DE202017007046U1 - Catalytically active particle filter - Google Patents
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Abstract
Partikelfilter, das ein Wandflussfilter der Länge L und zwei gleiche Zusammensetzung aufweisende Beschichtungen Y und Z umfasst, wobei das Wandflussfilter Kanäle E und A umfasst, die sich parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Wandflussfilters erstrecken und die durch poröse Wände getrennt sind, die Oberflächen OE bzw. OA bilden und wobei die Kanäle E am zweiten Ende und die Kanäle A am ersten Ende verschlossen sind, und wobei die Beschichtungen Y und Z gleiche Sauerstoffspeicherkomponenten und gleiche Trägermaterialien für Edelmetalle umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass
Beschichtung Y sich in den Kanälen E auf den Oberflächen OE befindet und sich ausgehend vom ersten Ende des Wandflussfilters über 57 bis 80 % der Länge L erstreckt,
Beschichtung Z sich in den Kanälen A auf den Oberflächen OA befindet und sich ausgehend vom zweiten Ende des Wandflussfilters über 57 bis 80 % der Länge L erstreckt,
und die Beschichtungen Y und Z Aluminiumoxid in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung Y bzw. Z, Rhodium, Palladium oder Palladium und Rhodium und eine oder mehrere Sauerstoffspeicherkomponenten in einer Menge von 30 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung Y bzw. Z enthält.
A particulate filter comprising a length L wall flow filter and two equal composition coatings Y and Z, the wall flow filter comprising channels E and A extending in parallel between first and second ends of the wall flow filter and separated by porous walls Form surfaces O E and O A respectively and wherein the channels E at the second end and the channels A are closed at the first end, and wherein the coatings Y and Z comprise the same oxygen storage components and the same support materials for noble metals, characterized in that
Coating Y is located in the channels E on the surfaces O E and extends over 57 to 80% of the length L starting from the first end of the wall-flow filter,
Coating Z is located in the channels A on the surfaces O A and extending from the second end of the wall-flow filter over 57 to 80% of the length L,
and the coatings Y and Z alumina in an amount of 20 to 70 wt .-%, based on the total weight of the coating Y or Z, rhodium, palladium or palladium and rhodium and one or more oxygen storage components in an amount of 30 to 80 wt .-%, based on the total weight of the coating Y or Z contains.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein katalytisch aktives Partikelfilter, das sich insbesondere für die Entfernung von Partikeln, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus dem Abgas von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betriebenen Verbrennungsmotoren eignet.The present invention relates to a catalytically active particulate filter, which is particularly suitable for the removal of particles, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides from the exhaust gas of combustion engines operated with stoichiometric air / fuel mixture.
Abgase von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betriebenen Verbrennungsmotoren, also Benzinmotoren, werden in herkömmlichen Verfahren mit Hilfe von Dreiwege-Katalysatoren gereinigt. Diese sind in der Lage, die drei wesentlichen gasförmigen Schadstoffe des Motors, nämlich Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide, gleichzeitig zu unschädlichen Komponenten umzusetzen.
Neben diesen gasförmigen Schadstoffen enthält das Abgas von Benzinmotoren aber auch feinste Partikel (PM), die aus der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs resultieren und im Wesentlichen aus Ruß bestehen. Im Unterschied zur Partikelemission von Dieselmotoren sind die Partikel im Abgas stöchiometrisch betriebener Verbrennungsmotoren sehr klein und weisen eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner 1 µm auf. Typische Partikelgrößen liegen im Bereich 10 bis 200 nm. Des Weiteren ist die emittierte Partikelmenge sehr gering und bewegt sich im Bereich von 2 bis 4 mg/km.
Mit der europäischen Abgasnorm EU-
In addition to these gaseous pollutants, the exhaust gas from gasoline engines also contains very fine particles (PM), which result from the incomplete combustion of the fuel and consist essentially of soot. In contrast to the particle emission of diesel engines, the particles in the exhaust gas of stoichiometrically operated internal combustion engines are very small and have an average particle size of less than 1 μm. Typical particle sizes range from 10 to 200 nm. Furthermore, the amount of particles emitted is very small and ranges from 2 to 4 mg / km.
With the European emission standard EU-
Im Bereich der Reinigung von Abgas von mager betriebenen Motoren, also insbesondere von Dieselmotoren, haben sich Wandflussfilter aus keramischen Materialien, wie z.B. Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat und Cordierit bewährt. Diese sind aus einer Vielzahl von parallelen Kanälen aufgebaut, die durch poröse Wände gebildet werden. Die Kanäle sind wechselseitig an einem der beiden Enden des Filters verschlossen, so dass Kanäle A gebildet werden, die an der ersten Seite des Filters offen und auf der zweiten Seite des Filters verschlossen sind, sowie Kanäle B, die an der ersten Seite des Filters verschlossen und auf der zweiten Seite des Filters offen sind. Das beispielsweise in die Kanäle A einströmende Abgas kann den Filter nur über die Kanäle B wieder verlassen, und muss zu diesem Zweck durch die porösen Wände zwischen den Kanälen A und B durchfließen. Beim Durchtritt des Abgases durch die Wand werden die Partikel zurückgehalten und das Abgas gereinigt.
Die so zurückgehaltenen Partikel müssen nachfolgend abgebrannt bzw. oxidiert werden, um ein Verstopfen des Filters bzw. einen inakzeptablen Anstieg des Gegendrucks des Abgassystems zu verhindern. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Wandflussfilter mit katalytisch aktiven Beschichtungen versehen, die die Zündtemperatur von Ruß herabsetzen.
Es ist bereits bekannt, solche Beschichtungen auf die porösen Wände zwischen den Kanälen aufzubringen (sogenannte auf-Wand-Beschichtung) oder in die porösen Wände einzubringen (sogenannte in-Wand-Beschichtung). Die
The particles thus retained must subsequently be burned or oxidized to prevent clogging of the filter or an unacceptable increase in the back pressure of the exhaust system. For this purpose, for example, the wall-flow filter is provided with catalytically active coatings which reduce the ignition temperature of soot.
It is already known to apply such coatings to the porous walls between the channels (so-called on-wall coating) or to introduce them into the porous walls (so-called in-wall coating). The
Das Konzept, Partikel mittels Wandflussfiltern aus dem Abgas zu entfernen, ist bereits auf die Reinigung von Abgas von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betriebenen Verbrennungsmotoren übertragen worden, siehe zum Beispiel die
Ein ähnliches Konzept verfolgt die
A similar concept pursues the
Weitere Dokumente, die mit katalytisch aktiven Beschichtungen versehene Filtersubstrate beschreiben, sind
Es besteht weiter Bedarf nach katalytisch aktiven Partikelfiltern, die die Funktionalitäten eines Partikelfilters und eines Dreiwegekatalysators vereinen und dabei die künftig geltenden Grenzwerte einzuhalten erlauben.There is still a need for catalytically active particulate filters that combine the functionalities of a particulate filter and a three-way catalytic converter, while allowing for compliance with future limits.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Entfernung von Partikeln, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus dem Abgas von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoffgemisch betriebenen Verbrennungsmotoren, das ein Wandflussfilter der Länge L und zwei Beschichtungen Y und Z umfasst, wobei das Wandflussfilter Kanäle E und A umfasst, die sich parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Wandflussfilters erstrecken und die durch poröse Wände getrennt sind, die Oberflächen
Die Beschichtungen Y und Z sind Dreiwege-katalytisch aktiv, insbesondere bei Betriebstemperaturen von 250 bis 1100 °C. Sie enthalten üblicherweise ein oder mehrere Edelmetalle, die auf einem oder mehreren Trägermaterialien fixiert sind, sowie ein oder mehrere Sauerstoffspeicherkomponenten.
Die Beschichtungen X und Y umfassen gleiche Sauerstoffspeicherkomponenten und gleiche Trägermaterialien für Edelmetalle in verschiedenen, bevorzugt aber in gleichen Mengen. Die Beschichtungen X und Y enthalten daneben gleiche oder verschiedene Edelmetalle in gleichen oder verschiedenen Mengen.The coatings Y and Z are three-way catalytically active, especially at operating temperatures of 250 to 1100 ° C. They usually contain one or more noble metals fixed on one or more support materials and one or more oxygen storage components.
The coatings X and Y comprise the same oxygen storage components and the same support materials for noble metals in different, but preferably in equal amounts. The coatings X and Y also contain the same or different precious metals in equal or different amounts.
Als Edelmetalle kommen insbesondere Platin, Palladium und Rhodium in Frage, wobei Palladium, Rhodium oder Palladium und Rhodium bevorzugt und Palladium und Rhodium besonders bevorzugt sind.
Bezogen auf das erfindungsgemäße Partikelfilter ist der Anteil von Rhodium am gesamten Edelmetallgehalt insbesondere größer oder gleich 10 Gew.-%.Particularly suitable noble metals are platinum, palladium and rhodium, preference being given to palladium, rhodium or palladium and rhodium, and palladium and rhodium being particularly preferred.
Based on the particle filter according to the invention, the proportion of rhodium in the total noble metal content is in particular greater than or equal to 10 wt .-%.
Die porösen Wände des erfindungsgemäßen Partikelfilters sind bevorzugt frei von Edelmetallen.The porous walls of the particulate filter according to the invention are preferably free of noble metals.
Die Edelmetalle werden üblicherweise in Mengen von 0,15 bis 5 g/l, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters eingesetzt.The noble metals are usually used in amounts of 0.15 to 5 g / l, based on the volume of the wall-flow filter.
Als Trägermaterialien für die Edelmetalle kommen alle dem Fachmann für diesen Zweck geläufigen Materialien in Betracht. Solche Materialien sind insbesondere Metalloxide mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 250 m2/g, bevorzugt von 100 bis 200 m2/g (bestimmt nach
Besonders geeignete Trägermaterialien für die Edelmetalle sind ausgewählt aus der Reihe bestehend aus Aluminiumoxid, dotiertes Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Titandioxid und Mischoxiden aus einem oder mehreren davon. Dotierte Aluminiumoxide sind beispielsweise Lanthanoxid-, Zirkoniumoxid- und/oder Titanoxid-dotierte Aluminiumoxide. Mit Vorteil wird Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid eingesetzt, wobei Lanthan in Mengen von 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 6 Gew.-%, jeweils berechnet als La2O3 und bezogen auf das Gewicht des stabilisierten Aluminiumoxides, verwendet wird.Suitable carrier materials for the noble metals are all those skilled in the art for this purpose materials. Such materials are in particular metal oxides having a BET surface area of from 30 to 250 m 2 / g, preferably from 100 to 200 m 2 / g (determined by
Particularly suitable support materials for the noble metals are selected from the series consisting of alumina, doped alumina, silica, titania and mixed oxides of one or more thereof. Doped aluminas are, for example, lanthanum oxide, zirconium oxide and / or titanium oxide doped aluminas. Lanthanum-stabilized aluminum oxide is advantageously used, with lanthanum being used in amounts of 1 to 10% by weight, preferably 3 to 6% by weight, calculated in each case as La 2 O 3 and based on the weight of the stabilized aluminum oxide.
Ein weiteres geeignetes Trägermaterial ist Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid, dessen Oberfläche mit Lanthanoxid, mit Bariumoxid oder mit Strontiumoxid beschichtet ist.Another suitable carrier material is lanthanum-stabilized alumina, the surface of which is coated with lanthanum oxide, with barium oxide or with strontium oxide.
Als Sauerstoffspeicherkomponente kommen insbesondere Cer/Zirkonium/ Seltenerdmetall-Mischoxide in Frage. Der Begriff „Cer/Zirkonium/ Seltenerdmetall-Mischoxid“ im Sinne vorliegender Erfindung schließt physikalische Mischungen aus Ceroxid, Zirkoniumoxid und Seltenerdoxid aus. Vielmehr sind „Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxide“ durch eine weitgehend homogene, dreidimensionale Kristallstruktur gekennzeichnet, die idealerweise frei ist von Phasen aus reinem Ceroxid, Zirkoniumoxid bzw. Seltenerdoxid. Je nach Herstellungsverfahren können aber auch nicht vollständig homogene Produkte entstehen, die in der Regel ohne Nachteil verwendet werden können.
Im Übrigen umfasst der Begriff Seltenerdmetall bzw. Seltenerdmetalloxid im Sinne vorliegender Erfindung kein Cer bzw. kein Ceroxid.Particularly suitable oxygen storage components are cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides. The term "cerium / zirconium / rare earth mixed oxide" in the context of the present invention excludes physical mixtures of ceria, zirconia and rare earth oxide. Rather, "cerium / zirconium / rare earth mixed oxides" are characterized by a substantially homogeneous, three-dimensional crystal structure which is ideally free of phases of pure ceria, zirconia or rare earth oxide. Depending on the manufacturing process, however, it is also possible for products which are not completely homogeneous to form, which as a rule can be used without disadvantage.
Incidentally, in the context of the present invention, the term rare earth metal or rare earth metal oxide does not include cerium or cerium oxide.
Als Seltenerdmetalloxide in den Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxiden kommen beispielsweise Lanthanoxid, Yttriumoxid, Praseodymoxid, Neodymoxid und/oder Samariumoxid in Betracht.
Bevorzugt sind Lanthanoxid, Yttriumoxid und/oder Praseodymoxid. Besonders bevorzugt sind Lanthanoxid und/oder Yttriumoxid und ganz besonders bevorzugt sind Lanthanoxid und Yttriumoxid, Yttriumoxid und Praseodymoxid, sowie Lanthanoxid und Praseodymoxid.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Sauerstoffspeicherkomponenten frei von Neodymoxid.Suitable rare earth metal oxides in the cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides are, for example, lanthanum oxide, yttrium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide and / or samarium oxide.
Lanthanum oxide, yttrium oxide and / or praseodymium oxide are preferred. Lanthanum oxide and / or yttrium oxide are particularly preferred and very particular preference is given to lanthanum oxide and yttrium oxide, yttrium oxide and praseodymium oxide, and also lanthanum oxide and praseodymium oxide.
In embodiments of the present invention, the oxygen storage components are free of neodymium oxide.
Erfindungsgemäß kann das Masseverhältnis von Ceroxid zu Zirkoniumoxid in den Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxiden in weiten Grenzen variieren. Es beträgt beispielsweise 0,1 bis 1,5, bevorzugt 0,2 bis 1 oder 0,3 bis 0,5. According to the invention, the mass ratio of ceria to zirconia in the cerium / zirconium / rare earth mixed oxides can vary widely. It is for example 0.1 to 1.5, preferably 0.2 to 1 or 0.3 to 0.5.
Sofern die Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxide als Seltenerdmetall Yttriumoxid enthalten, so ist dessen Anteil insbesondere 5 bis 15 Gew.-%.If the cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides contain yttrium oxide as the rare earth metal, its proportion is in particular 5 to 15% by weight.
Sofern die Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxide als Seltenerdmetall Praseodymoxid enthalten, so ist dessen Anteil insbesondere 2 bis 10 Gew.-%.If the cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides contain rare earth metal praseodymium oxide, the proportion thereof is in particular 2 to 10% by weight.
Sofern die Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxide als Seltenerdmetall Lanthanoxid und Yttriumoxid enthalten, so ist dessen Massenverhältnis insbesondere 0,1 bis 1.If the cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides contain lanthanum oxide and yttrium oxide as the rare earth metal, the mass ratio thereof is in particular from 0.1 to 1.
Sofern die Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxide als Seltenerdmetall Lanthanoxid und Praseodymoxid enthalten, so ist dessen Massenverhältnis insbesondere 0,1 bis 1.If the cerium / zirconium / rare earth metal mixed oxides contain lanthanum oxide and praseodymium oxide as the rare earth metal, the mass ratio thereof is in particular from 0.1 to 1.
Üblicherweise enthalten die Beschichtungen Y und Z Sauerstoffspeicherkomponenten in Mengen von 15 bis 120 g/l, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters.Typically, coatings Y and Z contain oxygen storage components in amounts of from 15 to 120 g / L, based on the volume of the wallflow filter.
Das Masseverhältnis von Trägermaterialien und Sauerstoffspeicherkomponenten in den Beschichtungen Y und Z beträgt üblicherweise 0,3 bis 1,5, beispielsweise 0,4 bis 1,3.The mass ratio of carrier materials and oxygen storage components in the coatings Y and Z is usually 0.3 to 1.5, for example 0.4 to 1.3.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten eine oder beide der Beschichtungen Y und Z eine Erdalkaliverbindung wie z.B. Strontiumoxid, Bariumoxid oder Bariumsulfat. Die Menge an Bariumsulfat je Beschichtung beträgt insbesondere 2 bis 20 g/l Volumen des Wandflussfilters.In embodiments of the present invention, one or both of the coatings Y and Z contain an alkaline earth compound such as e.g. Strontium oxide, barium oxide or barium sulfate. The amount of barium sulfate per coating is in particular 2 to 20 g / l volume of the wall-flow filter.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten eine oder beide der Beschichtungen Y und Z Additive wie Seltenerdverbindungen wie z.B. Lanthanoxid und/oder Binder, wie z.B. Aluminiumverbindungen. Diese Additive werden in Mengen verwendet, die in weiten Grenzen variieren können und die der Fachmann im konkreten Fall mit einfachen Mitteln bestimmen kann.In further embodiments of the present invention, one or both of the coatings Y and Z contain additives such as rare earth compounds such as e.g. Lanthanum oxide and / or binders, such as e.g. Aluminum compounds. These additives are used in amounts which can vary within wide limits and which the skilled person can determine in a concrete case by simple means.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Beschichtungen X und Y Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid, Rhodium, Palladium oder Palladium und Rhodium und eine Zirkoniumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Lanthanoxid umfassende Sauerstoffspeicherkomponente.In embodiments of the present invention, coatings X and Y include lanthanum stabilized alumina, rhodium, palladium or palladium, and rhodium, and an oxygen storage component comprising zirconia, ceria, yttria, and lanthana.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Beschichtungen X und Y Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid, Rhodium, Palladium oder Palladium und Rhodium und eine Zirkoniumoxid, Ceroxid, Praseodymoxid und Lanthanoxid umfassende Sauerstoffspeicherkomponente.In other embodiments of the present invention, coatings X and Y include lanthanum stabilized alumina, rhodium, palladium or palladium and rhodium and an oxygen storage component comprising zirconia, ceria, praseodymia and lanthana.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Beschichtungen X und Y Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid, Rhodium, Palladium oder Palladium und Rhodium, eine erste Zirkoniumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Lanthanoxid umfassende Sauerstoffspeicherkomponente, sowie eine zweite Zirkoniumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Praseodymoxid umfassende Sauerstoffspeicher-komponente.In other embodiments of the present invention, coatings X and Y include lanthanum stabilized alumina, rhodium, palladium or palladium and rhodium, an oxygen storage component comprising zirconia, ceria, yttria, and lanthana, as well as oxygen storage comprising zirconia, ceria, yttria, and praseodymium oxide. component.
Die Beschichtungen Y und Z umfassen in Ausführungsformen jeweils Lanthan-stabilisiertes Aluminiumoxid in Mengen von 20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 60 Gew.-%, sowie die Sauerstoffspeicherkomponente in Mengen von 30 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung Y bzw. Z.The coatings Y and Z comprise in embodiments each lanthanum-stabilized alumina in amounts of 20 to 70 wt .-%, particularly preferably 30 to 60 wt .-%, and the oxygen storage component in amounts of 30 to 80 wt .-%, particularly preferably 40 to 70 wt .-%, each based on the total weight of the coating Y or Z.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Beschichtung Y ausgehend vom ersten Ende des Wandflussfilters über 55 bis 80 %, insbesondere über 57 bis 65 % der Länge L des Wandflussfilters. Die Beladung des Wandflussfilters mit Beschichtung Y beträgt bevorzugt 33 bis 125 g/l, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters.In embodiments of the present invention, the coating Y extends from the first end of the wall-flow filter over 55 to 80%, in particular over 57 to 65% of the length L of the wall-flow filter. The loading of the wall-flow filter with coating Y is preferably 33 to 125 g / l, based on the volume of the wall-flow filter.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Beschichtung Z ausgehend vom zweiten Ende des Wandflussfilters über 55 bis 80 %, insbesondere über 57 bis 65 % der Länge L des Wandflussfilters. Die Beladung des Wandflussfilters mit Beschichtung Z beträgt bevorzugt 33 bis 125 g/l, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters.In embodiments of the present invention, the coating Z extends from the second end of the wall-flow filter over 55 to 80%, in particular over 57 to 65% of the length L of the wall-flow filter. The loading of the wall-flow filter with coating Z is preferably 33 to 125 g / l, based on the volume of the wall-flow filter.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Summe der Längen von Beschichtung Y und Beschichtung Z 110 bis 160 % der Länge L. In embodiments of the present invention, the sum of the lengths of coating Y and coating Z is from 110 to 160% of the length L.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten die Beschichtungen Y und Z keinen Zeolithen und kein Molsieb.In embodiments of the present invention, the coatings Y and Z contain no zeolite and no molecular sieve.
Die Gesamtbeladung des erfindungsgemäßen Partikelfilters mit den Beschichtungen Y und Z beträgt insbesondere 40 bis 150 g/l, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Partikelfilter, das ein Wandflussfilter der Länge L und zwei Beschichtungen Y und Z umfasst, wobei das Wandflussfilter Kanäle E und A umfasst, die sich parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Wandflussfilters erstrecken und die durch poröse Wände getrennt sind, die Oberflächen
Beschichtung Y sich in den Kanälen E auf den Oberflächen
Beschichtung Z sich in den Kanälen A auf den Oberflächen
und die Beschichtungen Y und Z Aluminiumoxid in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung Y bzw. Z, Rhodium, Palladium oder Palladium und Rhodium und eine Sauerstoffspeicherkomponente in einer Menge von 30 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung Y bzw. Z enthält, wobei die Sauerstoffspeicherkomponente Zirkoniumoxid, Ceroxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid oder Zirkoniumoxid, Ceroxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid oder eine Mischung aus zwei Sauerstoffspeicherkomponenten umfasst, wobei eine Sauerstoffspeicherkomponente Zirkoniumoxid, Ceroxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid und die andere Zirkoniumoxid, Ceroxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid enthält.The total loading of the particle filter according to the invention with the coatings Y and Z is in particular 40 to 150 g / l, based on the volume of the wall-flow filter.
In one embodiment of the present invention, it relates to a particulate filter comprising a wall-flow filter of length L and two coatings Y and Z, the wall-flow filter comprising channels E and A extending in parallel between a first and a second end of the wall-flow filter and passing through porous walls are separated, the surfaces
Coating Y in the channels E on the surfaces
Coating Z itself in the channels A on the surfaces
and the coatings Y and Z alumina in an amount of 20 to 70 wt .-%, based on the total weight of the coating Y or Z, rhodium, palladium or palladium and rhodium and an oxygen storage component in an amount of 30 to 80 wt. %, based on the total weight of coating Y or Z, wherein the oxygen storage component comprises zirconia, ceria, lanthana and yttria or zirconia, ceria, lanthana and praseodymia or a mixture of two oxygen storage components, wherein an oxygen storage component is zirconia, ceria, lanthana and yttria and the other contains zirconia, ceria, lanthana and praseodymium oxide.
Wandflussfilter, die gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können, sind bekannt und am Markt erhältlich. Sie bestehen beispielsweise aus Silicium-Carbid, Aluminium-Titanat oder Cordierit, haben beispielsweise eine Zelligkeit von 200 bis 400 Zellen pro Inch und üblicherweise eine Wandstärke zwischen 6 und 12 Mil, bzw. 0,1524 und 0,305 Millimeter Sie weisen in unbeschichtetem Zustand beispielsweise Porositäten von 50 bis 80, insbesondere 55 bis 75% auf. Ihre durchschnittliche Porengröße beträgt in unbeschichtetem Zustand beispielsweise 10 bis 25 Mikrometer. In der Regel sind die Poren des Wandflussfilters sogenannte offene Poren, das heißt sie haben eine Verbindung zur den Kanälen. Des Weiteren sind die Poren in der Regel untereinander verbunden. Dies ermöglicht einerseits die leichte Beschichtung der inneren Porenoberflächen und andererseits eine leichte Passage des Abgases durch die porösen Wände des Wandflussfilters.Wall-flow filters which can be used in accordance with the present invention are known and available on the market. They consist for example of silicon carbide, aluminum titanate or cordierite, for example, have a cell density of 200 to 400 cells per inch and usually a wall thickness between 6 and 12 mil, or 0.1524 and 0.305 millimeters They have uncoated, for example, porosities from 50 to 80, especially 55 to 75%. Their average pore size when uncoated, for example, 10 to 25 microns. As a rule, the pores of the wall-flow filter are so-called open pores, that is to say they have a connection to the channels. Furthermore, the pores are usually interconnected. This allows, on the one hand, the slight coating of the inner pore surfaces and, on the other hand, an easy passage of the exhaust gas through the porous walls of the wall-flow filter.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Partikelfilters kann nach dem Fachmann geläufigen Methoden erfolgen, so etwa dadurch, dass eine Beschichtungssuspension, die üblicherweise Washcoat genannt wird, mittels eines der üblichen Tauchbeschichtungsverfahren bzw. Pump- und Saug-Beschichtungsverfahren auf das Wandflussfilter appliziert wird. Thermische Nachbehandlung bzw. Kalzination schließen sich üblicherweise an.
Die Beschichtungen Y und Z werden in getrennten und aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten erhalten.The production of the particulate filter according to the invention can be carried out by methods familiar to the person skilled in the art, for example by applying a coating suspension, which is usually called washcoat, to the wall-flow filter by means of one of the customary dip-coating methods or pump and suction coating methods. Thermal aftertreatment or calcination usually follow.
The coatings Y and Z are obtained in separate and sequential coating steps.
Dem Fachmann ist bekannt, dass die durchschnittliche Porengröße des Wandflussfilters und die mittlere Teilchengröße der katalytisch aktiven Materialien aufeinander abgestimmt werden müssen, um eine auf-Wand-Beschichtung oder eine in-Wand-Beschichtung zu erzielen. In Fall der in-Wand-Beschichtung muss die mittlere Teilchengröße der katalytisch aktiven Materialien klein genug sein, um in die Poren des Wandflussfilters einzudringen. Dagegen muss im Fall der auf-Wand-Beschichtung die mittlere Teilchengröße der katalytisch aktiven Materialien groß genug sein, um nicht in die Poren des Wandflussfilters einzudringen.It is known to those skilled in the art that the average pore size of the wallflow filter and the average particle size of the catalytically active materials must be matched to achieve an on-wall or in-wall coating. In the case of in-wall coating, the average particle size of the catalytically active materials must be small enough to penetrate into the pores of the wall flow filter. In contrast, in the case of on-wall coating, the average particle size of the catalytically active materials must be large enough not to penetrate into the pores of the wall-flow filter.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Beschichtungssuspensionen zur Herstellung der Beschichtungen Y und Z bis zu einer Partikelgrößenverteilung von d50 = 4 bis 8 µm und d99 = 22 bis 16 µm gemahlen.In embodiments of the present invention, the coating suspensions for preparing the coatings Y and Z are milled to a particle size distribution of d 50 = 4 to 8 μm and d 99 = 22 to 16 μm.
Das erfindungsgemäße Partikelfilter eignet sich hervorragend zur Entfernung von Partikeln, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus dem Abgas von mit stöchiometrischem Luft/KraftstoffGemisch betriebenen Verbrennungsmotoren.The particle filter according to the invention is outstandingly suitable for removing particles, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides from the exhaust gas of combustion engines operated with a stoichiometric air / fuel mixture.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur Entfernung von Partikeln, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus dem Abgas von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betriebenen Verbrennungsmotoren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Abgas über ein erfindungsgemäßes Partikelfilter geleitet wird.The present invention thus also relates to a process for the removal of particulates, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides from the exhaust gas of stoichiometric air / fuel mixture operated internal combustion engines, which is characterized in that the exhaust gas is passed through a particulate filter according to the invention.
Dabei kann das Abgas so über ein erfindungsgemäßes Partikelfilter geleitet werden, dass es durch die Kanäle E in das Partikelfilter eintritt und es durch Kanäle A wieder verlässt.
Es ist aber auch möglich, dass das Abgas durch die Kanäle
But it is also possible that the exhaust gas through the channels
Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail in the following examples.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer ersten Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, und einer zweiten Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Beide Sauerstoffspeicherkomponenten wurden zu gleichen Teilen eingesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 30:70. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei die Beschichtung über 100% der Substratlänge in die poröse Filterwand eingebracht wurde. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug 75 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 1,27 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 5 : 1. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Er wird nachstehend als VGPF1 bezeichnet.Lanthanum oxide stabilized alumina was suspended in water along with a first oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia and a second oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. Both oxygen storage components were used in equal parts. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 30:70. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly to coat a commercially available wall flow filter substrate, the coating being introduced into the porous filter wall over 100% of the substrate length. The total load of this filter was 75 g / l, the total noble metal loading was 1.27 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 5: 1. The coated filter thus obtained was dried and then calcined. It will be referred to as VGPF1 below.
Beispiel 1example 1
Beschichtung der Eingangs und Ausgangskanäle:Coating of the input and output channels:
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 56:44. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt. Dabei wurde die Beschichtungssuspension auf die Filterwände des Substrats beschichtet und zwar zuerst in den Eingangskanälen auf eine Länge von 60 % der Filterlänge. Die Beladung des Einlasskanals betrug 62,5 g/l, die Edelmetallbeladung 1,06 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 5 : 1. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Anschließend wurden die Ausgangskanäle des Filters auf eine Länge von 60 % der Filterlänge mit der gleichen Beschichtungssuspension beschichtet. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde erneut getrocknet und anschließend kalziniert. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug somit 75 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 1,27 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 5 : 1. Er wird nachstehend als GPF1 bezeichnet.Alumina stabilized with lanthana was suspended in water along with an oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 56:44. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating a commercially available wall flow filter substrate. The coating suspension was applied to the Filter walls of the substrate coated first in the input channels to a length of 60% of the filter length. The loading of the inlet channel was 62.5 g / l, the noble metal loading 1.06 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 5: 1. The coated filter thus obtained was dried and then calcined. Subsequently, the output channels of the filter were coated to a length of 60% of the filter length with the same coating suspension. The coated filter thus obtained was again dried and then calcined. The total loading of this filter was thus 75 g / l, the total precious metal loading 1.27 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 5: 1. It is referred to below as GPF1.
Beispiel 2Example 2
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer ersten Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, und einer zweiten Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Beide Sauerstoffspeicherkomponenten wurden zu gleichen Teilen eingesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 30:70. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt. Dabei wurde die Beschichtungssuspension auf die Filterwände des Substrats beschichtet und zwar zuerst in den Eingangskanälen auf eine Länge von 60 % der Filterlänge. Die Beladung des Einlasskanals betrug 62,5 g/l, die Edelmetallbeladung 1,06 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 5 : 1. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Anschließend wurden die Ausgangskanäle des Filters auf eine Länge von 60 % der Filterlänge mit der gleichen Beschichtungssuspension beschichtet. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde erneut getrocknet und anschließend kalziniert. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug somit 75 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 1,27 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 5 : 1. Er wird nachstehend als GPF2 bezeichnet.Lanthanum oxide stabilized alumina was suspended in water along with a first oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia and a second oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. Both oxygen storage components were used in equal parts. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 30:70. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating a commercially available wall flow filter substrate. The coating suspension was coated on the filter walls of the substrate, first in the input channels to a length of 60% of the filter length. The loading of the inlet channel was 62.5 g / l, the noble metal loading 1.06 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 5: 1. The coated filter thus obtained was dried and then calcined. Subsequently, the output channels of the filter were coated to a length of 60% of the filter length with the same coating suspension. The coated filter thus obtained was again dried and then calcined. The total loading of this filter was thus 75 g / l, the total precious metal loading 1.27 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 5: 1. It is referred to below as GPF2.
Katalytische CharakterisierungCatalytic characterization
Die Partikelfilter VGPF1, GPF1 und GPF2 wurden zusammen in einer Motorprüfstandsalterung gealtert. Diese besteht aus einer Schubabschaltungsalterung mit 950°C Abgastemperatur vor Katalysatoreingang (Maximale Betttemperatur 1030°C). Die Alterungszeit betrug 19 Stunden (siehe Motortechnische Zeitschrift, 1994, 55, 214-218).
Anschließend wurden die katalytisch aktiven Partikelfilter im gealterten Zustand an einem Motorprüfstand im sogenannten „Light-off Test“ und im „lambda Sweeptest“ getestet. Bei dem Light-off Test wird das Anspringverhalten bei stöchiometrischer Abgaszusammensetzung mit konstanter mittlerer Luftzahl A bestimmt (λ =0,999 mit ±3,4% Amplitude).The particulate filters VGPF1, GPF1 and GPF2 were aged together in an engine test bench aging. This consists of a fuel cut-off aging with 950 ° C exhaust gas temperature upstream of the catalyst inlet (maximum bed temperature 1030 ° C). The aging time was 19 hours (see Motortechnische Zeitschrift, 1994, 55, 214-218).
Subsequently, the catalytically active particulate filters were tested in the aged state on an engine test bench in the so-called "light-off test" and in the "lambda sweep test". In the light-off test, the light-off behavior is determined at a stoichiometric exhaust gas composition with a constant average air ratio A (λ = 0.999 with ± 3.4% amplitude).
Die nachfolgende Tabelle 1 enthält die Temperaturen T50, bei denen jeweils 50% der betrachteten Komponenten umgesetzt werden.
Tabelle 1
Das dynamische Umsatzverhalten der Partikelfilter im lambda Sweeptest wurde in einem Bereich von A = 0,99 - 1,01 bei einer konstanten Temperatur von 510°C bestimmt. Die Amplitude von A betrug dabei ±3,4%. Tabelle 2 enthält den Umsatz am Schnittpunkt der CO- und der NOx-Umsatzkurven, sowie den zugehörigen HC-Umsatz der gealterten Partikelfilter.
Tabelle 2
Die erfindungsgemäßen Partikelfilter GPF1 und GPF2 zeigen gegenüber VGPF1 im gealterten Zustand eine deutliche Verbesserung beim Anspringverhalten und beim dynamischen CO/NOx-Umsatz.The particulate filters according to the invention GPF1 and GPF2 show a significant improvement in the light-off behavior and in the dynamic CO / NOx conversion compared to VGPF1 in the aged state.
Vergleichsbeispiel 2:Comparative Example 2:
Aufbringen der Inwandbeschichtung:Applying the in-wall coating:
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer ersten Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, und einer zweiten Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Beide Sauerstoffspeicherkomponenten wurden zu gleichen Teilen eingesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 30:70. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei die Beschichtung über 100% der Substratlänge in die poröse Filterwand eingebracht wurde. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug 100 g/l, die Edelmetallbeladung 2,60 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 60 : 13,75. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert.Lanthanum oxide stabilized alumina was suspended in water along with a first oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia, and a second oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. Both oxygen storage components were used in equal parts. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 30:70. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly to coat a commercially used Wandflussfiltersubstrats, wherein the coating over 100% of the substrate length was introduced into the porous filter wall. The total loading of this filter was 100 g / l, the noble metal loading 2.60 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 60: 13.75. The coated filter thus obtained was dried and then calcined.
Beschichtung der EingangskanäleCoating of the input channels
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 50:50. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung des unter a) erhaltenen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei auf die Filterwände des Substrats beschichtet wurde und zwar in den Eingangskanälen auf eine Länge von 25 % der Filterlänge. Die Beladung des Eingangskanals betrug 58 g/l, die Edelmetallbeladung 2,30 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert.Alumina stabilized with lanthana was suspended in water along with an oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 50:50. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating the wall flow filter substrate obtained under a), wherein the filter walls of the substrate were coated in the input channels to a length of 25% of the filter length. The loading of the inlet channel was 58 g / l, the noble metal loading 2.30 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. The coated filter thus obtained was dried and then calcined.
Beschichtung der AusgangskanäleCoating of the output channels
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 56:44. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung des unter b) erhaltenen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei auf die Filterwände des Substrats beschichtet wurde und zwar in den Ausgangskanälen auf eine Länge von 25 % der Filterlänge. Die Beladung des Auslasskanals betrug 59 g/l, die Edelmetallbeladung 1,06 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 1 : 2. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug somit 130 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 3,44 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3. Er wird nachstehend als VGPF2 bezeichnet.Alumina stabilized with lanthana was suspended in water along with an oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 56:44. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating the wall flow filter substrate obtained under b), wherein the filter walls of the substrate were coated in the output channels to a length of 25% of the filter length. The loading of the outlet channel was 59 g / l, the noble metal loading 1.06 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 1: 2. The thus obtained coated filter was dried and then calcined. The total loading of this filter was thus 130 g / l, the total noble metal loading 3.44 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. It is referred to below as VGPF2.
Vergleichsbeispiel 3:Comparative Example 3
Aufbringen der Inwandbeschichtung:Applying the in-wall coating:
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer ersten Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, und einer zweiten Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Beide Sauerstoffspeicherkomponenten wurden zu gleichen Teilen eingesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 30:70. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei die Beschichtung über 100% der Substratlänge in die poröse Filterwand eingebracht wurde. Die Beladung dieses Filters betrug 100 g/l, die Edelmetallbeladung 2,07 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 45 : 13,5. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert.Lanthanum oxide stabilized alumina was suspended in water along with a first oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia and a second oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. Both oxygen storage components were used in equal parts. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 30:70. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly to coat a commercially available wall flow filter substrate, the coating being introduced into the porous filter wall over 100% of the substrate length. The loading of this filter was 100 g / l, the noble metal loading 2.07 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 45: 13.5. The coated filter thus obtained was dried and then calcined.
Beschichtung der EingangskanäleCoating of the input channels
Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer Sauerstoffspeicherkomponente, die 40 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Praseodymoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 50:50. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung des unter a) erhaltenen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt, wobei auf die Filterwände des Substrats beschichtet wurde und zwar in den Eingangskanälen auf eine Länge von 60 % der Filterlänge. Die Beladung des Eingangskanals betrug 90 g/l, die Edelmetallbeladung 2,30 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug somit 154 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 3,44 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3.Er wird nachstehend als VGPF3 bezeichnet.Alumina stabilized with lanthana was suspended in water along with an oxygen storage component comprising 40% by weight of ceria, zirconia, lanthana and praseodymia. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 50:50. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating the wall flow filter substrate obtained under a), wherein the filter walls of the substrate were coated in the input channels to a length of 60% of the filter length. The loading of the inlet channel was 90 g / l, the precious metal loading 2.30 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. The coated filter thus obtained was dried and then calcined. The total loading of this filter was thus 154 g / l, the total noble metal loading 3.44 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. It will be referred to as VGPF3 hereinafter.
Beispiel 3 Example 3
Beschichtung der EingangskanäleCoating of the input channels
a) Mit Lanthanoxid stabilisiertes Aluminiumoxid wurde zusammen mit einer Sauerstoffspeicherkomponente, die 24 Gew.-% Ceroxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid und Yttriumoxid umfasste, in Wasser suspendiert. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid und Sauerstoffspeicherkomponente betrug 56:44. Die so erhaltene Suspension wurde anschließend unter ständigem Rühren mit einer Palladiumnitrat-Lösung und einer Rhodiumnitrat-Lösung versetzt. Die resultierende Beschichtungssuspension wurde direkt zur Beschichtung eines handelsüblichen Wandflussfiltersubstrats eingesetzt. Dabei wurde die Beschichtungssuspension auf die Filterwände des Substrats beschichtet und zwar in den Eingangskanälen auf eine Länge von 60 % der Filterlänge. Die Beladung des Einlasskanals betrug 83,33 g/l, die Edelmetallbeladung 2,87 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde getrocknet und anschließend kalziniert. Anschließend wurden die Ausgangskanäle des Filters auf eine Länge von 60 % der Filterlänge mit der gleichen Beschichtungssuspension beschichtet. Der so erhaltene beschichtete Filter wurde erneut getrocknet und anschließend kalziniert. Die Gesamtbeladung dieses Filters betrug somit 100 g/l, die Gesamtedelmetallbeladung 3,44 g/l mit einem Verhältnis von Palladium zu Rhodium von 10 : 3. Er wird nachstehend als GPF3 bezeichnet.a) Lanthanum oxide stabilized alumina was suspended in water along with an oxygen storage component comprising 24% by weight of ceria, zirconia, lanthana and yttria. The weight ratio of alumina and oxygen storage component was 56:44. The resulting suspension was then treated with continuous stirring with a palladium nitrate solution and a rhodium nitrate solution. The resulting coating suspension was used directly for coating a commercially available wall flow filter substrate. In this case, the coating suspension was coated on the filter walls of the substrate and in the input channels to a length of 60% of the filter length. The loading of the inlet channel was 83.33 g / l, the precious metal loading 2.87 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. The coated filter thus obtained was dried and then calcined. Subsequently, the output channels of the filter were coated to a length of 60% of the filter length with the same coating suspension. The coated filter thus obtained was again dried and then calcined. The total loading of this filter was thus 100 g / l, the total precious metal loading 3.44 g / l with a ratio of palladium to rhodium of 10: 3. It is referred to below as GPF3.
Katalytische CharakterisierungCatalytic characterization
Die Partikelfilter VGPF2, VGF3 und GPF3 wurden zusammen in einer Motorprüfstandsalterung gealtert. Diese besteht aus einer Schubabschaltungsalterung mit 950°C Abgastemperatur vor Katalysatoreingang (Maximale Betttemperatur 1030°C). Die Alterungszeit betrug 76 Stunden (siehe Motortechnische Zeitschrift, 1994, 55, 214-218).
Anschließend wurden die katalytisch aktiven Partikelfilter im gealterten Zustand an einem Motorprüfstand im sogenannten „Light-off Test“ und im „lambda Sweeptest“ getestet. Bei dem Light-off Test wird das Anspringverhalten bei stöchiometrischer Abgaszusammensetzung mit konstanter mittlerer Luftzahl A bestimmt (λ =0,999 mit ±3,4% Amplitude).The particulate filters VGPF2, VGF3 and GPF3 were aged together in an engine test bench aging. This consists of a fuel cut-off aging with 950 ° C exhaust gas temperature upstream of the catalyst inlet (maximum bed temperature 1030 ° C). The aging time was 76 hours (see Motortechnische Zeitschrift, 1994, 55, 214-218).
Subsequently, the catalytically active particulate filters were tested in the aged state on an engine test bench in the so-called "light-off test" and in the "lambda sweep test". In the light-off test, the light-off behavior is determined at a stoichiometric exhaust gas composition with a constant average air ratio A (λ = 0.999 with ± 3.4% amplitude).
Die nachfolgende Tabelle 3 enthält die Temperaturen T50, bei denen jeweils 50% der betrachteten Komponenten umgesetzt werden.
Tabelle 3
Das dynamische Umsatzverhalten der Partikelfilter im lambda Sweeptest wurde in einem Bereich von λ = 0,99 - 1,01 bei einer konstanten Temperatur von 510°C bestimmt. Die Amplitude von λ betrug dabei ±3,4%. Tabelle 4 enthält den Umsatz am Schnittpunkt der CO- und der NOx-Umsatzkurven, sowie den zugehörigen HC-Umsatz der gealterten Partikelfilter.
Tabelle 4
Der erfindungsgemäße Partikelfilter GPF3 zeigt gegenüber VGPF2 und VGPF3 im gealterten Zustand eine deutliche Verbesserung beim Anspringverhalten und beim dynamischen CO/NOx-Umsatz.The particulate filter according to the invention GPF3 shows compared to VGPF2 and VGPF3 in the aged state, a significant improvement in the light-off and the dynamic CO / NOx conversion.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |