DE2137331B2 - Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Abgasreinigung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Abgasreinigung

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Description

20
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators, der dazu dient, der Luftverschmutzung vorzubeugen und der insbesondere 2r> in einer Anlage zur Reinigung von Motorabgasen oder in einer Anlage zur Reinigung der Abgase bei der Verbrennung von Schweröl eingesetzt werden soll.
Eine Anlage zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysator jo arbeitet, hat die folgenden Vorteile:
1. Die Anlage kann in eine Auspuffleitung eingebaut werden und es kommt hierdurch kaum zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs, und auch die Fahrleistungen des Kraftfahrzeuges werden kaum Jr> beeinträchtigt.
2. Der Katalysator besitzt hervorragende Eigenschaften und entfaltet seine Wirksamkeit schon bei einer niedrigen Temperatur. Der Volumendurchsatz ist hoch und die Wirksamkeit des Katalysators halt auch bei niedriger Temperatur an. Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage arbeitet daher auch schon bei niederer Fahrgeschwindigkeit eines Kraftwagens. Die Reinigungsleistung der Anlage bleibt während des gesamten Fahrbetriebes hoch Vy und die benötigte Katalysatormenge ist so gering, daß die Anlage kompakter ausgelegt sein und kleinere Abmessungen aufweisen kann.
3. Da der wirtschaftliche Aufwand für eine solche Anlage zum großen Teil durch den Katalysator Λ)|) bedingt ist, wird ein Metalloxid oder eine geringe Menge eines Edelmetalls benutzt, und die Herstellungskosten für den Katalysator können daher gering gehalten werden. Die Motorabgasreinigungsanlage erfordert daher keinen hohen Kosten- Y> aufwand.
Eine wirksame Methode zur Reinigung der Auspuffgase von Kraftfahrzeugen besteht darin, daß man Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe, also die e>o unverbrannten Kraftstoffanteile, durch Oxydation in Kohlendioxid oder in ein Gemisch von Kohlendioxid und Wasser umwandelt. Bei der Oxydation di:r unverbrannten Bestandteile mit Hilfe eines Katalysators läßt sich ein hoher Umwandlungsgrad erzielen und die unverbrannten Anteile können auf diesem Wege leicht oxydiert werden. Die Methode der Oxydation unter Zuhilfenahme eines Katalysators ist daher sehr leistungsfähig. Allerdings hängt der Erfolg der Umwandlung weitgehend von der Beschaffenheit des verwendeten Katalysators ab. Erforderlich ist daher die Schaffung eines Katalysators mit vielseitigen Anwendungsmögiichkeiten, guten Eigenschaften und geringem Fertigungsaufwand.
Es sind Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren verschiedener Art bekannt geworden, so z. B. aus der DE-PS 4 566 ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung besonders wirksamer Kontaktsubstanzen, das darauf beruht, daß Edelmetalle oder Metalloxide in feinster Zerteilung fest-haftend auf eine indifferente Unterlage niedergeschlagen werden, was auf chemischem Wege erfolgt Dabei wird z. B. ein Faserstoff wie Asbest beispielsweise mit einer Auflösung von Platinchlorid innig durchtränkt, welche man vorher durch Natriumcarbonat alkalisch gemacht und der man eine zur Reduktion des Platins ausreichende Menge ameisensauren Natriums zugesetzt hatte. Dann wird auf einem Wasserbad zur Trockne gebracht wobei sich Platin-schwarz ausscheidet und sich fest auf die Faser niederschlägt Statt Platin kann auch ein anderes Metall der Platingruppe, wie Iridium oder Palladium, unter Umständen auch, jedoch mit geringerem Erfolg, die Oxide unedler Schwermetalle, namentlich Eisenoxid, Chromoxid, Manganoxid, Kobaltoxid, Kupferoxid, verwendet werden. Da jedoch bei der Herstellung die anfallende breiige Masse häufig durchgearbeitet wird, bis sie zur Trockne gebracht wird, ergibt sich eine vergleichsweise kompakte Masse, die durchströmenden Gasen einen hohen Widerstand entgegensetzt; ein solcher Katalysator wäre daher insbesondere nicht brauchbar für die Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen, vor allem auch nicht für den Einbau in die Auspuffanlagen.
Ferner besteht ein älterer Vorschlag gemäß der DE-OS 20 62 056 für ein Verfahren zum Herstellen eines Entgiftungskatalysators für Autoabgase darin, daß man ein Kobaltsalz, wie Kobaltnitrat oder Kobaltacetat, auf die Oberfläche eines in Längsrichtung unterteilten Glasfaserbündels aufbringt und dann das Kobaltsalz zu einer Katalysatorschicht aus Kobaltoxid auf der Oberfläche des Glasfaserbündels zersetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche Glasfaserbündel als Träger für die genannten Zwecke nicht ideal, sondern verbesserungsbedürftig sind, was insbesondere die Hitzebeständigkeit des Katalysators betrifft.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Berücksichtigung der obigen Gesichtspunkte ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators mit hoher, bleibender katalytischer Aktivität, langer Lebensdauer bei hoher Hitzebeständigkeit, guter Kontaktwirkung mit geringem Strömungswiderstand zu schaffen.
Dies gelingt durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Abgasreinigung durch Aufbringen einer katalytisch aktiven Komponente auf Glasfasern als Träger, Trocknen und Erhitzen auf höhere Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Glasfasergewebe verwendet wird, das zur Erhöhung seines Siliciumdioxidgehalts mit einer Säure behandelt und 2 bis 8 h auf 500 bis 1100° C erhitzt worden ist. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß auf den Träger vor dem Aufbringen der katalytisch aktiven Komponente eine organische Chrom-, eine organische Kobalt- und/oder eine organische Nickelverbindung aufgebracht wird.
Die Erfindung soll nun in der Anwendung auf die
Reinigung der Auspuffgase von Kraftfahrzeugen in ihren Einzelheiten anhand der Zeichnungen beschrieben werden. Darin zeigt
F i g. 1 eine schematisierte Ansicht einer üblichen Abgasreinigungsanlage, und
F i g. 2 und 3 Anordnungen, die oazu dienen, ein Gemisch von Auspuffgasen und Luft mit einem Katalysator in Berührung zu bringen.
Bei der Anordnung der Fig. 1 werden die Abgase eines Kraftfahrzeugmotors 1 durch eine mit einem Lufteinlaßstutzen 2 versehene Leitung abgeleitet und vermischen sich hierbei mit Luft, die mittels eines Luftgebläses durch den Lufteinlaßstutzen 2 angesaugt und über eine Zuführvorrichtung mit einem Venturirohr zugeleitet wird. Das Gemisch der Auspuffgase mit Luft durchströmt dann eine Einrichtung 3, in der es mit einem Katalysator in Berührung kommt, und einen Schalldämpfer 4, um hierauf durch ein Endrohr 5 auszutreten. Der erfindungsgemäße Katalysator befindet sich in der Einrichtung 3. Der Aufbau dieser Einrichtung 3 ist an sich bekannt und Beispiele hierfür sind in F i g. 2 und 3 gezeigt. So ist in Fig.2 in einem geeigneten Metallgehäuse 11 an dem einen Ende in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung ein Metallgeflecht oder eine Lochplatte 12 vorgesehen, wobei am Auslaßende ein ähnliches (nicht dargestelltes) Geflecht oder Blech angeordnet ist und sich eine Katalysatormasse 13 zwischen diesen Geflechten oder Blechen befindet. In Fig.3 ist ein anderes Beispiel für den Aufbau dieser Einrichtung gezeigt, wobei hier zwei ähnliche Geflechte oder Lochplatten 21 und 23 in paralleler Erstreckung in einer Neigung angeordnet sind, während sich eine Katalysatormasse 22 zwischen diesen Geflechten oder Platten befindet.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen eingehend beschrieben werden, welche die Anwendung des erfindungsgemäß hergestellten Katalysators in der Abgasreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs betreffen.
Ausführungsbeispiel 1
Ein aus Glasfasersträngen bestehendes einfaches Gewebe, bei dem der Durchmesser der Einzelfäden 3 bis 20 Mikron und der Strangdurchmesser 0,05 bis 5 mm betrug, während sich der Strangabstand auf 1 bis 10 mm belief, wurde in eine starke Säure eingetaucht, nämlich in eine etwa 40prozentige Schwefelsäure, und wurde in der Säure heftig bewegt, wodurch ein alkalischer Bestandteil aus dem Glasfasermaterial herausgelöst wurde. Das in dieser Weise erhaltene Glasfasergewebe, dessen Siliciumdioxidgehalt durch die Behandlung erhöht war, wurde für die Zeitdauer von 2 bis 8 Stunden in einem Ofen auf etwa 500 bis 1100° C erhitzt, wobei das Gewebematerial in der Längsrichtung um etwa 20 Prozent schrumpfte und die Hitzebeständigkeit der Glasfasern beträchtlich erhöht wurde. Nachdem das so behandelte Glasfasergewebe zum restlosen Entfernen noch verbliebener Säureanteile von der Oberfläche mit entionisiertem Wasser ausgewaschen worden war, wurde das Gewebematerial in eine wässerige Lösung mit einer Temperatur von 10 bis 50°C eingetaucht, deren Zusammensetzung die folgende war:
entionisiertes Wasser
Kobaltnitrat
Kupfernitrat
100 Gewichtsteile
100 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
bis 1200C getrockner, worauf zum Austausch der Atmosphäre ein Luftstrom mit einem Durchsatz von 100 bis 500 Liter/min je Kilogramm des Gewebematerials über das getrocknete Material hinweggeleitet wurde, während das Gewebematerial für die Dauer von 1 bis 8 Stunden auf 300 bis 8000C erhitzt wurde, um die Metallsalze zu zersetzen und um auf der Oberfläche des Glasfasergewebes eine Abscheidung von Trikobaltetroxid und Kupfermonoxid aus dem Kobaltnitrat bzw. aus
ίο dem Kupfernitrat zu bewirken. Hierdurch kam es auf dem Gewebematerial zur Ausbildung einer Katalysatorschicht und der Vorgang der Herstellung des Katalysators war damit beendet. Das Gewebematerial wurde dann zu einer in sich zurückgtiührten Rolle mit einer Breite von 100 bis 300 mm verformt, worauf eine Menge von 200 bis 800 Gramm dieses rollenförmigen Materials in der Weise in der Abgasreinigungsanlage eines Kraftwagens angeordnet wurde, daß sich die Achsrichtung der Rolle in der Strömungsrichtung der Auspuffgase erstreckte. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels war für die Abgasreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Hubraum von 1500 cm3 eine Katalysatormenge von 520 Gramm vorgesehen.
Ausführungsbeispiel 2
Ein Gewebematerial mit einem Katalysator wurde in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, vobei hiervon abweichend jedoch mit einer Tauchlösung der folgenden Zusammensetzung gearbeitet wurde:
Entionisiertes Wasser
Mangannitrat
Kupfernitrat
Kobaltnitrat
400 Gewichtsteile
200 Gewichtsteile
40 Gewichtsteile
25 Gewichtsteile
Das so hergestellte Gewebematerial mit dem Katalysator wurde auf bestimmte Abmessungen zurechtgeschnitten und eine Katalysatormenge von 520 Gramm wurde in der gleichen Anlage wie im Ausführungsbeispiel 1 eingesetzt. Die Anlage war in ein Kraftfahrzeug mit einem Hubraum von 1500 cm3 eingebaut, in dem sie dann auch erprobt wurde.
Ausführungsbeispiele 3 bis 5
Katalysatorhaltige Gewebematerialien wurden in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, wobei jedoch mit den folgenden Tauchlösungen gearbeitet wurde:
Ausführungsbeispiel 3
Entionisiertes Wasser
Nickelacetat
Kupferacetat
Chromacetat
Ausführungsbeispiel 4
Entionisiertes Wasser
Kobaltnitrat
Kupfernitrat
Chromnitrat
Ausführungsbeispiel 5
Entionisiertes Wasser
Nickelacetat
Manganacetat
Kobaltacetat
100 Gewichtsteile
50 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
5 Gewichtsteile
100 Gewichtsteile
100 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
5 Gewichtsteile
100 Gewichtsteile
100 Gewichtsteile
40 Gewichtsteile
15 Gewichtsteile
Das Gewebematerial wurde nach dieser Tauchbehandlune für die Zeitdauer von 3 bis 24 Stunden bei 90 In diesen Ausführungsbeispielen sind die Metallsalze zwar unterschiedlich gewählt, doch sind in den
schließlich gebildeten Katalysatorschichten die folgenden Oxidformen enthalten:
für Kobalt: Kobaltoxide (Co3O4, Co2O3, CoO usw.)
für Kupfer: Kupferoxide (CuO, Cu2O usw.)
für Chrom: Chromoxide (Cr2O3 usw.)
für Nickel: Nickeloxide (NiO, Ni2O3 usw.)
für Mangan:Manganoxide (MnO, MnO2, Mn2O3 usw.)
Die so hergestellten Katalysatormassen wurden in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 eingesetzt.
In den obigen Ausführungsbeispielen 1 bis 5 wurden die Glasfasergewebe mit einer so starken Säure behandelt, wie es eine Schwefelsäure mit einem Gehalt von 40 Gewichtsprozent in wäßriger Lösung ist, um alkalische Bestandteile aus dem Glasfasermaterial zu entfernen, und die Hitzebeständigkeit des Glasfasermaterials wurde hierdurch entsprechend erhöht. Die so behandelten Gewebematerialien dienten dann als Träger für den Katalysator.
Ausführungsbeispiel 6
Verunreinigungen, die in der Säure oder im Waschwasser enthalten sind, bleiben für gewöhnlich an der Oberfläche eines Glasfasergewebes zurück, das der Säurebehandlung zur Abtrennung der alkalischen Bestandteile unterworfen wird. Diese Verunreinigungen können normalerweise im Zuge einer Wärmebehandlung bei etwa 700 bis 9000C beseitigt werden, so daß die Oberfläche des Trägermaterials hierdurch gereinigt wird.
Ein Glasfasergewebe wurde in eine Lösung eingetaucht, die 1 Gewichtsteil Chromnaphthenat als organische Chromverbindung in 3 Gewichtsteilen eines aus gleichen Volumteilen Xylol und Aceton bestehenden Lösungsmittelgemisches enthielt, um so die organische Chromverbindung auf die Oberfläche des Gewebematerials aufzubringen, worauf das Material getrocknet wurde, so daß nur das Lösungsmittel wieder entfernt wurde. Dann wurde das Gewebematerial in eine wäßrige Lösung eingetaucht, die in 100 Gewichtsteilen entmineralisierten Wassers 100 Gewichtsteile Kobaltnitrat und 40 Gewichtsteile Kupfernitrat enthielt, und das getauchte Gewebematerial wurde in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 einer Aktivierungsbehandlung für den Katalysator unterzogen, wodurch eine Katalysatorsubstanz erzeugt wurde. Als organische Chromverbindung wurde handelsübliches Chromnaphthenat verwendet.
Die in dieser Weise hergestellte Katalysatormasse wurde ebenso eingesetzt wie im Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 7
Ein Glasfasergewebe wurde zum Aufbringen einer Chromverbindung in eine verdünnte Lösung eingetaucht, die 5 Gewichtsteile Chromnaphthenat in 15 Gewichtsteilen Xylol enthielt, worauf das Trägermaterial getrocknet und dann in eine wäßrige Lösung eingetaucht wurde, die in 100 Gewichtsteilen entionisierten Wassers 100 Gewichisteile Kobaltnitrat, 40 Gewichtsteile Kupfernitrat und maximal 5 Gewichtsteile Chromnitrat enthielt Nach dieser Tauchbehandlung wurde das Gewebematerial 8 Stunden an der Luft bei 80 bis 1200C getrocknet und dann zur Aktivierung des Katalysators 4 Stunden auf 4500C erhitzt Die Aktivierungsbehandlung wurde so vorgenommen, daß zum Austausch der Atmosphäre ständig Frischluft in den Ofen eingeblasen wurde. Der in dieser Weise erzeugte Katalysator wurde in gleicher Weise eingesetzt wie im Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiele 8 bis 11
In den voraufgegangenen Ausführungsbeispielen wurde eine organische Chromverbindung zur Herstellung des Katalysators benutzt.
Im Unterschied dazu wurde in den Ausführungsbeispielen 8 bis 11 bei der Herstellung der Katalysatoren von handelsüblichen organischen Kobalt- und Kupferverbindungen ausgegangen, mit denen dann ebenso verfahren wurde wie in den Ausführungsbeispielen 6 und 7. Zur Herstellung der Katalysatoren wurden Metallsalze verschiedener Art gewählt, wie dies aus Tabelle 1 hervorgeht. Das Antrocknen der wäßrigen Lösung und das Erhitzen des Glasfasergewebes zur Aktivierung der Katalysatorschicht erfolgte jedoch in gleicher Weise wie in den Ausfuhrungsbeispielen 6 und
Es können aber auch andere organische Metallverbindungen Verwendung finden als die des Chroms, des Kobalts und des Kupfers. Diese organischen Metallverbindungen zersetzen sich bei den Trocknungs- oder Erhitzungstemperaturen zu Metallen oder Metalloxiden. Falls diese Stoffe bei Beendigung der Katalysatoraktivierungsbehandlung allerdings noch in Form der betreffenden organischen Verbindung vorliegen sollten, so würde hierdurch die Katalysatorwirkung beeinträchtigt werden oder es käme zu einer Vergiftung des Katalysators durch andere Stoffe wie beispielsweise Bleioxid, Vanadinpentoxid und andere vergiftende Additive, die im Benzin enthalten sind.
Das üblicherweise erhältliche, nicht mit einer Säure behandelte Glasfasermaterial ist für die Verwendung in Verbindung mit einem Epoxyharz, einem Polyesterharz usw. mit einer organischen Chromverbindung oder mit einer suiciumorganischen Verbindung als Oberflächenbehandlungsmittel beschichtet, und ein hitzebeständiges Glasfasergewebe, dessen Alkaligehalt durch die Säurebehandlung herabgesetzt wurde, ist ohne weiteres verwendbar, auch wenn das Oberflächenbehandlungsmittel auf die Gewebeoberfläche aufgebracht ist.
Ausführungsbeispiel 12
Das gleiche hitzebeständige Glasfasergewebe wie im Ausführungsbeispiel 1 wurde in eine Lösung eingetaucht, die in 100 Gewichtsteilen Äthylalkohol 4 Gewichtsteile Platinchlorid enthielt, worauf es 8 Stunden
so bei 80° C getrocknet wurde. Dann wurde das Gewebe zur Herstellung des Katalysators in einem Ofen 2 Stunden auf 4000C erhitzt, wobei die Ofenatmosphäre unter Einhaltung vorbestimmter Bedingungen ständig erneuert wurde. Der Katalysator wurde in der gleichen Weise eingesetzt wie im Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 13
Zur Herstellung von Katalysatoren wurde in der gleichen Weise verfahren wie im Ausführungsbeispiel 12, wobei jedoch in die Lösung Aluminiumoxidpulver (AI2O3) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 Mikron in einem Anteil entsprechend der Menge des Platinchlorids eingemischt wurde, um die Trägeroberfläche zu vergrößern.
Die Ergebnisse der obigen Ausführungsbeispiele 1 bis 13 sind in Tabelle 1 zusammengefaßt, wobei jeweils auch die Beschaffenheit der Katalysatoren angegeben ist Zur Ermöglichung eines Vergleichs der Katalysatorkennda-
ten wurde auf die Oberfläche von Aluminiunioxidkörnchen (AI2O3) als Trägermaterial, das bei hoher Temperatur gebrannt war, eine aus Manganoxid und Chromoxid bestehende Katalysatorschicht aufgebracht, und der so hergestellte Katalysator ist in der Tabelle zum Zweck der Gegenüberstellung als das nach dem Stand der Technik bekannte Material aufgeführt. In der Tabelle bezieht sich der Kennwert »Reinigungsprozentsatz« auf das Kohlenmonoxid, das in den Auspuffgasen eines Kraftfahrzeugs als höchster Anteil enthalten ist und das toxische Eigenschaften besitzt. In die Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugmotors mit einem Abgasvolumen von 1500 cm3 wurde eine Einrichtung eingebaut, in der eine Katalysatormenge von 520 Gramm enthalten
Kl
war, und die Umwandlung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid erfolgte in der Weise, daß mittels eines der Einrichtung vorgeschalteten Luftgebläses Luft in die Auspuffleitung eingeblasen wurde, wobei sich der Luftdurchsatz auf 150 Liter/min belief. Als Reinigungsprozentsatz wird in diesem Zusammenhang der Prozentanteil des in Kohlendioxid umgewandelten Kohlenmonoxids bezeichnet. Zur Festlegung der anderen Kennwerte diente ein Gerät, das ein freies Überwachen der Gastemperatur oder des Gasvolumens gestattet, wobei mit einem Stickstoffgas mit einem Gehalt von 5,0 Prozent Kohlenmonoxid (CO) als Standardgas sowie jeweils mit 2 cm3 Katalysatorsubstanz gearbeitet wurde.
Tabelle 1 Art der
organischen
Verbindung		 Reinigungs
prozentsatz		 Temperatur
beim Ein
setzen der
Reaktion		 Temperatur
bei Beendi
gung der
Reaktion		 Hitze
beständig
keitsgrenze		 Maximale
Umwand
lung		 Temperatur
des Kataly
sators bei
der Reaktion		 Volum
durchsatz
bei 100%iger
Umwandlung
Ausfüh-
rungs-
beispicl		 0C 0C 0C % 0C 104Xh"1
keine 48 178 120 700-1200 72 700-1200 0,8
Stand der
Tecchnik		 keine 95 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 350-450 20-40
1 keine 95 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 350-450 20-40
2 keine 96 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 350-450 20-40
3 keine 95 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 350-450 20-40
4 keine 95 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 350-450 20-40
5 Chrom 95 oder
höher		 90-105 70-80 950 oder
höher		 100 300-400 20-55
6 Chrom 95 oder
höher		 90-105 70-80 950 oder
höher		 100 300-400 20-55
7 Chrom 95 oder
höher		 95-105 60-70 950 oder
höher		 100 300-400 20-55 I
8 Kupfer 95 oder
höher		 90-100 70-80 950 oder
höher		 100 300-400 20-70 J
9 Kobalt 95 oder
höher		 100-110 70-80 950 oder
höher		 100 400-450 20-35 I
10 Chrom-
Kobalt		 95 oder
höher		 90-100 70-80 950 oder
höher		 100 400-450 20-40 I
11 keine 95 oder
höher		 155 40 950 oder
höher		 100 300-350 35-70
12 keine 95 oder
höher		 155 40 950 oder
höher		 100 300-350 35-70
13
Der so hergestellte Katalysator für die Reinigung der dungsgemäße Katalysator für geradkettige Kohlenwas-
Auspuffgase von Kraftfahrzeugen vermittelt die folgen- serstoffe mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül
den Vorteile: ein ausgezeichnetes Umwandlungsverhalten zeigt, wo-
1) Der Reinigungsprozentsatz ist sehr hoch. Da sich 60 bei zu beachten ist, daß die Reaktion in diesem Fall bei
der Katalysator insbesondere für die Oxydation des einer tieferen Temperatur einsetzt als bei der Oxydation
Kohlenmonoxids und der niederen Kohlenwasserstoffe von CO.
als unverbrannte Bestandteile von Kraftfahrzeugabga- 2) Als Trägermaterial dient ein aus Glasfasern sen sehr günstig auswirkt, kann damit eine hervoi ra- bestehendes Gewebe, und der Gehalt dieses Glasfasergend geeignete Abgasreinigungsanlage geschaffen 65 gewebes an Siliciumoxid (SiO2) wird durch eine werden. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, liegt der Säurebehandlung zur Abtrennung alkalischer Bestand-Reinigungsprozentsatz für CO bei 95 Prozent oder teile erhöht Durch diese Säurebehandlung wird die Zahl höher. Es konnte festgestellt werden, daß der erfin- der vorhandenen Hohlräume vermehrt und auch die
Hitzebeständigkeit wird verbessert. Gleichzeitig ist damit eine Oberflächenvergrößerung des Glasfasergewebes verbunden. Auf eine solche Gewebeoberfläche wird dann eine Katalysatorschicht aufgebracht, wodurch eine bessere Kontaktwirkung mit den Auspuffga- -> sen hervorgebracht wird. Der erfindungsgemäße Katalysator hat hervorragende katalytische Eigenschaften. Der höhere Umwandliingsgrad ist u. a. auch auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Katalysatormasse im wesentlichen eine netzartige Struktur hat, was den Kontakt der Auspuffgase mit dem Katalysator erleichtert.
Der erhöhte Umwandlungsgrad wird aber auch dadurch mitverursacht, daß die Oberfläche des Gewebematerials durch das Herauslösen der alkalischen r, Bestandteile vergrößert wird und daß die enialkalisierten Glasfasern als ein Promotor oder Katalysebeschleuniger wirken, der geeignet ist, die Eigenschaften des Katalysators zu verbessern. Das erfindungsgemäß behandelte Glasfasermaterial wird daher in Form eines Glasfasergewebes verwendet. Der Durchmesser der Glasfasern liegt unter einigen Mikron und man verarbeitet für gewöhnlich einen Strang mit einigen hundert oder einigen tausend Glasfasern. Bessere Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn man eine größere 2r> Zahl von Strängen vorsieht.
3) Da der Katalysator eine netzartige Struktur hat, ist der den Auspuffgasen entgegengesetzte Widerstand geringer, wenn dieser Katalysator in der Auspuffanlage verwandt wird, und die Belastung des Motors durch den w Katalysator ist daher in diesem Fall geringer.
4) Nimmt man auf dem Träger eine Abscheidung einer geringen Menge einer metallorganischen Verbindung als Vorbehandlungsmittel vor, bringt man also beispielsweise nur wenige Gewichtsprozent einer r> solchen Verbindung auf, so kann die Temperatur, bei der die Reaktion einsetzt, um 10 bis 15 Grad gesenkt werden. Wird die metallorganische Verbindung indessen in einer zu starken Schicht aufgebracht, so verringert sich die Trägeroberfläche entsprechend und es läßt sich keine hinreichende Haftung der Katalysatorschicht an dem Träger erzielen. Die Katalysatorschicht wird dann im Betrieb mitunter abgetragen. Es ist daher zu beachten, daß von der metallorganischen Verbindung nur einige Prozent oder eher weniger auf den Träger aufgebracht werden.
5) Für gewöhnlich wird Platin als Katalysator benutzt. Verwendet man als Träger das erfindungsgemäß hergestellte Gewebematerial aus porösen Glasfasern, die eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit haben, so kann der Volumdurchsatz wesentlich höher sein und die bei der Reaktion herrschende Temperatur kann gesenkt werden. Auch bei einer Abscheidung von Platin auf dem Träger scheint der aus dem erfindungsgemäß hergestellten Glasfasergewebe bestehende Träger als Promotor zu wirken.
Arbeitet man gleichzeitig auch noch mit Aluminiumoxid, so fällt der Volumdurchsatz etwas höher aus, obwohl dies aus Tabelle 1 nicht hervorgeht, und auch die Temperatur des Einsetzens der Reaktion wird etwas herabgesetzt. Diese Eigentümlichkeiten lassen erkennen, daß auch das Aluminiumoxid als Promotor wirkt.
6) Der erfindungsgemäß hergestellte Katalysator hat ein erheblich geringeres Gewicht als der üblicherweise verwendete Katalysator. Zurückzuführen ist dies darauf, daß Glasfasern als Träger vorgesehen sind und daß auf den Oberflächen dieser Glasfasern nur eine dünne Katalysatorschicht ausgebildet wird. Die Ursache ist also in dem geringeren spezifischen Gewicht des Katalysators zu erblicken. Wird der erfindungsgemäße Katalysator in einem Kraftwagen eingesetzt, so kann die eigentliche Abgasreinigungsanlage ein geringeres Gewicht haben als bislang und es steht folglich ein größerer Nutzeffekt zu erwarten.
7) Als Rohstoffe für die Herstellung des erfindungsgemäß hergestellten Katalysators kommen Glasfasern, Metalloxide, Platin und metallorganische Verbindungen in Betracht, und das Herstellungsverfahren für den Katalysator ist demgemäß erheblich vereinfacht. Auch ist es möglich, den Katalysator nicht im kleinen Maßstab im Chargensystem herzustellen, sondern im Zuge einer kontinuierlichen Massenfertigung. Der Herstellungsaufwand für den Katalysator kann demgemäß gesenkt werden und die Abgasreinigungsanlage kann zu günstigen Bedingungen erstellt werden.
Bei der Herstellung des Katalysators können auch andere Rohstoffe und Fertigungsbedingungen in Anwendung kommen als die obenstehend in den Ausführungsbeispielen genannten. Im Rahmen der Erfindung kann daher hinsichtlich der Arten und der Anteilsverhältnisse der Metallsalze, der metallorganischen Verbindungen, der Platinsalze, der zum Auflösen benutzten Lösungsmittel usw. eine freie Auswahl getroffen werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen ist die Anwendung des erfindungsgemäß hergestellten Katalysators auf die Reinigung der Auspuffgase von Kraftfahrzeugen beschrieben, doch können die in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Katalysatoren auch für die Reinigung anderer Abgase Verwendung finden, so beispielsweise für die Abgasreinigung bei der Schwe.ölverbrennung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Abgasreinigung durch Aufbringen einer -, katalytisch aktiven Komponente auf Glasfasern als Träger, Trocknen und Erhitzen auf höhere Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Glasfasergewebe verwendet wird, d!as zur Erhöhung seines Siliciumdioxidgehalts mit einer Säure behandelt und 2 bis 8 h auf 500 bis 1100" C erhitzt worden ist
2. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Träger vor dem Aufbringen der katalytisch aktiven Komponente eine organische Chrom-, eine organische Kobalt- und/oder eine organische Nickelverbindung aufgebracht wird.
DE2137331A 1970-07-30 1971-07-26 Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Abgasreinigung Expired DE2137331C3 (de)

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GB1365916A (en) 1974-09-04
DE2137331A1 (de) 1973-02-15
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