DE19952726A1 - Kompositmaterial zur Speicherung von NO¶x¶, Verfahren zur Herstellung und Verwendung - Google Patents
Kompositmaterial zur Speicherung von NO¶x¶, Verfahren zur Herstellung und VerwendungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Komposit-Speichermaterial sowie dessen Herstellung und die Verwendung, um Stickstoffoxide (NO¶x¶) aus Gasströmen selektiv zu adsorbieren. Erfindungsaufgabe ist die Bereitstellung eines thermisch stabilen Komposit-Speichermaterials für NO¶x¶ mit verbesserter Speicherfunktion und -kapazität. Der Komposit besteht aus einem Trägermaterial, das auf seiner äußeren Oberfläche eine fein verteilte, im wesentlichen röntgenamorphe Schicht aus MnO¶y¶ mit einen Anteil von 3 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Komposits, aufweist, wobei y in Bereich von 1,6 bis 2,0 liegt, und wobei der Komposit eine Adsorptionsfähigkeit für NO¶x¶ im Temperaturbereich von 20 bis 550 DEG C und eine Desorptionsfähigkeit für NO¶x¶ im Temperaturbereich von 200 bis 800 DEG C hat.
Description
Die Erfindung betrifft ein Komposit-Speichermaterial sowie
dessen Herstellung und die Verwendung, um Stickstoffoxide
(NOx) aus Gasströmen selektiv zu adsorbieren.
Die Entwicklung von NOx-Speichermaterialien wird hauptsächlich
von der Fahrzeugindustrie vorangetrieben. Die relevanten Pa
tente stammen aus diesem Grunde aus dem Bereich der Fahrzeug
hersteller. Die Forderung nach einer Senkung des Krafstoffver
brauches hat zu neuen Magermix-Otto-Motoren geführt, bei denen
das Kraftstoff/Luft-Verhältnis beim Betrieb gesenkt wird. Der
resultierende Luftüberschuß im Abgas (Äquivalenz-Verhältnis
Lambda < 1) verursacht ungünstige Bedingungen für die Reduk
tion der Stickoxide durch den Dreiwege-Katalysator. Es macht
sich eine Erweiterung der Abgasbehandlung erforderlich, die in
einer zusätzlichen NOx-Speicher-Funktion besteht. Das paten
tierte Prinzip geht von einem modifizierten Dreiwege-Katalysa
tor aus, der Erdalkalioxide (z. B. BaO) als Speicherkomponente
enthält (JP-A-92-274204, DE-A-43 34 763, Toyota). Die Adsorption
von Stickoxiden in einem Adsorbermaterial wird im Patent DE-A-
195 16 920 (Daimler-Benz-AG) beschrieben, wobei eine vorge
schaltete Oxidationsstufe für das Stickstoffoxid vorgesehen
ist.
Im Patent DE-C-39 39 480 wird eine Adsorptionsmittel mit einem
Kupfersalz auf einem Träger aus Zeolith vorgeschlagen, wobei
das Gas zunächst mit Hilfe von Trocknungsmitteln getrocknet
werden muß. Zeolithe als spezifische Adsorbentien für NOx und
CO werden im Patent DE-C-38 05 734 (Bosch GmbH) vorgeschlagen,
wobei die Zeolithe kieselsäurereich sind und mit Metallen wie
Ca, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Pt oder Ru dotiert sein können.
Charakteristisch ist, daß die genannten zeolithischen Spei
chermaterialien
nur geringe Speicherkapazität für NOx besitzen,
eine Abgabe der Stickoxide in den Gasstrom hauptsächlich schon
unterhalb von 200°C erfolgt,
- - die Speichereigenschaften der zeolithischen Aluminiumsi likate für Stickstoffoxide in Anwesenheit von Feuchtig keit verloren gehen.
- - eine Regenerierung durch thermische Desorption der ge speicherten Stickoxide zu irreversiblen Schädigungen der Struktur der Speichermaterialien führt.
Die Anforderungen an ein gutes anorganisches Speichermaterial
lassen sich entsprechend in folgender Weise formulieren: Das
Speichermaterial soll
- - eine bereits in der Kaltstartphase des Motors wirksame Speicherfunktion in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser dampf im Abgas besitzen,
- - eine möglichst hohe Speicherkapazität aufweisen und
- - eine genügend hohe thermische Stabilität, um eine Regene rierbarkeit des Materials zu gewährleisten.
Die Erfindungsaufgabe bestand darin, ein thermisch stabiles
Komposit-Speichermaterial für NOx mit verbesserter Speicher
funktion und -kapazität zu entwickeln.
Überraschend wurde gefunden, daß Manganoxide geeignete Basis
materialien sind, insbesondere Mangan(IV)oxid (Braunstein),
wenn es als oberflächenreiche, amorphe Modifikation aus wäßriger
Lösung auf einen Träger gefällt wird.
Erfindungsgemäß besteht das Kompositmaterial zur Speicherung
von NOx aus einem Trägermaterial, das auf seiner äußeren Ober
fläche eine fein verteilte, im wesentlichen röntgenamorphe
Schicht aus MnOy mit einen Anteil von 3 bis 90 Gew-%, bezogen
auf das Gewicht des Komposits, aufweist, wobei y in Bereich
von 1,6 bis 2,0 liegt, und wobei der Komposit eine Adsorp
tionsfähigkeit für NOx im Temperaturbereich von 20 bis 550°C
und eine Desorptionsfähigkeit für NOx im Temperaturbereich von
200 bis 800°C hat.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß das Trägermaterial teilchenförmig ist, d. h. in suspendier
ter, dispergierter oder kolloidaler Form in einem wäßrigen
Medium vorliegt.
Das Trägermaterial ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt,
die aus kristallinem Aluminiumsilikat-Zeolith, kolloidaler
Kieselsäure, pyrogenem SiO2 und Gemischen davon besteht.
Besonders bevorzugt ist als Trägermaterial kristalliner Alumi
niumsilikat-Zeolith der allgemeinen Formel (bezogen auf die
wasserfreie Form)
Mez+ r/z[(AlO2)r(SiO2)n],
worin z = 1 oder 2, n/r = 1 bis ∞, r = 1-152 und Me = Na, K,
Ca oder Gemische davon bedeuten.
Wenigstens ein Teil der Mikrokristallite des Aluminiumsilikat-
Zeoliths ist in den Zeolithporen und/oder auf der äußeren
Oberfläche für das NOx frei zugänglich, d. h. die MnOy-Schicht
bedeckt im wesentlichen nur die Außenfläche des Mikrokristal
liten und dringt nicht in die Poren ein. Damit wird bei dieser
Ausführungsform der Erfindung eine synergistische Wechselwir
kung zwischen der aufgefällten Schicht und dem Träger er
reicht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können in dem
Trägermaterial kristalliner Aluminiumsilikat-Zeolith die Alka
li-, Ammonium- und/oder Wasserstoff-Ionen teilweise oder voll
ständig durch Erdalkali-Kationen oder Kationen der Lanthaniden
ausgetauscht sein. Als Alkaliionen kommen dabei Na+ oder K+
in Frage, als Erdalkali-Kationen Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ und als
Lanthanid-Kationen solche der Elemente La, Ce, Pr, Nd, Sm und
Gd.
Die MnOy-Schicht des erfindungsgemäßen Kompositmaterials weist
Mesoporen oder Meso- und Makroporen auf, wodurch weiterhin
eine Wechselwirkung zwischen Schicht und Träger einerseits und
damit in Kontakt kommenden NOx-haltigen Gasen andererseits
ermöglicht wird. Die Meso- oder Meso- und Makroporen der MnOy-
Schicht haben einen Anteil von wenigstens 25% des Gesamtpo
renvolumens des Komposits, vorzugsweise von 30 bis 60% oder
höher.
Hinsichtlich der amorphen MnOy-Schicht ist darauf zu verwei
sen, daß Anteile von kristallinem MnO2, Mn3O4 oder Mn2O3 vorhan
den sein können, sofern die Calcinierungstemperatur zu hoch
gewählt wird. Diese kristallinen Anteile vermindern jedoch die
Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Kompositmaterials.
Die MnO2-Schicht kann zusätzlich Kupfer(I,II), Cer(III,IV)
oder Kobalt(II) oder Gemische davon im Verhältnis der jeweili
gen Atome zu Mn im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10 enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kompositmaterial zur
Speicherung von NOx, gekennzeichnet durch ein Trägermaterial,
das auf seiner äußeren Oberfläche eine fein verteilte, im we
sentlichen röntgenamorphe Schicht aus MnOy mit einen Anteil
von 3 bis 90 Gew-%, bezogen auf das Gewicht des Komposits,
aufweist, wobei y in Bereich von 1,6 bis 2,0 liegt, und wobei
der Komposit eine Adsorptionsfähigkeit für NOx im Temperatur
bereich von 20 bis 550°C und eine Desorptionsfähigkeit für
NOx im Temperaturbereich von 200 bis 800°C hat, wobei das
Material hergestellt ist durch Fällung von MnOy in wäßriger
Phase aus Lösungen wäßriger Mangansalze in Anwesenheit eines
Oxidationsmittels bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 100
°C auf dem in der wäßrigen Phase vorliegenden festen Trägerma
terial.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren zur
Herstellung eines Kompositmaterials zur Speicherung von NOx,
das darin besteht, daß zu einem in wäßriger Phase vorliegenden
festen Trägermaterial unter Rühren bei einer Temperatur von 5
bis 100°C eine Lösung eines wasserlöslichen Mangan(II)salzes
und eine oxidierende Lösung, ausgewählt unter Permanganatlö
sungen und H2O2-Lösungen, zugegeben wird, und der erhaltene
abgetrennte Feststoff bei einer Temperatur von 200 bis 700°C
calciniert wird.
Die Zugabe der Mangansalzlösung und der oxidierenden Lösung
kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Vorteilhaft besteht das Verfahren in der Fällung einer amor
phen, porösen MnOy-Phase in Gegenwart von Silicasol, einer
Suspension von pyrogenem SiO2, und/oder kristalliner Alumini
umsilikate, wobei die Herstellung nach einer der in Tabelle 1
angegebenen Verfahrensvarianten erfolgen kann. Der Vorteil des
erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die oberflä
chenreichen Träger das aufgefällte Manganoxid als MnOy-Phase
stabilisieren.
Bei Verwendung der mikroporösen Aluminiumsilikate ist die
Auffällung der MnOy-Phase auf die äußere Oberfläche der Mikro
kristallite beschränkt. Die MnOy-Phase überführt NO in eine
Form (NO2), die möglicherweise durch das Mikroporensystem der
Aluminiumsilikat-Komponente gespeichert wird. Die erreichte
Stabilisierung der MnOy-Phase ist auf den mikroporösen Alumi
niumsilikaten am ausgeprägtesten. Die Eigenschaften der beiden
Bestandteile des Komposit-Materials führen zu synergistischen
Effekten.
Die Herstellungsvarianten des Komposit-Speichermaterials auf
der Basis mikroporöser Aluminiumsilikate sind in Tabelle 1
zusammengefaßt.
Daraus resultieren die Herstellungsvarianten A1 bis A3, wobei
in letzterem Fall mit einem Überschuß von Mn(II) gefällt wird,
sowie die Varianten B3 und C3.
Die Verwendung von kolloidaler Kieselsäure oder pyrogenem SiO2
an Stelle des Zeoliths zählt ebenfalls zu dem erfindungsgemäs
sen Verfahren. Bei diesen Trägermaterialien ist die gesamte
Oberfläche im wesentlichen mit der MnOy-Schicht bedeckt, wobei
infolge der Porosität der Schicht eine Wechselwirkung des NOx-
haltigen Gases mit dem Trägermaterial stattfinden kann.
Die Zeolithe können in der Alkali-Form, der Ammonium-Form oder
der H-Form eingesetzt werden, wobei die folgenden Schritte
grundsätzlich zur Komplettierung der Herstellung des Komposit-
Adsorbens notwendig sind, sich jedoch im Detail unterscheiden
können.
Einstellung des pH-Wertes für die Fällung,
- - Waschen des Feststoffes,
- - Trocknungs- und Calcinierungsprozesse,
- - Verformungsschritte (Bindemittelzusatz oder Verpres sen),
- - Ionenaustauschprozesse.
Bevorzugt erfolgt die Suspension des Zeolithpulvers in Was
ser und die Abscheidung des MnO2 durch die kontrollierte,
gleichzeitige Zugabe zweier Mn-haltiger Lösungen, deren eine
Mn2+ und deren andere Mn7+ enthält (Herstellung B3).
Als oxidierende Lösung mit Mn7+ wird vorzugsweise eine Lösung
von Kaliumpermanganat, Permangansäure oder Ammoniumpermanga
nat eingesetzt.
Eine weiter Ausführungsform besteht darin, daß der oxidie
renden Lösung wasserlösliche Salze zugesetzt werden, ausge
wählt unter den Acetaten, Nitraten, Sulfaten und Gemischen
davon in Verbindung mit Kupfer(I,II), Cobalt(II), Cer(III,
IV) und Gemischen davon. Dabei liegt das Verhältnis des je
weiligen Metalles zu Mn vorteilhaft im Bereich von 1 : 1 bis
1 : 10.
Der pH-Wert bei der Fällung wird vorteilhaft auf pH 7 bis pH
9 eingestellt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kom
positmaterialien weisen oxidative und acide Eigenschaften
auf, sofern als Träger ein Zeolith verwendet wird, der acide
Zentren besitzt, oder sie weisen nur oxidative Eigenschaften
auf, sofern als Träger ein nichtacider Feststoff wie z. B.
SiO2 oder die Alkali-Form eines Zeolith-Materials verwendet
werden. Es sind auch weitere Trägermaterialien einsetzbar,
beispielsweise Oxide wie TiO2 oder Al2O3.
Das Material ist zur NOx-Speicherung geeignet und kann zur
Entfernung von Stickoxiden aus den Abgasen zahlreicher chemisch-technologischer
Prozesse wie z. B. der Salpersäureher
stellung, der Caprolactam-Herstellung, der Katalysatorher
stellung sowie stationärer und mobiler Verbrennungs
kraftmaschinen und Gasturbinen eingesetzt werden. Das Spei
chermaterial ist ein Feststoff, der aus einer Kieselsäure
bzw. einem mikroporösen Aluminiumsilikat und einem Mangan
oxid besteht, das durch ein spezifisches Verfahren auf die
äußere Oberfläche der Kieselsäure bzw. des Aluminiumsilikats
schalenförmig aufgefällt wird (egg-shell-Anordnung). Das
Material besitzt eine hohe Speicherkapazität für NOx in Ge
genwart von Feuchtigkeit im Temperaturbereich von Raumtempe
ratur bis 550°C, bevorzugt bei 50-350°C, und gibt die
gespeicherten Stickstoffoxide im Temperaturbereich von 200-
800°C, bevorzugt bei 300-700°C, wieder ab.
Die Regenerierung des Kompositmaterials kann durch Aufheizen
des Materials auf eine maximale Endtemperatur von 800°C,
durch Zugabe von gasförmigem Ammoniak im Temperaturbereich
von 150-350°C mittels selektiver katalytischer Reduktion zu
N2 und H2O oder durch Behandlung mit Wasser erfolgen.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen beschrieben.
In der dazugehörigen Zeichnung bedeuten
Fig. 1: Röntgenspektrum des nach Beispiel 1 hergestellten
Komposit-Adsorbens (oben) im Vergleich zum Na-Y laut ASTM-
File 38-239 (unten).
Fig. 2: Übersicht zu den Speichereigenschaften des erfin
dungsgemäßen Materials laut Beispiel 1, charakterisiert
durch eine temperaturprogrammierte Arbeitsweise.
15 g Zeolith NaY der Zusammensetzung Na58[Al58Si134O384] × 240
H2O (Aldrich) wurden in einem 200 ml-Becherglas mit 50 ml
Wasser bei Raumtemperatur suspendiert und durch einen Pro
pellerrührer (n = 1500 cm-1) gerührt. Nach 5 min wurden 2,45 g
Mangan(II)acetat-tetrahydrat (reinst, Merck) (10 mmol)
zugegeben. Nach Auflösung des Acetates wurde eine Lösung von
1,05 g Kaliumpermanganat (6,7 mmol) in 50 ml Wasser inner
halb von 10 s zugegeben. Die vorher weiße Suspension wird
dunkelbraun. Durch Zugabe von NH3-Lösung wird der pH-Wert der
Suspension von 4 auf 7 eingestellt. Nach Erwärmen auf 80°C
für 30 min unter Rühren wird der Feststoff abgesaugt. Das
Auswaschen erfolgt mit Ammonium-Acetat-Lösung (1%ig), um
eine Peptisation zu verhindern. Nach Trocknung bei Raumtem
peratur (24 h) wird das Material bei 600°C 2 h im Muffel
ofen calciniert. Für die Untersuchungen werden nach verpres
sen des Pulvers in einer Tablettenpresse die zerkleinerten
Tabletten (Körnung 0,3-0,7 mm) im Versuchsreaktor einge
setzt.
Das Komposit-Speichermaterial hatte die chemische Zu
sammensetzung gemäß Tabelle 2.
Element | |
Gehalt (Gew-%) | |
Si | 27,2 |
Al | 7,33 |
Mn | 7,53 |
Na | 5,66 |
K | 1,82 |
O | 50,46 |
Die BET-Oberfläche betrug 608 m2/g, das Mikroporenvolumen
0,26 cm3/g und das Mesoporenvolumen 0,17 cm3/g.
Das aufgefällte Mangandioxid ist amorph. Die amorphe Struk
tur verleiht dem Komposit-Adsorbens Mesoporosität. Im Rönt
genbeugungsdiagramm lassen sich keinerlei Reflexe eines kri
stallinen Manganoxids nachweisen. Alle auftretenden Reflexe
lassen sich zweifelsfrei der Zeolithstruktur Y zuordnen
(ASTM-File 38-239), vergl. Fig. 1. Im Röntgenbeugungsdia
gramm sind somit ausschließlich die Reflexe der kristallinen
Zeolithstruktur, aber keine Reflexe einer kristallinen Man
ganoxidphase zu finden.
Die Speichereigenschaften sind in Tabelle 6 zusammengefaßt.
Die Speichereigenschaften werden in diesem wie in den
folgenden Beispielen in folgender standardisierten Weise in
einer Strömungsapparatur temperaturprogrammiert bei Normal
druck geprüft:
- - Eduktzusammensetzung: 550 ppm NO, 6 Vol.% O2, teilweise 7 Vol.% H2O, Trägergas He
- - Versuchsbedingungen: 0,5 g Feststoff,
- - Gesamtströmungsgeschwindigkeit 120 cm3 (NPT*)/min
- - Aufheizrate: 6 K/min
- - Analyse: Maihak-Multigassensor, Analysenintervall 20 s, Bestimmung der Summe von NO und NO2 durch Einsatz des Konverters.
NPT = 25°C; 101,3 kPa (1 at)
Analog zu Beispiel 1 wurde das Komposit-Adsorbens herge
stellt und nach dem Calcinieren bei 500°C mit Silicasol
(SiO2, 40% in H2O, kolloidale Dispersion, Alfa®, Deutschland)
angeteigt, getrocknet und erneut calciniert, so daß der SiO2-
Anteil 15 Gew-% betrug.
Dieses Material wurde mit 5 Chargen einer Lösung von 10 g
Bariumnitrat in 250 ml Wasser (pH-Wert = 5) bei 90°C für
jeweils eine Stunde behandelt unter Zwischenspülung mit Was
ser. Das Material wurde bei einer Temperatur von 120°C ge
trocknet und 2 h bei 500°C in Luft getempert.
Die analytische Zusammensetzung des Materials ist in Tabelle
3 aufgeführt.
Element | |
Gehalt (Gew-%) | |
Si | 22,88 |
Al | 5,66 |
Mn | 6,77 |
Na | 1,56 |
K | 0,48 |
Ba | 8,98 |
O | 53,67 |
Die BET-Oberfläche betrug 470 m2/g, das Mikroporenvolumen 0,2 cm3/g
und das Mesoporenvolumen 0,31 cm3/g.
Die Herstellung erfolgte analog zu Beispiel 1. Als Zeolith
wurde jedoch Zeolith L (Zeolyst International) mit folgender
Zusammensetzung (laut Herstellerangaben in Tabelle 4) einge
setzt.
Dieser Zeolith liegt in der Kalium-Form vor. Der Zusatz des
Bindemittels erfolgte wie in Beispiel 2 angegeben. Es resul
tiert ein Komposit-Adsorbens der Zusammensetzung gemäß Ta
belle 5.
Element | |
Gehalt (Gew-%) | |
Si | 27,84 |
Al | 6,32 |
Mn | 7,31 |
Na | 0,26 |
K | 9,44 |
O | 48,83 |
Die BET-Oberfläche beträgt 382 m2/g, das Mikroporenvolumen
0,16 cm3/g und das Mesoporenvolumen 0,53 cm3/g.
Ausgangspunkt war der kommerziell erhältliche Zeolith Morde
nit der Zusammensetzung: (NH4)3.72[Al3.72Si44.28O96].
Die Auffällung von 10 Gew-% MnO2 erfolgte nach dem Verfahren
A3 in Tabelle 1. Nach dem Trocknen wurde die Probe 3 h an
Luft bei 500°C getempert. Dabei wird ein Teil der Ammonium
ionen thermisch zersetzt, somit partiell die acide H-Form
des Zeoliths erhalten.
Der Ionenaustausch der NH4 + Ionen und H+ Ionen gegen Na+ er
folgte in der Weise, daß 3 g des Adsorbens in 60 g H2O sus
pendiert und unter Rühren bei 70-80°C gehalten wurden. Der
pH-Wert der Suspension lag bei ca. 3-4. Zum Austausch wur
den 10 g Natriumhydrogencarbonat zugegeben und die Suspen
sion noch 5 min gerührt. Der pH Wert lag danach bei ca. 8-9.
Der Feststoff wurde abgesaugt, mit H2O gewaschen und getrock
net.
Der Eintausch von Barium-Ionen wurde analog durch Zugabe von
Bariumcarbonat im Überschuß durchgeführt.
3,8 g SiO2 (Aerosil 200, Degussa) wurden in 100 cm3 Wasser
suspendiert und die Fällung wie in Beispiel 1 durchgeführt,
indem gleichzeitig eine Mn(II)-Acetat-Lösung (33 mmol) und
eine Kaliumpermanganat-Lösung (22 mmol) in die Suspension
eingetropft wurden.
Nach Absaugen und Trocknen beträgt der Masse-Anteil MnO2
50 Gew-%. Das Material wurde zur Speicherung eingesetzt. Die
Daten sind in Tabelle 6 enthalten.
12,5 g einer Silicasol-Lösung (40% SiO2, 20 nm Durchmesser,
Alfa) in 100 ml Wasser wurden wie unter Beispiel 5 gleich
zeitig mit einer Mn(II)-Acetat-Lösung (33 mmol) und einer
Kaliumpermanganat-Lösung (22 mmol) versetzt. Der Feststoff
wurde abgesaugt, getrocknet und bei 500°C calciniert. Der
Anteil des MnO2 betrug 50 Gew-%.
Ein Beispiel für die erhaltenen Meßdaten ist in Fig. 2 dar
gestellt, und zwar für Kompositmaterialien entsprechend den
erfindungsgemäßen Herstellungen, Beispiel 1, 2, 5.
Die quantitative Auswertung beruht auf der Flächenbestimmung
und Umrechnung auf Mengen/Masseeinheit des Feststoffes durch
Eichfaktoren.
Eine Adsorption erfolgt, wenn am Reaktorausgang geringere
NOx-Konzentrationen festgestellt werden als im Eduktstrom
vorhanden, eine Desorption erfolgt bei höherer Konzentration
an NOx im Ausgangsstrom. Es wurden bis zu 3 Versuchszyklen
durchgeführt, d. h., die Probe nach Erreichen der Endtempe
ratur unter Inertgas auf die Anfangstemperatur abgekühlt und
nach Zuschalten des Gemisches eine weitere temperaturpro
grammierte Charakterisierung vorgenommen.
Die ermittelten Speicherkapazitäten und Temperaturbereiche
der Adsorption/Desorption für die erfindungsgemäßen Bei
spiele 1-6 der Komposit-Adsorbenzien sind in Tabelle 6 zu
sammengefaßt.
Claims (17)
1. Kompositmaterial zur Speicherung von NOx, gekennzeichnet
durch ein Trägermaterial, das auf seiner äußeren Oberfläche
eine fein verteilte, im wesentlichen röntgenamorphe Schicht
aus MnOy mit einen Anteil von 3 bis 90 Gew-%, bezogen auf das
Gewicht des Komposits, aufweist, wobei y in Bereich von 1,6
bis 2,0 liegt, und wobei der Komposit eine Adsorptionsfähig
keit für NOx im Temperaturbereich von 20 bis 550°C und eine
Desorptionsfähigkeit für NOx im Temperaturbereich von 200 bis
800°C hat.
2. Kompositmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus kristallinem Aluminiumsilikat-Zeolith, kolloidaler Kie
selsäure, pyrogenem SiO2 und Gemischen davon besteht.
3. Kompositmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermaterial kristalliner Aluminiumsilikat-Zeo
lith der allgemeinen Formel Mez+ r/z[(AlO2)r(SiO2)n] ist, worin
z = 1 oder 2, n/r = 1 bis ∞, r = 1-152, Me = Na, K, Ca oder
Gemische davon bedeuten.
4. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial teilchenför
mig ist.
5. Kompositmaterial nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens ein Teil der Mikrokristallite des
Aluminiumsilikat-Zeoliths in den Zeolithporen und/oder auf
der äußeren Oberfläche für das NOx frei zugänglich ist.
6. Kompositmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die MnOy-Schicht Mesoporen oder Meso- und Makroporen auf
weist.
7. Kompositmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meso- oder Meso- und Makroporen der MnOy-Schicht ei
nen Anteil von wenigstens 25% des Gesamtporenvolumens des
Komposits haben.
8. Kompositmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die MnO2-Schicht zusätzlich Kupfer-, Cer- oder Kobaltoxid
oder Gemische davon im Verhältnis der Atome zu Mn im Bereich
von 1 : 1 bis 1 : 10 enthält.
9. Kompositmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Trägermaterial kristalliner Aluminiumsilikat-Zeo
lith die Alkali-, Ammonium- und/oder Wasserstoff-Ionen teil
weise oder vollständig durch Erdalkali-Kationen oder Katio
nen der Lanthaniden ausgetauscht sind.
10. Kompositmaterial zur Speicherung von NOx, gekennzeichnet
durch ein Trägermaterial, das auf seiner äußeren Oberfläche
eine fein verteilte, im wesentlichen röntgenamorphe Schicht
aus MnOy mit einen Anteil von 3 bis 90 Gew-%, bezogen auf das
Gewicht des Komposits, aufweist, wobei y in Bereich von 1,6
bis 2,0 liegt, und wobei der Komposit eine Adsorptionsfähig
keit für NOx im Temperaturbereich von 20 bis 550°C und eine
Desorptionsfähigkeit für NOx im Temperaturbereich von 200 bis
800°C hat, wobei das Material hergestellt ist durch Fäl
lung von MnOy in wäßriger Phase aus Lösungen wäßriger Man
gansalze in Anwesenheit eines Oxidationsmittels bei Tempera
turen im Bereich von 20 bis 100°C auf dem in der wäßrigen
Phase vorliegenden festen Trägermaterial.
11. Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials zur
Speicherung von NOx, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem in
wäßriger Phase vorliegenden festen Trägermaterial unter Rüh
ren bei einer Temperatur von 5 bis 100°C eine Lösung eines
wasserlöslichen Mangan(II)salzes und eine oxidierende Lö
sung, ausgewählt unter Permanganatlösungen und H2O2-Lösungen,
zugegeben wird, und der erhaltene abgetrennte Feststoff bei
einer Temperatur von 200 bis 700°C calciniert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
als Permanganatlösung eine Lösung von Kaliumpermanganat,
Permangansäure oder Ammoniumpermanganat eingesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich
net, daß der oxidierenden Lösung wasserlösliche Salze zuge
setzt werden, ausgewählt unter den Acetaten, Nitraten, Sul
faten und Gemischen davon von Kupfer(I,II), Cobalt(II), Cer
(III,IV) und Gemischen davon mit einem Verhältnis des jewei
ligen Metalles zu Mn im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der pH-Wert zur Fällung auf 7 bis 9 eingestellt wird.
15. Verwendung des Komposit-Materials zur Speicherung von NOx
aus Abgasströmen, insbesondere aus feuchten Abgasströmen in
stationären oder mobilen Verbrennungskraftmaschinen.
16. Verwendung nach Anspruch 15 als Adsorbens für die Spei
cherung von Stickstoffoxiden in Gegenwart von Sauerstoff in
feuchten Gasen bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 450
°C.
17. Verwendung nach Anspruch 15 und nachfolgender Regenerie
rung des Kompositmaterials durch Aufheizen des Materials auf
eine maximale Endtemperatur von 800°C, durch Zugabe von
gasförmigem Ammoniak im Temperaturbereich von 150-350°C
mittels selektiver katalytischer Reduktion zu N2 und H2O oder
durch Behandlung mit Wasser.
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