DE112021002332T5

DE112021002332T5 - Zusammensetzung zur bildung einer grundierungsschicht, eine grundierungsschicht sowie ein abgasreinigungskatalysator und eine abgasreinigungsvorrichtung einschliesslich grundierungsschicht

Info

Publication number: DE112021002332T5
Application number: DE112021002332.2T
Authority: DE
Inventors: Hiromu Watanabe; Masato Matsuzawa
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2021251360A1; CN115916398A; US20230211317A1; JPWO2021251360A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht, die in der Lage ist, eine Grundierungsschicht zu bilden, die sich nicht so leicht von dem Substrat abschält, eine Grundierungsschicht, die durch die Zusammensetzung gebildet wird, sowie einen Abgasreinigungskatalysator und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die jeweils die Grundierungsschicht einschließen, bereitzustellen, und um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht bereit, wobei die Zusammensetzung Zinnoxidmikropartikel und Zinnoxidnanopartikel enthält, wobei ein Gehalt der Zinnoxidnanopartikel 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger in Bezug auf einen Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel beträgt, eine durch die Zusammensetzung gebildete Grundierungsschicht, sowie einen Abgasreinigungskatalysator und eine Abgasreinigungseinrichtung, die jeweils die Grundierungsschicht einschließen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht, eine Grundierungsschicht, die durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gebildet wird, sowie einen Abgasreinigungskatalysator und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die jeweils die Grundierungsschicht einschließen.
Stand der Technik
Abgas, das von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, einem Motorrad, einem Kessel, einem Heizofen, einem Gasmotor, einer Gasturbine oder dergleichen emittiert wird, enthält schädliche Komponenten wie Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx). Als ein Abgasreinigungskatalysator, der diese schädlichen Komponenten reinigt und entgiftet, wurde ein Dreiwegekatalysator mit einer katalytischen Aktivität, um HC und CO zu oxidieren und sie in Wasser und Kohlendioxid umzuwandeln, sowie um NOx zu reduzieren und es in Stickstoff umzuwandeln, verwendet.
Es gibt Fälle, in denen Dreiwegekatalysatoren nicht effektiv auf Methan in Abgasen wirken. Daher wurden Methanoxidationskatalysatoren entwickelt. Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 einen Methanoxidationskatalysator, bei dem Platin und Iridium auf Zinnoxid gelagert sind. Der in Patentdokument 1 offenbarte Methanoxidationskatalysator ist in der Lage, Methan durch Oxidation in einem niedrigen Temperaturbereich (500 °C oder niedriger, insbesondere von 350 bis 450 °C) effektiv zu entfernen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2006-272079 A
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Ein Abgasreinigungskatalysator schließt ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete Katalysatorschicht ein. In Fällen, in denen das Substrat eine Wabenstruktur aufweist, die aus einer Vielzahl von Zellen besteht, weisen die Abschnitte der Katalysatorschicht, die an den Ecken der Zellen gebildet sind (Ecken der Zellen, wenn das Substrat in einer Draufsicht von der axialen Richtung des Substrats gesehen wird) eine geringe Kontakteffizienz mit einem Abgas auf und können keine ausreichende katalytische Leistung aufweisen. Um das vorstehend beschriebene Problem zu verhindern, ist es möglich, eine Grundierungsschicht auf dem Substrat auszubilden und die Katalysatorschicht auf der Grundierungsschicht auszubilden.
Abhängig von der Zusammensetzung der Grundierungsschicht gibt es jedoch Fälle, in denen die Grundierungsschicht leicht vom Substrat abziehbar ist.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Grundierungsschicht zu bilden, die sich nicht so leicht von dem Substrat abschält, eine Grundierungsschicht, die durch die Zusammensetzung gebildet wird, um eine Grundierungsschicht auszubilden, sowie einen Abgasreinigungskatalysator und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die jeweils die Grundierungsschicht einschließen.
Lösung des Problems
Zur Lösung der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Erfindungen bereit.

[1] Eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht, wobei die Zusammensetzung Zinnoxidmikropartikel und Zinnoxidnanopartikel enthält, wobei ein Gehalt der Zinnoxidnanopartikel 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger in Bezug auf einen Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel beträgt.
[2] Eine Basisschicht, die durch die Zusammensetzung gebildet wird, um eine Grundierungsschicht gemäß [1] zu bilden.
[3] Einen Abgasreinigungskatalysator, einschließlich:
- einem Substrat;
- die Grundierungsschicht gemäß [2], ausgebildet auf dem Substrat; und
- eine Katalysatorschicht, die auf der Grundierungsschicht ausgebildet ist.
[4] Eine Abgasreinigungsvorrichtung einschließlich des Abgasreinigungskatalysators gemäß [3].

Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht bereit, die in der Lage ist, eine Grundierungsschicht zu bilden, die sich nicht so leicht von dem Substrat abschält, eine Grundierungsschicht, die durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gebildet wird, sowie einen Abgasreinigungskatalysator und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die jeweils die Grundierungsschicht einschließen.
Figurenliste

1 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung entlang der Linie A-A.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich beschrieben.
« Zusammensetzung zur Bildung der Grundierungsschicht »
Die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Zinnoxidmikropartikel und Zinnoxidnanopartikel.
Die Zinnoxidmikropartikel sind eine Matrixkomponente und die Zinnoxidnanopartikel sind eine Bindemittelkomponente. Das heißt, wenn die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um eine Grundierungsschicht auf einem Substrat auszubilden, bilden die Zinnoxidmikropartikel das Grundmaterial der Grundierungsschicht, und die Zinnoxidnanopartikel binden das Substrat mit Zinnoxidmikropartikeln sowie ermöglicht es, dass die Zinnoxidmikropartikel miteinander binden.
Die Zinnoxidpartikel enthalten Zinnoxid. Beispiele für das Zinnoxid schließen Zinn-(II) Oxid (SnO), Zinn- (III) Oxid (Sn₂O₃), Zinn- (IV) Oxid (SnO₂) und Zinn- (VI) Oxid (SnO₃) ein. Unter diesen, wird Zinnoxid (IV) (SnO₂) bevorzugt. Die Zinnoxidpartikel können eine Art Zinnoxid oder zwei oder mehr Arten von Zinnoxiden enthalten.
Der Gehalt an Zinnoxid in den Zinnoxidpartikeln beträgt üblicherweise 75 Masse-% oder mehr, vorzugsweise 80 Masse-% oder mehr und bevorzugter 90 Masse-% oder mehr, bezogen auf die Masse der Zinnoxidpartikel. In Fällen, in denen die Zinnoxidpartikel eine Art von Zinnoxid enthalten, bezieht sich der „Gehalt an Zinnoxid“ auf den Gehalt der einen Art von Zinnoxid, und in Fällen, in denen die Zinnoxidpartikel zwei oder mehr Arten von Zinnoxiden enthalten, bezieht sich der „Gehalt an Zinnoxid“ auf den Gesamtgehalt der zwei oder mehr Arten von Zinnoxiden. Obwohl der obere Grenzwert des Gehalts an Zinnoxid theoretisch 100 Masse-% beträgt, kann die Obergrenze tatsächlich weniger als 100 Masse-% (wie 99,5 Masse-% oder weniger) unter Berücksichtigung unvermeidbarer Verunreinigungen betragen. Unvermeidlich Verunreinigungen sind beispielsweise Spurenelemente, die während der Herstellung der Zinnoxidpartikel unweigerlich vermischt werden.
In Fällen, in denen die Zinnoxidpartikel Zinn- (IV) Oxid enthalten, beträgt der Gehalt an Zinn- (IV) Oxid in den Zinnoxidpartikeln vorzugsweise 75 Masse-% oder mehr, bevorzugter 80 Masse-% oder mehr und noch bevorzugter 90 Masse-% oder mehr, bezogen auf die Masse der Zinnoxidpartikel.
Die Mengen an Elementen, die in den Zinnoxidpartikeln enthalten sind, können unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens, wie induktiver gekoppelter Plasmaemissionsspektrophotometrie (ICP-AES), gemessen werden.
Die Zinnoxidpartikel liegen vorzugsweise in Form von Kugeln vor. Die Definition der Kugelform schließt die Formen von echten Kugeln, ovalen Kugeln und dergleichen ein.
Sowohl die Zinnoxidmikropartikel als auch die Zinnoxidnanopartikel bestehen aus einer Vielzahl von Zinnoxidpartikeln. Die oben beschriebene Beschreibung der Zinnoxidpartikel gilt sowohl für die Zinnoxidpartikel, die die Zinnoxidmikropartikel bilden, als auch für die Zinnoxidpartikel, die die Zinnoxidnanopartikel bilden.
Sowohl die Zinnoxidmikropartikel als auch die Zinnoxidnanopartikel können aus einer Vielzahl von Zinnoxidpartikeln bestehen, die dieselbe Zusammensetzung aufweisen, oder kann aus einer Vielzahl von Zinnoxidpartikeln bestehen, die unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
Die Zinnoxidmikropartikel weisen einen mittleren Durchmesser D₅₀ einer Mikrometergröße auf, und die Zinnoxidnanopartikel weisen einen mittleren Durchmesser D₅₀ einer Nanometergröße auf.
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidmikropartikel bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen 50 % in der Partikelgrößenverteilung beträgt, basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel und der mittlere Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidnanopartikel bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen 50 % in der Partikelgrößenverteilung beträgt, basierend auf dem Volumen der Zinnoxidnanopartikel.
Die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel wird durch das dynamische Lichtstreuverfahren gemessen. Bei dem dynamischen Lichtstreuverfahren wird die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel unter Verwendung beispielsweise einer Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung, „Zetasizer Nano ZS“, gemessen, die von Malvern Panalytical Inc. hergestellt wird. Die Partikelgrößenverteilung wird durch Dispergieren der Zinnoxidmikropartikel in Wasser gemessen.
Die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidnanopartikel wird mit dem Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahren gemessen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahrens ist wie folgt. Es wird eine Probenplatte aus Glas mit einer Vertiefung mit einer Tiefe von 0,2 µm hergestellt, und die Vertiefung wird mit einem Pulver gefüllt, das die Zinnoxidnanopartikel in einem beliebigen Anteil enthält, um eine Probe herzustellen. Um ein Kleinwinkel-Röntgenstreuprofil zu erhalten, wird die Kleinwinkel-Röntgenstreuspezifikation als optisches System auf einen vollständig automatischen Mehrzweck-Röntgendiffraktometer, SmartLab, hergestellt durch Rigaku Corporation, angewendet, und das Kleinwinkel-Röntgenstreuprofil der Probe wird durch das Übertragungsverfahren gemessen. Als Röntgenquelle wird ein Cu-Ziel verwendet, und als Detektor wird ein Szintillationszähler verwendet. Anschließend wird eine Profilanalyse des Kleinwinkel-Röntgenstreuprofils der Probe unter Verwendung von Analysesoftware, NANO-Solver, hergestellt durch Rigaku Corporation, in der Annahme ausgeführt, dass die Partikel in Form von Kugeln vorliegen, und dass die Variation der Partikelgröße durch eine Gammaverteilungsfunktion gegeben ist. Der Zielwinkelbereich in der Profilanalyse ist so eingestellt, dass er bis zu 2θ = 4 Grad beträgt.
Das dynamische Lichtstreuverfahren misst eine scheinbare Partikelgröße. Das heißt, wenn die Partikel in Form von Primärpartikeln vorliegen, wird die Primärpartikelgröße gemessen; und wenn die Partikel in Form von Sekundärpartikeln vorliegen, die durch die Aggregation von Primärpartikeln gebildet werden, wird die Sekundärpartikelgröße gemessen. Im Gegensatz dazu misst das Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahren die Primärpartikelgröße, unabhängig davon, ob es sich bei den Partikeln um Primärpartikel oder Sekundärpartikel handelt. Sekundärpartikel sind aggregierte Partikel, die durch die Aggregation von Primärpartikeln gebildet werden.
Die Messung der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel kann vor dem Mischen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel oder nach dem Mischen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel durchgeführt werden. Die Messung der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel wird üblicherweise unter Verwendung der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung (nämlich in einem Zustand, in dem die Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel gemischt sind) durchgeführt.
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidmikropartikel beträgt vorzugsweise 1 µm oder mehr, bevorzugter 1,5 µm oder mehr und noch bevorzugter 1,8 µm oder mehr, aus Sicht der Verbesserung der Gasfließfähigkeit in der Grundierungsschicht. Aus Sicht der effektiver Verhinderung des Abschälens der Grundierungsschicht vom Substrat beträgt andererseits der mittlere Durchmesser D₅₀ davon vorzugsweise 100 µm oder weniger, bevorzugter 60 µm oder weniger und noch bevorzugter 40 µm oder weniger (zum Beispiel 30 µm oder weniger, 25 µm oder weniger, 20 µm oder weniger, 15 µm oder weniger, 10 µm oder weniger oder 5 µm oder weniger).
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidnanopartikel beträgt vorzugsweise 1 nm oder mehr, bevorzugter 2 nm oder mehr und noch bevorzugter 3 nm oder mehr, aus Sicht der Verbesserung der Gasfließfähigkeit in der Grundierungsschicht. Aus Sicht der effektiver Verhinderung des Abschälens der Grundierungsschicht vom Substrat beträgt andererseits der mittlere Durchmesser D₅₀ davon vorzugsweise 20 nm oder weniger, bevorzugter 15 nm oder weniger und noch bevorzugter 10 nm oder weniger.
Das Verhältnis des mittleren Durchmessers D₅₀ der Zinnoxidmikropartikel zu dem mittleren Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidnanopartikel beträgt vorzugsweise 50 oder mehr, bevorzugter 100 oder mehr, noch bevorzugter 200 oder mehr, aus Sicht der Verbesserung der Sinterbarkeit der Zinnoxidnanopartikel und einer effektiver verhinderten Abschälung der Grundierungsschicht vom Substrat. Aus Sicht der Verbesserung der Gasfließfähigkeit in der Grundierungsschicht beträgt andererseits das vorstehend beschriebene Verhältnis vorzugsweise 100.000 oder weniger, bevorzugter 30.000 oder weniger und noch bevorzugter 10.000 oder weniger.
Die Partikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, können Primärpartikel oder Sekundärpartikel sein. Die Zinnoxidmikropartikel bestehen üblicherweise aus einer Mischung aus Primärpartikeln und Sekundärpartikeln, die hauptsächlich Sekundärpartikel enthalten.
Die Partikel, die Zinnoxidnanopartikel bilden, können Primärpartikel oder Sekundärpartikel sein. Die Zinnoxidnanopartikel vor dem Mischen mit den Zinnoxidmikropartikeln bestehen üblicherweise aus Primärpartikeln oder aus einer Mischung aus Primärpartikeln und Sekundärpartikeln, die hauptsächlich Primärpartikel enthalten. Die Zinnoxidnanopartikel nach dem Mischen mit den Zinnoxidmikropartikeln können jedoch auf den Zinnoxidmikropartikeln adsorbiert werden, um eine Aggregation zu bewirken.
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Primärpartikel (durchschnittliche Primärpartikelgröße), die Zinnoxidmikropartikel bildet, beträgt vorzugsweise 15 nm oder mehr und 100 nm oder weniger und bevorzugter 16 nm oder mehr und 40 nm oder weniger (zum Beispiel 16 nm oder mehr und 35 nm oder weniger, 16 nm oder mehr und 30 nm oder weniger oder 16 nm oder mehr und 25 nm oder weniger), aus Sicht des Erhaltens einer spezifischen Oberfläche, die als Katalysatorträger geeignet ist.
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen 50 % in der Partikelgrößenverteilung beträgt, basierend auf dem Volumen der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden.
Die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, wird durch das Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahren gemessen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahrens ist wie oben beschrieben.
Es wird bevorzugt, dass die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, nicht mit der Partikelgrößenverteilung, die auf dem Volumen der Zinnoxidnanopartikel basiert, überlappt (d. h. dass die minimale Partikelgröße in der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, größer ist als die maximale Partikelgröße in der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidnanopartikel). Durch diese Anordnung kann die Messung der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Primärpartikel, die Zinnoxidmikropartikel bilden, nicht nur vor dem Mischen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel durchgeführt werden, sondern auch nach dem Mischen der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel.
Die spezifische Oberfläche der Zinnoxidmikropartikel beträgt vorzugsweise 1 m²/g oder mehr, bevorzugter 10 m²/g oder mehr und noch bevorzugter 30 m²/g oder mehr, aus Sicht einer Unterstützung eines Edelmetalls bei einer winzigen Partikelgröße, um die Reinigungsleistung zu verbessern. Aus Sicht der Verbesserung der Gasfließfähigkeit in der Grundierungsschicht zur Verbesserung der Abgasreinigungsleistung beträgt andererseits die spezifische Oberfläche davon vorzugsweise 120 m²/g oder weniger, bevorzugter 90 m²/g oder weniger und noch bevorzugter 70 m²/g oder weniger.
Die spezifische Oberfläche der Zinnoxidmikropartikel wird gemäß JIS R1626 gemessen, „Messverfahren für die spezifische Oberfläche von feinen Keramikpulvern durch Gasadsorption unter Verwendung der BET-Methode“, „6,2 Flow-Verfahren“, „(3,5) -Einzelpunktverfahren“. Bei diesem Verfahren wird als Gas eine Stickstoff-Helium-Gasmischung verwendet, die 30 Vol.-% Stickstoff als Adsorptionsgas und 70 Vol.-% Helium als Trägergas enthält. Als Messgerät wird ein „BELSORP-MR6“ verwendet, das von MicrotracBEL Corp. hergestellt wird.
In der Zusammensetzung zur Bildung einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel vorzugsweise 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel.
Eine unzureichende Menge der Zinnoxidnanopartikel als Bindemittelkomponente macht die Zinnoxidmikropartikel anfälliger für ein Abschälen von dem Substrat. Eine übermäßige Menge der Zinnoxidnanopartikel als Bindemittelkomponente bewirkt eine Abnahme der Bindemittelleistung der Zinnoxidnanopartikel aufgrund der Aggregation der Zinnoxidnanopartikel (wie etwa eine Aggregation aufgrund von Sintern), wodurch die Zinnoxidmikropartikel anfälliger für ein Abschälen von dem Substrat gemacht werden. Wenn sich die Zinnoxidmikropartikel von dem Substrat abschälen und eine Katalysatorschicht auf dem Substrat, nicht auf der Grundierungsschicht, gebildet wird, besteht das Risiko, dass die Katalysatorschicht keine ausreichende katalytische Leistung aufweisen kann. In Fällen, in denen das Substrat eine Wabenstruktur aufweist, weisen insbesondere die Abschnitte der Katalysatorschicht, die an den Ecken der Zellen des Substrats gebildet werden (Ecken der Zellen, wenn das Substrat in einer Draufsicht von der axialen Richtung (Abgasströmungsrichtung) des Substrats betrachtet wird) eine geringe Kontakteffizienz mit einem Abgas auf, was möglicherweise keine ausreichende katalytische Leistung aufweist. Wenn die Zinnoxidmikropartikel für ein Abschälen von dem Substrat anfällig sind, ist es bei der Katalysatorschicht ferner wahrscheinlicher, dass sie sich zusammen mit der Grundierungsschicht von dem Substrat abschält, selbst wenn die Katalysatorschicht auf der Grundierungsschicht gebildet wird, was möglicherweise keine ausreichende katalytische Leistung aufweist.
Wenn dagegen der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel beträgt, kann verhindert werden, dass sich die Zinnoxidmikropartikel vom Substrat abschälen. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Katalysatorschicht auf dem Substrat gebildet wird, nicht auf der Grundierungsschicht (um insbesondere an den Ecken der Zellen des Substrats zu verhindern, dass die Katalysatorschicht auf dem Substrat, nicht auf der Grundierungsschicht gebildet wird), und zu verhindern, dass sich die Katalysatorschicht zusammen mit der Grundierungsschicht von dem Substrat abschält, wodurch die Katalysatorschicht wirksam die katalytische Leistung aufweisen kann.
Der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel beträgt bevorzugter 9 Masse-% oder mehr und 25 Masse-% oder weniger und noch bevorzugter 10 Masse-% oder mehr und 20 Masse-% oder weniger, bezogen auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel, aus Sicht der effektiver Verhinderung des Abschälens der Grundierungsschicht vom Substrat.
Beispiele für die Form der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht schließen ein Pulver, eine Dispersionsflüssigkeit und dergleichen ein. Die Dispersionsflüssigkeit enthält die Zinnoxidmikropartikel, die Zinnoxidnanopartikel und ein Dispersionsmedium. Die Dispersionsflüssigkeit weist in Abhängigkeit von einem Gehalt einer festen Komponente eine beliebige von verschiedenen Viskositäten auf und kann je nach Viskosität eine beliebige von verschiedenen Formen, wie einer Tinte, einer Aufschlämmung oder einer Paste, annehmen. Die Dispersionsflüssigkeit liegt vorzugsweise in Form einer Aufschlämmung vor. Beispiele für das in der Dispersionsflüssigkeit enthaltene Dispersionsmedium schließen Wasser, organische Lösungsmittel und dergleichen ein. Das Dispersionsmedium kann ein einzelnes Lösungsmittel sein oder kann eine Mischung aus zwei oder mehr Lösungsmitteln sein. Die Mischung aus zwei oder mehr Lösungsmitteln kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und einem oder zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln, einer Mischung aus zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln oder dergleichen sein.
Die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch Mischen eines Zinnoxidpulvers, das aus den Zinnoxidmikropartikeln besteht, und einem Zinnoxidsol, das die Zinnoxidnanopartikel enthält, hergestellt werden. Die so hergestellte Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht liegt in Form einer Dispersionsflüssigkeit, vorzugsweise einer Aufschlämmung, vor.
Jedes der Zinnoxidpulver, das aus den Zinnoxidmikropartikeln und dem Zinnoxidsol besteht, das die Zinnoxidnanopartikel enthält, kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.
Das Zinnoxidpulver, das aus den Zinnoxidmikropartikeln besteht, kann beispielsweise durch Mahlen eines kalzinierten Produkts hergestellt werden, das durch Wärmebehandlung von Zinnoxid erhalten wird. Das Mahlen des kalzinierten Produkts kann durch einen Trockenprozess oder einen Nassprozess durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung einer Strahlmühle, einer Kugelmühle, einer Perlmühle oder dergleichen. Bei Falle einer Durchführung des Mahlens durch einen Nassprozess kann beispielsweise ein organisches Lösungsmittel, wie ein Kohlenwasserstofflösungsmittel als Lösungsmittel, verwendet werden. Nach dem Mahlen kann ein Sieb mit einer vorbestimmten Öffnung verwendet werden, um eine Klassifizierung durchzuführen. Die Mahlbedingungen, Öffnung des zu verwendenden Siebs für die Klassifizierung und dergleichen kann je nach dem zu erreichenden mittleren Durchmesser D₅₀, D₉₀ und D₁₀ entsprechend eingestellt werden.
Das Zinnoxidsol, das die Zinnoxidnanopartikel enthält, kann beispielsweise durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Zinnoxidpulver verwendet wird, um ein Zinnoxidsol zu erhalten, ein Verfahren, bei dem Zinnoxid in einem Lösungsmittel gebildet wird, um ein Zinnoxidsol zu erhalten, oder dergleichen. Beispiele für das letztere Verfahren schließen Verfahren ein, die in JP 2011-26172 A und JP 2012-148928 A beschrieben sind. Das Zinnoxidsol, das die Zinnoxidnanopartikel enthält, ist vorzugsweise ein monodispergierter Sol.
Die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine andere feste Komponente als die Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel enthalten. Die feste Komponente außer den Zinnoxidmikropartikeln und den Zinnoxidnanopartikeln kann beispielsweise andere Metalloxidpartikel als die Zinnoxidpartikel oder dergleichen sein. Die Metalloxidpartikel werden später beschrieben.
In Fällen, in denen die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung eine andere feste Komponente als die Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel enthält, beträgt deren Gehalt vorzugsweise 2 Masse-% oder weniger in Bezug auf die Masse der Zusammensetzung für eine Bildung einer Grundierungsschicht.
<< Grundierungsschicht >>
Die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet. Die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein getrocknetes Produkt oder ein kalziniertes Produkt der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die häufigste Porengröße der Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 200 nm oder mehr und 1.000 nm oder weniger, bevorzugter 300 nm oder mehr und 800 nm oder weniger und noch bevorzugter 350 nm oder mehr und 600 nm oder weniger, aus Sicht des Gleichgewichts zwischen der Gasfließfähigkeit in der Grundierungsschicht und dem Effekt, dass das Abschälen der Grundierungsschicht verhindert wird.
Der Ausdruck „die häufigste Porengröße der Grundierungsschicht beträgt 200 nm oder mehr und 1.000 nm oder weniger“ bedeutet, dass der höchste Spitzenwert innerhalb des Bereichs der Porenvolumengröße von 200 nm bis 1.000 nm in der logarithmischen Differentialporenvolumenverteilung (Messbereich der Porenvolumengröße: 3 nm bis 100 µm) der Grundierungsschicht, gemessen durch einen Quecksilberintrusionsporosimeter, vorhanden ist. Es wird hier angemerkt, dass ein Spitzenwert mit einer vertikalen Höhe von weniger als 0,002 ml/g von der Linie basierend auf der Annahme, dass kein Spitzenwert vorhanden ist, nämlich der Hintergrund ist, als Rauschen betrachtet wird und somit nicht dem „Spitzenwert“ entspricht.
Die häufigste Porengröße der Grundierungsschicht kann durch Messen der Porenverteilung mit einem Quecksilberintrusionsporosimeter bestimmt werden, unter Verwendung der Grundierungsschicht, wenn die Grundierungsschicht einzeln vorhanden ist, unter Verwendung der Grundierungsschicht, nachdem sie vom Substrat abgeschält wurde, wenn die Grundierungsschicht auf dem Substrat ausgebildet wurde, und unter Verwenden der Grundierungsschicht nach dem Entfernen der Katalysatorschicht, wenn die Katalysatorschicht auf der Grundierungsschicht gebildet wurde. Die Messung der häufigsten Porengröße der Grundierungsschicht kann unter Verwendung eines Fragments der Grundierungsschicht (zum Beispiel eines Fragments der Grundierungsschicht, das von dem Substrat abgeschält wurde) durchgeführt werden.
Das Quecksilberintrusionsporosimeter ist eine Vorrichtung, die das Eindringen von Quecksilber in das zu messende Objekt durch Anlegen eines Drucks auf dieses ermöglicht, unter Nutzung der Tatsache, dass Quecksilber eine große Oberflächenspannung aufweist, und welche die Porenvolumengröße und die logarithmische Differenzporenvolumenverteilung durch den Druck und die Menge an Quecksilber, die durch den Druck zu diesem Zeitpunkt in das Objekt eindringt, misst. Daher sind die Zielporen nur offene Poren (Poren, die mit der Außenseite kommunizieren), und geschlossene Poren (unabhängige Poren) sind nicht in den Zielporen eingeschlossen.
Der Begriff „Porenvolumengröße“ bezieht sich auf den Durchmesser der Unterseite einer Säule, wenn die Poren an die Säule angenähert werden, und wird durch die folgende Gleichung berechnet. $dr = - 4 σ cos θ / p (σ : Oberfl \ddot{a} chenspannung, θ : Kontaktwinkel,p: Druck)$
In dieser Gleichung ist die Oberflächenspannung von Quecksilber bekannt und das Quecksilber zeigt einen einzigartigen Kontaktwinkelwert in Abhängigkeit von der verwendeten Vorrichtung und es ist daher möglich, die Porenvolumengröße aus dem Druck des unter Druck stehenden Quecksilbers zu berechnen.
Die häufigste Porengröße der Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Steuern des Inhalts, der spezifischen Oberfläche, der Kalzinierungsbedingungen und dergleichen der Zinnoxidmikropartikel eingestellt werden.
Die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Beschichten der Zusammensetzung zur Bildung einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem Substrat und Trocknen der Zusammensetzung (in diesem Fall ist die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ein getrocknetes Produkt der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung) oder durch Kalzinieren des getrockneten Produkts nach dem Trocknen (in diesem Fall ist die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ein kalziniertes Produkt der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung) gebildet werden.
Die Trocknungstemperatur beträgt üblicherweise 80 °C oder mehr und 400 °C oder weniger und vorzugsweise 100 °C oder höher und 300 °C oder weniger; und die Trocknungszeit üblicherweise 1 Stunde oder mehr und 15 Stunden oder weniger und vorzugsweise 3 Stunden oder mehr und 12 Stunden oder weniger beträgt. Die Kalzinierungstemperatur beträgt üblicherweise 400 °C oder höher und 1000 °C oder weniger und vorzugsweise 500 °C oder höher und 800 °C oder niedriger; und die Kalzinierungszeit beträgt üblicherweise 1 Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger und vorzugsweise 2 Stunden oder mehr und 5 Stunden oder weniger. Die Kalzinierung kann beispielsweise in einer Luftatmosphäre durchgeführt werden.
Die Tatsache, dass die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann durch Folgendes bestätigt werden: durch Beobachten von drei Punkten, die willkürlich aus einem Querschnitt der Grundierungsschicht ausgewählt sind; Berechnen des Prozentsatzes S (%) des Bereichs N des Abschnitts, der durch die Zinnoxidnanopartikel gebildet wird, auf die Gesamtfläche T der Abschnitte, die durch die Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel gebildet werden, für jeden der drei Punkte durch die Gleichung S = 100 × N/T; und Bestätigen der vorstehend beschriebenen Tatsache basierend auf dem Mittelwert der so erhaltenen Prozentsätze. Die Querschnittbeobachtung der Grundierungsschicht kann ausgeführt werden durch: Schneiden der auf dem Substrat ausgebildeten Grundierungsschicht in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung (Abgasströmungsrichtung) des Substrats; Bearbeiten des Querschnitts mit einer Kühlquerschnittspolierer; und dann dem Beobachten des Querschnitts durch ein REM bei 2000-facher Vergrößerung. Wenn die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, beträgt der Mittelwert der vorstehend beschriebenen Prozentsätze vorzugsweise 1,7 % oder mehr und 44 % oder weniger, bevorzugter 2 % oder mehr und 40 % oder weniger, noch bevorzugter 2,5 % oder mehr und 35 % oder weniger und noch weiter bevorzugt 5,0 % oder mehr und 10 % oder weniger.
<< Abgasreinigungskatalysator >>
Der Abgasreinigungskatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung schließt Folgendes ein: ein Substrat; die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf dem Substrat ausgebildet ist; und eine Katalysatorschicht, die auf der Grundierungsschicht ausgebildet ist.
Das Substrat kann entsprechend aus Substraten ausgewählt werden, die im Allgemeinen als Substrate für Abgasreinigungskatalysatoren verwendet werden. Das Substrat kann beispielsweise ein Wall-Flow-Substrat, ein Durchflusssubstrat oder dergleichen sein.
Das Substrat bildende Material kann entsprechend aus Materialien ausgewählt werden, die im Allgemeinen als die Materialien von Substraten für Abgasreinigungskatalysatoren verwendet werden. Das Substrat bildende Material ist vorzugsweise ein Material, das in der Lage ist, die Form des Substrats stabil aufrechtzuerhalten, selbst in Fällen, in denen das Substrat einer hohen Temperatur ausgesetzt ist (zum Beispiel 400 °C oder höher).
Das Material des Substrats kann beispielsweise ein keramisches Material, ein metallisches Material oder dergleichen sein. Beispiele für das keramische Material sind feuerfeste keramische Materialien, wie z. B. Cordierit, Cordierit-Alpha-Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Zirkonmullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Silizium-Magnesia, Zirkoniumsilikat, Sillimanit, Magnesiumsilikat, Zirkon, Petalit, Alpha-Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat. Beispiele für das metallische Material sind feuerfeste metallische Materialien, wie Edelstahl und Legierungen auf Eisenbasis.
Das Substrat weist vorzugsweise eine Wabenstruktur auf. Es ist beispielsweise möglich eine Wabenstruktur, die aus einem keramischen Material wie Cordierit besteht, eine Wabenstruktur (Metallwabenkörper), die aus einem metallischen Material wie Edelstahl oder dergleichen hergestellt ist, als das Substrat mit einer Wabenstruktur zu verwenden. Ferner ist es beispielsweise möglich, ein monolithisches Substrat zu verwenden, das eine Anzahl von Minutengasströmungskanälen (Kanäle) einschließt, die sich parallel zueinander im Inneren des Substrats erstrecken, um zu ermöglichen, dass ein Fluid durch das Innere des Substrats hindurchtritt, da das Substrat eine Wabenstruktur aufweist.
Die Form des Substrats ist nicht besonders beschränkt, und das Substrat kann beispielsweise in Form eines Röhrchens, Pellets, Kugeln oder dergleichen vorliegen. Die Form des Röhrchens kann beispielsweise die eines Zylinders, eines elliptischen Zylinders, eines polygonalen Zylinders oder dergleichen sein.
Das Verhältnis (WC2/WC1) der Masse der Katalysatorschicht pro Volumeneinheit des Substrats (nachstehend auch als „Beschichtungsmenge (WC2) der Katalysatorschicht“ bezeichnet) gegenüber der Masse der Grundierungsschicht pro Volumeneinheit des Substrats (nachstehend auch als „Beschichtungsmenge (WC1) der Grundierungsschicht“ bezeichnet) beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr und 10 oder weniger, bevorzugter 0,5 oder mehr und 5 oder weniger und noch bevorzugter 1 oder mehr und 3 oder weniger. Wenn das Verhältnis WC2/WC 1 innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, wird die Wahrscheinlichkeit des Kontakts zwischen einer Komponente (wie Methan) in einem Abgas und einem Edelmetall im Katalysator erhöht, und die katalytische Leistung (wie die Methan-Reinigungsleistung) der Katalysatorschicht kann effektiv erzielt werden.
Die Katalysatorschicht enthält eine oder mehrere katalytisch aktive Komponenten. Die katalytisch aktive Komponente enthält, zum Beispiel, ein oder mehrere Edelmetallelemente, ausgewählt aus einem Platinelement (Pt), Palladiumelement (Pd), Rhodiumelement (Rh), Rutheniumelement (Ru), Iridiumelement (Ir), Osmiumelement (Os) und dergleichen. Die katalytisch aktive Komponente, die ein Edelmetallelement enthält, ist beispielsweise ein Edelmetall, ein Oxid eines Edelmetalls, eine Legierung, die ein Edelmetallelement oder dergleichen enthält.
Die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Substrats (in Fällen, in denen die Katalysatorschicht zwei oder mehr Arten von katalytisch aktiven Komponenten enthält, die Gesamtmasse der zwei oder mehr Arten von katalytisch aktiven Komponenten unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen der Abgasreinigungsleistung und den Kosten und dergleichen kann angepasst werden. Die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Substrats beträgt üblicherweise 1 g/l oder mehr und 30 g/l oder weniger und vorzugsweise 3 g/l oder mehr und 20 g/l oder weniger.
Das Verfahren zum Messen der Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Substrats ist wie folgt.
Der Abgasreinigungskatalysator wird durch eine Ebene senkrecht zur Achsenrichtung des Substrats (die Abgasströmungsrichtung) geschnitten, um ein Schnittstück C1 herzustellen, das einen Teil der Katalysatorschicht enthält. Das Schnittstück C1 weist eine bestimmte Größe auf. Der Durchmesser und die Länge des Schnittstücks C1 können entsprechend eingestellt werden. Die Länge der in dem Schnittstück C1 enthaltenen Katalysatorschicht ist gleich der Länge des Schnittstücks C1. Das heißt, die Katalysatorschicht erstreckt sich von einem Ende des Schnittstücks C1 zu dem anderen Ende des Schnittstücks C1.
Unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens, wie etwa induktiv gekoppelter atomarer Plasmaemissionsspektroskopie (ICP-AES), wird die Masse der in dem geschnittenen Stück C1 enthaltenen katalytisch aktiven Komponente gemessen, woraus die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Schnittstücks C1 gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird.
Die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Schnittstücks C1 = die Masse der im Schnitt C1 enthaltenen katalytisch aktiven Komponente/des Volumens des Schnittstücks C1
Die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Schnittstücks C1 wird für jeden von fünf Schnittstücken C1 berechnet, und der Mittelwert der berechneten Werte ist als die Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Substrats definiert.
Die Katalysatorschicht enthält einen oder mehrere Träger und die katalytisch aktive Komponente ist vorzugsweise auf dem/den Träger(n) gelagert.
Der Ausdruck „die katalytisch aktive Komponente wird auf dem Träger gelagert“ bedeutet, dass die katalytisch aktive Komponente physikalisch oder chemisch an den Außenflächen oder an den inneren Oberflächen von Poren des Trägers adsorbiert oder zurückgehalten wird. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass die katalytisch aktive Komponente auf dem Träger gelagert wird, wenn die katalytisch aktive Komponente und der Träger in einer Elementkartierung vorliegen, die durch Analyse eines Querschnitts der Katalysatorschicht mittels energiedispersiver Spektroskopie (EDS) erhalten wurde. Zusätzlich ermöglicht die Messung der Partikelgröße mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) den Nachweis, dass die katalytisch aktive Komponente auf dem Träger gelagert wird.
Die durchschnittliche Partikelgröße der in der Oberfläche des Trägers vorhandenen katalytisch aktiven Komponente beträgt vorzugsweise 10 % oder weniger, bevorzugter 3 % oder weniger und noch mehr bevorzugt 1 % oder weniger, bezogen auf die durchschnittliche Partikelgröße des Trägers. Hier bezieht sich die durchschnittliche Partikelgröße auf den Durchschnittswert der Feret-Durchmesser von 30 oder mehr Partikeln, wie durch das REM beobachtet.
Die Masse des Trägers pro Volumeneinheit des Substrats (in Fällen, in denen die Katalysatorschicht zwei oder mehr Arten von Trägern enthält, kann die Gesamtmasse der zwei oder mehr Arten von Trägern unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen der Abgasreinigungsleistung und den Kosten und dergleichen angepasst werden. Die Masse des Trägers pro Volumeneinheit des Substrats beträgt üblicherweise 30 g/l oder mehr und 300 g/l oder weniger und vorzugsweise 50 g/l oder mehr und 200 g/l oder weniger. Das Verfahren zum Messen der Masse des Trägers pro Volumeneinheit des Substrats ist das gleiche wie das Verfahren zum Messen der Masse der katalytisch aktiven Komponente pro Volumeneinheit des Substrats.
Der Träger kann beispielsweise aus Metalloxidpartikel bestehen. Das Metalloxid, das die Metalloxidpartikel bildet, kann ein Metalloxid sein, das eine Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) aufweist (nachstehend auch als „Sauerstoffspeicherkomponente“ bezeichnet), oder kann ein anderes anorganisches Oxid als die Sauerstoffspeicherkomponente sein.
Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Metalloxidpartikel beträgt üblicherweise 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger und vorzugsweise 1,5 µm oder mehr und 50 µm oder weniger. Der mittlere Durchmesser D₅₀ der Metalloxidpartikel bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen 50 % in der Partikelgrößenverteilung beträgt, basierend auf dem Volumen der Metalloxidpartikel. Das Verfahren zum Messen der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Metalloxidpartikel ist das gleiche wie das Verfahren zum Messen der Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Volumen der Zinnoxidmikropartikel.
Die Metalloxidpartikel sind vorzugsweise poröse Körper, da sich die katalytisch aktive Komponente leichter darauf gelagert werden kann. Die spezifische Oberfläche der Metalloxidpartikel beträgt üblicherweise 10 m²/g oder mehr und 120 m²/g oder weniger und vorzugsweise 20 m²/g oder mehr und 90 m²/g oder weniger. Das Verfahren zum Messen der spezifischen Oberfläche der Metalloxidpartikel ist das gleiche wie das Verfahren zum Messen der spezifischen Oberfläche der Zinnoxidmikropartikel.
Die Sauerstoffspeicherkomponente kann, zum Beispiel, ein Metalloxid sein, das Ceriumelement (Ce) enthält, oder dergleichen. Das Metalloxid enthaltende Ceriumelement kann beispielsweise Ceriumoxid (CeO₂) sein, ein Kompositoxid, das Ceriumelement (Ce) und Zirconiumelement (Zr) enthält (nachstehend auch als „CeOz-ZrO₂-basiertes Kompositoxid bezeichnet“ bezeichnet) oder dergleichen.
Beispiele für das anorganische Oxid außer der Sauerstoffspeicherkomponente schließen Zinnoxid, Aluminiumoxid, Kieselsäure, Kieselsäure-Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Aluminiumoxid-Chrom, Aluminiumoxid-Cerium, Aluminiumoxid-Lanthan, Titan und dergleichen ein. Die Beschreibung des Zinnoxids ist die gleiche wie die oben beschriebene.
In einer Ausführungsform enthält der Träger Zinnoxid und die katalytisch aktive Komponente enthält Platinelement. Der Abgasreinigungskatalysator gemäß dieser Ausführungsform ist als ein Methanoxidationskatalysator nützlich, der Methan in einem Abgas oxidiert. Der Methanoxidationskatalysator wird beispielsweise bei einer Temperatur von 250 °C oder höher und 500 °C oder niedriger und vorzugsweise 300 °C oder höher und 450 °C oder niedriger verwendet.
Der Zinnoxid enthaltende Träger ist beispielsweise aus Zinnoxidpartikeln. Die katalytisch aktive Komponente, die Platinelement enthält, ist beispielsweise Platinmetall, eine Legierung mit Platinelement oder dergleichen. Die katalytisch aktive Komponente kann ein oder mehrere Edelmetallelemente (z. B. Iridiumelement), die anders als das Platinelement sind, enthalten. Die katalytisch aktive Komponente, die Iridiumelement enthält, ist beispielsweise Iridiummetall, eine Legierung mit Iridiumelement oder dergleichen.
Der erfindungsgemäße Abgasreinigungskatalysator kann ferner eine dritte Schicht einschließen, die auf der Katalysatorschicht bereitgestellt wird. Das Bereitstellen der dritten Schicht auf der Katalysatorschicht ermöglicht es, eine Vergiftung der katalytisch aktiven Komponente zu verhindern, die als Folge der Haftung der Komponenten in einem Abgas an der Katalysatorschicht auftritt, wodurch die Katalysatorschicht die katalytische Leistung effektiv aufweisen kann.
Die Zusammensetzung der dritten Schicht kann je nach den für die dritte Schicht erforderlichen Funktionen und dergleichen entsprechend eingestellt werden.
Die dritte Schicht enthält beispielsweise eine oder mehrere Arten von Metalloxidpartikeln. Die Beschreibung der Metalloxidpartikel ist die gleiche wie die oben beschriebene. Die dritte Schicht kann eine oder mehrere andere Komponenten als die Metalloxidpartikel enthalten.
In einer Ausführungsform enthält die dritte Schicht Zinnoxidpartikel. Die Beschreibung der Zinnoxidpartikel ist die gleiche wie die oben beschriebene. Diese Ausführungsform wird vorzugsweise mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kombiniert, in der Träger Zinnoxid enthält und die katalytisch aktive Komponente Platinelement enthält. Der Abgasreinigungskatalysator gemäß der kombinierten Ausführungsform ist als ein Methanoxidationskatalysator nützlich, der Methan in einem Abgas oxidiert.
In einer Ausführungsform ist die dritte Schicht ein getrocknetes Produkt oder ein kalziniertes Produkt der Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. Dadurch kann verhindert werden, dass die dritte Schicht von der Katalysatorschicht abgeschält wird, wodurch die Katalysatorschicht effektiv die katalytische Leistung aufweisen kann.
Der erfindungsgemäße Abgasreinigungskatalysator kann durch Beschichten einer Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator auf der Grundierungsschicht gebildet werden, gefolgt von Trocknen und Calcinieren, nachdem die Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat gebildet wurde.
Die Trocknungstemperatur beträgt üblicherweise 80 °C oder mehr und 400 °C oder weniger und vorzugsweise 100 °C oder höher und 300 °C oder weniger; und die Trocknungszeit üblicherweise 1 Stunde oder mehr und 15 Stunden oder weniger und vorzugsweise 3 Stunden oder mehr und 12 Stunden oder weniger beträgt. Die Kalzinierungstemperatur beträgt üblicherweise 400 °C oder höher und 800 °C oder weniger und vorzugsweise 500 °C oder höher und 600 °C oder niedriger; und die Kalzinierungszeit beträgt üblicherweise 1 Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger und vorzugsweise 2 Stunden oder mehr und 5 Stunden oder weniger. Die Kalzinierung kann beispielsweise in einer Luftatmosphäre durchgeführt werden.
Beispiele für die Form der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator schließen eine Dispersionsflüssigkeit, vorzugsweise eine Aufschlämmung, ein. Beispiele für das in der Dispersionsflüssigkeit enthaltene Dispersionsmedium schließen Wasser, organische Lösungsmittel und dergleichen ein. Das Dispersionsmedium kann ein einzelnes Lösungsmittel sein oder kann eine Mischung aus zwei oder mehr Lösungsmitteln sein. Die Mischung aus zwei oder mehr Lösungsmitteln kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und einem oder zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln, einer Mischung aus zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln oder dergleichen sein.
Die Zusammensetzung der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator kann je nach Zusammensetzung des Abgasreinigungskatalysators entsprechend eingestellt werden. Die Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator enthält beispielsweise eine Zufuhrquelle der katalytisch aktiven Komponente, einen Träger und dergleichen.
Die Zufuhrquelle der katalytisch aktiven Komponente ist beispielsweise ein Edelmetallsalz. Das Edelmetallsalz (einschließlich der durch die elektrolytische Dissoziation des Edelmetallsalzes erzeugten Edelmetallionen) wird vorzugsweise in den Träger imprägniert. Das Edelmetallsalz (einschließlich der durch die elektrolytische Dissoziation des Edelmetallsalzes erzeugten Edelmetallionen) kann durch Mischen einer Lösung, die das Edelmetallsalz und den Träger enthält, in den Träger imprägniert werden. Das Edelmetallsalz kann beispielsweise ein Nitrat-Salz, ein Ammin-Komplexsalz, ein Chloridsalz oder dergleichen sein.
Der Gehalt der Zufuhrquelle der katalytisch aktiven Komponente in der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator beträgt üblicherweise 0,5 Masse-% oder mehr und 20 Masse-% oder weniger, vorzugsweise 1 Masse-% oder mehr und 15 Masse-% oder weniger, bezogen auf die Masse der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator.
Der Gehalt des Trägers in der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator beträgt üblicherweise 5 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger, vorzugsweise 10 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger, bezogen auf die Masse der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator.
Die Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator kann eine Bindemittelkomponente enthalten. Beispiele für die Bindemittelkomponente schließen Metalloxidsole wie kolloidales Siliciumdioxid, kolloidales Aluminiumoxid, Titanoxidsole, Ceriumoxidsole und Zinnoxidsole ein.
Der Gehalt der Bindemittelkomponente in der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator beträgt normalerweise 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger, vorzugsweise 10 Masse-% oder mehr und 20 Masse-% oder weniger, bezogen auf die Masse der Zusammensetzung zur Verwendung in einem Abgasreinigungskatalysator.
<< Abgasreinigungsvorrichtung >>
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt den erfindungsgemäßen Abgasreinigungskatalysator ein.
Ausführungsformen der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
1 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung entlang der Linie A-A.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 wird beispielsweise in einem Abgaspfad eines Benzinmotors (wie einem GDI-Motor), einem Kessel, einem Heizofen, einem Gasmotor, einer Gasturbine oder dergleichen bereitgestellt.
Wie in 1 gezeigt, schließt die Abgasreinigungsvorrichtung 1 ein Abgasrohr 10 und einen in dem Abgasrohr 10 vorgesehenen Abgasreinigungskatalysator 20 ein. Abgas strömt durch einen Abgaspfad im Abgasrohr 10 von dem einen Ende des Abgasrohrs 10 zu dem anderen Ende und wird durch den im Abgasrohr 10 bereitgestellten Abgasreinigungskatalysator 20 gereinigt. In 1 ist die Abgasströmungsrichtung mit dem Bezugszeichen X bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung wird die stromaufwärtige Position in der Abgasströmungsrichtung X als „Abgaseinströmseite“ bezeichnet, und die stromabwärtige Position in der Abgasströmungsrichtung X wird in einigen Fällen als „Abgasausströmseite“ bezeichnet.
Wie in 2 gezeigt, schließt der Abgasreinigungskatalysator 20 ein Substrat 21, eine auf dem Substrat 21 ausgebildete Grundierungsschicht 22 und eine auf der Grundierungsschicht 22 ausgebildete Katalysatorschicht 23 ein. Der Abgasreinigungskatalysator 20 entspricht dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungskatalysator, und die Grundierungsschicht 22 entspricht der Grundierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Substrat 21 ist beispielsweise ein Durchflusssubstrat 31 mit einer Wabenstruktur.
Wie in 2 gezeigt, schließt das Substrat 21 die Zellen 211 und eine Trennwand 212 ein, welche die Zellen 211 voneinander trennt. In dem Substrat 21 ist die Trennwand 212 zwischen zwei benachbarten Zellen 211 vorhanden, wodurch die zwei benachbarten Zellen 211 durch die Trennwand 212 voneinander getrennt sind. Das Substrat 21 schließt ein röhrenförmiges Element (nicht gezeigt) ein, das die äußere Form des Substrats 21 definiert. Die Trennwand 212 ist in dem rohrförmigen Element ausgebildet. Das röhrenförmige Element weist beispielsweise eine hohle zylindrische Form auf, kann jedoch eine andere Form aufweisen. Beispiele für die andere Form schließen eine hohle elliptische Zylinderform, eine polygonale Röhrenform und dergleichen ein. Die axiale Richtung des röhrenförmigen Elements fällt mit der axialen Richtung des Substrats 21 zusammen.
Wie in 2 gezeigt, sind in dem Substrat 21 Löcher ausgebildet, die jeweils ein offenes Ende an der Abgaseinströmseite und ein offenes Ende an der Abgasausströmseite aufweisen. Die Zwischenräume in diesen Löchern bilden die Zellen 211.
Wie in 2 gezeigt, erstrecken sich die Zellen 211 jeweils in der Abgasströmungsrichtung X und weisen jeweils ein Ende an der Abgaseinströmseite in der Abgasströmungsrichtung X und ein Ende an der Abgasauslaufseite in der Abgasströmungsrichtung X auf. Wie in 2 gezeigt, sind das Ende an der Abgaseinströmseite in der Abgasströmungsrichtung X und das Ende an der Abgasausströmseite in der Abgasströmungsrichtung X beide offen. Nachstehend kann das Ende an der Abgaseinströmseite jeder Zelle 211 als „die Öffnung an der Abgaseinströmseite“ bezeichnet werden, und das Ende an der Abgasausströmseite jeder Zelle 211 kann als „die Öffnung an der Abgasausströmseite“ bezeichnet werden.
Beispiele für die Form in einer Draufsicht der Öffnung auf der Abgaseinström- oder - ausströmseite jeder Zelle 211 (die Form, wenn das Substrat 21 in einer Draufsicht aus der Abgasströmungsrichtung X betrachtet wird) schließen verschiedene geometrische Formen ein, einschließlich: Rechtecke wie Quadrat, Parallelogramme, Rechtecke und Trapeze; Polygone wie Dreiecke, Sechsecke und Achtecke; und Kreise und Ovale.
Der Bereich der Form in einer Draufsicht der Öffnung auf der Abgaseinströmseite jeder Zelle 211 kann gleich oder verschieden von dem Bereich der Form in einer Draufsicht der Öffnung auf der Abgasausströmseite jeder Zelle 211 sein.
Die Zelldichte pro Quadratzoll des Substrats 21 beträgt beispielsweise 100 Zellen oder mehr und 1200 Zellen oder weniger. Die Zelldichte pro Quadratzoll des Substrats 21 bedeutet die Gesamtzahl der Zellen 211 pro Quadratzoll eines Querschnitts, die durch Schneiden des Substrats 21 durch eine Ebene senkrecht zur Abgasströmungsrichtung X erhalten werden.
Die Dicke der Trennwand 212 beträgt beispielsweise von 10 µm bis 80 µm. Wenn die Dicke der Trennwand 212 nicht konstant ist, wird der Mittelwert der aus einer Vielzahl von Messpunkten erhaltenen Dicken als die Dicke der Trennwand 212 betrachtet.
Wie in 2 gezeigt, ist die Grundierungsschicht 22 auf jeder Seite der Trennwand 212 von dem Ende auf der Abgaseinströmseite der Trennwand 212 zu dem Ende an der Abgasausströmseite der Trennwand 212 entlang der Abgasströmungsrichtung X ausgebildet.
Die Grundierungsschicht 22 kann auf einem Teil der Trennwand 212 von dem Ende auf der Abgaseinströmseite der Trennwand 212 entlang der Abgasströmungsrichtung X gebildet sein. Alternativ kann die Grundierungsschicht 22 auf einem Teil der Trennwand 212 von dem Ende auf der Abgasausströmseite der Trennwand 212 entlang einer Richtung, die der Abgasströmungsrichtung X entgegengesetzt ist, ausgebildet sein.
Wie in 2 gezeigt, ist die Katalysatorschicht 23 auf der Grundierungsschicht 22 von dem Ende auf der Abgaseinströmseite der Trennwand 212 zu dem Ende an der Abgasausströmseite der Trennwand 212 entlang der Abgasströmungsrichtung X ausgebildet. Die Katalysatorschicht 23 kann auf dem gesamten Teil der Grundierungsschicht 22 oder einem Teil der Grundierungsschicht 22 ausgebildet sein.
BEISPIELE
[Beispiel 1]
Zinnoxid (Pastran 6010, hergestellt von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.) wurde für 3 Stunden in einer Luftatmosphäre bei 900 °C kalziniert, um Zinnoxidmikropartikel herzustellen. Der mittlere Durchmesser D₅₀, die Porengröße und der spezifische BET-Oberflächenbereich der Zinnoxidmikropartikel betrugen jeweils 2,0 µm, 30 nm und 30 m²/g.
Es wurde ein Zinnoxidsol (Zinnoxidsol S-8, hergestellt durch Taki Chemical Co., Ltd.), hergestellt, das ein anorganisches Bindemittel ist. Der mittlere Durchmesser D₅₀ der im Zinnoxidsol enthaltenen Zinnoxidnanopartikel betrug 6 nm.
Als Substrat wurde eine Metallwabe aus Edelstahl als Substrat hergestellt. Das Substrat wurde in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Substrats geschnitten, um ein Schnittstück herzustellen (die Anzahl von Zellen: 400 Zellen, Durchmesser: 20 mm, Länge: 12,5 mm, Volumen: 3,9 ml) des Substrats. Das Schnittstück des Substrats wurde eine Stunde bei 700 °C kalziniert, um Öl und Staub zu entfernen, die auf dem Substrat haften.
Die Zinnoxidmikropartikel und das Zinnoxidsol wurden so gemischt, dass der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel 8 Masse-% in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel betrug und die resultierende Mischung wurde 2 Stunden lang gerührt, um eine Aufschlämmung zur Bildung einer Grundierungsschicht herzustellen.
Danach wurde der mittlere Durchmesser D₅₀ der in der Aufschlämmung vorhandenen Zinnoxidmikropartikel zur Bildung einer Grundierungsschicht gemäß dem vorstehend beschriebenen dynamischen Lichtstreuverfahren gemessen, und der mittlere Durchmesser D₅₀ der in der Aufschlämmung vorhandenen Zinnoxidnanopartikel zur Bildung einer Grundierungsschicht wurde gemäß des vorstehend beschriebenen Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahrens gemessen, um zu bestätigen, dass der mittlere Durchmesser D₅₀ dieser Partikel 2,0 µm bzw. 6 nm betrug.
Ferner wurde der mittlere Durchmesser D₅₀ der Primärpartikel (durchschnittliche Primärpartikelgröße), welche die Zinnoxidmikropartikel bilden, die in der Aufschlämmung zur Bildung einer Grundierungsschicht vorhanden sind, gemäß des vorstehend beschriebenen Kleinwinkel-Röntgenstreuverfahrens gemessen, um zu bestätigen, dass der mittlere Durchmesser D₅₀ davon 19 nm betrug.
Anschließend wurde Zinnoxid (Pastran 6010, hergestellt von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.) bei 600 °C für 3 Stunden in einer Luftatmosphäre kalziniert, um Zinnoxidpartikel zur Verwendung als Träger herzustellen. Der mittlere Durchmesser D₅₀, die Porengröße und der BET-spezifische Oberflächenbereich der Zinnoxidpartikel zur Verwendung als Träger betrugen jeweils 2,0 µm, 20 nm und 40 m²/g.
Eine Platinnitratlösung, eine Iridiumnitratlösung und reines Wasser wurden gemischt, und dann wurden die Zinnoxidpartikel zur Verwendung als Träger und das Zinnoxidsol hinzugefügt. Die resultierende Mischung wurde 2 Stunden lang gerührt, um eine Aufschlämmung zum Bilden einer Katalysatorschicht herzustellen, in welcher der Gehalt an Platinelement (Pt), Iridiumelement (Ir), die Zinnoxidpartikel zur Verwendung als Träger und das Zinnoxidsol jeweils 12 Massenteile, 1,2 Massenteile, 76,8 Massenteile und 10 Massenteile betrug.
Das Schnittstück des Substrats wurde in die Aufschlämmung eingetaucht, um eine Grundierungsschicht auszubilden, und ein Behandlung mit einem Luftgebläse wurde durchgeführt, um eine übermäßige Menge an Aufschlämmung in den Zellen zu entfernen und die Aufschlämmung zu trocknen. Danach wurde das getrocknete Schnittstück bei 500 °C 3 Stunden lang in einer Luftatmosphäre kalziniert, um eine Grundierungsschicht zu bilden, deren Masse pro Volumeneinheit des Schnittstücks des Substrats 60 g/l betrug.
Ein Fragment der Grundierungsschicht wurde von dem Substrat, auf dem die Grundierungsschicht gebildet wurde, gesammelt, und die Porengrößenbewertung des gesammelten Fragments der Grundierungsschicht wurde durch Quecksilberporosimetrie durchgeführt. Infolgedessen betrug die häufigste Porengröße 380 nm.
Nach dem Bilden der Grundierungsschicht wurde das Schnittstück des Substrats in die Aufschlämmung eingetaucht, um eine Katalysatorschicht zu bilden, und eine Behandlung mit einem Luftgebläse wurde durchgeführt, um eine übermäßige Menge an Aufschlämmung in den Zellen zu entfernen und die Aufschlämmung zu trocknen. Danach wurde das getrocknete Schnittstück bei 500 °C 3 Stunden lang in einer Luftatmosphäre kalziniert, um eine Katalysatorschicht zu bilden, deren Masse pro Volumeneinheit des Schnittstücks des Substrats 125 g/l betrug. Auf diese Art und Weise wurde eine Katalysatorprobe hergestellt.
In der so hergestellten Katalysatorprobe betrugen die Mengen an Platinelement und Iridiumelement, die pro Volumeneinheit des Schnittstücks des Substrats gelagert wurden, in Bezug auf Metall 15 g/l bzw. 1,5 g/l.
< Bewertungen ≥
Die Methan-Reinigungseffizienz (%) bei 340 °C der Katalysatorprobe wurde gemessen. Das gemessene Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Das Messverfahren ist wie folgt.
Die Katalysatorprobe wurde in einem Quarzrohr mit einem Durchmesser von etwa 21 mm eingestellt. Eine Gasmischung aus 2.000 ppm Methan, 10 Vol.-% Sauerstoff, 5 Vol.-% Kohlendioxid, 10 Vol.-% Wasserdampf und Stickstoff als Gleichgewicht wurde als simuliertes Abgas verwendet und die Gasströmungsrate wurde auf eine Raumgeschwindigkeit von 40.000 h^-1 eingestellt. Die hierin verwendete „Raumgeschwindigkeit“ bezieht sich auf die Strömungsgeschwindigkeit eines pro Stunde pro Volumen einer Wabenkatalysatorprobe strömenden Gases. Die Katalysatorprobe wurde in einem um das Quarzrohr angeordneten Rohrofen auf 340 °C erhitzt und anschließend die Methankonzentration gemessen.
Die Schälgeschwindigkeit (%) der Grundierungsschicht und die Katalysatorschicht der Katalysatorprobe wurden gemessen. Das gemessene Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Das Messverfahren ist wie folgt.
Die Katalysatorprobe wurde eine Stunde bei 150 °C getrocknet. Nach dem Trocknen wurde die Masse W1 der Katalysatorprobe gemessen. Nach dem Messen der Masse W1 wurde eine Behandlung mit einem Luftgebläse dreimal unter Verwendung einer Luftpistole durchgeführt. Die Behandlung mit einem Luftgebläse wurde unter den Bedingungen eines Luftdrucks von 0,4 Mpa, einem Abstand zwischen der Luftpistole und der Katalysatorprobe von 5 cm und einer Dauer von 10 Sekunden durchgeführt. Nach Abschluss der dritten Behandlung mit einem Luftgebläse wurde die Masse W2 der Katalysatorprobe gemessen.
Die Schälgeschwindigkeit (%) der Grundierungsschicht und der Katalysatorschicht wurde basierend auf der folgenden Gleichung berechnet. $\begin{array}{l} Sch \ddot{a} lrate der Grundierungsschicht und Katalysatorschicht (%) = (Masse W1 - Masse \\ W2) / Masse W1 \times 100 \end{array}$
Die gemessenen Ergebnisse der Methan-Reinigungseffizienz und der Schälgeschwindigkeit sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Beispiele 2 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 31

Katalysatorproben wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele die Zinnoxidmikropartikel und das Zinnoxidsol so gemischt wurden, dass der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel den in Tabelle 1 gezeigten Anteil erreicht, um eine Aufschlämmung zum Bilden einer Grundierungsschicht zu bilden. Außerdem wurden die Effizienz der Methan-Reinigung und die Schälgeschwindigkeit gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1] Tabelle 1

	Inhalt Zinnoxid Nanopartikel	Schälgeschwindigkeit der Grundierungsschicht und Katalysatorschicht	Methan-Reinigung Effizienz Bei 340 °C
Beispiel 1	8 Masse-%	1,7 %	44 %
Beispiel 2	10 Masse-%	1,7 %	45 %
Beispiel 3	15 Masse-%	1,6 %	45 %
Beispiel 4	20 Masse-%	0,1 %	35 %
Vergleichsbeispiel Beispiel 1	5 Masse-%	6,2 %	33 %
Vergleichsbeispiel Beispiel 2	50 Masse-%	1,1 %	16%
Vergleichsbeispiel Beispiel 3	(ohne Grundierungsschicht)	1,6 %*	33 %

Schälrate der Katalysatorschicht allein

Wie in Tabelle 1 gezeigt, war es möglich, wenn der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel in der Aufschlämmung zum Bilden einer Grundierungsschicht 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel in der Aufschlämmung zum Bilden einer Grundierungsschicht (Beispiele 1 bis 4) beträgt, das Abschälen der Grundierungsschicht und der Katalysatorschicht vom Substrat zu verhindern, wodurch es möglich ist, dass die Katalysatorschicht die katalytische Leistung effektiv aufweist (Methan-Reinigungsleistung).
In Vergleichsbeispiel 2 wurde das Auftreten eines teilweisen Abschälens der Grundierungsschicht beobachtet, obwohl die Schälgeschwindigkeit 1,1 % betrug, was ein relativ niedriger Wert war, aufgrund eines übermäßigen Gehalts der Zinnoxidnanopartikel in der Aufschlämmung zum Bilden einer Grundierungsschicht, was zu einer schlechten Methan-Reinigungseffizienz führte.
< Querschnittsbeobachtung ≥
Es wurden drei Punkte (Sichtfelder 1 bis 3) beobachtet, die willkürlich aus einem Querschnitt der Grundierungsschicht von Beispiel 2 ausgewählt wurden, und der Prozentsatz (P) des Bereichs (S2) des von den Zinnoxid-Nanopartikeln zur Gesamtfläche (S 1) der von den Zinnoxidmikropartikeln und den Zinnoxidnanopartikeln gebildeten Abschnitte wurde für jeden der drei Punkte berechnet, und der Mittelwert der so erhaltenen Prozentsätze wurde berechnet. Der Mittelwert der vorstehend beschriebenen Prozentsätze wurde für die Grundierungsschicht aus Vergleichsbeispiel 1 und die Grundierungsschicht von Vergleichsbeispiel 2 auf die gleiche Art und Weise berechnet wurde. Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2

Tabelle 2

		Beispiel 2	Vergleichsbeispiel Beispiel 1	Vergleichsbeispiel Beispiel 2
Visuell Feld 1	S1	54,54 µm²	50,62 µm²	92,26 µm²
	S2	1,22 µm²	0,07 µm²	54,92 µm²
	P	2,24 %	0,14 %	59,53 %
Visuell Feld 2	S1	50,47 µm²	48,91 µm²	100,72 µm²
	S2	2,59 µm²	0,32 µm²	45,04 µm²
	P	5,13 %	0,65 %	44,72 %
Visuell Feld 3	S1	64,39 µm²	42,19 µm²	93,28 µm²
	S2	6,26 µm²	0,70 µm²	44,02 µm²
	P	9,72 %	1,66 %	47,19 %
Mittelwert von P		5,70 %	0,82 %	50,48 %

[Beispiele 5 bis 81
Katalysatorproben wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele der Gehalt der Zinnoxidnanopartikel in der Aufschlämmung zum Bilden einer Grundierungsschicht auf 10 Masse-% in Bezug auf den Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und die Zinnoxidnanopartikel eingestellt wurde, und dass die Masse der Grundierungsschicht pro Volumeneinheit des Schnittstücks des Substrats (nachstehend auch als „Beschichtungsmenge (WC1) der Grundierungsschicht“ bezeichnet) und die Masse der Katalysatorschicht pro Volumeneinheit des Schnittstücks des Substrats (nachstehend auch als „Beschichtungsmenge (WC2) der Katalysatorschicht“ bezeichnet) auf die in Tabelle 2 gezeigten Anteile angepasst wurden. Außerdem wurden die Effizienz der Methan-Reinigung und die Schälgeschwindigkeit gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. In jedem der Beispiele 5 bis 8 wurden die Mengen an Platinelement und Iridiumelement, die pro Volumeneinheit des geschnittenen Stücks des Substrats gelagert werden, in Bezug auf Metall auf 15 g/l bzw. 1,5 g/l festgelegt.
Tabelle 3

Tabelle 3

	Beschichten Menge an GrundierungsSchicht (WC1)	Beschichten Menge an KatalysatorSchicht (WC2)	Beschichtungsverhältnis Menge an Katalysatorschicht gegenüber Beschichtungsmenge der GrundierungsSchicht (WC2/WC1)	Methan-Reinigung Effizienz Bei 340 °C
Beispiel 5	59,4 g/l	65,5 g/l	1,1	33 %
Beispiel 6	61,9 g/l	83,3 g/l	1,3	28%
Beispiel 7	59,0 g/l	119,7 g/l	2,0	22%
Beispiel 8	62,2 g/l	188,0 g/l	3,0	16%

Wie in Tabelle 3 gezeigt, umso niedriger ist die Beschichtungsmenge der Katalysatorschicht, nämlich je höher die Konzentration der Edelmetalle, die in der Katalysatorschicht enthalten sind (Beispiele 5 bis 8), desto höher ist die Wahrscheinlichkeit des Kontakts zwischen Methan im Abgas und den Edelmetallen im Katalysator, und somit war es möglich, dass die Katalysatorschicht effektiv die katalytische Leistung (Methan-Reinigungsleistung) aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006272079 A [0004]
JP 201126172 [0045]
JP 2012148928 A [0045]

Claims

Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht, wobei die Zusammensetzung Zinnoxidmikropartikel und Zinnoxidnanopartikel umfasst, wobei ein Gehalt der Zinnoxidnanopartikel 8 Masse-% oder mehr und 30 Masse% oder weniger in Bezug auf einen Gesamtgehalt der Zinnoxidmikropartikel und der Zinnoxidnanopartikel beträgt.
Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis eines mittleren Durchmessers D₅₀ der Zinnoxidmikropartikel gegenüber einem mittleren Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidnanopartikel 50 oder mehr und 100.000 oder weniger beträgt.
Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein mittlerer Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidmikropartikel 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger und einen mittleren Durchmesser D₅₀ der Zinnoxidnanopartikel 1 nm oder mehr und 20 nm oder weniger beträgt.
Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zinnoxidmikropartikel eine spezifische Oberfläche von 1 m²/g oder mehr und 120 m²/g oder weniger aufweisen.
Grundierungsschicht, die durch die Zusammensetzung zum Bilden einer Grundierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet wird.
Grundierungsschicht nach Anspruch 5, wobei eine häufigste Porengröße der Grundierungsschicht 200 nm oder mehr und 1.000 nm oder weniger beträgt.
Abgasreinigungskatalysator, umfassend: einem Substrat; die Grundierungsschicht nach Anspruch 5 oder 6, die auf dem Substrat gebildet wird; und eine Katalysatorschicht, die auf der Grundierungsschicht ausgebildet ist.
Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 7, wobei das Substrat eine Wabenstruktur aufweist.
Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Verhältnis einer Masse der Katalysatorschicht pro Volumeneinheit des Substrats zu einer Masse der Grundierungsschicht pro Volumeneinheit des Substrats 0,1 oder mehr und 10 oder weniger beträgt.
Abgasreinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Katalysatorschicht einen Träger und eine auf dem Träger gelagerte katalytisch aktive Komponente umfasst.
Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 10, wobei der Träger Zinnoxid umfasst und die katalytisch aktive Komponente ein Platinelement umfasst.
Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 11, wobei der Abgasreinigungskatalysator ein Methanoxidationskatalysator ist, der Methan in einem Abgas oxidiert.
Abgasreinigungsvorrichtung, den Abgasreinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 12 umfassend.