DE1158947B

DE1158947B - Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Chrom-Katalysators

Info

Publication number: DE1158947B
Application number: DEK44600A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Koch
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Kali Chemie AG
Priority date: 1961-08-29
Filing date: 1961-08-29
Publication date: 1963-12-12

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

K 44600 IVa/12 g

ANMELDETAG: 29. AUGUST 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 12. DEZEMBER 1963

Es wurde schon die Herstellung eines Katalysatorträgers aus einem mit Natrium- und/oder Lithiumionen beladenen Bentonit und Aluminiumhydroxyd, vorliegend im Verhältnis 1:9 bis 1:0,25, vorzugsweise von 1:9 bis 1: 2,3, vorgeschlagen, wobei das Gemisch dieser beiden Ausgangsmaterialien nach dem Anpasten mit Wasser verformt, getrocknet und schließlich bei 900 bis 1300° C, vorzugsweise bei 950 bis 1050° C, gebrannt wird.

Es wurde nun gefunden, daß ein solcher Träger, der bei Temperaturen von 900 bis 1300° C, vorzugsweise bei 950 bis 1050° C, gebrannt wurde, sich besonders gut zur Herstellung eines Katalysators zur Nachverbrennung von Autoabgasen eignet, wenn er mit einer Lösung getränkt wird, die sowohl Kupferals auch Chromsalze enthält und anschließend unter Luftzufuhr bei Temperaturen von 250 bis 600° C, vorzugsweise bei 420 bis 490° C, geglüht wird. Wesentlich ist dabei, daß in der Tränklösung Chrom und Kupfer im Atomverhältnis von 1:2 bis 1:6, vorzugsweise von 1: 2, vorliegen.

Ein Autoabgaskatalysator muß sich durch ganz spezielle Eigenschaften auszeichnen: Er muß eine sehr gute Oxydationsaktivität besitzen, da das in den Autoabgasen vorhandene Kohlenmonoxyd und besonders die Kohlenwasserstoffe und Aldehyde stark verdünnt vorliegen. Seine Aktivität darf auch bei längerem Einsatz bei höheren Temperaturen nicht stark abfallen. Wesentlich ist auch, daß die Katalysatoren bei möglichst niedrigen Temperaturen wirksam werden und die störenden Bestandteile im Abgas weitgehend umsetzen. Außerdem muß der Katalysator eine gute mechanische Festigkeit besitzen, da er durch die pulsierenden Abgasdruckstöße sowie durch das Rütteln des Fahrzeuges während der Fahrt einer starken Abriebbeanspruchung ausgesetzt ist.

Der erfindungsgemäße Katalysator besitzt diese geforderten Eigenschaften, wobei besonders bemerkenswert seine gute Oxydationsaktivität ist. Es versteht sich, daß er sich selbstverständlich auch allgemein für Oxydationsreaktionen eignet.

Als sehr günstig hat sich dabei der Eisengehalt des Katalysators erwiesen. Bentonit enthält gewöhnlich geringe Mengen Eisen, davon liegt ein Teil als Verunreinigung in Form feinteiliger Oxyde vor. Ein anderer Teil des vorhandenen Eisens ist auf diskreten Gitterplätzen des Montmorillonits, dem Hauptbestandteil des Bentonits, angeordnet, wobei das Eisen die Aluminiumionen des Aluminiumsilikatverbandes diadoch ersetzt. Werden nun die geformten Träger geglüht, so scheidet sich Eisenoxyd in sehr feinver-Verfahren zur Herstellung
eines Kupfer-Chroni-Katalysators

Anmelder:
Kali-Chemie Aktiengesellschaft, Hannover

Dr. Gerhard Koch, Hannover,
ist als Erfinder genannt worden

teilter Form ab. In diesem Zustand wirkt es verstärkend auf die oxydierenden Eigenschaften eines auf dem Träger niedergeschlagenen Kupfer-Chrom-Gemisches. Ein so hergestellter Katalysator ist bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, Aldehyden oder Kohlenmonoxyd oder eines Gemisches davon einem Kupfer-Chrom-Katalysator mit gleichem Gehalt an aktiver Substanz, der auf einem eisenfreien Träger mit etwa gleicher Oberfläche und gleicher Porenweite niedergeschlagen ist, überlegen.

Eine weitere wesentliche Maßnahme bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators ist die Einhaltung eines bestimmten Molverhältnisses von Kupfer zu Chrom in der Tränklösung. Der Katalysator muß mehr Kupfer als Chrom enthalten. Durch den hohen Kupfergehalt wird erreicht, dtß zunächst bei Temperaturen von etwa 150° C die Oxydation von Kohlenoxyd zu Kohlendioxyd anspringt. Da in den Autoabgasen wesentlich mehr Kohlenoxyd als Kohlenwasserstoffe vorliegt, steigt die Katalysatortemperatur durch die Reaktionswärme weiterhin so stark an, daß auch die Umsetzung der schwerer oxydierbaren Kohlenwasserstoffe und Aldehyde abläuft. Es ist daher zweckmäßig, das Atomverhältnis von Chrom zu Kupfer in der Tränklösung auf 1:2 bis 1: 6, vorzugsweise 1: 2, einzustellen.

Beispiel

Zur Herstellung des Trägers wurden 100 gNatrium-Bentonit mit einem Eisengehalt von 4,8 °/o, berechnet als Fe₂O₃. mit 900 g pulverförmigem 3-Al(OH)₃ gut vermischt und mit 200 g Wasser verknetet. Die Masse wurde aus einer Strangpresse mit einer 4-mm-Düse ausgepreßt und der Strang auf 4 bis 8 mm Länge zerschnitten. Die feuchten Träger wurden bei

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Temperaturen unter 100° C getrocknet und dann bei 1000° C calciniert. Diese Temperatur wurde zur Erzielung der gewünschten Festigkeit 1 Stunde gehalten.

Die erkalteten Träger wurden zur Aufbringung der aktiven Substanz zunächst mit einer Lösung von Kupfernitrat und Ammoniumdichromat in Wasser imprägniert. Dazu wurden die in einem Rundkolben befindlichen Träger nach dem Evakuieren auf etwa 15 Torr mit der Lösung bedeckt, die pro Liter 1,6 Mol Cu(NO₃)₂ und 0,4MoI (NH₄)₂Cr₂O₇ enthielt. Die Träger verblieben nach dem Belüften des Kolbens noch einige Zeit unter der Lösung, wurden dann weitgehend von der anhaftenden Lösung befreit und unter ständigem Durchmischen in einem Warmluftstrom getrocknet. Die auf dem Träger eingetrockneten Salze wurden im Luftstrom bei 250 bis 280° C zersetzt. Abschließend wurde der Katalysator zur Aktivierung 20 Minuten bei 500° C unter Überleiten von Luft geglüht. Ein auf diese Weise hergestellter Katalysator enthielt 8,2 %> Kupfer-, Chrom- und Eisenoxyd.

Zur Bestimmung der mechanischen Festigkeit des erhaltenen Katalysators wurde der Berstdruck gemessen; das ist der Druck, der notwendig ist, um einen 6 mm langen Zylinder bei radialer Belastung zu zerbrechen. Er betrug 16 kg. Die Oberfläche wurde nach der BET-Methode mit Stickstoff zu 44 mr/g bestimmt.

Zwecks Prüfung der Aktivität wurde festgestellt, auf welche Temperatur der Katalysator erhitzt werden muß, damit die Oxydation eines CO-Luft-Gemisches mit 2 Volumprozent CO oder die Oxydation eines Propan-Luft-Gemisches mit 1 Volumprozent Propan einsetzt. Sie wurde für das CO-Luft-Gemisch mit etwa 150° C und für das Propan-Luft-Gemisch mit etwa 250° C gemessen. Der Test wurde an 40 ml Katalysator ausgeführt. Die Belastung des Katalysators, gemessen in

Gasvolumen
Katalysatorvolumen · Stunden

variierte pro Stunde von 12 500 bis 25 000.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Chrom-Katalysators, insbesondere zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungskraftmotoren, wobei ein mit Natrium- und/oder Lithiumionen belegter Bentonit mit Tonerdehydrat im Verhältnis von 1: 9 bis 1: 0,25, vorzugsweise von 1: 9 bis 1 : 2,3, vermischt und anschließend mit Wasser verknetet, zu Formungen verformt, getrocknet und bei 900 bis 1300° C, vorzugsweise bei 950 bis 1050° C, gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein so erhaltener Träger mit einer Lösung von Chrom- und Kupfersalzen, die Chrom und Kupfer im Atomverhältnis von 1 : 2 bis 1: 6, vorzugsweise 1: 2, enthält, imprägniert und anschließend unter Luftzufuhr bei Temperaturen von 250 bis 600° C, vorzugsweise bei 420 bis 490° C, geglüht wird.

θ 309 761/404 12.63