DE10252344A1

DE10252344A1 - Keramischer Katalysatorkörper

Info

Publication number: DE10252344A1
Application number: DE10252344A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Tanaka; Tosiharu Kondo; Takumi Suzawa; Jun Hasegawa; Tomohiko Nakanishi; Tomomi Hase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2003-05-22
Also published as: CN1418730A; US20030092567A1

Abstract

In der vorliegenden Erfindung sind eine Hauptkatalysatorkomponente wie etwa ein katalytisches Edelmetall und eine Co-Katalysatorkomponente wie etwa Ceroxid direkt auf einer Trägeroberfläche durch Substitution eines Teils der Kompositelemente einer Grundkeramik aufgeladen, und dies unter Anwendung eines keramischen Trägers, der die Substitutionselemente direkt binden kann. Als ein Ergebnis steigt die Bindungsstärke mit dem Träger durch ein Übergangsmetall, das in die feste Lösung in die C-Katalysatorkomponente gegeben wurde, an, die Notwendigkeit einer Beschichtungsschicht wurde eliminiert und eine hohe Beständigkeit, niedrige Wärmekapazität und ein niedriger Druckverlust wurden erhalten.

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Katalysatorkörper, der beispielsweise als ein Katalysator zur Reinigung des Abgases eines Kraftfahrzeugmotors angewendet wird.

2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Abgasreinigungskatalysatoren, die in der Vergangenheit weitgehend verwendet wurden, verwenden herkömmlicher Weise einen wabenförmigen Cordieritstrukturkörper mit einer hohen Beständigkeit gegenüber Wärmeschock als einen Katalysatorträger, und nach der Beschichtung von dessen Oberfläche mit γ-Aluminiumoxid werden sie mit einem Edelmetallkatalysator beladen. Der Grund zur Ausbildung einer Beschichtungsschicht ist der, dass aufgrund der kleinen spezifischen Oberfläche des Cordierits es nicht möglich wäre, die erforderliche Menge der Katalysatorkomponente aufzuladen, wenn nicht die Beschichtungsschicht ausgebildet worden ist. Folglich wird der Katalysator beladen, nachdem zuerst die Oberfläche des Trägers unter Verwendung von γ-Aluminiumoxid, ein Material mit einer hohen spezifischen Oberfläche, gesteigert wurde.
Da jedoch die Beschichtung der Oberflächen der Zellwände des Trägers mit γ-Aluminiumoxid einen Anstieg der Wärmekapazität auslöst, ist dies hinsichtlich der frühen Aktivierung des Katalysators nachteilhaft. Zusätzlich gab es das Problem, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers größer als der des Cordierits alleine war, wodurch eine Abnahme der Zellenöffnungsoberfläche verursacht wurde, und woraus ein Anstieg im Druckverlust resultierte.
Als Folge daraus wurden unterschiedliche Studien an keramischen Körpern durchgeführt, die mit einer Katalysatorkomponente ohne Ausbildung einer Beschichtungsschicht beladen werden können. Zum Beispiel wird in der geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. JP-B-5-50338 ein Verfahren zur Verbesserung der spezifischen Oberfläche des Cordierits selbst durch eine Behandlung mit Säure, gefolgt von einer Behandlung mit Wärme vorgeschlagen. Jedoch wird in diesem Verfahren das Kristallgitter des Cordierits durch diese Säurebehandlung und Wärmebehandlung zerstört, wodurch es zu dem Problem einer verringerten Festigkeit kommt, und wodurch dieses unbrauchbar wird.
Im Gegensatz dazu schlagen die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen keramischen Träger vor, der direkt mit der erforderlichen Menge der Katalysatorkomponente beladen werden kann, ohne eine Beschichtungsschicht für die Verbesserung der spezifischen Oberfläche auszubilden (Japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-2000-104994). In diesem keramischen Träger werden Feinporen ausgebildet, die direkt mit einer Katalysatorkomponente durch Ersetzen wenigstens eines Typs oder mehrerer Elemente, welche die Grundkeramik aufbauen, mit einem Element einer unterschiedlichen Valenzzahl beladen werden kann. Dieser keramische Träger ist für das Problem einer verringerten Festigkeit, ausgelöst durch die Säurebehandlung und die Wärmebehandlung wie in den herkömmlichen Trägern, anfällig und es kann erwartet werden, dass er in verschiedenen Anwendungen eingesetzt wird.
Im Hinblick auf den Schutz der Umwelt wurden andererseits in den vergangenen Jahren Auflagen für Kraftfahrzeugemissionen verschärft und als eine Maßnahme zum Überwinden dieser Auflagen wurden verschiedene Co-Katalysatorkomponenten in Abgasreinigungskatalysatoren zur Verbesserung der Katalysatorleistung aufgeladen. Deshalb versuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen solchen Katalysator unter Einsatz des vorstehenden keramischen Trägers herzustellen, welcher direkt mit einer Katalysatorkomponente beladen werden kann. Insbesondere im Falle der Aufladung eines Co-Katalysators wurde jedoch festgestellt, dass es das Risiko gibt, dass aufgrund der schwächeren Haltekraft des Co-Katalysators auf dem keramischen Träger im Vergleich zu dem Edelmetallkatalysatoren der Effekt der Co-Katalysatorkomponente nicht adäquat gezeigt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Umstände ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen keramischen Katalysatorkörper zu erhalten, der sowohl eine hohe Katalysatorleistung als auch Anwendbarkeit gewährleistet, welcher zusammen mit einer Fähigkeit zur Senkung der Wärmekapazität und des Druckverlusts, verschiedene katalytische Effekte gemäß der vorliegenden Anmeldung zeigen kann.
Der keramische Katalysatorkörper eines ersten Gesichtspunkts der Erfindung umfasst das Aufladen einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co-Katalysatorkomponente auf einen keramischen Träger. Der vorstehend keramische Träger ist ein keramischer Träger, der direkt eine Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Grundkeramik trägern kann, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehende Hauptkatalysatorkomponente und die vorstehende Co- Katalysatorkomponente direkt auf den keramischen Träger aufgeladen werden können. Als ein Ergebnis der direkten Trägerung sowohl einer Hauptkatalysatorkomponente als auch einer Co-Katalysatorkomponente auf der Trägeroberfläche, sind sowohl die Wärmekapazität als auch der Druckverlust niedrig, und der Zusatz der Co-Katalysatorkomponente erlaubt verschiedene katalytische Effekte.
Wenn eine Co-Katalysatorkomponente, die eine Sauerstoffspeicherkomponente enthält, für die vorstehende Co- Katalysatorkomponente bevorzugt eingesetzt wird, kann Sauerstoff gemäß der Sauerstoffkonzentration freigesetzt und eingebaut werden, um dadurch die Wirkung der Hauptkatalysatorkomponente zu verstärken. Wenn zusätzlich die vorstehende Co-Katalysatorkomponente ein Übergangsmetallelement enthält, wird die Bindungsstärke mit dem vorstehenden Keramikträger verstärkt, um dadurch die Beständigkeit zu verbessern.
Das vorstehende Übergangsmetallelement kann in die feste Lösung gegeben werden oder kann mit einer Sauerstoffspeicherkomponente substituiert sein. Außerdem ist die Bindung verstärkt, falls das vorstehende Übergangsmetallelement in die feste Lösung gegeben wird oder falls es mit einer Sauerstoffspeicherkomponente substituiert wird, und die vorstehende Co-Katalysatorkomponente wird direkt durch Bindung des vorstehenden Übergangsmetallelements zu der Grundkeramik des vorstehenden keramischen Trägers aufgeladen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein weiterer keramischer Katalysatorkörper zur Lösung der vorstehenden Probleme bereitgestellt, und der vorstehende keramische Träger ist ein keramischer Träger, der fähig ist, dass eine Katalysatorkomponente direkt auf der Oberfläche einer Grundkeramik aufgeladen werden kann. Falls die vorstehende Hauptkatalysatorkomponente direkt auf dem keramischen Träger aufgeladen ist, während andererseits eine Co-Katalysatorschicht ausgebildet ist, die die vorstehende Co-Katalysatorkomponente auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers enthält, können die aufgeladenen Mengen an Hauptkatalysatorkomponente und Co-Katalysatorkomponente gesteigert sein, während die Wärmekapazität und der Druckverlust minimiert werden, um dadurch die Verbesserung der Katalysatorleistung zu ermöglichen.
Genauer gesagt kann gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung ein Aufbau bzw. eine Konstitution verwendet werden, in welcher zusätzlich zu der vorstehenden Hauptkatalysatorkomponente, die direkt auf dem vorstehenden keramischen Träger aufgeladen ist, eine Co-Katalysatorschicht ausgebildet werden, welche eine direkte Beschichtung der vorstehenden Co-Katalysatorkomponente auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers umfasst.
Alternativ dazu kann gemäß einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung zusätzlich zu der vorstehenden Hauptkatalysatorkomponente, die direkt auf den vorstehenden keramischen Träger aufgeladen ist, eine Co- Katalysatorkomponentenschicht ebenso ausgebildet sein, welche eine Beschichtung aus der vorstehenden Co-Katalysatorkomponente auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial umfasst.
Zu diesem Zeitpunkt wird die vorstehende Co- Katalysatorkomponentenschicht durch Beschichten der vorstehenden Co-Katalysatorkomponente auf einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht, die auf der Oberfläche des vorstehenden keramische Trägers ausgebildet ist, oder durch eine Beschichtung einer dazwischenliegenden Grundschicht, welche mit der vorstehenden Co- Katalysatorkomponente vorbeladen ist, auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet.
Gemäß einen fünften Gesichtspunkt der Erfindung wird ein weiterer keramischer Katalysatorkörper zur Lösung der vorstehenden Probleme bereitgestellt, welcher ein keramischer Träger ist, der eine Katalysatorkomponente direkt auf der Oberfläche einer Grundkeramik tragen kann, und dies zusammen mit wenigstens einem Teil der vorstehenden Hauptkatalysatorkomponente und Co-Katalysatorkomponente, die direkt auf den vorstehenden keramischen Träger aufgeladen sind, wobei eine Katalysatorschicht auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers ausgebildet wird, welche die verbleibende Hauptkatalysatorkomponente und Co- Katalysatorkomponente enthält. In diesem Aufbau wird eine Katalysatorverschlechterung gehemmt, da das Beladungsverfahren in Übereinstimmung der Katalysatorkomponente ausgewählt werden kann, und eine hervorragende Katalysatorleistung wird erhalten.
Genauer gesagt kann die vorstehende Katalysatorschicht durch Beschichten der vorstehenden Hauptkatalysatorkomponente oder Co-Katalysatorkomponente auf einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht, die auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers ausgebildet ist, oder durch Beschichten eines dazwischenliegenden Grundmaterials, das mit der vorstehenden Hauptkatalysatorkomponente oder Co- Katalysatorkomponente vorbeladen ist, auf der Oberfläche des vorstehenden keramischen Trägers ausgebildet werden.
Zum Beispiel können ein oder mehrere Katalysatormetalltypen für die vorstehende Hauptkatalysatorkomponente eingesetzt werden, wobei die vorstehende dazwischenliegende Grundmaterialschicht einen Teil des Metalls enthält oder mit einem Teil davon beladen ist, und das restliche Katalysatormetall direkt auf den vorstehenden keramischen Träger aufgeladen sein kann. Da der Abstand zwischen dem vorstehenden Katalysatormetall und der vorstehenden Co-Katalysatorkomponente sinkt, können die Eigenschaften der vorstehenden Co-Katalysatorkomponente effektiv gezeigt werden. Zusätzlich ist die Niedrigtemperaturaktivitätsleistung verbessert und als Folge wird es für das Katalysatormetall leichter, auf der Oberfläche vorhanden zu sein.
Das vorstehende dazwischenliegende Grundmaterial sollte von einem oder mehreren Typen sein, ausgewählt aus beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, MgO, TiO₂, ZrO₂, Zeolith, Silikalit und Mordenit, die eine größere spezifische Oberfläche als die der Grundkeramik des vorstehenden keramischen Trägers aufweisen.
Bevorzugt wird ein Oxid als die vorstehende Sauerstoffspeicherkomponente eingesetzt, welche wenigstens eines oder mehreren Typen von Elementen, ausgewählt aus Lanthanidelementen sowie Y, Zr und Hf, enthält.
Die Effekte der Hemmung des Anstiegs der Wärmekapazität und des Druckverlusts sind durch Einstellen der Dicke der vorstehenden Co-Katalysatorschicht oder vorstehenden Katalysatorschicht auf 100 µm oder weniger gesteigert. Bevorzugt können eine hohe Katalysatorleistung, eine niedrige Wärmekapazität und ein niedriger Druckverlust alle durch Einstellen der Dicke der vorstehenden Co-Katalysatorschicht oder der vorstehenden Katalysatorschicht auf 0,5-0,95 µm realisiert werden.
Der vorstehende keramische Träger kann ein Träger sein, in welchem wenigstens ein oder mehrere der Elemententypen, welche die vorstehende Grundkeramik aufbauen, mit einem anderen Element als den aufbauenden Elementen substituiert sind, und welche direkt die vorstehende Katalysatorkomponente oder die vorstehende Co-Katalysatorkomponente bezüglich der Substitutionselemente direkt aufladen können.
Genauer gesagt gilt, dass wenn die vorstehende Katalysatorkomponente oder die vorstehende Co- Katalysatorkomponente auf den vorstehenden Substitutionselement mittels chemischer Bindung aufgeladen sind, dass es bei einer Langzeitanwendung eine geringe Verschlechterung gibt, da die Retention verbessert ist und die Katalysatorkomponente gleichförmig in dem Träger dispergiert ist und gegenüber Aggregation beständig ist.
Bevorzugt wird wenigstens ein oder mehrere Elementtypen mit einem d- oder f-Orbital in seinen Elektronenorbitalen für das vorstehende Substitutionselement eingesetzt. Da die Elemente mit einem d- oder f-Orbital in ihren Elektronenorbitalen sich leicht mit dem Katalysatormetallen verbinden, kann die Bindungsstärke verbessert sein.
Da bevorzugt eine Keramik mit Cordierit als ihre Hauptkomponente für die vorstehende Grundkeramik eingesetzt wird, und da Cordierit eine hervorragende Wärmeschockbeständigkeit besitzt, ist es für den Einsatz als ein Katalysatorkörper für ein Automobilabgas geeignet.
Der vorstehende Keramikträger besitzt bevorzugt eine große Anzahl von Feinporen, die direkt einen Katalysator auf der Oberfläche einer Grundkeramik aufladen können, und ein Träger, der die vorstehende Katalysatorkomponente oder die vorstehende Co-Katalysatorkomponente direkt aufladen kann, wird für diese Feinporen eingesetzt.
Genauer gesagt sind die vorstehenden Feinporen aus wenigsten einem Typ aufgebaut, ausgewählt aus einen Defekt in dem keramischen Kristallgitter, Feinsprüngen in der keramischen Oberfläche und Fehlstellen von die Keramik aufbauenden Elementen.
Die Breite der vorstehenden Feinsprünge liegt bevorzugt bei 100 nm oder weniger bezüglich der Sicherstellung der Trägerfestigkeit.
Um eine Katalysatorkomponente aufladen zu können, sollten die vorstehenden Feinporen einen Durchmesser oder eine Breite vom 1000-fachen oder weniger des Durchmessers der aufzuladenden Katalysatorionen haben. Und, wenn zu diesem Zeitpunkt die Anzahl der vorstehenden Feinporen 1 × 10¹¹/l oder höher ist, kann eine Katalysatorkomponentenmenge aufgeladen werden, welche zu der aufgeladenen Menge im Stand der Technik gleich ist.
Wenn eine Keramik mit Cordierit als deren Hauptkomponente für die vorstehende Grundkeramik eingesetzt wird, ist sie außerdem aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeschockbeständigkeit für den Einsatz als Katalysatorkörper für ein Kraftfahrzeugabgas geeignet. Dies ist, da die vorstehenden Feinporen Defekte sind, die sich durch Substitution eines Bereichs der Kompositelemente des Cordierits mit Metallelementen mit einer unterschiedlichen Valenzzahl ausbilden.
In diesem Fall sind die vorstehenden Defekte von wenigstens einem Typ aufgebaut, ausgewählt aus Sauerstoffdefekten oder Gitterdefekten, und werden durch Substitution eines Teils der aufbauenden Elemente des Cordierits mit Elementen einer unterschiedlichen Valenzanzahl erzeugt. Wenn 4 × 10^-6% der Cordieritkristalle mit einem oder mehreren der vorstehenden Defekte in dem Einheitskristallgitter des Cordierits enthalten sind, kann eine Menge an Katalysatormetall aufgeladen werden, die zu der aufgeladenen Menge aus dem Stand der Technik gleich ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1(a) eine Zeichnung ist, die schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers zeigt, und wobei Fig. 1(b) eine Zeichnung ist, die schematisch die Form einer Beladung einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche eines keramischen Trägers zeigt.
Fig. 2(a) ist eine Zeichnung, welche die Beziehung zwischen der Beladungsmenge der Katalysatorkomponente und der Reinigungsrate zeigt, während Fig. 2(b) eine Zeichnung ist, welche die Beziehung zwischen der Menge an aufgeladenem Katalysator, welche zum Erhalten der gleichen Reinigungsleistung erforderlich ist, und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser, basierend auf einer Gesamtoberfläche pro Gramm von 0,028 m², zeigt.
Fig. 3(a) ist eine Zeichnung, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers zeigt, welcher eine Co-Katalysatorkomponente, die kein Übergangsmetall enthält, verwendet, während Fig. 3(b) eine Zeichnung ist, welche einen Vergleich der Bindungsstärken einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co-Katalysatorkomponente zeigt.
Fig. 4 ist eine Zeichnung, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist eine Zeichnung, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine Zeichnung, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Katalysatorschicht und der T50-Reinigungstemperatur zeigt.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 7(a) eine Zeichnung ist, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers zeigt, und Fig. 7(b) eine Zeichnung zur Erklärung des Herstellungsverfahrens eines keramischen Katalysatorkörpers zeigt.
Fig. 8(a) ist eine Zeichnung, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers, der eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, zeigt, während Fig. 8(b) eine Zeichnung ist, welche schematisch den Hauptaufbau eines keramischen Katalysatorkörpers zeigt, der eine Hauptkatalysatorkomponente separat aufgeladen hat.
Die Fig. 9(a) und 9(b) sind Zeichnungen, welche eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei Fig. 9(a) eine Zeichnung ist, welche die Effekte der Verbesserung des Sauerstoffspeichervermögens zeigt, wenn eine Katalysatorschicht auf der Oberfläche eines keramischen Katalysatorkörpers ausgebildet ist, welche eine Hauptkatalysatorkomponente enthält, während Fig. 9(b) eine Zeichnung ist, welche die Beziehung zwischen einer getrennt beladenen Hauptkatalysatorkomponente und der T50-Reinigungstemperatur zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird eine Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Der keramische Katalysatorkörper der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt für einen Kraftfahrzeugabgasreinigungskatalysator und so weiter eingesetzt, wobei er einen keramischen Träger verwendet, der eine Katalysatorkomponente direkt auf der Oberfläche einer Grundkeramik aufladen kann und wobei eine Hauptkatalysatorkomponente und eine Co-Katalysatorkomponente auf diesem keramischen Träger als Katalysatorkomponenten aufgeladen sind. Normalerweise wird bevorzugt ein Material, welches als seine Hauptkomponente Cordierit aufweist, dargestellt durch die theoretische Zusammensetzung 2 MgO.Al₂O₃.5 SiO₂, für die Grundkeramik des keramischen Trägers, der eine Katalysatorkomponente direkt aufladen kann (im Folgenden als keramischer Träger zur direkten Beladung), eingesetzt, wobei dieses Material zeigt eine hohe Wärmebeständigkeit. Zusätzlich schließen Beispiele von anderen Keramiken, die neben Cordierit eingesetzt werden können, Aluminiumoxid, Spinell, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Mullit, Siliziumoxid-Aluminiumoxid, Zeolith, Zirconiumoxid, Siliziumnitrid und Zirconiumphosphat mit ein. Obwohl der Träger bevorzugt zum Beispiel in einer Wabenform für den Einsatz des Katalysators zur Reinigung eines Automobilabgases ausgebildet ist, ist er nicht notwendigerweise auf eine Wabenform beschränkt, sondern kann ebenso in der Form von anderen Ausgestaltungen wie etwa Pellets, Pulvern, Schäumen, Hohlfasern oder Fasern sein.
Ein keramischer Träger mit einer großen Zahl an Elementen, die eine direkte Aufladung einer Katalysatorkomponente auf die Oberfläche einer Grundkeramik erlauben, wird bevorzugt für den keramischen Träger zur direkten Beladung eingesetzt. Eine chemische Komponente kann ohne Ausbildung einer Beschichtungsschicht aus γ-Aluminiumoxid und so weiter mittels chemischer Bindung der chemischen Komponente an dieses Element aufgeladen werden. Die Elemente, welche eine direkte Aufladung einer Katalysatorkomponente erlauben, sind andere Elemente, als die Elemente, welche die Grundkeramik aufbauen, sie können sich chemisch mit der Katalysatorkomponente verbinden und werden durch Substitution für wenigstens ein oder mehrere Elementtypen, welche die Grundkeramik aufbauen, eingeführt. Im Falle von Cordierit wird zum Beispiel ein Element mit einer größeren Bindungsstärke bezüglich der aufgeladenen chemischen Komponente als die der die Keramik aufbauenden Elemente für das Element eingesetzt, das für das Si, Al oder Mg, welche aufbauende Elemente der Keramik sind, ausschließlich Sauerstoff, substituiert wird, und wobei die Elemente die Katalysatorkomponente über eine chemischer Bindung binden können. Genauer gesagt schließen Beispiele dieser Elemente Elemente mit ein, welche von diesen aufbauenden Elementen eine unterschiedliche Valenzzahl haben und welche ein d-Orbital oder ein f-Orbital in ihren Elektronenorbitalen besitzen. Und es wird bevorzugt ein Element eingesetzt, das entweder ein vakantes bzw. leeres d-Orbital oder f-Orbital besitzt oder zwei oder mehrere Oxidationszustände hat. Da Elemente mit einem vakanten d-Orbital oder f-Orbital ein Energieniveau besitzen, das nahe bei dem der aufgeladenen Katalysatorkomponente liegt, können sich diese leicht Elektronen teilen, und somit binden sie sich leicht an die Katalysatorkomponente. Zusätzlich teilen sich Elemente mit zwei oder mehreren Oxidationszuständen ebenso leicht Elektronen und es kann erwartet werden, dass sie ähnliche Effekte zeigen.
Spezielle Beispiele von Elementen mit einem vakanten d-Orbital oder f-Orbital schließen W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Mo, Ru, Rh, Ce, Ir und Pt mit ein, und wenigstens ein oder mehrere dieser Elementtypen können eingesetzt werden. Von diesen Elementen besitzen W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Ce, Ir und Pt zwei oder mehrere Oxidationszustände. Andere spezielle Beispiele von Elementen mit zwei oder mehreren Oxidationszuständen schließen Cu, Ga, Se, Pd, Ag und Au mit ein.
Falls ein die Keramik aufbauendes Element mit diesen Substitutionselementen substituiert wird, kann ein Verfahren verwendet werden, in welchem ein Rohmaterial des Substitutionselements hinzugegeben wird und in das Keramikrohmaterial während der Herstellung des Keramikrohmaterials eingeknetet wird. In diesem Fall wird ein Teil des Rohmaterials des zu substituierenden Substitutionselements im Voraus entsprechend der substituierenden Menge reduziert. Nachfolgend wird es nach der Formung und Trocknung der gekneteten Rohmaterialmischung unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren entfettet und in einer Luftatmosphäre gebrannt. Alternativ dazu kann ein Keramikmaterial, in welchem ein Teil des Rohmaterials des zu substituierenden Substitutionselements im Voraus reduziert wurde, unter Anwendung von herkömmlichen Verfahren geknetet, geformt und getrocknet werden, gefolgt von einer Imprägnierung in einer Lösung, die das Substitutionselement, das als Substitutionselement hinzugegeben werden soll, enthält. Nach dem Entfernen des geformten mit dem Substitutionselement imprägnierten Presskörpers aus der Lösung und dem Trocknen wird er ähnlich entfettet und in einer Luftatmosphäre gebrannt. Falls ein Verfahren eingesetzt wird, in welchem ein Substitutionselement in einen geformten Presskörper auf diese Weise imprägniert wird, kann eine große Menge des Substitutionselements auf der Oberfläche des geformten Presskörpers vorliegen, wodurch diese wirksamer wird, da das Substitutionselement auf der Oberfläche während des Brennens zunimmt, was die Ausbildung einer festen Lösung erleichtert.
Die Menge des Substitutionselements sollte derart sein, dass die gesamte substituierte Menge innerhalb des Bereichs von 0,01-50% und bevorzugt von 5-20% der Atomzahl des substituierten aufbauenden Elements liegt. Im Falle, dass das Substitutionselement ein Element mit einer unterschiedlichen Valenzzahl von der des aufbauenden Elements der Grundkeramik ist, treten weiterhin keine Defekte auf, obwohl die Gitterdefekte oder Sauerstoffdefekte bzw. Sauerstofffehlstellen gleichzeitig entsprechend dem Unterschied in der Valenzzahl auftreten, und zwar wenn mehrere Substitutionselemente eingesetzt werden und die Summe der Oxidationszahlen der Substitutionselemente gleich der Summe der Oxidationszahlen der substituierten aufbauenden Elemente ist. Somit sollten diese Schritte in dieser Weise durchgeführt werden, so dass keine Änderung in der Gesamtvalenzzahl auftritt, falls nicht das Auftreten von Defekten und so weiter gewünscht ist.
Ein keramischer Katalysatorkörper mit hoher Leistung, der die vorteilhaften Eigenschaften der Grundkeramik übernimmt, wird durch Beladen einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co- Katalysatorkomponente auf diesen keramischen Träger für eine direkte Beladung erhalten. Hier liegt eine Charakteristik der vorliegenden Erfindung in der Beladungsform der Katalysatorkomponenten, und insbesondere der Co- Katalysatorkomponente, und dies ist nachstehend in den Punkten (1) bis (4) gezeigt.

1. Sowohl eine Hauptkatalysatorkomponente als auch eine Co- Katalysatorkomponente sind direkt durch Binden mit den Substitutionselementen eines keramischen Trägers für eine direkte Beladung aufgeladen.
2. Die Hauptkatalysatorkomponente ist direkt durch Bindung mit einem Substitutionselement eines Katalysatorträgers für eine direkte Aufladung direkt aufgeladen, und die Co- Katalysatorkomponente ist auf die Oberfläche eines Katalysatorträgers für eine direkte Aufladung zur Ausbildung einer Co-Katalysatorschicht aufgeschichtet.
3. Die Hauptkatalysatorkomponente ist direkt durch Bindung mit einem Substitutionselement eines Katalysatorträgers für eine direkte Beladung aufgeladen, und die Co-Katalysatorkomponente ist auf der Oberfläche eines Katalysatorträgers für eine direkte Bindung zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial zur Ausbildung einer Co-Katalysatorschicht aufgeschichtet.
4. Wenigstens ein Teil einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co-Katalysatorkomponente sind direkt durch Bindung mit Substitutionselementen eines keramischen Trägers für eine direkte Beladung aufgeladen, und die verbleibende Hauptkatalysatorkomponente und Co-Katalysatorkomponente sind auf der Oberfläche eines keramischen Trägers für eine direkte Beladung zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial oder ohne Anwendung eines dazwischenliegenden Grundmaterials zur Ausbildung einer Katalysatorschicht aufgeschichtet.

Da die Eigenschaften und die Leistung des resultierenden keramischen Katalysatorkörpers sich je nach den Unterschieden in den Beladungsformen der Katalysatorkomponenten unterscheiden, können sie gemäß den speziellen Anforderungen eingesetzt werden. Im Folgendem wird basierend auf den Zeichnungen eine Erläuterung für die Details (1) bis (4) abgegeben.
Die Fig. 1(a) und 1(b) geben eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an und zeigen einen keramischen Katalysatorkörper, welche die Halteform gemäß des vorstehenden Punkts (1) aufweisen. In dem keramischen Träger für eine direkte Beladung gemäß Fig. 1(a) sind zum Beispiel die Substitutionselemente in der Form von W und Co in das als die Grundkeramik dienende Codierit eingeführt, und eine Hauptkatalysatorkomponente in der Form eines katalytischen Edelmetalls zusammen mit einer Co-Katalysatorkomponente sind chemisch an eine große Zahl dieser Substitutionselemente gebunden, die in den Oberflächen der Zellwände, die in einer Wabenstruktur ausgebildet sind, vorliegen. Katalytische Edelmetalle wie etwa Pt, Rh und Pd werden geeigneter Weise für die Hauptkatalysatorkomponente eingesetzt und ein oder mehrere Typen werden, falls notwendig, eingesetzt. Andere Metallelemente und so weiter können natürlich ebenso für die Hauptkatalysatorkomponente eingesetzt werden.
Verschiedene Komponenten können für die Co- Katalysatorkomponenten je nach Zweck eingesetzt werden. In dem Fall eines Drei-Wege-Kraftfahrzeugkatalysators wird zum Beispiel eine Sauerstoffspeicherkomponente mit der Fähigkeit zur Speicherung von Sauerstoff eingesetzt, und dieser Katalysator hat die Wirkung, dass er das Eintreten und das Freisetzen von Sauerstoff entsprechend den Änderungen in der umgebenden Sauerstoffkonzentration erlaubt. Ein Oxid oder eine Oxidverbindung, die wenigstens ein oder mehrere Elementtypen, ausgewählt aus Lanthanidelementen wie etwa Ce oder La sowie Elemente wie etwa Y, Zr und Hf enthält werden normalerweise für die Sauerstoffspeicherkomponente eingesetzt. Spezielle Beispiele von solchen Oxiden oder Oxidverbindungen schließen Ceroxid (CeO₂) und feste Lösungen aus Ceroxid/Zirconiumoxid (CeO₂/ZrO₂) mit ein. Obwohl die Valenzzahl von Ce in einer Sauerstoffspeicherkomponente wie etwa CeO₂ gleich 4+ ist, falls die atmosphärische Sauerstoffkonzentration hoch ist, ändert sich die Valenzzahl nach 3+, wenn die Sauerstoffkonzentration sinkt, und da die elektrische Neutralität durch die Änderung der Valenzzahl gestört wird, wird eine elektrische Neutralität durch Desorption oder Adsorption von Sauerstoff aufrecht erhalten. Diese Sauerstoffspeicherkomponente besitzt nämlich eine Funktion, welche das Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, um die Katalysatorfunktion durch Adsorption oder Desorption von Sauerstoff zu maximieren. In einer festen Lösung aus Ceroxid/Zirkoniumoxid besitzt Zirkoniumoxid den Effekt der Verbesserung der Wärmebeständigkeit, und somit sollte, falls eine Steigerung der gespeicherten Sauerstoffmenge erwünscht ist, eine ceroxidreiche Co-Katalysatorkomponente eingesetzt werden (z. B., 70 Gewichts-% CeO₂/30 Gewichts-% ZrO₂). Und falls es erwünscht ist, die Wärmebeständigkeit zu steigern, sollte eine zirkoniumoxidreiche Co-Katalysatorkomponente eingesetzt werden (z. B., 10 Gewichts-% CeO₂/90 Gewichts-% ZrO₂).
Da jedoch die als Co-Katalysatorkomponente eingesetzte Sauerstoffspeicherkomponente normalerweise ein Oxid ist, ist die Bindungsstärke im Vergleich zu dem katalytischen Edelmetall, das für die Hauptkatalysatorkomponente eingesetzt wird, bezüglich der Substitutionselemente wie etwa W oder Co, die in das Cordierit eingeführt sind, schwach. Deshalb wird ein Übergangsmetallelement bevorzugt als ein zweites Element in das Oxid oder die Oxidverbindung, welche als die Sauerstoffspeicherkomponente dient, eingeführt. Spezielle Beispiele von Übergangsmetallelementen schließen W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Mo, Ru, Rh, Ce, Ir, Pt, Pd, Ag und Au mit ein, und wenigstens ein Typ oder mehrere als ein Typ dieser Elemente können eingesetzt werden.
Obwohl es zu einer gesteigerten Anfälligkeit gegenüber einer thermischen Aggregation und zu einem Risiko der Verschlechterung kommt, wenn die Bindungsstärke der Co- Katalysatorkomponente schwach ist, wie in Fig. 1(b) gezeigt ist, kann ein Übergangsmetallelement innerhalb der Co- Katalysatorkomponente (W in der Zeichnung) mit einem Substitutionselement auf der Oberfläche des Cordierits (W und Co in der Zeichnung) gebunden sein, um die Bindungsstärke durch Einführen eines Übergangsmetallelements, welches sich leicht mit dem Substitutionselement verbindet, zu steigern. Weiterhin sollte das Übergangselement bevorzugt in einer festen Lösung mit der ersten Komponente sein oder sollte bevorzugt mit der ersten Komponente in der Form der Sauerstoffspeicherkomponente substituiert sein, wenn ein Übergangselement als eine zweite Komponente in der Co-Katalysatorkomponente enthalten ist.
Die Aufladung der Katalysatorkomponenten wird durch ein herkömmliches Verfahren durchgeführt, welches aus der Herstellung einer Lösung, in welcher eine Katalysatorkomponente in einem Lösungsmittel wie etwa Wasser gelöst ist, und durch Imprägnieren in einen keramischen Träger für eine direkte Beladung, gefolgt von einem Trocknen und Brennen besteht. Das Brennen wird bei einer Temperatur von 100°C bis zu 1000°C, bei der Wasser verdampft, durchgeführt, während eine Temperatur von 1000°C oder höher zu einem Risiko der Verschlechterung führt, und daher dafür unerwünscht ist. Als Folge bindet die Katalysatorkomponente an das Substitutionselement, was eine vorbeschriebene Menge der aufzuladenden Menge der Katalysatorkomponente ohne eine γ-Aluminiumoxid oder andere Beschichtungsschicht ermöglicht. Die aufgeladene Menge der Katalysatorkomponente kann gemäß der Konzentration der Katalysatorkomponente in der Lösung eingestellt werden, und falls es erwünscht ist, um die aufzuladende Menge der Katalysatorkomponente zu steigern, können die Lösungsimprägnierungs- und Brennschritte ebenso wiederholt werden. Obwohl die Aufladung der Hauptkatalysatorkomponente und der Co-Katalysatorkomponente normalerweise für jede Komponente durchgeführt wird, kann es ebenso gleichzeitig unter Verwendung einer Lösung, die mehrere Komponenten enthält, durchgeführt werden.
Wenn die Katalysatorkomponente aufgeladen wird, liegt der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Hauptkatalysatorkomponente bei 0,39 bis 100 nm und bevorzugt bei 50 nm oder weniger, liegt die Gesamtoberfläche pro Gramm der Hauptkatalysatorkomponente bevorzugt bei 0,028 m² oder höher und liegt die aufgeladene Menge der Hauptkatalysatorkomponente bevorzugt bei 0,01 g/l oder mehr. Um sicher zu stellen, dass Pt oder ein anderes katalytisches Edelmetall als Kristalle vorliegt, ist es erforderlich, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser 0,39 nm oder größer ist, und wenn er 100 nm übersteigt, sinkt die Oberfläche pro Gewichtseinheit des Katalysators, was in einer schlechten Reinigungseffizienz resultiert. Wie in Fig. 2(a) gezeigt, wird, wenn die aufgeladene Menge der Hauptkatalysatorkomponente bei 0,01 g/l oder höher liegt, eine Reinigungsleistung erhalten (Reinigungsrate von 10% oder mehr), und wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser zu diesem Zeitpunkt 100 nm ist, wird die Gesamtfläche pro Gramm 0,028 m². Bevorzugt ist die aufgeladene Menge der Hauptkatalysatorkomponente 0,05 g/l oder höher und die Reinigungsrate liegt bei 50% oder höher.
Weiterhin kann in der vorliegenden Erfindung die Reinigungsleistung effektiv mit einer kleinen aufgeladenen Menge der Katalysatorkomponente gezeigt werden. Dies beruht darauf, dass eine Katalysatorkomponente direkt auf einem Substitutionselement auf der Oberfläche eines keramischen Trägers für eine direkte Beladung aufgeladen ist, und dadurch die Katalysatorkomponente nicht länger als eine Folge des Eintretens in Feinporen des γ-Aluminiumoxids wie im Stand der Technik benötigt wird. Und es beruht darauf, dass die Katalysatorkomponente auf der Trägeroberfläche mit einem kleinen Katalysatorteilchendurchmesser auf Grund der chemischen Bindung hoch dispergiert vorliegen kann, um dadurch die Katalysatoreffizienz zu verbessern und eine gleiche oder bessere Reinigungsleistung gegenüber dem Stand der Technik mit einer kleineren Katalysatorkomponente zu ermöglichen. Zusätzlich kann die Menge der aufgeladenen Katalysatorkomponente, die zum Erhalten einer gewünschten Reinigungsleistung erforderlich ist, weiter reduziert werden, je kleiner der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Katalysatorkomponente ist. Fig. 2(b) zeigt die Beziehung zwischen der Menge an aufgeladenem Katalysator, die zum Erhalten einer gleichen Reinigungsleistung erforderlich ist, und dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser, basierend auf einer Gesamtoberfläche pro Gramm von 0,028 m², gezeigt. Die aufgeladene Menge, die zum Erhalten der gewünschten Reinigungsleistung erforderlich ist, variiert gemäß der Größe des durchschnittlichen Teilchendurchmessers und es kann so verstanden werden, dass eine kleinere Menge erforderlich ist, je kleiner der durchschnittliche Teilchendurchmesser ist.
Zusätzlich liegt der Teilchendurchmesser (der primäre Teilchendurchmesser) der Co-Katalysatorkomponente normalerweise bei 100 nm oder weniger und bevorzugt bei 50 nm oder weniger. Obwohl diese Teilchen zur Ausbildung von sekundären Teilchen während der Handhabung aggregieren, wandeln sie sich nahezu komplett in primäre Teilchen zurück, während sie in einem Lösungsmittel aufgelöst werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der sekundären Teilchen liegt bevorzugt bei 1-3 µm. Die aufgeladene Menge der Co-Katalysatorkomponente sollte normalerweise bei 5 g/l oder höher liegen.
Ein keramischer Katalysatorkörper mit einer hohen Leistung und einer hohen Beständigkeit wird somit durch direktes Aufladen einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co- Katalysatorkomponente auf einen keramischen Träger für eine direkte Beladung auf diese Art und Weise ohne eine Beschichtung von γ-Aluminiumoxid usw. erhalten. Da dieser keramische Katalysatorkörper keine γ-Aluminiumoxid Beschichtungsschicht besitzt, hat er eine geringe Wärmekapazität und einen geringen Druckverlust, und es kommt nicht zu einer Herabsetzung der Beständigkeit aufgrund einer Verschlechterung der Beschichtungsschicht. Außerdem kann eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit usw. durch Zugabe einer Co- Katalysatorkomponente gewährleistet werden. Und hinsichtlich einer verbesserten Katalysatorleistung tritt weniger leicht eine Katalysatoraggregation auf, da die Hauptkatalysatorkomponente und die Co-Katalysatorkomponente chemisch gebunden sind, und dadurch wird es ermöglicht, eine katalytische Wirkung über eine lange Zeitdauer zu ermöglichen.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahren des keramischen Katalysatorkörpers mit dem in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten Aufbau gezeigt. Das Koredrietrohmaterial wurde unter Anwendung von Talk, Kaolin, Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid und durch Substitution von 5% der Si-Quelle durch W und 5% der gleichen Si-Quelle durch Co hergestellt, um so die theoretische Zusammensetzung des Cordierits anzunähern.
Geeignete Mengen an Bindemittel, Schmiermittel, Feuchtigkeitsrückhaltemittel und Wasser wurden zu diesem Rohmaterial hinzugegeben, gefolgt von einem Kneten und einem Formen in eine Wabenstruktur. Der resultierende Formpresskörper wurde durch Halten über 2 Stunden in einer Luftatmosphäre bei 1390°C gebrannt, um einen Katalysatorträger für eine direkte Beladung zu erhalten.
Ein katalytisches Edelmetall in der Form einer Hauptkatalysatorkomponente wurde zuerst auf den Katalysatorträger zur direkten Beladung in der vorstehenden Art und Weise aufgeladen, gefolgt durch das Aufladen einer Co- Katalysatorkomponente. Die Herstellung der Co- Katalysatorkomponente wurde folgendermaßen durchgeführt: Im voraus wurde Cerchlorid, Zirkoniumchlorid und eine wässerige Ammoniumetawolframatlösung in einem Liter Salpetersäure gelöst, gefolgt von einer Zugabe von wässeriger Ammoniumhydroxidlösung, Neutralisierung und Co-Präzipitierung, um ein Cer-Zirkonium- Wolfram-Mischoxid zu erhalten, in welchem die Gewichtsverhältnisse von Ceroxid, Zirconiumoxid und Wolframhydroxid 9,81 beziehungsweise 10 Gew.-% sind.
Ein Liter einer wässerigen Lösung wurden so hergestellt, dass die Konzentrationen der katalytischen Edelmetalle in der Form von Platinnitrattetraamin und Rhoduimacetat jeweils bei 0,075 mol/l und 0,02 mol/l lagen. Der keramische Träger zur direkten Beladung wurde in ein Becherglas mit dieser Lösung eingetaucht und das Becherglas mit dem enthaltenen keramischen Träger zur direkten Beladung wurde in einer Ultraschallreinigungsvorrichtung plaziert und über 5 Minuten stehen gelassen. Nach der Reinigung wurde der Träger heraus genommen, mit Luft abgeblasen und dann mittels eines Mikrowellentrockners über 5 Minuten vorgetrocknet. Als nächstes wurde nach der Durchführung einer endgültigen Trocknung über 1 Stunde bei 110°C eine Metallsinterung über 2 Stunden bei 300°C durchgeführt. Die aufgeladene Menge der katalytischen Edelmetalle nach dem Sintern betrug Pt/Rh = 7/l und die aufgeladene Menge betrug 1,2 g/l.
Als nächstes wurde die Co-Katalysatorkomponente durch platzieren von 45 Gramm eines Pulvers des im Voraus hergestellten Cer-Zirkonium-Wolfram-Mischoxids und 900 Gramm reinen Wassers in einem Becherglas und durch Rühren mit einem Glasstab hergestellt. Nachdem die Mischung gleichförmig vermischt war, wurde der Träger in die Mischung eingetaucht und das Becherglas mit dem enthaltenen Träger wurde in einer Ultraschallreinigungsvorrichtung plaziert. Nachdem 5 Minuten vorbei waren, wurde der Träger herausgenommen und mit Luft unter einem Luftdruck von 0,2 MPa zur Entfernung von Klumpenbildung abgeblasen. Nachfolgend wurde eine Vortrocknung über 10 Minuten mittels eines Mikrowellentrockners durchgeführt, und danach wurde eine endgültige Trocknung über 2 Stunden bei 110°C durchgeführt. Nach Vollendung des Trocknens wurde der Träger über 1 Stunde bei 900°C zum Zwecke der Sinterung gehalten, um die Beladung der Katalysatorkomponente zu vollenden. Die Beladungsmenge der Co-Katalysatorkomponente betrug 6 g/l.
Ein keramischer Trägerkörper, der mit den erforderlichen Mengen an einer Hauptkatalysatorkomponente und Co- Katalysatorkomponente gemäß dem vorstehenden Verfahren beladen war, wurde erhalten, wie bestätigt wurde. Zusätzlich wurde, wie in Fig. 3(a) gezeigt ist, ein keramischer Katalysatorkörper auf die gleiche Weise wie vorstehend unter Verwendung eines Cerzirkonium-Mischoxids erzeugt, welches kein Wolfram für die Co-Katalysatorkomponente enthielt, und ein Vergleich der Bindungsstärke einer jeden Katalysatorkomponente in dem keramischen Katalysatorkörper ist in Fig. 3(b) gezeigt. In Fig. 3(b) ist die Bindungsstärke der Co-Katalysatorkomponente (Cer-Zirkonium-Wolfram-Mischkatalysator oder Cer-Zirkonium- Mischkatalysator) zu der Grundkeramik in jedem keramischen Katalysatorkörper basierend auf einem Wert von 1,0 für die Bindungsstärke des katalytischen Edelmetalls (Pt) zu der Grundkeramik gezeigt. Wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, wurde als das Bindungsstärkenverhältnis der Co-Katalysatorkomponente, zu welcher ein Übergangsmetallelement wie etwa W zugegeben wurde, eine Bindungsstärke von 0,8 erhalten, welche nahe der des katalytischen Edelmetalls (Pt) liegt, und es wurde gezeigt, dass die Zugabe eines Übergangsmetallelements die Bindungsstärke merklich verbessert.
Obwohl ein keramischer Träger in der vorstehenden ersten Ausführungsform eingesetzt wurde, in welcher ein Substitutionselement eingebaut war, das eine Katalysatorkomponente direkt aufladen kann, kann in der vorliegenden Erfindung ein keramischer Träger ebenso eingesetzt werden, der eine große Anzahl an Feinporen, die eine Katalysatorkomponente in der Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufladen können, besitzt. Genauer gesagt umfassen die Feinporen, die eine Katalysatorkomponente direkt aufladen können, wenigstens einen Defekttyp in dem keramischen Kristallgitter (Sauerstoffdefekt oder Gitterdefekt), Feinsprünge in der keramischen Oberfläche oder einen Mangel an Elementen, welche die Keramik aufbauen, oder sie können ebenso durch Kombinieren von mehreren Typen ausgebildet sein. Da der Durchmesser der Katalysatorkomponentenionen, die aufgeladen werden, normalerweise annähernd 0,1 nm beträgt, können Feinporen, die in der Oberfläche des Cordierits ausgebildet sind, Katalysatorkomponentenionen aufladen, vorausgesetzt, dass ihr Durchmesser oder ihre Breite 0,1 nm oder größer ist, und zur Sicherstellung der Festigkeit der Keramik, sollte die Breite oder der Durchmesser der Feinporen bevorzugt das 1000- fache (100 nm) oder weniger des Durchmessers der Katalysatorkomponentenionen besitzen und so klein wie möglich sein. Bevorzugt sollte er das 1-1000fache (0,1-100 nm) betragen. Um die Katalysatorkomponentenionen zu halten sollte die Tiefe der Feinporen bevorzugt das Sfache (0,05 nm) oder mehr ihrer Durchmesser aufweisen. Bei dieser Größe sollte die Anzahl an Feinporen 1 × 10¹¹/l oder mehr, bevorzugt 1 × 10¹⁶/l oder mehr und weiter bevorzugt 1 × 10¹⁷/l oder mehr betragen, um die gleiche Menge an Katalysatorkomponenten wie im Stand der Technik (1,5 g/l) aufzuladen.
Unter den Feinporen, die in der Keramikoberfläche ausgebildet sind, bestehen Kristallgitterdefekte aus Sauerstoffdefekten und Gitterdefekten (Metalllochgitterstellen und Gitterspannungen). Sauerstoffdefekte sind Defekte, die aufgrund eines Sauerstoffunterschusses beim Aufbauen des keramischen Kristallgitters auftreten, und Katalysatorkomponenten kennen in feinen Poren aufgeladen werden, die sich aufgrund der Abwesenheit von Sauerstoff ausbilden. Gitterdefekte sind Gitterdefekte, die aufgrund des Einbaus von Sauerstoff in einer größeren Menge als die, die zum Aufbauen des keramischen Kristallgitters notwendig ist, auftreten, und die Katalysatorkomponente kann in Feinporen aufgeladen sein, die sich aufgrund der Kristallgitterspannung oder Metallochgitterstellen ausbilden.
Genauer gesagt gilt, wenn ein Wabenstrukturkörper aus Cordierit 4 × 10^-6% oder mehr und bevorzugt 4 × 10^-5% oder mehr an Cordieritkristallen mit einem oder mehreren an wenigstens einem Typ an Sauerstoffdefekten oder Gitterdefekten pro Kristallgittereinheit enthält, oder 4 × 10^-8 und bevorzugt 4 × 10^-7 von wenigstens einem Typ an Sauerstoffdefekten oder Gitterdefekten pro Kristallgittereinheit des Cordierits enthält, dass die Anzahl an Feinporen des keramischen Trägers gleich oder größer als die vorstehend beschriebene Anzahl ist. Solche Feinporen können gemäß dem Verfahren, dass in der japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-2000-104994 beschrieben ist, ausgebildet werden.
Zum Beispiel kann zur Erzeugung von Sauerstoffdefekten in einem Kristallgitter ein Verfahren verwendet werden, in welchem nach der Formung und Entfettung eines Cordieritrohmaterials, das eine Si-Quelle, eine Al-Quelle und eine Mg-Quelle enthält, in einen Brennschritt, die folgenden Schritte angewendet werden: (1) Bereitstellen einer ersten Brennatmosphäre mit reduzierten Druck oder einer reduzierenden Atmosphäre und (2) entweder Schaffen eines Sauerstoffunterschusses in der Brennumgebung oder im Ausgangsrohmaterial durch Brennen in einer Atmosphäre mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration unter Verwendung einer Verbindung, die Sauerstoff in wenigstens einem Teil des Rohmaterials enthält, oder (3) Substituieren eines Teils von wenigstens einen Typ des Kompositelements der Keramik, das nicht Sauerstoff ist, mit einem Element mit einer kleineren Valenzzahl als dieses Element. Im Falle von Cordierit gilt, da die Kompositelemente Si (4+), Al (3+) und Mg (2+) sind und alle eine positive Ladung aufweisen, dass eine Kürzung der positiven Ladung resultiert, falls diese mit einem Element mit einer kleineren Valenzzahl substituiert werden, wobei diese zu der Differenz in der Valenzzahl bezüglich des substituierten Elements und der substituierten Menge äquivalent ist, und wobei zur Aufrechterhaltung der elektrischen Neutralität des Kristallgitters O (2-) mit einer negativen Ladung freigesetzt wird, was zu einer Ausbildung von Sauerstoffdefekten führt. Zusätzlich können Gitterdefekte durch (4) Substituieren eines Teils eines keramischen Kompositelements, dass nicht Sauerstoff ist, mit einem Element mit einer größeren Valenzzahl als dieses Element erzeugt werden. Wenn wenigstens ein Teil des Si, Al und Mg, die Kompositelemente von Cordierit sind, mit Elementen mit einer größeren Valenzzahl als diese Elemente substituiert werden, resultiert ein Überschuß an positiver Ladung, der zu der Differenz in der Valenzzahl bezüglich der substituierten Elemente und der Substitutionsmenge äquivalent ist, und wobei zur Aufrechterhaltung der elektrischen Neutralität des Kristallgitters eine erforderliche Menge an O (2-) mit einer negativen Ladung eingebaut wird. Der eingebaute Sauerstoff wird zu einem Hemmnis und verhindert, dass sich das Cordieritkristallgitter in üblicher Weise anordnet, wodurch es zu Erzeugung von Gitterspannung kommt. Die Brennumgebung sollte in diesem Fall eine Sauerstoffatmosphäre sein, um eine reichliche Zuführung von Sauerstoff zu gewährleisten. Alternativ dazu werden Lücken durch Freisetzung eines Teils des Si, Al und Mg erzeugt, um die elektrische Neutralität aufrecht zu erhalten. Da weiterhin angenommen wird, dass die Größe dieser Defekte mehrere Angström oder kleiner ist, kann die spezifische Oberfläche mit gewöhnlichen Verfahren zur Messung der spezifischen Oberfläche wie etwa BET unter Verwendung von Stickstoffmolekülen nicht gemessen werden.
Die Anzahl der Sauerstoffdefekte und Gitterdefekte korreliert mit der Menge an Sauerstoff, der in dem Cordierit enthalten ist. Und um die Beladung mit der vorstehenden erforderlichen Menge der Katalysatorkomponente zu erlauben, sollte die Menge an Sauerstoff geringer als 47 Gew.-% (Sauerstoffdefekte) oder größer als 48% (Gitterdefekte) sein. Wenn die Menge an Sauerstoff geringer als 47% aufgrund der Bildung von Sauerstoffdefekten ist, wird die Sauerstoffanzahl, die in der Cordieritkristallgittereinheit enthalten ist, geringer als 17,2 und die Gitterkonstante der Achse B₀ der Cordieritkristallachse wird geringer als 16,99. Wenn zusätzlich die Menge an Sauerstoff 48 Gew.-% aufgrund der Ausbildung von Gitterdefekten überschreitet, wird die Anzahl an Sauerstoff, die in er Cordieritkristallgittereinheit enthalten ist, größer als 17,6 und die Gitterkonstante der Achse B₀ der Cordieritkristallachse wird größer oder kleiner als 16,99.
Fig. 4 ist ein keramischer Katalysatorkörper der Beladungsform (2) einer vorstehenden zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 besitzt zum Beispiel ein Katalysatorträger zur direkten Beladung Substitutionselemente in der Form von W und Co die in dem Cordierit eingeführt worden sind, das als die Grundkeramik dient, und ein Hauptkatalysatorelement in der Form eines katalytischen Edelmetalls ist chemisch an diese Substitutionselemente gebunden, wobei eine große Anzahl von diesen auf der Zellwandoberfläche, die eine Wabenstruktur ausbildet, vorhanden sind. Andererseits ist eine Co-Katalysatorkomponente in der Form einer Co-Katalysatorschicht aufgeladen, welche die gesamte Oberfläche der Grundkeramik mittels einer direkten Beschichtung auf der Grundkeramikoberfläche dünn bedeckt. Genauer gesagt sollte ein Keramikträger zur direkten Aufladung, der mit einer Hauptkatalysatorkomponente in der Form eines katalytischen Edelmetalls unter Verendung eines vorstehenden zu (1) ähnlichen Verfahrens beladen ist, in eine Lösung eingetaucht werden, in welcher eine Co-Katalysatorkomponente wie etwa CeO₂ oder CeO₂/ZrO₂ in einem Lösungsmittel wie etwa Wasser dispergiert sind, und der Träger sollte nach Entfernung des Trägers getrocknet und gebrannt werden. Der Aufbau des keramischen Trägers zur direkten Aufladung, die speziellen Beispiele der Hauptkatalysatorkomponenten und Co-Katalysatorkomponenten und andere Gegenstände entsprechen denen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Gemäß dieser Form der Beladung kann die Menge an Hauptkatalysatorkomponente, die aufgeladen ist, über die der vorstehend ersten Ausführungsform gesteigert werden, da die chemische Bindung an die Substitutionselemente, die in die Grundkeramik eingeführt sind, nur für das als die Hauptkatalysatorkomponente dienende katalalytische Edelmetall gilt. Wenn die aufgeladene Menge an Hauptkatalysatorkomponente gesteigert ist, wird normalerweise das Intervall zwischen den Katalysatoren kleiner, was zu einem größeren Risiko der Verschlechterung aufgrund von Aggregation führt. In der vorliegenden Erfindung gibt es jedoch wenig Verschlechterungen, da die Bindungsstärke zwischen jedem Katalysatorteilchen und der Grundkeramik groß ist. Zusätzlich kann die Beladungsmenge an Co-Katalysatorkomponente als ein Ergebnis der Aufladung einer Co-Katalysatorkomponente auf die Oberfläche der Grundkeramik in der Form einer Co-Katalysatorschicht leicht eingestellt werden, wodurch die Steuerung der Menge an gespeicherten Sauerstoff usw. erleichtert wird.
Weiterhin steigen die Wärmekapazität und der Druckverlust des keramischen Katalysatorkörpers verglichen mit dem Aufbau der vorstehenden ersten Ausführungsform als ein Ergebnis der Ausbildung der Co-Katalysatorschicht leicht an. Um einen Anstieg in der Wärmekapazität und dem Druckverlust zu hemmen, sollte die Co-Katalysatorschicht so dünn wie möglich sein und sollte normalerweise mit 100 µm oder weniger ausgebildet sein. Wenn die Dicke der Co-Katalysatorschicht geringer als 0,5 µm ist, wird es jedoch zusätzlich schwierig, die Co- Katalysatorschicht auszubilden und die Wirkung des Co- Katalysator sinkt, wohingegen, wenn die Dicke der Co- Katalysatorschicht 95 µm überschreitet, die Reinigungsleistung leicht sinken kann, und somit die Dicke bevorzugt 0,9 bis 95 µm und weiter bevorzugt 20 bis 80 µm sein sollte. Die aufgeladene Menge der Co-Katalysatorkomponente sollte normalerweise in dem Bereich von 20 bis 150 g/l und bevorzugt von 40 bis 90 g/l liegen. Da jedoch die optimalen Werte gemäß dem Typ und den erforderlichen Eigenschaften der Co-Katalysatorkomponente variieren sind die vorstehenden Bereiche nicht immer gültig. Als Folge kann die Co-Katalysatorfunktion bewirkt werden, während die Anstiege der Wärmekapazität und des Druckverlusts minimiert werden (auf 1/6 oder weniger von dem eines herkömmlichen 3-Wege-Katalysators). Da zusätzlich das katalytische Edelmetall und die Co-Katalysatorkomponente zueinander eng benachbart sind, kann die Katalysatorleistung effektiv gezeigt werden.
Fig. 5 ist ein keramischer Katalysatorkörper der vorstehenden Beladungsform (3) einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 hat ein keramischer Träger zur direkten Aufladung zum Beispiel Substitutionselemente in der Form W und Co, die in das als zur Grundkeramik dienende Cordierit eingeführt sind, und eine Hauptkatalysatorkomponente in der Form eines katalytischen Edelmetalls ist chemisch zu diesen Elementen gebunden, die in einer großen Anzahl an Zellwandoberflächen, die eine Wabenstruktur ausbilden, vorhanden sind. Andererseits ist eine Co-Katalysatorkomponente auf der Oberfläche des keramischen Trägers zur direkten Aufladung zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial aufgeschichtet, und ist in der Form einer Co- Katalysatorschicht, die die gesamte Oberfläche der Grundkeramik dünn bedeckt, aufgeladen.
Die dazwischenliegende Grundschicht ist zwischen dem keramischen Träger zur direkten Aufladung und der Co- Katalysatorkomponente angeordnet und hält die Co- Katalysatorkomponente. Ein oder mehrere Keramiktypen mit einer größeren spezifischen Oberfläche als die Grundkeramik werden bevorzugt für diese dazwischenliegende Grundschicht eingesetzt und diese sind aus Aluminiumoxid (γ-, θ- oder α-Al₂O₃), Systemen aus SiO₂.Al₂O₃, Systemen aus SiO₂.MgO, Zeolithsystemen (X-, Y-, A- oder ZSM-5-Typ), Aktivkohle, SiO₂, MgO, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃.ZrO₂, Al₂O₃.TiO₂, TiO₂.ZrO₂, SO₄/ZrO₂, SO₄/ZrO₂.TiO₂, SO₄/ZrO₂.Al₂O₃, 6 Al₂O₃.BaO, 11 Al₂O₃.La₂O₃, Silikalit und Mordenit ausgewählt. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der dazwischenliegenden Grundschicht sollte 200 µm oder geringer sein und bevorzugt 50 µm oder geringer.
Die Beladung mit den Katalysatorkomponenten sollte durch Aufladen der Hauptkatalysatorkomponente in der Form eines katalytischen Edelmetalls auf dem keramischen Träger zur direkten Aufladung gemäß dem gleichen Verfahren wie vorstehend unter (1) beschrieben, gefolgt durch Eintauchen des Trägers in eine Lösung, welche eine Co-Katalysatorkomponente wie etwa CeO₂ oder CeO₂/ZrO₂ und ein dazwischenliegendes Grundmaterial in einem Lösungsmittel wie etwa Wasser dispergiert enthält, und dann durch Entfernen des Trägers, Trocknen und Brennen durchgeführt wird. Alternativ dazu können die Katalysatorkomponenten ebenso durch ein Verfahren aufgeladen werden, in welchem eine extrem dünne Schicht des dazwischenliegenden Grundmaterials aufgeschichtet wird, gefolgt von einer Beschichtung mit der Co-Katalysatorkomponente.
In beiden Fällen wird die Co-Katalysatorschicht normalerweise mit 100 µm oder geringer ausgebildet, um den Anstieg in der Wärmekapazität und den Druckverlust zu hemmen. Obwohl ferner gilt, dass je dünner die Co-Katalysatorschicht ist, desto niedriger die Wärmekapazität und der Druckverlust sind, wird es, wenn die Dicke der Co-Katalysatorschicht geringer als 0,5 µm ist, schwierig, die Co-Katalysatorschicht auszubilden, und die Wirkung des Co-Katalysators sinkt. Wenn die Dicke der Co- Katalysatorschicht 95 µm überschreitet, kann ferner die Katalysatorleistung leicht sinken. Somit sollte die Dicke der Co-Katalysatorschicht bevorzugt bei 0,5 bis 95 µm und weiter bevorzugt bei 20 bis 80 µm liegen. Obwohl ferner die Beladungsmenge an der Co-Katalysatorkomponente normalerweise 10 g/l oder höher sein sollte, liegt sie bevorzugt innerhalb des Bereichs von 20 bis 150 g/l und weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 40 bis 90 g/l. Da die optimalen Werte gemäß dem Typ und der erforderlichen Eigenschaften der Co- Katalysatorkomponente variieren, sind die vorstehenden Bereiche nicht immer gültig. Die Menge des eingesetzten dazwischenliegenden Grundmaterials ist die Menge, welche die Anstiege in der Wärmekapazität und im Druckverlust hemmen kann, während die Co-Katalysatorkomponente zurückgehalten wird, und sie liegt bevorzugt bei ungefähr 10 bis 30 Gew.-% der Beladungsmenge der Co-Katalysatorkomponente.
Als Folge kann eine Katalysatorleistung durch Verleihen der Funktion eines Co-Katalysators effektiv gezeigt werden, während der Anstieg in der Wärmekapazität und dem Druckverlust minimiert wird (auf 1/3 oder von denen eines herkömmlichen Drei-Wege-Katalysators). Da ein dazwischenliegendes Grundmaterial eingesetzt wird, kann ferner die Beladungsmenge der Co-Katalysatorkomponente leicht gesteigert oder gesenkt werden, was zusammen zur Vereinfachung der Steuerung der gespeicherten Sauerstoffmenge usw. beiträgt, da die Co- Katalysatorkomponente auf einer dazwischenliegenden Grundmaterial mit einer großen spezifischen Oberfläche zurückgehalten wird, wobei es höchsteffektiv bei der Hemmung der Verschlechterung der Co-Katalysatorkomponente ist.
Das Folgende kennzeichnet ein Herstellungsverfahren eines keramischen Katalysatorkörpers mit dem in der vorstehend erwähnten Fig. 5 gezeigten Aufbau. In der Co-Katalysatorschicht wurde ein Mischoxid aus Cer und Zirkonium für die Co- Katalysatorkomponente eingesetzt, während γ-Aluminiumoxid für das dazwischenliegende Grundmaterial eingesetzt wurde. Die Co- Katalysatorkomponente wurde durch Lösen von Cerchlorid und Zirkoniumchlorid in 1 Liter Salpetersäure im Voraus und dann durch Neutralisieren und Kopräzipitieren der Lösung mittels Zugabe eines wässrigen Ammoniumhydroxids hergestellt, um ein Cer-Zirkonium-Mischoxid derart zu erhalten, dass die Gewichtsverhältnisse von Ceroxid und Zirkoniumoxid 10 Gew.-% bzw. 90 Gew.-% waren.
Eine Hauptkatalysatorkomponente in Form eines katalytischen Edelmetalls wurde zuerst auf einem keramischen Träger für eine direkte Beladung aufgeladen, der unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie der vorstehende keramische Katalysatorkörper mit dem Aufbau aus Fig. 1 erzeugt wurde. Unter Anwendung von 1 l einer wässrigen Lösung, die als katalytische Edelmetalle 0,075 mol/l Platinnitrattetraamin und 0,02 mol/l Rhodiumacetat enthielt, wurde ein keramischer Träger zur direkten Aufladung unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens eingetaucht, danach vorgetrocknet und dann endgültig getrocknet, und eine Metallsinterung wurde durchgeführt. Die Beladungsmenge der katalytischen Edelmetalle nach dem Sintern betrug Pt/Ra = 7/l und die Beladungsmenge betrug 1,2 g/l.
Als nächstes wurden 300 g eines Pulvers der in der vorstehenden Art und Weise hergestellten Co-Katalysatorkomponente (Cer- Zirkonium-Mischoxid), 3 g γ-Aluminiumoxid (1 Gew.-% der Co- Katalysatorkomponente) und 900 g reines Wasser in ein Becherglas gegeben und mit einem Glasstab gerührt. Die Rührzeit kann durch Platzieren des Becherglases in einer Ultraschallreinigungsvorrichtung während des Rührens verkürzt werden. Nachdem die Mischung gleichförmig geworden war, wurde ein keramischer Träger zur direkten Aufladung, der mit einem katalytischen Edelmetall beladen war, in die Flüssigkeit eingetaucht und im Becherglas belassen, während die Ultraschallreinigungsvorrichtung noch betrieben wurde. Nachdem 5 Minuten vorbei waren, wurde der Träger entfernt und wurde mit einem Luftdruck von 0,2 MPa zur Entfernung von Verklumpung mit Luft abgeblasen. Anschließend wurde der Träger über 10 Minuten mittels eines Mikrowellentrockners vorgetrocknet, gefolgt von einer endgültigen Trocknung über zwei Stunden bei 110°C. Nach Beendigung der Trocknung wurde der Träger über eine Stunde bei 900°C zum Zwecke des Sinterns gehalten, um die Beladung mit der Katalysatorkomponente zu vervollständigen. Die Beladungsmenge an Co-Katalysatorkomponente betrug 40 g/l.
Gemäß dem vorstehenden Verfahren wird ein keramischer Katalysatorkörper erhalten, der mit den erforderlichen Mengen an Hauptkatalysatorkomponente und Co-Katalysatorkomponente beladen ist. Insbesondere durch Verwendung einer Technik, in welcher eine Co-Katalysatorkomponente direkt auf einem Träger zur Ausbildung einer Co-Katalysatorschicht auf seiner Oberfläche aufgeladen wurde, wurde bestätigt, dass die Beladungsmengen der Hauptkatalysatorkomponente und der Co- Katalysatorkomponente gesteigert werden können.
Die Fig. 6 ist ein Graph, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Co-Katalysatorschicht und der T50- Reinigungstemperatur zeigt. Ein dazwischenliegendes Grundmaterial in der Form von γ-Aluminiumoxid wurde auf der Oberfläche einer Grundkeramik aufgeschichtet, die mit einer Gesamtheit von 1,2 g/l der Hauptkatalysatorkomponenten in der Form von Pt und Rh (für 5 Stunden bei 800°C gebrannt), gefolgt von einer Aufladung einer Co-Katalysatorkomponente in der Form von CeO₂ unter Verwendung des gleichen wie vorstehend beschriebenen Verfahrens beschichtet wurde, um einen keramischen Katalysatorkörper zu erhalten. Die Temperatur, bei welcher die Reinigungsrate 50% wird (T50-Reinigungstemperatur) wurde nach Einführung eines Modellgases, das Kohlenwasserstoffe (HC) enthält, in verschiedenen Proben, in welchen die Dicke der Co-Katalysatorschicht variiert wurde, gemessen. Wie aus dem Graph ersichtlich ist, ist die Reinigungsleistung stark verbessert, wenn die Dicke der Co-Katalysatorschicht größer als 0 µm oder kleiner als 100 µm war, wobei die T50- Reinigungstemperatur 350°C oder kleiner ist, falls die Dicke 0,5 bis 95 µm war. Zusätzlich gilt, dass falls die Dicke 20 bis 80 µm betrug, die T50-Reinigungstemperatur unter 350°C lag, wodurch die hohe Leistung, die erhalten wird, bestätigt wurde.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen ein Beispiel eines keramischen Katalysatorkörpers mit der in der vorstehenden Fig. 4 gezeigten Aufladungsform gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7(a) hat ein keramischer Träger für eine direkte Aufladung den gleichen Aufbau wie jeder der vorstehenden Ausführungsformen und wenigstens ein Bereich der Hauptkatalysatorkomponente und einer Co-Katalysatorkomponente werden direkt auf den Substitutionselementen aufgeladen, die in einer großen Anzahl auf ihrer Oberfläche vorhanden sind. Eine dazwischenliegende Grundmaterialschicht wie etwa γ- Aluminiumoxid wird oben auf diese dünn aufgeschichtet, und die verbleibende Hauptkatalysatorkomponente und Co- Katalysatorkomponente werden auf dieser dazwischenliegenden Grundmaterialschicht zur Ausbildung einer Katalysatorschicht aufgeladen.
Wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, werden die Katalysatorkomponenten, die leicht mit der Grundkeramik verbunden sind, und die sich nicht verschlechtern, und zwar selbst in Abwesenheit eines dazwischenliegenden Grundmaterials, bevorzugt auf den keramischen Träger zur direkten Aufladung aufgeladen. Zum Beispiel dienen die gesamten Edelmetalle wie etwa Pt, Rh und Pd als die Hauptkatalysatorkomponenten und ein Element wie etwa La, das die Wärmebeständigkeit der dazwischenliegenden Grundschicht als ein Teil der Co- Katalysatorkomponente verbessert, werden aufgeladen. Die Aufladung dieser Katalysatorkomponenten wird auf die gleiche Weise wie in den vorstehenden Ausführungsformen durchgeführt, und nach Eintauchen des Trägers in eine Katalysatorlösung, welche die katalytischen Edelmetalle wie etwa Pt, Rh und Pd sowie La enthält, wird der Träger getrocknet und danach bei einer Temperatur von 100°C bis weniger als 1000°C gebrannt.
Dieser wird dann in eine Aufschlämmung eines dazwischenliegenden Grundmaterials wie etwa γ-Aluminiumoxid zur Ausbildung einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht auf der Zellwandoberfläche plaziert, gefolgt vom Brennen bei einer Temperatur von 100°C bis weniger als 1000°C und Aufladen der anderen Katalysatorkomponenten.
In diesem Fall ist die Dicke der Katalysatorschicht, welche die auf der dazwischenliegenden Grundmaterialschicht aufzuladenden Katalysatorkomponenten enthält, ebenso 100 µm oder weniger, bevorzugt 0,5 bis 95 µm und weiter bevorzugt 20 bis 80 µm. Beispiele der Katalysatorkomponenten, die auf dem dazwischenliegenden Grundmaterial aufgeladen werden, schließen solche mit ein, welche die Retention verstärken oder solche, welche den Anstieg oder das Sinken der Beladungsmengen als ein Ergebnis der Aufladung von beispielsweise einer Sauerstoffspeicherkomponente wie etwa CeO₂ oder CeO₂/ZrO₂ usw. auf der dazwischenliegenden Grundmaterialschicht erleichtert. Hier wird eine restliche Co-Katalysatorkomponente wie etwa CeO₂ aufgeladen. Diese Katalysatorkomponenten können ebenso durch ein ähnliches Verfahren aufgeladen werden, in welchem ein Träger in eine Katalysatorlösung eingetaucht wird, gefolgt vom Brennen bei einer Temperatur von 100°C bis weniger als 1000°C. Alternativ dazu kann eine Katalysatorschicht ebenso durch Beschichten eines dazwischenliegenden Grundmaterials, das mit einer Co-Katalysatorkomponente im Voraus beladen wurde, ausgebildet werden.
Gemäß dieses Aufladungsverfahrens ist es höchst effektiv bei der Hemmung der Verschlechterung einer jeden Katalysatorkomponente, da das optimale Beladungsverfahren gemäß den eingesetzten Katalysatorkomponenten ausgebildet werden kann. Obwohl ferner ein Element wie etwa La direkt zu einer Beschichtungsschicht wie etwa γ-Aluminiumoxid in zum Beispiel einen Trägeraufbau gemäß zum Stand der Technik hinzugefügt ist, ist es in der vorliegenden Ausführungsform nicht länger notwendig, es gleichförmig in das γ-Aluminiumoxid usw., das als die dazwischenliegende Grundmaterialschicht dient, zuzumischen, da ein Element wie etwa La als erstes auf einen keramischen Träger zur direkten Aufladung fixiert ist, wodurch eine Reduzierung der Kosten ermöglicht wird. Ein Element wie etwa La wird durch die Anwendung von Wärme ohne Vermischen im Voraus dispergiert und äquivalente Wärmebeständigkeitseffekte werden erhalten. Beispiele von anderen Elementen als La, die äquivalente Effekte besitzen, schließen Ba, Ce, Zr und Si mit ein und ein Oxid oder Mischoxid, welches diese Elemente enthält, kann eingesetzt werden. Da die Menge der Katalysatorkomponenten, die auf der dazwischenliegenden Grundmaterialschicht aufgeladen werden, geringer als der Aufbau gemäß dem Stand der Technik ist, kann zusätzlich die dazwischenliegende Grundmaterialschicht, nämlich die Katalysatorschicht, dünner gemacht werden. Demgemäß kann sowohl eine Absenkung der Wärmekapazität als auch des Druckverlusts sowie Verbesserungen der Katalysatorleistung und der Beständigkeit realisiert werden.
Die Effekte von La in dem keramischen Katalysatorkörper mit der in den Fig. 7(a) und 7(b) gezeigten Aufbau, wie vorstehend beschrieben, wurden auf die nachstehend beschriebene Art und Weise bestätigt. Ein keramischer Träger zur direkten Aufladung, der auf die gleiche Art und Weise wie die vorstehende Ausführungsform erzeugt wurde, wurde in eine Lösung aus La und den Hauptkatalysatorkomponenten, bestehend aus Pt, Rh und Pd, eingetaucht, gefolgt von einem Brennen des Katalysators bei 600°C. Dieser wurde dann in eine Aufschlämmung von γ-Aluminiumoxid eingetaucht und bei 600°C zur Ausbildung einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht gebrannt. Die Auswertung wurde durch Messen der spezifischen Oberfläche mittels BET-Absorption und Stickstoffadsorption bei zwei Proben durchgeführt, welche unmittelbar nach dem Brennen des Aluminiumoxids und nach dem Altern bei 1000°C über 24 Stunden nach dem Brennen erhalten wurden. Zum Vergleich wurde zusätzlich eine Probe mittels des gleichen Verfahrens hergestellt, mit Ausnahme, dass kein La aufgeladen wurde, und die spezifische Oberfläche dieser Probe wurde ebenso gemessen. Die Beladungsmenge des γ-Aluminiumoxids betrug 30 g/l und die Beladungsmenge an La betrug 2,5 g/l.
Als ein Ergebnis wurde, wie nachstehend gezeigt, ein Sinken der spezifischen Oberfläche des Aluminiumoxids der obersten Schicht bestätigt, was durch die Aufladung von La auf der Grundkeramik direkt gehemmt werden konnte.
Die Fig. 8(a) zeigt ein weiteres Beispiel eines keramischen Katalysatorkörpers der vorstehenden Beladungsform (4) gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 8(a) und 8(b) hatte der keramische Träger zur direkten Aufladung den gleichen Aufbau wie jeder der vorstehenden Ausführungsform. In einer vierten Ausführungsform der vorstehenden Fig. 7(a) ist, obwohl ein Aufbau verwendet wurde, in welchem die gesamte Hauptkatalysatorkomponente direkt auf den Substitutionselementen, die in einer großen Anzahl auf der Oberfläche eines keramischen Trägers zur direkten Aufladung vorhanden waren, verwendet wurde, in der vorliegenden Ausführungsform nur ein Teil der Hauptkatalysatorkomponente in der Form des katalytischen Edelmetalls direkt auf einem keramischen Träger zur direkten Aufladung aufgeladen, während das restliche katalytische Edelmetall und die Co- Katalysatorkomponente zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial zur Ausbildung einer Katalysatorschicht aufgeschichtet sind.
In Fig. 8(a) sind ein oder mehrere Typen von katalytischen Edelmetallen wie etwa Pt, Rh, und Pd, die es die Hauptkatalysatorkomponente dienen, und z. B. Pt, auf einen keramischen Träger zur direkten Aufladung aufgeladen. Die Aufladung von Pt wird auf die gleiche Weise wie in den vorstehenden Ausführungsformen unter Verwendung eines Verfahrens durchgeführt, in welchem nach dem Eintauchen des keramischen Trägers in eine katalytische Lösung, die Pt enthält, der keramische Träger getrocknet und dann bei einer Temperatur von 100°C bis weniger als 1000°C gebrannt wird. Als nächstes wird der Träger in eine Lösung eingetaucht, in welcher eine Co-Katalysatorkomponente und ein dazwischenliegendes Grundmaterial in einem Lösungsmittel wie etwa Wasser dispergiert sind, gefolgt von einem Trocknen und Backen bei einer Temperatur von 100°C bis weniger als 1000°C, um eine Schicht auszubilden, die die Co-Katalysatorkomponente und das dazwischenliegende Grundmaterial enthält.
Sauerstoffspeicherkomponenten wie etwa CeO₂ oder CeO₂/ZrO₂ werden für die Co-Katalysatorkomponente verwendet, während γ- Aluminiumoxid usw. für das dazwischenliegende Grundmaterial eingesetzt wird. Dies wird dann in einer Aufschlämmung des dazwischenliegenden Grundmaterials plaziert, um eine Schicht auszubilden, die eine Co-Katalysatorkomponente und ein dazwischenliegendes Grundmaterial auf der Zellwandoberfläche auszubilden, gefolgt von einer Aufladung eines oder mehrerer Typen von katalytischen Edelmetall wie etwa Rh zur Ausbildung einer katalytischen Schicht. Die Aufladung von Rh kann ebenso mittels eines Verfahrens durchgeführt werden, dass zu dem Eintauchen in eine Katalysatorlösung, die Rh enthält, ähnlich ist. Alternativ dazu kann die Aufladung ebenso durch gleichzeitiges hinzufügen von Rh während der Ausbildung einer Schicht, die eine Co-Katalysatorkomponente und ein dazwischenliegendes Grundmaterial enthält, durchgeführt werden. In diesem Fall sollte die Dicke der Katalysatorschicht, welche die Katalysatorkomponenten, die auf ein dazwischenliegendes Grundmaterial aufgeschichtet werden sollen, ebenso 100 µm oder weniger, bevorzugt 0,5 bis 95 µm und weiter bevorzugt 20 bis 80 µm betragen.
Obwohl die Bindungsstärke als ein Ergebnis der direkten Aufladung auf die Oberfläche eines keramischen Trägers zur direkten Aufladung gesteigert werden kann, da katalytische Edelmetalle wie etwa Pt, Rh und Pd in einem Aufbau, in welchem eine Co-Katalysatorkomponente darauf zusammen mit einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht beschichtet ist, sich leicht mit dem Grundmaterial verbinden, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, da das katalytische Edelmetall schwer auf der Oberfläche vorhanden ist beziehungsweise erscheint und mit einem Abstand von der Co-Katalysatorkomponente angeordnet ist, gibt es Fälle, in welchen die Eigenschaften der Co- Katalysatorkomponente nicht eingesetzt werden können. In solchen Fällen, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, kann der Abstand zwischen dem katalytischen Edelmetall und der Co-Katalysatorkomponente reduziert werden, zusammen mit einer Verbesserung der gewünschten Beladungsmenge und Bindungsstärke durch direktes Aufladen eines Teils des katalytischen Edelmetalls auf die Oberfläche des keramischen Trägers zur direkten Aufladung und durch Ausbildung einer Katalysatorschicht, in welcher das restliche katalytische Edelmetall auf einem dazwischenliegenden Grundmaterial zusammen mit der Co-Katalysatorkomponente aufgeschichtet ist. Demgemäß kann eine Verbesserung der Niedrigtemperaturaktivitätsleistung erwartet werden, da die Eigenschaften der Co- Katalysatorkomponente effektiv gezeigt werden und das katalytische Edelmetall leicht auf der Oberfläche erscheint.
Obwohl ferner zwei unterschiedliche Typen der katalytischen Edelmetalle in der vorliegenden Ausführungsform für das katalytische Edelmetall, das direkt auf der Oberfläche des keramischen Trägers zur direkten Aufladung aufgeladen war (Pt), und für das katalytische Edelmetall, das die Katalysatorschicht zusammen mit der Co-Katalysatorkomponente bildet (Rh), eingesetzt wurden, kann ebenso der gleiche Typ an katalytischen Edelmetallen eingesetzt werden. Zusätzlich können eines oder beide mehrere Typen an katalytischen Edelmetallen sein.
Die Effekte der keramischen Katalysatorkörper mit dem in der Fig. 8(a) gezeigten Aufbau wurden auf die nachstehend beschriebene Art und Weise bestätigt. Ein mittels dem gleichen Verfahren wie der vorstehende erste Ausführungsform hergestellter keramischer Träger für eine direkte Aufladung wurde in eine Lösung einer Hauptkatalysatorkomponente in der Form von Pt unter Verwendung des vorstehenden Verfahrens eingetaucht und dann wurde der Katalysator bei 600°C gebrannt. Als nächstes wurde ein fester Teil, bestehend aus einer 1 : 4- Mischung von γ-Aluminiumoxid, das Boehmit als Bindemittelmaterial mit einem Anteil von 6 Gew.-% enthielt, und eine Co-Katalysatorkomponente in der Form von CeO₂ erzeugt und 900 g reines Wasser wurden mit 45 g dieses festen Anteils zur Erzeugung einer Aufschlämmung vermischt. Ein mit Pt beladener keramischer Träger zur direkten Aufladung wurde in ein Becherglas, das die vorstehende Aufschlämmung enthielt, eingetaucht, gefolgt von einem Entgasen und einem Imprägnieren von 5 Minuten mit Hilfe von einer Ultraschallreinigungsvorrichtung. Der Träger wurde dann mit Luft abgeblasen und über 1 Stunde bei 900°C zur Ausbildung einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht, welche die Co- Katalysatorkomponente enthielt, gebrannt.
Außerdem wurde eine wässerige Lösung mit einer Rhodiumacetatkonzentration von 0,02 mol/l hergestellt, um die Hauptkatalysatorkomponente in der Form von Rh aufzuladen. Der vorstehende keramische Träger zur direkten Aufladung wurde in einem Becherglas, welches diese Lösung enthielt, eingetaucht und dann entgast, und über 1 Minute mit Hilfe einer Ultraschallreinigungsvorrichtung imprägniert. Durch anschließendes Trocknen über 1 Stunde bei 110°C und anschließendem Metallbrennen über 2 Stunden bei 300°C wurde Rh, das in der dazwischenliegenden, die Co- Katalysatorkomponente enthaltende Grundmaterialschicht, ungleichmäßig verteilt vorlag, auf den keramischen Träger aufgeladen. Die Beladungsmenge an Rh betrug 0,2 g/l.
Eine Alterung wurde mit der resultierenden Probe über 5 Stunden bei 1000°C, gefolgt von einer Auswertung basierend auf der Messung der Menge an gespeicherten Sauerstoff durchgeführt. Die Messung der gespeicherten Sauerstoffmenge wurde durch ein Prüfverfahren bei 550°C durchgeführt. Zusätzlich wurde zum Vergleich eine Probe mit dem Aufbau der Fig. 8(b) erzeugt, in welcher Pt und Rh direkt auf einem keramischen Träger zur direkten Aufladung aufgeladen waren, gefolgt von einer Beschichtung einer Sauerstoffspeicherkomponente zusammen mit einem dazwischenliegenden Grundmaterial, wonach die Menge an gespeicherten Sauerstoff dieser Vergleichsprobe gemessen wurde. Als ein Ergebnis ist die Sauerstoffspeicherkapazität nach der Alterung merklich verbessert, wie in den Fig. 9(a) und 9(b) gezeigt ist, bei dem Aufbau gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer Katalysatorschicht, in welcher eine Sauerstoffspeicherkomponente und Rh auf eine dazwischenliegenden Grundmaterial aufgeladen sind, im Vergleich zu dem Aufbau der Fig. 8(b) mit nur einer Sauerstoffkomponente.
Zusätzlich wurden die T50 Reinigungstemperaturen für jede der Proben sowohl gleich nach dem Brennen der Katalysatorkomponenten als auch nach einer Alterung über 5 Stunden bei 800°C gemessen. Wie aus den Fig. 9(a) und 9(b) ersichtlich ist, wurden als ein Ergebnis der Verwendung des Aufbaus gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die T50- Reinigungstemperaturen sowohl unmittelbar nach dem Brennen (Start) als auch nach dem Altern niedriger und als ein Ergebnis des auf die Oberfläche aufgeladenen Rh wurde bestätigt, dass die Niedrigtemperaturaktivitätsleistung merklich verbessert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen keramischen Katalysatorkörper mit einer niedrigen Wärmekapazität und einen niedrigen Druckverlust bereit, und kann verschiedene katalytische Wirkungen gemäß der Anwendung zeigen und besitzt eine hohe Katalysatorleistung und eine praktische Anwendbarkeit.
In der vorliegenden Erfindung sind eine Hauptkatalysatorkomponente wie etwa ein katalytisches Edelmetall und eine Co-Katalysatorkomponente wie etwa Ceroxid direkt auf einer Trägeroberfläche durch Substitution eines Teils der Kompositelemente einer Grundkeramik aufgeladen, und dies unter Anwendung eines keramischen Trägers, der die Substitutionselemente direkt binden kann. Als ein Ergebnis steigt die Bindungsstärke mit dem Träger durch ein Übergangsmetall, das in die feste Lösung in die Co- Katalysatorkomponente gegeben wurde, an, die Notwendigkeit einer Beschichtungsschicht wurde eliminiert und eine hohe Beständigkeit, niedrige Wärmekapazität und eine niedriger Druckverlust wurden erhalten.

Claims

1. Ein keramischer Katalysatorkörper, umfassend eine auf einem keramischen Träger aufgeladene Hauptkatalysatorkomponente und Co-Katalysatorkomponente, wobei der keramische Träger ein keramischer Träger ist, der eine Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufladen kann, und wobei die Hauptkatalysatorkomponente und die Co-Katalysatorkomponente direkt auf dem keramischen Träger aufgeladen sind.

2. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 1, wobei die Co-Katalysatorkomponente eine Sauerstoffspeicherkomponente enthält.

3. Der keramische Katalysatorkörper gemäß entweder Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Co-Katalysatorkomponente ein Übergangsmetallelement enthält.

4. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 3, wobei das Übergangsmetallelement in feste Lösung gegeben wurde oder mit einer Sauerstoffspeicherkomponente substituiert ist.

5. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 3, wobei das Übergangselement in fester Lösung zugegeben wurde oder mit einer Sauerstoffspeicherkomponente substituiert ist, und wobei die Co-Katalysatorkomponente direkt über eine Bindung über das Übergangsmetallelement mit der Grundkeramik des keramischen Trägers direkt aufgeladen ist.

6. Ein keramischer Katalysatorkörper, umfassend eine auf einem keramischen Träger aufgeladene Hauptkatalysatorkomponente und eine aufgeladene Co-Katalysatorkomponente, wobei der keramische Träger ein keramischer Träger ist, der eine Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufladen kann, und wobei zusammen mit der direkt auf dem keramischen Träger aufgeladenen Hauptkatalysatorkomponente eine Co-Katalysatorschicht, enthaltend die Co-Katalysatorkomponente, auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

7. Ein keramischer Katalysatorkörper, umfassend eine auf einem keramischen Träger aufgeladene Hauptkatalysatorkomponente und eine aufgeladene Co-Katalysatorkomponente, wobei der keramische Träger ein keramischer Träger ist, bei dem eine Katalysatorkomponente auf die Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufgeladen werden kann, und wobei die direkt auf den keramischen Träger aufgeladene Hauptkatalysatorkomponente zusammen mit einer Co-Katalysatorschicht, bestehend aus dem direkten Aufschichten der Co-Katalysatorkomponente, auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

8. Ein keramischer Katalysatorkörper, umfassend eine auf einem keramischen Träger aufgeladene Hauptkatalysatorkomponente und eine aufgeladene Co-Katalysatorkomponente, wobei der keramische Träger ein keramischer Träger ist, der eine Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufladen kann, und wobei zusammen mit der direkt auf dem keramischen Träger aufgeladenen Hauptkatalysatorkomponente eine Co-Katalysatorschicht, umfassend eine Beschichtung der Co- Katalysatorkomponente zusammen mit einer dazwischenliegenden Grundmaterial, auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

9. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 8, wobei die Katalysatorschicht durch Beschichten der Co- Katalysatorkomponente auf einer der zwischenliegenden Grundmaterialschicht, ausgebildet auf der Oberfläche des keramischen Trägers, oder durch Beschichten eines zuvor aufgeladenen dazwischenliegenden Grundmaterials mit der Co- Katalysatorkomponente auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

10. Ein keramischer Katalysatorkörper, umfassend das Aufschichten einer Hauptkatalysatorkomponente und einer Co- Katalysatorkomponente auf einem keramischen Träger; wobei der keramische Träger ein keramischer Träger ist, der eine Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Grundkeramik direkt aufladen kann, und wobei zusammen mit wenigstens einem Teil der Hauptkatalysatorkomponente und der Co- Katalysatorkomponente, die direkt auf dem keramischen Träger aufgeladen sind, eine Katalysatorschicht, die den Rest der Hauptkatalysatorkomponente und die Co-Katalysatorkomponente enthält, auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

11. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 10, wobei die Katalysatorschicht durch Beschichten der Hauptkatalysatorkomponente oder der Co-Katalysatorkomponente auf einer dazwischenliegenden Grundmaterialschicht, ausgebildet auf der Oberfläche des keramischen Träger, oder durch Beschichten eines im Voraus auf dem Hauptkatalysatorträger oder dem Co-Katalysatorträger aufgeladenen dazwischenliegenden Grundmaterials auf der Oberfläche des keramischen Trägers ausgebildet ist.

12. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 10, wobei zusammen mit dem Einsatz von einen oder mehreren Typen des katalytischen Metalls für die Hauptkatalysatorkomponente und durch direktes Aufladen eines Teils davon auf den keramischen Träger, der Rest des katalytischen Metalls in der Katalysatorschicht enthalten ist.

13. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 8, wobei das dazwischenliegende Grundmaterial eine spezifische Oberfläche von größer als die der Grundkeramik oder der keramischen Schicht besitzt.

14. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 13, wobei das dazwischenliegende Grundmaterial eines oder mehrere der Materialien ist, ausgewählt aus Al₃O₃, SiO₂, MgO, TiO₂, ZrO₂, Zeolith, Silikalit und Mordenit.

15. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 1, 6, 7, 8 oder 10, wobei die Co-Katalysatorkomponente eine Sauerstoffspeicherkomponente enthält, umfassend ein Oxid, das wenigstens eine oder mehrere Elemente ausgewählt aus Lanthanidelementen sowie Y, Zr und Hf enthält.

16. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 7, 8 oder 10, wobei die Dicke der Co-Katalysatorschicht oder der Katalysatorschicht 100 µm oder geringer ist.

17. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 16, wobei die Dicke der Co-Katalysatorschicht oder der Katalysatorschicht 0,5 bis 95 µm ist.

18. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 1, 6, 7, 8 oder 10, wobei wenigstens ein oder mehrere Elemente, die die Grundkeramik aufbauen, mit einem anderen Element als einem aufbauenden Element substituiert ist, und wobei der keramische Träger die Katalysatorkomponente oder die Co- Katalysatorkomponente für das Substitutionselement direkt aufladen kann.

19. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 18, wobei die Katalysatorkomponente oder die Co-Katalysatorkomponente auf dem Substitutionselement durch chemische Bindung aufgeladen ist.

20. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei das Substitutionselement wenigstens ein oder mehrere Elemente mit einem d-Orbital oder f-Orbital in seinen Elektronenorbitalen ist.

21. Der keramische Katalysatorkörper gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Grundkeramik Cordierit als ihre Hauptkomponente besitzt.

22. Der keramische Katalysatorkörper gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der keramische Träger eine große Anzahl an feinen Poren besitzt, die einen Katalysator auf der Oberfläche der Grundkeramik direkt aufladen können, und die Katalysatorkomponente oder die Co-Katalysatorkomponente über diese feinen Poren direkt aufladen können.

23. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 22, wobei die feinen Poren aus wenigstens einem Typ aufgebaut sind, ausgewählt aus Defekten im keramischen Kristallgitter, feinen Sprüngen in der keramischen Oberfläche und Fehlstellen von die Keramik aufbauenden Elementen.

24. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 23, wobei die Breite der feinen Sprünge 100 µm oder weniger ist.

25. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 23, wobei die feinen Poren einen Durchmesser oder eine Breite vom 1000 fachen oder weniger des Durchmessers der Katalysatorionen, die aufgeladen werden, haben und die Anzahl der feinen Poren 1 × 10¹¹/l oder höher ist.

26. Der keramische Katalysatorkörper gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Grundkeramik Cordierit als ihre Hauptkomponente besitzt und die feinen Poren aus Defekten aufgebaut sind, ausgebildet durch Substitution eines Teils der aufbauenden Elemente des Cordierits mit Metallelementen mit einer unterschiedlichen Valenzzahl.

27. Der keramische Katalysatorkörper gemäß Anspruch 26, wobei die Defekte aus wenigstens einem Typ aufgebaut sind, ausgewählt aus Sauerstoffdefekten oder Gitterdefekten, und 4 × 10^-6% an Cordierit-Kristallen enthält, die einen oder mehrere dieser Defekte in der Kristallgittereinheit des Cordierits aufweisen.