45 %), vorzugsweise von 15 bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 bis 40 %), bevorzugter 20 bis 70 % (z.B. 30 bis 65 %, wie z.B. 25 bis 45 %), noch bevorzugter 25 bis 65 % (z.B. 35 bis 50 %) der Länge des Substrats auf.
  • Die erste Zone kann stromauf der zweiten Zone angeordnet sein. Alternativ kann die erste Zone stromab der zweiten Zone angeordnet sein. Es ist bevorzugt, dass die zweite Zone, wie in 1 dargestellt, stromauf der ersten Zone angeordnet ist.
  • Die erste Zone umfasst ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial oder besteht im Wesentlichen daraus. Die zweite Zone umfasst ein Stickstoffdioxid reduzierendes Material, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn die erste Zone stromauf der zweiten Zone angeordnet ist, kann die erste Zone an einem Einlassende des Substrats angeordnet sein und/oder die zweite Zone kann an einem Auslassende des Substrats angeordnet sein.
  • Wenn die erste Zone stromab der zweiten Zone angeordnet ist, kann die erste Zone an einem Auslassende des Substrats angeordnet sein und/oder die zweite Zone kann an einem Einlassende des Substrats angeordnet sein.
  • Die erste Zone kann neben der zweiten Zone liegen. Vorzugsweise befindet sich die erste Zone in Kontakt mit der zweiten Zone.
  • Wenn die erste Zone neben der zweiten Zone liegt und/oder sich in Kontakt mit der zweiten Zone befindet, kann die Kombination der ersten Zone und der zweiten Zone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. in Form einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne Schicht) auf dem Substrat gebildet sein, wenn die erste und die zweite Zone nebeneinander liegen oder sich in Kontakt miteinander befinden. Eine solche Anordnung kann Probleme mit dem Gegendruck vermeiden.
  • Typischerweise ist/sind die erste Zone und/oder die zweite Zone auf dem Substrat angeordnet oder geträgert. Vorzugsweise ist/sind die erste Zone und/oder die zweite Zone direkt auf dem Substrat angeordnet (d.h., die erste Zone und/oder die zweite Zone befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats).
  • In einer zweiten Anordnung umfasst der NOX-Absorberkatalysator eine erste Region und eine zweite Region. Die erste Region umfasst ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial oder besteht im Wesentlichen daraus. Die zweite Region umfasst ein Stickstoffdioxid reduzierendes Material, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst, oder besteht im Wesentlichen daraus. In der zweiten Anordnung überlappt entweder die erste Region die zweite Region (siehe beispielsweise 2) oder überlappt die zweite Region die erste Region (siehe beispielsweise 3).
  • Die zweite Region kann direkt auf dem Substrat angeordnet sein (d.h. die zweite Region befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats). Die erste Region kann:
    1. (a) auf der zweiten Region angeordnet oder geträgert sein; und/oder
    2. (b) direkt auf dem Substrat angeordnet sein [d.h. die erste Region befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats]; und/oder
    3. (c) sich in Kontakt mit der zweiten Region befinden [d.h. die erste Region ist benachbart zu der zweiten Region oder grenzt an die zweite Region an].
  • Ein Teil oder Bereich der ersten Region kann auf der zweiten Region angeordnet oder geträgert sein (z.B. kann die erste Region die zweite Region überlappen); siehe beispielsweise die in 2 dargestellte Anordnung. Die zweite Region kann eine zweite Zone sein und die erste Region kann eine erste Schicht oder eine erste Zone sein.
  • Wenn ein Teil oder Bereich der ersten Region auf der zweiten Region angeordnet oder geträgert ist, ist vorzugsweise der Teil oder der Bereich der ersten Region direkt auf der zweiten Region angeordnet (d.h. die erste Region befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche der zweiten Region).
  • Alternativ kann ein Teil oder Bereich der zweiten Region auf der ersten Region angeordnet oder geträgert sein (z.B. kann die zweite Region die erste Region überlappen); siehe beispielsweise die in 3 dargestellte Anordnung. Die erste Region kann eine erste Zone sein und die zweite Region kann eine zweite Schicht oder eine zweite Zone sein.
  • Wenn ein Teil oder Bereich der zweiten Region auf der ersten Region angeordnet oder geträgert ist, ist vorzugsweise der Teil oder Bereich der zweiten Region direkt auf der ersten Region angeordnet (d.h. die zweite Region befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche der ersten Region).
  • In der zweiten Anordnung kann die erste Region stromauf der zweiten Region angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Region an einem Einlassende des Substrats angeordnet sein und die zweite Region kann an einem Auslassende des Substrats angeordnet sein.
  • Alternativ kann die erste Region stromab der zweiten Region angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Region an einem Auslassende des Substrats angeordnet sein und die zweite Region kann an einem Einlassende des Substrats angeordnet sein.
  • In der zweiten Anordnung kann die zweite Region eine zweite Schicht sein und die erste Region kann eine erste Zone sein, wobei die erste Zone auf der zweiten Schicht angeordnet ist. Vorzugsweise ist die erste Zone direkt auf der zweiten Schicht angeordnet (d.h. die erste Zone befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche der zweiten Schicht). Alternativ kann die erste Region eine erste Schicht sein und die zweite Region kann eine zweite Zone sein, wobei die zweite Zone auf der ersten Schicht angeordnet ist. Vorzugsweise ist die zweite Zone direkt auf der ersten Schicht angeordnet (d.h. die zweite Zone befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche der ersten Schicht).
  • Wenn die erste Zone auf der zweiten Schicht angeordnet oder geträgert ist, ist es bevorzugt, dass die gesamte Länge der ersten Zone auf der zweiten Schicht angeordnet oder geträgert ist. Die Länge der ersten Zone beträgt weniger als die Länge der zweiten Schicht. Es ist bevorzugt, dass die erste Zone auf der zweiten Schicht an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist.
  • Wenn die zweite Zone auf der ersten Schicht angeordnet oder geträgert ist, ist es bevorzugt, dass die gesamte Länge der zweiten Zone auf der ersten Schicht angeordnet oder geträgert ist. Die Länge der zweiten Zone beträgt weniger als die Länge der ersten Schicht. Es ist bevorzugt, dass die zweite Zone auf der ersten Schicht an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist.
  • In einer dritten Anordnung umfasst der NOX-Absorberkatalysator eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Die erste Schicht umfasst ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial oder besteht im Wesentlichen daraus. Die zweite Schicht umfasst ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst, oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Die erste Schicht kann auf der zweiten Schicht angeordnet, vorzugsweise direkt darauf angeordnet sein (siehe beispielsweise die in 4 dargestellte Anordnung). Die zweite Schicht kann auf dem Substrat angeordnet sein. Vorzugsweise ist die zweite Schicht direkt auf dem Substrat angeordnet.
  • Alternativ kann die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet, vorzugsweise direkt darauf angeordnet sein (siehe beispielsweise die in 5 dargestellte Anordnung). Die erste Schicht kann auf dem Substrat angeordnet sein. Vorzugsweise ist die erste Schicht direkt auf dem Substrat angeordnet. Dieses Beispiel der dritten Anordnung, d.h. die in 5 gezeigte Anordnung, ist besonders bevorzugt.
  • Die erste bis dritte Anordnung des NOX-Absorberkatalysators der Erfindung kann vorteilhaft sein, wenn das mindestens ein anorganisches Oxid umfassende Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial so angeordnet ist, dass es mit dem gesamten oder dem Großteil eines beliebigen Einlassabgases vor dem einen Molekularsiebkatalysator umfassenden NOX-Absorbermaterial in Kontakt gelangt (z.B. wenn das mindestens ein anorganisches Oxid umfassende Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial sich stromauf des einen Molekularsiebkatalysator umfassenden NOX-Absorbermaterials und/oder in einer Schicht über dem einen Molekularsiebkatalysator umfassenden NOX-Absorbermaterial befindet). Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial NO2 zu NO partiell reduziert, was zu einer überraschend verbesserten NOX-Speicherungseffizienz in der ersten Region aufgrund der erhöhten Affinität von NO zu dem einen Molekularsiebkatalysator umfassenden NOX-Absorbermaterial führt. Als Folge weist der Katalysator als Ganzes verbesserte NOX-Speicherungseigenschaften und eine höhere NOX-Freisetzungstemperatur auf. Dieser Effekt ist überraschend, da auf dem einschlägigen Fachgebiet allgemein angenommen wird, dass die NOX-Speicherungseffizienz durch Erhöhen der Menge von vorhandenem NO2, z.B. durch Oxidation von NO zu NO2, verbessert wird.
  • Der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung kann daher bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein, beispielsweise wenn der NOX-Absorberkatalysator stromauf eines SCR- oder SCRF™-Katalysators angeordnet ist. In solchen Anordnungen kann es vorteilhaft sein, wenn die NOX-Freisetzungstemperatur des NOX-Adsorberkatalysators der Erfindung höher als bei herkömmlichen NOX-Absorberkatalysatoren ist, um sicherzustellen, dass NOX nicht aus dem NOX-Absorberkatalysator freigesetzt wird, bis sich der stromabseitige SCR- oder SCRF™-Katalysator bei einer ausreichend hohen Temperatur, um für die Reduktion von NOX zu N2 katalytisch aktiv zu sein, befindet. Somit kann der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung besonders vorteilhaft beim Verringern von NOX-Emissionen aus einem Abgasstrom, z.B. einem Abgasstrom eines Magergemischmotors, wie z.B. eines Dieselmotors (vorzugsweise eines Leichtlastdieselmotors) sein.
  • Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass die erste Region von der zweiten Region verschieden ist (d.h. eine verschiedene Zusammensetzung aufweist).
  • Bezugnehmend auf die erste und zweite Anordnung weist im Allgemeinen, wenn die erste Region eine erste Zone ist, die erste Zone typischerweise eine Länge von 10 % bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 bis 45 %), vorzugsweise 15 bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 bis 40 %), bevorzugter 20 bis 70 % (z.B. 30 bis 65 %, wie z.B.25 bis 45 %) der Länge des Substrats, noch stärker bevorzugt 25 bis 65 % (z.B. 35 bis 50 %) der Länge des Substrats auf.
  • Wenn die zweite Region eine zweite Zone ist, weist allgemein die zweite Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 10 bis 45 %), vorzugsweise 15 bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 bis 40 %), bevorzugter 20 bis 70 % (z.B. 30 bis 65 %, wie beispielsweise 25 bis 45 %), noch stärker bevorzugt 25 bis 65 % (z.B. 35 bis 50 %) der Länge des Substrats auf.
  • In den ersten bis dritten Anordnungen, wenn die erste Region eine erste Schicht ist, erstreckt sich die erste Schicht typischerweise über die gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen die gesamte Länge) des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths.
  • Im Allgemeinen, wenn die zweite Region eine zweite Schicht ist, erstreckt sich typischerweise die zweite Schicht über die gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen die gesamte Länge) des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths.
  • In den ersten bis dritten Anordnungen ist die erste Region vorzugsweise im Wesentlichen frei von Rhodium und/oder einer NOX-Speicherkomponente, die ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls und/oder eines Seltenerdmetalls umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Stärker bevorzugt umfasst die erste Region nicht Rhodium und/oder eine NOX-Speicherkomponente, die ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls und/oder eines Seltenerdmetalls umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Somit ist die erste Region vorzugsweise keine Mager-NOX-Fallen(LNT)-Region (d.h. keine Region, die eine Aktivität einer Mager-NOX-Falle aufweist).
  • Zusätzlich oder alternativ ist in den ersten bis dritten Anordnungen die zweite Region vorzugsweise im Wesentlichen frei von Rhodium und/oder einer NOX-Speicherkomponente, die ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls und/oder eines Seltenerdmetalls (mit Ausnahme eines Oxids von Cer (d.h. von dem zweiten NOX-Absorbermaterial)) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Stärker bevorzugt umfasst die zweite Region nicht Rhodium und/oder eine NOX-Speicherkomponente, die ein Oxid, ein Carbonat oder ein Hydroxid eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls und/oder eines Seltenerdmetalls (mit Ausnahme eines Oxids von Cer (d.h. von dem zweiten NOX-Absorbermaterial)) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Somit ist die zweite Region vorzugsweise keine Mager-NOX-Fallen(LNT)-Region (d.h. keine Region, die eine Aktivität einer Mager-NOX-Falle aufweist).
  • Zusätzlich oder alternativ ist in der ersten bis dritten Anordnung die zweite Region im Wesentlichen frei von Platingruppenmetallen (PGMs). Somit kann die zweite Region vorzugsweise eine PGM-freie Region, d.h. eine PGM-freie Zone oder eine PGM-freie Schicht, sein. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Abwesenheit von PGMs in der zweiten Region die Stickstoffdioxid-Reduktionseigenschaften des anorganischen Oxids erleichtert, indem katalytische Metalle, die die Oxidation von NO zu NO2 katalysieren können, ausgeschlossen sind.
  • In einer vierten Anordnung der Erfindung weist der NOX-Absorberkatalysator eine Anordnung gemäß Definition in einer beliebigen der oben beschriebenen ersten bis dritten Anordnung auf und umfasst des Weiteren eine Dieseloxidationskatalysator(DOC)-Region. Die DOC-Region weist eine Dieseloxidationskatalysatoraktivität auf. Somit ist die DOC-Region in der Lage, Kohlenstoffmonoxid (CO) und/oder Kohlenwasserstoffe (HCs) und optional Stickstoffmonoxid (NO) zu oxidieren.
  • Die DOC-Region kann eine DOC-Zone sein. Die DOC-Zone weist typischerweise eine Länge von 10 bis 90 % (z.B. 10 bis 45 %) der Länge des Substrats, vorzugsweise 15 bis 75 % der Länge des Substrats (z.B. 15 bis 40 %), bevorzugter 20 bis 60 % (z.B. 30 bis 55 % oder 25 bis 45 %), noch bevorzugter 25 bis 50 % (z.B. 25 bis 40 %) der Länge des Substrats auf.
  • Die DOC-Region ist vorzugsweise stromauf der ersten Region und der zweiten Region angeordnet. Es ist bevorzugt, dass die DOC-Region an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist. Bevorzugter ist die DOC-Region eine an einem Einlassende des Substrats angeordnete DOC-Zone.
  • Alternativ kann die DOC-Region eine DOC-Schicht sein. Die DOC-Schicht kann sich über die gesamte Länge (d.h. im Wesentlichen die gesamte Länge) des Substrats, insbesondere die gesamte Länge der Kanäle eines Substratmonoliths, erstrecken.
  • Die DOC-Schicht ist vorzugsweise auf der ersten Region und der zweiten Region angeordnet. Somit kommt die DOC-Schicht vor der ersten Region und der zweiten Region mit einem Einlassabgas in Kontakt.
  • In einem besonders bevorzugten Beispiel der vierten Anordnung ist die DOC-Region (4) eine DOC-Schicht oder eine DOC-Zone, vorzugsweise eine DOC-Schicht, die auf einer zweiten Schicht, die ein mindestens ein anorganisches Oxid umfassendes Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, angeordnet ist (vorzugsweise direkt darauf angeordnet ist), und die zweite Schicht ist auf einer ersten Schicht angeordnet (vorzugsweise direkt darauf angeordnet), die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst. Die erste Schicht ist auf einem Substrat angeordnet (vorzugsweise direkt darauf angeordnet). Diese bevorzugte Anordnung ist in 6 dargestellt.
  • In einem weiteren bevorzugten Beispiel der vierten Anordnung ist die DOC-Region (4) eine DOC-Schicht oder eine DOC-Zone, vorzugsweise eine DOC-Schicht, die auf mindestens einem Teil oder einem Bereich von sowohl der ersten Region als auch der zweiten Region, wie hier zuvor beschrieben, angeordnet ist (vorzugsweise direkt darauf angeordnet ist). In einem besonders bevorzugten Beispiel ist die DOC-Region eine DOC-Schicht, die auf einer ersten Schicht angeordnet ist (vorzugsweise direkt darauf angeordnet ist), wobei die erste Schicht eine erste Region und eine zweite Region umfasst. In einer solchen Anordnung ist die erste Region (d.h. eine erste Region, die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst) stromab der zweiten Region (d.h. einer zweiten Region, die ein mindestens ein anorganisches Oxid umfassendes Stickstoffdioxid reduzierendes Material umfasst) angeordnet. Die erste Region und die zweite Region sind beide auf einem Substrat angeordnet (vorzugsweise direkt darauf angeordnet). Diese bevorzugte Anordnung ist in 7 und 8 gezeigt.
  • Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass in den in 7 und 8 gezeigten Anordnungen die DOC-Region eine Schicht und/oder eine Zone gemäß vorhergehender Beschreibung sein kann.
  • Die in 7 gezeigte Anordnung, worin die zweite Region stromauf der ersten Region angeordnet ist, ist besonders bevorzugt.
  • Der erfindungsgemäße NOX-Absorberkatalysator, einschließlich einem beliebigen der ersten bis vierten Anordnung, umfasst vorzugsweise nicht einen SCR-Katalysator (z.B. eine Region, die einen SCR-Katalysator umfasst), insbesondere nicht einen SCR-Katalysator, der ein Metall umfasst, das aus der aus Cer (Ce), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Wolfram (W), Vanadium (V) oder einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Die hier weiter oben beschriebenen Regionen, Zonen und Schichten können unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Herstellung und Applikation von Washcoats auf ein Substrat hergestellt werden, die auch auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt sind (siehe z.B. unsere WO 99/47260 , WO 2007/077462 und WO 2011/080525 ).
  • Die erste Region der ersten bis vierten Anordnung umfasst typischerweise eine Gesamtbeladung an Edelmetall (d.h. des Edelmetalls des Molekularsiebkatalysators in der ersten Region) von 5 bis 550 g ft-3, vorzugsweise 15 bis 400 g ft-3 (z.B. 75 bis 350 g ft-3), bevorzugter 25 bis 300 g ft-3 (z.B. 50 bis 250 g ft-3), noch bevorzugter 30 bis 150 g ft-3.
  • Der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung umfasst ein Substrat mit einem Einlassende und einem Auslassende.
  • Das Substrat weist typischerweise eine Vielzahl von Kanälen auf (z.B. zum Hindurchströmen des Abgases). Im Allgemeinen ist das Substrat ein keramisches Material oder ein metallisches Material.
  • Es ist bevorzugt, dass das Substrat aus Cordierit (SiO2-Al2O3-MgO), Siliciumcarbid (SiC), einer Fe-Cr-Al-Legierung, einer Ni-Cr-Al-Legierung oder einer Legierung eines nichtrostenden Stahls hergestellt oder zusammengesetzt ist.
  • Typischerweise ist das Substrat ein Monolith (der hier auch als Substratmonolith bezeichnet wird). Solche Monolithe sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Der Substratmonolith kann ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith sein.
  • Ein Durchflussmonolith umfasst typischerweise einen Wabenmonolith (z.B. einen metallischen oder keramischen Wabenmonolith) mit einer Vielzahl von sich durch ihn hindurch erstreckenden Kanälen, wobei jeder Kanal an dem Einlassende und an dem Auslassende offen ist.
  • Ein Filtermonolith umfasst allgemein eine Vielzahl von Einlasskanälen und eine Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einem stromaufseitigen Ende (d.h. der Abgaseinlassseite) offen sind und an einem stromabseitigen Ende (d.h. der Abgasauslassseite) verstopft oder verschlossen sind, die Auslasskanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft oder verschlossen sind und an einem stromabseitigen Ende offen sind und wobei jeder Einlasskanal durch eine poröse Struktur von einem Auslasskanal getrennt ist.
  • Wenn der Monolith ein Filtermonolith ist, ist es bevorzugt, dass der Filtermonolith ein Wandstromfilter ist. Bei einem Wandstromfilter ist jeder Einlasskanal abwechselnd von einem Auslasskanal durch eine Wand der porösen Struktur getrennt und umgekehrt. Es ist bevorzugt, dass die Einlasskanäle und die Auslasskanäle in einer Wabenanordnung angeordnet sind. Wenn eine Wabenanordnung vorliegt, ist es bevorzugt, dass die Kanäle, die vertikal und lateral zu einem Einlasskanal benachbart sind, an einem stromaufseitigen Ende verstopft sind und umgekehrt (d.h. die vertikal und lateral zu einem Auslasskanal benachbarten Kanäle sind an einem stromabseitigen Ende verstopft). Bei Betrachtung von einem der beiden Enden her haben die abwechselnd verschlossenen und offenen Enden der Kanäle das Aussehen eines Schachbretts.
  • Im Prinzip kann das Substrat eine beliebige Form oder Größe aufweisen. Jedoch sind die Form und die Größe des Substrats üblicherweise so ausgewählt, dass das Einwirken der katalytisch aktiven Materialien in dem Katalysator auf das Abgas optimiert ist. Das Substrat kann beispielsweise eine röhrenförmige, faserförmige oder partikelförmige Form aufweisen. Beispiele für geeignete Trägersubstrate umfassen ein Substrat des monolithischen Cordierit-Wabentyps, ein Substrat des monolithischen SiC-Wabentyps, ein Substrat des Schichtfasertyps oder Gewirketyps, ein Substrat des Schaumtyps, ein Substrat des Querströmungstyps, ein Substrat des Metalldrahtgewebetyps, ein Substrat des porösen Metallkörpertyps und ein Substrat vom Typ keramischer Partikel.
  • Das Substrat kann ein elektrisch erwärmbares Substrat sein (d.h. das elektrisch erwärmbare Substrat ist ein gebräuchliches elektrisch sich erwärmendes Substrat). Wenn das Substrat ein elektrisch erwärmbares Substrat ist, umfasst der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung einen elektrischen Stromanschluss, vorzugsweise mindestens zwei elektrische Stromanschlüsse, noch bevorzugter lediglich zwei elektrische Stromanschlüsse. Jeder elektrische Stromanschluss kann elektrisch mit einem elektrisch erwärmbaren Substrat und einer elektrischen Stromquelle verbunden sein. Der NOX-Absorberkatalysator kann mittels Ohm'schen Erwärmen (Joule heating), bei dem ein elektrischer Strom durch einen (elektrischen) Widerstand elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, erwärmt werden.
  • Das elektrisch erwärmbare Substrat kann für ein Freisetzen von beliebigem gespeichertem NOx aus der ersten Region verwendet werden. Somit wird, wenn das elektrisch erwärmbare Substrat angeschaltet ist, der NOx-Absorberkatalysator erwärmt und die Temperatur des Molekularsiebkatalysators kann auf dessen NOx-Freisetzungstemperatur gebracht werden. Beispiele für geeignete elektrisch erwärmbare Substrate sind in US 4 300 956 , US 5 146 743 und US 6 513 324 beschrieben.
  • Im Allgemeinen umfasst das elektrisch erwärmbare Substrat ein Metall. Das Metall kann mit dem elektrischen Stromanschluss oder den elektrischen Stromanschlüssen elektrisch verbunden sein.
  • Typischerweise ist das elektrisch erwärmbare Substrat ein elektrisch erwärmbares Wabensubstrat. Das elektrisch erwärmbare Substrat kann ein gebräuchliches elektrisch erwärmbares Wabensubstrat sein.
  • Das elektrisch erwärmbare Substrat kann einen elektrisch erwärmbaren Substratmonolith (z.B. einen Metallmonolith) umfassen. Der Monolith kann eine Lage oder Folie aus gewelltem Metall umfassen. Die Lage oder Folie aus gewelltem Metall kann gerollt, gewickelt oder gestapelt sein. Wenn die Lage aus gewelltem Metall gerollt oder gewickelt ist, kann sie zu einer Wicklung (coil), einer Spiralform oder einem konzentrischen Muster gerollt oder gewickelt sein.
  • Das Metall des elektrisch erwärmbaren Substrats, der Metallmonolith und/oder die Lage oder Folie aus gewelltem Metall können einen ferritischen, Aluminium umfassenden Stahl, wie Fecralloy™, umfassen.
  • Typischerweise setzt der NOX-Absorberkatalysator NOX bei einer Temperatur von mehr als 200 °C frei. Dies ist die untere Grenze des zweiten Temperaturbereichs. Vorzugsweise setzt der NOX-Absorberkatalysator NOX bei einer Temperatur von 220 °C oder darüber, wie z.B. 230 °C oder darüber, 240 °C oder darüber, 250 °C oder darüber oder 260 °C oder darüber, frei.
  • Der NOX-Absorberkatalysator absorbiert oder speichert NOX typischerweise bei einer Temperatur von 250 °C oder darunter. Dies ist die obere Grenze des ersten Temperaturbereichs. Vorzugsweise absorbiert oder speichert der NOX-Absorberkatalysator NOX bei einer Temperatur von 220 °C oder darunter, wie z.B. 200 °C oder darunter, 190 °C oder darunter, 180 °C oder darunter oder 175 °C oder darunter.
  • Der NOX-Absorberkatalysator kann vorzugsweise Stickstoffmonoxid (NO) absorbieren oder speichern. Somit kann sich eine beliebige Bezugnahme auf ein Absorbieren, Speichern oder Freisetzen von NOX in diesem Zusammenhang auf ein Absorbieren, Speichern oder Freisetzen von Stickstoffmonoxid (NO) beziehen. Eine bevorzugte Absorption oder Speicherung von NO verringert das Verhältnis von NO:NO2 in dem Abgas.
  • Die Erfindung liefert auch ein Abgassystem, das den NOX-Absorberkatalysator und eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Beispiele für eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfassen ein Dieselpartikelfilter (DPF), eine Mager-NOX-Falle (LNT), einen Mager-NOX-Katalysator (LNC), einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein katalysiertes Rußfilter (CSF), einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator, einen Ammoniak-Slip- bzw. Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon. Solche Emissionssteuerungsvorrichtungen sind alle auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Es ist bevorzugt, dass das Abgassystem eine Emissionsteuerungsvorrichtung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Mager-NOX-Falle (LNT), einem Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC), einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht. Stärker bevorzugt ist die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus einer Mager-NOX-Falle (LNT), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht.
  • In einem bevorzugten Abgassystem der Erfindung ist die Emissionssteuerungsvorrichtung eine LNT. Die NOX-Freisetzungstemperatur des NOX-Absorberkatalysators der Erfindung kann mit einer NOX-Speicherungstemperatur einer LNT überlappen. Der NOX-Absorberkatalysator der Erfindung kann in Verbindung mit einer LNT und einem SCR- oder SCRF™-Katalysator verwendet werden (z.B. ein Abgassystem, das einen PNA + LNT + SCR oder SCRF™, in dieser Reihenfolge, umfasst), um ein breites Temperaturfenster für die Speicherung und Behandlung von NOX bereitzustellen.
  • Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße Abgassystem ferner Mittel zum Einführen von Kohlenwasserstoff in das Abgas umfassen.
  • Die Mittel zum Einführen von Kohlenwasserstoff in das Abgas können eine Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung umfassen oder daraus bestehen (z.B. zum Erzeugen eines fetten Abgases). Die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung kann elektronisch mit einem Motormanagementsystem gekoppelt sein, das zum Injizieren bzw. Einspritzen von Kohlenwasserstoff in das Abgas typischerweise zur Freisetzung von NOX (z.B. gespeichertem NOX) aus einer LNT konfiguriert ist.
  • Die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung kann ein Injektor sein. Die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung oder der Injektor ist zum Injizieren von Kraftstoff in das Abgas geeignet. Die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung ist typischerweise stromab des Abgasauslasses des Magergemischmotors angeordnet. Die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung kann stromauf oder stromab des erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysators angeordnet sein.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung kann der Magergemischmotor ein Motormanagementsystem (z.B. eine Motorsteuerungseinheit [ECU]) umfassen. Das Motormanagementsystem kann für eine Injektion des Kohlenwasserstoffs (z.B. des Treibstoffs) in den Zylinder, typischerweise zum Freisetzen von NOX (z.B. gespeichertem NOX) aus einer LNT, konfiguriert sein.
  • Allgemein ist das Motormanagementsystem mit einem Sensor in dem Abgassystem, der den Status einer LNT überwacht, gekoppelt. Ein solcher Sensor kann stromab der LNT angeordnet sein. Der Sensor kann die NOX-Zusammensetzung des Abgases am Auslass der LNT überwachen.
  • Im Allgemeinen ist der Kohlenwasserstoff ein Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff. Wenn der Kohlenwasserstoff ein Kraftstoff wie z.B. Dieselkraftstoff ist, ist es bevorzugt, dass der Kraftstoff ≤ 50 ppm Schwefel, bevorzugter ≤ 15 ppm Schwefel, wie beispielsweise ≤ 10 ppm Schwefel und noch stärker bevorzugt ≤ 5 ppm Schwefel umfasst.
  • In der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators der Erfindung kann die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung stromauf des NOX-Absorberkatalysators der Erfindung angeordnet sein.
  • Wenn das erfindungsgemäße Abgassystem einen SCR-Katalysator oder einen SCRF™-Katalysator umfasst, kann das Abgassystem ferner einen Injektor zum Injizieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie beispielsweise Ammoniak, oder eines Ammoniakvorläufers, wie beispielsweise Harnstoff oder Ammoniumformiat, vorzugsweise Harnstoff, in das Abgas stromab des Oxidationskatalysators und stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRF™-Katalysators umfassen. Ein derartiger Injektor kann fluidisch mit einer Quelle (z.B. einem Tank) eines Vorläufers eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels verbunden sein. Ein ventilgesteuertes Zudosieren des Vorläufers in das Abgas kann durch geeignet programmierte Motormanagementmittel und eine einen geschlossenen Kreislauf oder offenen Kreislauf umfassende Rückkopplung, die durch Sensoren geliefert wird, die die Zusammensetzung des Abgases überwachen, gesteuert werden. Ammoniak kann auch durch Erwärmen von Ammoniumcarbamat (einem Feststoff) erzeugt werden und das erzeugte Ammoniak kann in das Abgas injiziert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Injektor zum Injizieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann Ammoniak in situ erzeugt werden (z.B. während einer fetten Regeneration einer stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRF™-Katalysators angeordneten LNT), beispielsweise wenn das Abgassystem des Weiteren eine Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung, wie ein Motormanagementsystem, umfasst, die bzw. das zur Injektion eines Kohlenwasserstoffs in den Zylinder zur Freisetzung von NOX (z.B. gespeichertem NOX) aus einer LNT konfiguriert ist.
  • Der SCR-Katalysator oder der SCRF™-Katalysator kann ein Metall umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mindestens einem (Metall) von Cu, Hf, La, Au, In, V, Lanthaniden und Übergangsmetallen der Gruppe VIII (z.B. Fe) besteht, wobei das Metall auf einem hitzebeständigen Oxid oder Molekularsieb geträgert ist. Das Metall ist vorzugsweise aus Ce, Fe, Cu und Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt, bevorzugter ist das Metall Fe oder Cu.
  • Das hitzebeständige Oxid für den SCR-Katalysator oder den SCRF™-Katalysator kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 und Mischoxiden, die zwei oder mehr hiervon enthalten, besteht. Der Nicht-Zeolith-Katalysator kann ferner Wolframoxid (z.B. V2O5/WO3/TiO2, WOX/CeZrO2, WOX/ZrO2 oder Fe/WOX/ZrO2) umfassen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn ein SCR-Katalysator, ein SCRF™-Katalysator oder ein Washcoat hiervon mindestens ein Molekularsieb, wie einen Alumosilicatzeolith oder ein SAPO, umfasst. Das mindestens eine Molekularsieb kann ein kleinporiges, ein mittelporiges oder ein großporiges Molekularsieb sein. Mit „kleinporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin Molekularsiebe, die eine maximale Ringgröße von 8 enthalten, wie beispielsweise CHA; mit „mittelporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 10 enthält, wie beispielsweise ZSM-5; und mit „großporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 12 aufweist, wie beispielsweise Beta. Kleinporige Molekularsiebe sind möglicherweise vorteilhaft für eine Verwendung in SCR-Katalysatoren.
  • Bevorzugte Molekularsiebe für einen SCR-Katalysator oder einen SCRF™-Katalysator sind synthetische Alumosilicatzeolith-Molekularsiebe, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI einschließlich ZSM-34, Mordenit, Ferrierit, BEA einschließlich Beta, Y, CHA, LEV einschließlich Nu-3, MCM-22 und EU-1, vorzugsweise AEI oder CHA besteht und die ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 10 bis etwa 50, wie z.B. etwa 15 bis etwa 40, aufweisen.
  • In einer ersten Abgassystem-Ausführungsform der Erfindung umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysator (einschließlich einer beliebigen der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators) und eine Mager-NOX-Falle (LNT) [d.h. eine LNT auf einem zu dem NOX-Absorberkatalysator gesonderten Substrat]. Eine solche Anordnung kann als PNA/LNT bezeichnet werden. Dem NOX-Absorberkatalysator folgt typischerweise die Mager-NOX-Falle (LNT) (z.B. befindet sich der NOX-Absorberkatalysator stromauf der Mager-NOX-Falle (LNT)). Somit ist beispielsweise ein Auslass des NOX-Absorberkatalysators mit einem Einlass der Mager-NOX-Falle (LNT) verbunden, vorzugsweise direkt (z.B. ohne eine dazwischenliegende Emissionsteuerungsvorrichtung) verbunden. Zwischen dem NOX-Absorberkatalysator und der LNT kann eine Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung vorhanden sein.
  • Eine zweite Abgassystem-Ausführungsform betrifft ein Abgassystem, das den erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysator (einschließlich einer beliebigen der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators) und einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator umfasst. Eine solche Anordnung kann als PNA/SCR bezeichnet werden. Dem NOX-Absorberkatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (z.B. ist der NOX-Absorberkatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators angeordnet). Somit ist beispielsweise ein Auslass des NOX-Absorberkatalysators mit einem Einlass des SCR-Katalysators verbunden, vorzugsweise direkt (z.B. ohne eine dazwischenliegende Emissionsteuerungsvorrichtung) verbunden.
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem NOX-Absorberkatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem NOX-Absorberkatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. ist der NOX-Absorberkatalysator stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator folgen (z.B. ist der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet).
  • In der zweiten Abgassystem-Ausführungsform kann es bevorzugt sein, dass das Substrat (z.B. des NOX-Absorberkatalysators) ein Filtermonolith ist. Es ist besonders bevorzugt, dass das Substrat (z.B. des NOX-Absorberkatalysators) ein Filtermonolith ist, wenn der NOX-Absorberkatalysator eine DOC-Region umfasst.
  • Eine dritte Abgassystem-Ausführungsform umfasst den erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysator (einschließlich einer beliebigen der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators) und einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator. Eine solche Anordnung kann als PNA/SCRF™ bezeichnet werden. Dem NOX-Absorberkatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator (z.B. ist der NOX-Absorberkatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysators angeordnet). Somit ist beispielsweise ein Auslass des NOX-Absorberkatalysators mit einem Einlass des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysators verbunden, vorzugsweise direkt (z.B. ohne eine dazwischenliegende Emissionssteuerungsvorrichtung) verbunden.
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem NOX-Absorberkatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem NOX-Absorberkatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. ist der NOX-Absorberkatalysator stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator folgen (z.B. ist der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysators angeordnet).
  • Eine vierte Abgassystem-Ausführungsform betrifft ein Abgassystem, das den erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysator (einschließlich einer beliebigen der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators), eine Mager-NOX-Falle (LNT) und entweder einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator oder einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator umfasst. Diese Anordnungen können als PNA/LNT/SCR-Anordnung oder als PNA/LNT/SCRF™-Anordnung bezeichnet werden. Dem NOX-Absorberkatalysator folgt typischerweise die Mager-NOX-Falle (LNT) (z.B. ist der NOX-Absorberkatalysator stromauf der Mager-NOX-Falle (LNT) angeordnet). Der Mager-NOX-Falle (LNT) folgt typischerweise entweder der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator oder der selektive katalytische Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator (z.B. ist die Mager-NOX-Falle (LNT) stromauf entweder des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators oder des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysators angeordnet). Zwischen dem NOX-Absorberkatalysator und der LNT kann eine Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung vorhanden sein.
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen der Mager-NOX-Falle (LNT) und entweder dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator oder dem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann der Mager-NOX-Falle (LNT) ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. ist die Mager-NOX-Falle (LNT) stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator oder der selektive katalytische Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator folgen (z.B. befindet sich der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators oder des selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysators).
  • Eine fünfte Abgassystem-Ausführungsform betrifft ein Abgassystem, das den NOX-Absorberkatalysator der Erfindung (einschließlich einer beliebigen der ersten bis vierten Anordnung des NOX-Absorberkatalysators), ein katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator umfasst. Eine solche Anordnung kann als PNA/CSF/SCR bezeichnet werden. Dem NOX-Absorberkatalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) (z.B. befindet sich der NOX-Absorberkatalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF)). Dem katalysierten Rußfilter folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (z.B. befindet sich das katalysierte Rußfilter stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem katalysierten Rußfilter (CSF) und dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem katalysierten Rußfilter (CSF) ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. befindet sich das katalysierte Rußfilter (CSF) stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator folgen (z.B. befindet sich der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • In jeder der hier weiter oben beschriebenen zweiten bis fünften Abgassystem-Ausführungsformen kann ein ASC-Katalysator stromab des SCR-Katalysators oder des SCRF™-Katalysators angeordnet sein (d.h. in Form eines gesonderten Substratmonoliths) oder stärker bevorzugt kann eine Zone auf einem stromabseitigen oder hinteren Ende des den SCR-Katalysator umfassenden Substratmonoliths als Träger für den ASC verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Abgassystem (einschließlich der ersten bis fünften Abgassystem-Ausführungsform) kann ferner Mittel zum Einführen von Kohlenwasserstoff (z.B. Kraftstoff) in das Abgas umfassen. Wenn das Mittel zum Einführen von Kohlenwasserstoff in das Abgas eine Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung ist, ist es allgemein bevorzugt, dass die Kohlenwasserstoff-Einspeisungsvorrichtung stromab des erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysators angeordnet ist (sofern nicht oben anders angegeben).
  • Es kann bevorzugt sein, dass das erfindungsgemäße Abgassystem keine Mager-NOX-Falle (LNT), insbesondere keine Mager-NOX-Falle (LNT) stromauf des NOX-Absorberkatalysators, wie beispielsweise direkt stromauf des NOX-Absorberkatalysators (z.B. ohne eine dazwischenliegende Emissionsteuerungsvorrichtung) umfasst.
  • Die PNA-Aktivität des NOX-Absorberkatalysators der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass NOX, insbesondere NO, bei niedrigen Abgastemperaturen gespeichert wird. Bei höheren Abgastemperaturen ist der NOX-Absorberkatalysator in der Lage, NO zu NO2 zu oxidieren. Es ist daher vorteilhaft, den erfindungsgemäßen NOX-Absorberkatalysator mit bestimmten Typen von Emissionssteuerungsvorrichtungen als Teil eines Abgassystems zu kombinieren.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug oder eine Apparatur. Das Fahrzeug oder die Apparatur umfasst einen Magergemischmotor. Vorzugsweise ist der Magergemischmotor ein Dieselmotor.
  • Der Dieselmotor kann ein Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI), ein mit Vorgemisch betriebener Kompressionszündungs-(pre-mixed charge compression ignition, (PCCI))-Motor oder ein Niedertemperaturverbrennungs(LTC)-Motor sein. Es ist bevorzugt, dass der Dieselmotor ein herkömmlicher (d.h. traditioneller) Dieselmotor ist.
  • Es ist bevorzugt, dass der Magergemischmotor für einen Betrieb mit einem Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, konfiguriert oder angepasst ist, der ≤ 50 ppm Schwefel, stärker bevorzugt ≤ 15 ppm Schwefel, wie beispielsweise ≤ 10 ppm Schwefel und noch stärker bevorzugt ≤ 5 ppm Schwefel umfasst.
  • Das Fahrzeug kann ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV), beispielsweise gemäß Definition in der US-Gesetzgebung oder der europäischen Gesetzgebung sein. Ein Leichtlastdieselfahrzeug weist typischerweise ein Gewicht von < 2840 kg, bevorzugter ein Gewicht von < 2610 kg auf.
  • In den USA bezeichnet ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von ≤ 8500 Pounds (US Ibs). In Europa bezieht sich der Begriff Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) auf: (i) Personenfahrzeuge mit nicht mehr als acht Sitzen zusätzlich zum Fahrersitz und mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 5 Tonnen, und (ii) Fahrzeuge zur Beförderung von Gütern mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 12 Tonnen.
  • Alternativ kann das Fahrzeug ein Schwerlastdieselfahrzeug (HDV), wie beispielsweise ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von > 8500 Pounds (US Ibs) gemäß Definition in der US-Gesetzgebung sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-bringen des Abgases mit dem NOX-Absorberkatalysator gemäß obiger Beschreibung oder einem beliebigen der oben beschriebenen ersten bis fünften Abgassysteme umfasst. In bevorzugten Verfahren ist das Abgas ein fettes Gasgemisch. In weiteren bevorzugten Verfahren zykliert bzw. wechselt das Abgas zwischen einem fetten Gasgemisch und einem mageren Gasgemisch.
  • In einigen bevorzugten Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Verbrennungsmotor befindet sich das Abgas bei einer Temperatur von etwa 150 °C bis 300 °C.
  • In weiteren bevorzugten Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Verbrennungsmotor wird das Abgas mit einer oder mehreren weiteren Emissionssteuerungsvorrichtungen, zusätzlich zu dem hier zuvor beschriebenen NOX-Absorberkatalysator, in Kontakt gebracht. Die Emissionssteuerungsvorrichtung oder -vorrichtungen befinden sich vorzugsweise stromab des NOX-Absorberkatalysators.
  • Beispiele für eine weitere Emissionssteuerungsvorrichtung umfassen ein Dieselpartikelfilter (DPF), eine Mager-NOX-Falle (LNT), einen Mager-NOX-Katalysator (LNC), einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein katalysiertes Rußfilter (CSF), einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRF™)-Katalysator, einen Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC), einen Kaltstart-Katalysator (dCSC™) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon. Solche Emissionssteuerungsvorrichtungen sind alle auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Einige der zuvor genannten Emissionssteuerungsvorrichtungen weisen Filtersubstrate auf. Eine ein Filtersubstrat aufweisende Emissionssteuerungsvorrichtung kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem katalysierten Rußfilter (CSF) und einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator besteht.
  • Es ist bevorzugt, dass das Verfahren ein In-Kontakt-bringen des Abgases mit einer Emissionssteuerungsvorrichtung, die aus der aus einer Mager-NOX-Falle (LNT), einem Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC), einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst. Bevorzugter ist die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervor besteht. Noch bevorzugter ist die Emissionssteuerungsvorrichtung ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator oder ein selektiver katalytischer Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator.
  • Wenn das Verfahren der Erfindung ein In-Kontakt-bringen des Abgases mit einem SCR-Katalysator oder einem SCRF™-Katalysator umfasst, kann das Verfahren des Weiteren die Injektion eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie z.B. Ammoniak, oder eines Ammoniakvorläufers, wie z.B. Harnstoff oder Ammoniumformiat, vorzugweise Harnstoff, in das Abgas stromab des Mager-NOX-Fallen-Katalysators und stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRF™-Katalysators umfassen.
  • Eine solche Injektion kann von einem Injektor durchgeführt werden. Der Injektor kann fluidisch mit einer Quelle (z.B. einem Tank) eines Vorläufers eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels verbunden sein. Ein ventilgesteuertes Zudosieren des Vorläufers in das Abgas kann durch geeignet programmierte Motormanagementmittel und eine einen geschlossenen Kreislauf oder offenen Kreislauf umfassende Rückkopplung, die durch Sensoren geliefert wird, die die Zusammensetzung des Abgases überwachen, gesteuert werden.
  • Ammoniak kann auch durch Erwärmen von Ammoniumcarbamat (ein Feststoff) erzeugt werden und das erzeugte Ammoniak kann in das Abgas injiziert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Injektor kann Ammoniak in situ erzeugt werden (z.B. während einer fetten Regeneration einer stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRF™-Katalysators angeordneten LNT). Somit kann das Verfahren des Weiteren ein Anreichern bzw. Anfetten des Abgases mit Kohlenwasserstoffen umfassen.
  • Der SCR-Katalysator oder der SCRF™-Katalysator kann ein Metall umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mindestens einem von Cu, Hf, La, Au, In, V, Lanthaniden und Übergangsmetallen der Gruppe VIII (z.B. Fe) besteht, wobei das Metall auf einem hitzebeständigen Oxid oder einem Molekularsieb geträgert ist. Das Metall ist vorzugsweise aus Ce, Fe, Cu und Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt, bevorzugter ist das Metall Fe oder Cu.
  • Das hitzebeständige Oxid für den SCR-Katalysator oder den SCRF™-Katalysator kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 und Mischoxiden, die zwei oder mehr hiervon enthalten, besteht. Der Nicht-Zeolith-Katalysator kann ferner Wolframoxid (z.B. V2O5/WO3/TiO2, WOX/CeZrO2, WOX/ZrO2 oder Fe/WOX/ZrO2) umfassen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn ein SCR-Katalysator, ein SCRF™-Katalysator oder ein Washcoat hiervon mindestens ein Molekularsieb, wie z.B. einen Alumosilicatzeolith oder ein SAPO, umfasst. Das mindestens eine Molekularsieb kann ein kleinporiges, ein mittelporiges oder ein großporiges Molekularsieb sein. Mit „kleinporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin Molekularsiebe, die eine maximale Ringgröße von 8 enthalten, wie z.B. CHA; mit „mittelporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 10 enthält, wie z.B. ZSM-5; und mit „großporigem Molekularsieb“ meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 12 aufweist, wie beispielsweise Beta. Kleinporige Molekularsiebe sind potenziell vorteilhaft für eine Verwendung in SCR-Katalysatoren.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Behandeln eines Abgases sind bevorzugte Molekularsiebe für einen SCR-Katalysator oder einen SCRF™-Katalysator synthetische Alumosilicatzeolith-Molekularsiebe, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI einschließlich ZSM-34, Mordenit, Ferrierit, BEA einschließlich Beta, Y, CHA, LEV einschließlich Nu-3, MCM-22 und EU-1, vorzugsweise AEI oder CHA, besteht, und die ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 10 bis etwa 50, wie z.B. von etwa 15 bis etwa 40, aufweisen.
  • BEISPIELE
  • Die Erfindung wird nun durch die nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
  • Materialien
  • Alle Materialien sind im Handel erhältlich und wurden von bekannten Zulieferern erhalten, wenn nicht anders angegeben.
  • Beispiel 1
  • Eine Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 1,0 g Zoll-3 Aluminiumoxid und 0,1 g Zoll-3 Aluminiumoxidbindemittel.
  • Beispiel 2
  • Eine Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Eine Suspension von kolloidalem Siliciumdioxid wurde zugegeben, gefolgt von Aluminiumoxidbindemittel, und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Diese Aufschlämmung wurde auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 0,5 g Zoll-3 Aluminiumoxid, 0,5 g Zoll-3 Siliciumdioxid und 0,1 g Zoll-3 Aluminiumoxidbindemittel.
  • Beispiel 3
    1. (a) Pd-Nitrat wurde zu einer Aufschlämmung eines kleinporigen Zeoliths mit AEI-Struktur zugegeben und das Ganze wurde verrührt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und anschließend wurde die Aufschlämmung auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Es wurde eine Beschichtung erhalten, die einen Pd-ausgetauschten Zeolith umfasste. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
    2. (b) Eine zweite Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
    3. (c) Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Beispiel 4
  • Eine erste Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (a) hergestellt und auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Es wurde eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith umfasste Beschichtung erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 1,0 g Zoll-3 Aluminiumoxid.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Beispiel 5
  • Eine erste Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (a) hergestellt und auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Es wurde eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith umfasste Beschichtung erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Cerdioxid mit einer Partikelgröße d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Beschichtung wurde auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese ein anorganisches Oxid umfassende Beschichtung umfasste 1,0 g Zoll-3 Cerdioxid und 0,2 g Zoll-3 Aluminiumoxidbindemittel.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (b) hergestellt und auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (c) hergestellt und auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Beispiel 6
  • Eine erste Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (a) hergestellt und auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Es wurde eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith umfasste Beschichtung erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Cerdioxid mit einer Partikelgröße d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben, gefolgt von löslichem Pt-Salz. Die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt und anschließend auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung eines anorganischen Oxids umfasste 1,0 g Zoll-3 Cerdioxid, 0,2 g Zoll-3 Aluminiumoxid und eine Pt-Beladung von 10 g ft-3.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (b) hergestellt und auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 3 (c) hergestellt und auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 30 g ft-3.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Die Katalysatoren der Beispiele 1 bis 6 wurden 15 Stunden mit 10 % Wasser bei 750 °C hydrothermal gealtert. Die Katalysatoren wurden an einem auf einem Prüfstand montierten Leichtlastdieselmotor in einer zu dem Turbolader eng gekoppelten Position angebracht. Die Emissionen wurden vor und nach dem Katalysator gemessen. Die Katalysatorbeispiele 1 und 2 wurden über einen simulierten weltweit harmonisierten Leichtlast-Testzyklus (Worldwide Harmonised Light Duty Test Cycle, WLTC) getestet. Die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der NO2-Reduktion der Beispiele 1 und 2 wird durch den Unterschied zwischen der kumulativen NO2-Emission vor dem Katalysator im Vergleich zu der kumulativen NO2-Emission nach dem Katalysator über einen kompletten WLTC-Test hinweg bestimmt. Die Katalysatorbeispiele 3 bis 6 wurden hinsichtlich der Leistungsfähigkeit über einen Neuen Emissionsfahrzyklustest (NEDC) getestet. Die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der NOX-Adsorption der Beispiele 3 bis 6 wird durch den Unterschied zwischen der kumulativen NOX-Emission vor dem Katalysator im Vergleich zu der kumulativen NOX-Emission nach dem Katalysator bei 1000 Sekunden in dem NEDC-Test bestimmt. Der Unterschied zwischen den kumulativen NOX-Emissionen vor und nach dem Katalysator wird dem von dem Katalysator adsorbierten NOX zugeschrieben.
  • Tabelle 1 zeigt die Leistungsfähigkeit hinsichtlich einer NO2-Reduktion der Katalysatorbeispiele 1 und 2 über den WLTC-Test. Tabelle 1
    Beispiel Nr. kumulatives NO2 vor dem Katalysator (g) kumulatives NO2 nach dem Katalysator (g) kumulatives NO2-Reduktion (%)
    1 1,0 0,68 32
    2 1,0 0,33 67
  • Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass die kumulativen NO2-Emissionen nach dem Katalysator geringer als die kumulativen NO2-Emissionen vor dem Katalysator bei den Katalysatorbeispielen 1 und 2 sind. Tabelle 1 zeigt ferner die prozentuale Reduktion des kumulativen NO2, nachdem das Abgas durch die Katalysatoren hindurchgetreten ist. Die Beispiele 1 und 2 umfassen einen ein anorganisches Oxid umfassenden Träger gemäß der Erfindung (d.h. ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial), was zeigt, dass das anorganische Oxid für eine NO2-Reduktion wirksam ist.
  • Tabelle 2 zeigt die Leistungsfähigkeit hinsichtlich einer NOX-Adsorption der Katalysatorbeispiele 3 bis 6 bei 1000 Sekunden in dem NEDC-Test. Tabelle 2
    Beispiel Nr. NOX, adsorbiert bei 1000 Sekunden (g)
    3 0,49
    4 0,57
    5 0,70
    6 0,74
  • Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass die Beispiele 4, 5 und 6 eine größere Menge von NOX adsorbieren und zurückhalten als Beispiel 3 bei 1000 Sekunden in dem NEDC-Test. Die Beispiele 4, 5 und 6 umfassen eine Schicht eines anorganischen Oxids, die gemäß der Erfindung hergestellt ist. Beispiel 3 umfasst nicht eine Schicht, die eine Schicht eines anorganischen Oxids der Erfindung (d.h., ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial) umfasst. Beispiel 6 umfasst eine niedrige Beladung von Pt mit dem anorganischen Oxid. Die niedrige Beladung von Pt ist nicht wirksam beim Oxidieren von NO zu NO2 und eine verbesserte NOX-Adsorption wird im Vergleich zu Beispiel 3 erreicht.
  • Beispiel 7
  • Pd-Nitrat wurde zu einer Aufschlämmung eines kleinporigen Zeoliths mit AEI-Struktur zugegeben und verrührt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und anschließend wurde die Aufschlämmung auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith enthaltende Beschichtung wurde erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 80 g·ft3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ff-3.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3.
  • Beispiel 8
  • Pd-Nitrat wurde zu einer Aufschlämmung eines kleinporigen Zeoliths mit AEI-Struktur zugegeben und verrührt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und anschließend wurde die Aufschlämmung auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith enthaltende Beschichtung wurde erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 80 g·ft3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Eine Suspension von kolloidalem Siliciumdioxid wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Diese Aufschlämmung wurde auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 0,5 g Zoll-3 Aluminiumoxid und 0,5 g Zoll-3 Siliciumdioxid.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3.
  • Beispiel 9
  • Pd-Nitrat wurde zu einer Aufschlämmung eines kleinporigen Zeoliths mit AEI-Struktur zugegeben und verrührt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und anschließend wurde die Aufschlämmung auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith enthaltende Beschichtung wurde erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 80 g·ft3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Eine Suspension von kolloidalem Siliciumdioxid wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Diese Aufschlämmung wurde auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 1,0 g Zoll-3 Aluminiumoxid und 0,5 g Zoll-3 Siliciumdioxid.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3.
  • Beispiel 10
  • Pd-Nitrat wurde zu einer Aufschlämmung eines kleinporigen Zeoliths mit AEI-Struktur zugegeben und verrührt. Aluminiumoxidbindemittel wurde zugegeben und anschließend wurde die Aufschlämmung auf einen Cordierit-Durchflussmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Eine einen Pd-ausgetauschten Zeolith enthaltende Beschichtung wurde erhalten. Die Pd-Beladung dieser Beschichtung betrug 80 g·ft3.
  • Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxid auf einen d90 < 20 Mikrometer hergestellt. Eine Suspension von kolloidalem Siliciumdioxid wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Diese Aufschlämmung wurde auf den Durchflussmonolith unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Diese Beschichtung umfasste 1,0 g Zoll-3 Siliciumdioxid und 0,5 g Zoll-3 Aluminiumoxid.
  • Eine dritte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers hergestellt. Lösliches Platinsalz und anschließend Beta-Zeolith wurden zugegeben, sodass die Aufschlämmung 74 Massen-% Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und 26 Massen-% Zeolith umfasste. Eine Bismutnitratlösung wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zum Homogenisieren verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Kanäle an dem Einlassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Das Teil wurde anschließend getrocknet. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3. Die Bi-Beladung betrug 50 g ft-3.
  • Eine vierte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines mit Mn dotierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulvers, das auf einen d90 < 20 Mikrometer vermahlen war, hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und das Gemisch wurde zum Homogenisieren verrührt. Die Aufschlämmung wurde auf die Kanäle an dem Auslassende des Durchflussmonoliths unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die Pt-Beladung dieser Beschichtung betrug 68 g ft-3.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Die Katalysatoren der Beispiele 7, 8, 9 und 10 wurden bei 750 °C während 15 Stunden mit 10 % Wasser hydrothermal gealtert. Sie wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit über einen Simulierten Weltweit Harmonisierten Leichtlast-Testzyklus (Worldwide Harmonised Light Duty Test Cycle, WLTC) getestet. Der Katalysator war in einer zu dem Turbolader eng gekoppelten Position an einem 2,0-Liter-Dieselmotor, der auf einem Prüfstand montiert war, angebracht. Die Emissionen wurden vor und hinter dem Katalysator gemessen. Die NOX-Adsorptionsleistungsfähigkeit jedes Katalysators wurde als der Unterschied zwischen der kumulativen NOX-Emission vor dem Katalysator im Vergleich zu der kumulativen NOX-Emission hinter dem Katalysator bestimmt. Der Unterschied zwischen den kumulativen NOX-Emissionen vor und hinter dem Katalysator wird dem von dem Katalysator adsorbierten NOX zugeschrieben. Die CO- und HC-Oxidationsleistungsfähigkeit wird als die kumulative Umwandlungseffizienz über den gesamten Testzyklus bei 1000 Sekunden berechnet.
  • Tabelle 3 zeigt die NOX-Absorptionsleistungsfähigkeit der Katalysatorbeispiele 7, 8, 9 und 10 bei 1000 Sekunden in dem WLTC-Test. Tabelle 3
    Beispiel Nr. NOX, adsorbiert bei 1000 Sekunden (g)
    7 0,62
    8 0,75
    9 0,75
    10 0,75
  • Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass die Beispiele 8, 9 und 10 eine größere Menge an NOX adsorbieren als Beispiel 7. Die Beispiele 8, 9 und 10 umfassen eine Siliciumdioxid- und Aluminiumoxid-Schicht, die zum Reduzieren von Stickstoffdioxid gemäß der Erfindung geeignet ist.
  • Tabelle 4 zeigt die Umwandlungsleistungsfähigkeit hinsichtlich der CO- und HC-Oxidation der Katalysatorbeispiele 1, 2, 3 und 4 bei 1000 Sekunden in dem WLTC-Test. Tabelle 4
    Beispiel Nr. CO-Umwandlung (%) HC-Umwandlung (%)
    7 67 81
    8 81 85
    9 82 86
    10 79 85
  • Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass die Beispiele 8, 9 und 10 höhere Prozentanteile an CO umwandeln als Beispiel 7. Die Beispiele 8, 9 und 10 umfassen eine Siliciumdioxid- und Aluminiumoxid-Schicht, die zum Reduzieren von Stickstoffdioxid geeignet ist, und dies ist für die CO-Oxidation vorteilhaft. Sämtliche Beispiele 7, 8, 9 und 10 wandeln einen ähnlichen Prozentanteil von HC um.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (19)

  1. NOX-Absorberkatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor, umfassend: eine erste Region, die ein einen Molekularsiebkatalysator umfassendes NOX-Absorbermaterial umfasst, wobei der Molekularsiebkatalysator ein Edelmetall und ein erstes Molekularsieb umfasst, und wobei das erste Molekularsieb das Edelmetall enthält; eine zweite Region, die ein Stickstoffdioxid-Reduktionsmaterial umfasst, das mindestens ein anorganisches Oxid umfasst; und ein Substrat mit einem Einlassende und einem Auslassende; wobei die zweite Region im Wesentlichen frei von Platingruppenmetallen ist.
  2. NOX-Absorberkatalysator nach Anspruch 1, wobei das Edelmetall Palladium umfasst.
  3. NOX-Absorberkatalysator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst, ein Aluminophosphatgerüst oder ein Silicoaluminophosphatgerüst aufweist.
  4. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Molekularsieb aus einem kleinporigen Molekularsieb, einem mittelporigen Molekularsieb und einem großporigen Molekularsieb ausgewählt ist.
  5. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Molekularsieb ein kleinporiges Molekularsieb mit einem Gerüsttyp ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, STI, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON und einem Gemisch oder einer Verwachsungen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht.
  6. NOX-Absorberkatalysator nach Anspruch 4, wobei das kleinporige Molekularsieb einen Gerüsttyp aufweist, der AEI, CHA oder STI ist.
  7. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Molekularsieb ein Alumosilicatgerüst und ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Molverhältnis von 10 bis 200 aufweist.
  8. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine anorganische Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Nioboxid, Tantaloxiden, Molybdänoxiden, Wolframoxiden und Mischoxiden oder Verbundoxiden hiervon besteht.
  9. NOX-Adsorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine anorganische Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Mischoxiden oder Verbundoxiden hiervon besteht.
  10. NOX-Adsorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine anorganische Oxid bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NOX mit einem stickstoffhaltigen Reduktionsmittel nicht katalytisch aktiv ist.
  11. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Region ein Molekularsieb umfasst.
  12. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine anorganische Oxid ein mit einem Dotiermittel dotiertes anorganisches Oxid umfasst, wobei das Dotiermittel ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram (W), Silicium (Si), Titan (Ti), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Hafnium (Hf), Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon oder einem Oxid hiervon besteht.
  13. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der des Weiteren eine Dieseloxidationskatalysator(DOC)-Region umfasst.
  14. NOX-Absorberkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith ist.
  15. Abgassystem, das einen NOX-Absorberkatalysator gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 14 und eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
  16. Abgassystem nach Anspruch 15, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Emissionssteuerungsvorrichtungen besteht, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einer Mager-NOX-Falle (LNT), einem Mager-NOX-Katalysator (LNC), einem passiven NOX-Adsorber (PNA), einem Kaltstartkatalysator (dCSC), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter(SCRF™)-Katalysator, einem Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht.
  17. Fahrzeug, das einen Magergemischmotor und einen NOX-Absorberkatalysator gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 14 oder ein Abgassystem gemäß Definition in Anspruch 15 oder Anspruch 16 umfasst.
  18. Fahrzeug gemäß Anspruch 17, wobei der Magergemischmotor für einen Betrieb mit Dieselkraftstoff, der ≤ 50 ppm Schwefel umfasst, konfiguriert ist.
  19. Verfahren zum Behandeln eines Abgases aus einem Magergemischmotor, das ein In-Kontakt-bringen des Abgases mit einem NOX-Absorberkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder ein Führen des Abgases durch ein Abgassystem gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16 umfasst.
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