DE2339866B2

DE2339866B2 - Katalysator, insbesondere fuer die abgasreinigung in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2339866B2
Application number: DE19732339866
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault, Boulogne-Billancourt, Seine; Automobiles Peugeot, Paris; (Frankreich)
Priority date: 1972-08-08
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1976-02-26
Also published as: FR2196008A5; GB1438784A; DE2339866A1; IT990847B; JPS5124466B2; JPS4953581A

Description

Es ist bekannt, daß man die Auspuffgase von Verbrennungsmotoren zur Reinigung über ein Katalysatorbett führen kann, in dem die unverbrannten Gase oxydiert und bestimmte giftige Abfallprodukte abgebaut werden.

Das Katalysatorbett hat in den meisten Fällen die Form einer Patrone, die man durch Tränken einer porösen Trägerschicht mit großer spezifischer Oberfläche mit für ihre Katalysatorwirkung bekannten Metallsalzlösungen erhält.

Solche bekannten Metallsalzlösungen enthalten beispielsweise Nickel-, Kobalt oder Mangansalze, denen andere Metallsalze, beispielsweise Platinsalze, zugefügt werden können.

Ein Katalysator für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 517993 bekannt. Dieser bekannte Katalysator wird folgendermaßen hergestellt: Katalytisch wirksame Stoffe, wie Lösungen oder Oxyde von Metallen, werden bei etwa 80 bis 100° C homogen mit feuerbeständigen Trägermaterialien, wie beispielsweise Kaolin,Ton od.dgl. in Kugelmühlen feinst gemahlen und mit Zusatz von heißen Lösungen zu einer feuchten, plastischen Katalysatormasse vermengt. Die Katalysatormasse wird auf ein Gewebe bestimmter Maschenweite und Fadenstärke aulgebracht und mit diesem verpreßt. Nach Tiocknung der Katalysatormasse erfolgt die Formgebung des Katalysators, indem die Gewebebahn mit Katalysatormasse beispielsweise durch Aufwickeln in mehreren Lagen übereinander geschichtet wird. Durch anschließendes Glühen soll das Gewebe rückstandslos vernichtet werden, so daß ein katalytisches Gerüst entsteht, welches von einer Vielzahl von gleichmäßigen Kapillaren entsprechend den Gewebefäden durchsetzt wird.

Der bekannte Katalysator eignet sich wenig tür die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen, da die Kapillardurchgänge, selbst bei größerem Durchmesser, eine zu hohe Stauwirkung und damit einen nicht tragbaren Leistungsverlust des Kraitfahr/eugmotors bewirken. Im Verhältnis /ur Katalvsatormasse kommt auch nur eine relativ geringe Oberfläche mit den Abgasen in Kontakt, so daß sich ein schlechter Wirkungsgrad ergibt. Schließlich erscheint es zweifelhaft, daß die in die Katalysatormasse eingebetteten Gewebefäden

durch Glühen restlos beseitigt werden. Das Katalysatorgerüst muß deshalb anschließend noch mit Preßluft durchblasen werden. Auf Grund des Feinstmahlens der Katalysatormasse in Kugelmühlen vor dem Aufbringen auf das Maschengewebe scheint der bekannte

ίο Katalysator neben der ungenügenden Makroporosität

zudem eine unbefriedigende Mikroporosität zu haben.

Ein aus der deutschen Offenlegungsschrift

2 152498 bekannter Katalysator für die Abgasreinigung besitzt zwar eine ausreichende Makro- und Mi-

kroporosität, sein Herstellungsverfahren ist jedoch aufwendig. Eine Ausgangsmischung aus Polyolefin, keramischen Füllstoffen und auch einem Weichmacher wird zu einer verrippten Folie extrudiert, die dann aufgerollt wird. Nach Extrahieren des Weichma-

ao chers z. B. mitteis Wasser oder eines organischen Lösungsmittels und Abbrennen der Polyolefine durch Erhitzen auf etwa 700° C wird der verbliebene Keramikkörper bei etwa 1300 bis 1450° C zu einer monolytischen Struktur versintert, wobei darauf zu achten ist, daß die Mikroporosität erhalten bleibt. Schließlich wird der erhaltene poröse Keramikkörper mit katalytisch wirksamen Stoffen imprägniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator, insbesondere für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen, zu schaffen, der bei einfacher Herstellung eine große Austauschfläche aufweist und im Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors nur einen möglichst geringen Leistungsverlust hervorruft.
Diese Aufgabe wird mit einem Katalysator gemäß dem Patentanspruch gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Katalysator sind die einzelnen Katalysatorschichten durch Vorsprünge voneinander in Abstand gehalten, die ausgeformt werden, wenn beim Verpressen der Bahn aus sehmelzbarem oder kalzinierbarem Material mit der aufgebrachten Katalysatormasse diese Katalysatormasse in die Löcher der Bahn dringt. Auf Grund dieser Vorsprünge besitzt der Katalysator eine ausreichende Makroporosität, die einen Durchsatz der Motorabgase ohne wesentliche Stauwirkung zuläßt. Dabei ist die mit den Abgasen in Kontakt kommende Austauschfläche groß. Diese Austauschfläche wird weiterhin vergrößert, da der erfindungsgemäße Katalysator durch die Verwendung faseriger Trägermaterialien mit einer hohen spezifischen Oberfläche eine ausgezeichnete Mikroporosität besitzt.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. I ein Schema der Fertigungsanlage tür die Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators, Fig. 2emen Schnitt durch ein Katalysatorpaket aus drei Schichten.

Ein erfindungsgemäßer Katalysator läßt sich beispielsweise auf folgende Weise herstellen:

Fiine Bahn aus einem schmelzbaren Material, z.B. Zellulosepapier, PVC, Polystyrol, von etwa 0,1 bis

3 mm Dicke wird von einer Walze 1 abgerollt und durchläuft zuerst eine Lochungsstation 2, in der Dorne 3 von beliebiger, geeigneter Form (kreisförmig, platt oder kreuzförmig z.B.) in die Bahn nach einem geeigneten Muster gleichmäßig verteilt Locher 4 stanzen; die Bahn wird an dieser Station von

einer icsten Platte 5 abgestützt, die am Ort der Dorne Öffnungen aufweist; dann gelangt die Bahn in eine Auftragungszone 6, in der Siliciumdioxid-, Aluminiumoxid- oder Aluminiumsilikatfasern über die Bahnhreite derart aufgetragen werden, daß sich eine Decke oder Matte 7 aus vermischten Fasern in einer Stärke von 0.3 bis 3 mm ergibt.

Diese Fasermatte wird anschließend durch Aufspritzen von Strahleir8 eines eihärtenden Bindemittels, dem die katalytisch wirksamen Stoffe beigemischt sind, imprägniert. Das Bindemittel verleiht den lasern gegebenenfalls eine große spezifische Oberfläche und enthält einen Beschleuniger.

Als Bindemittel kann polymerisates Alh\!silikat dienen, dasausTetraäthoxysilan und durch Hydrolyse und partielle Kondensation entstandenen Polymeren von höherem Molekulargewicht besteht.

Der Siliciumdioxidgehalt beträgt 40°'c.

Bei einer Variante kann man auch kleine Mengen Amine hinzufügen. Beim Kontakt mit Wasser läuft die Hydrolyse schnell ab und liefert ireies Siliciumdioxid, das die die Matte bildenden Fasern miteinander verbindet.

Das Bindemittel kann folgende Zusammensetzung haben:

polymcrisiertes Äthylsilikal

mit" '"r O '-', SiO, ;->8,8() Vol-Prozent

zu verbrennender Alkohol 34,35 Vol-Prozent

Destilliertes Wasser 6.7.S Vol-Prozent

HUl (In) 0.10 Vol-Prozen!

Nach etwa zwan/igminütigem Mischen wird der Beschleuniger zugefügt, der besteht aus:

Destilliertem Wasser WH

Triethanolamin 10%.

20cm'dieser Losung werden für 10 bis 20 g Fasern verwendet. Man kann aber auch andere Bindemittel, wie Natriumsilikate, Siliüumsalze, hydrolysierte Akiminiumsalze wie Aluminiumdichlnrid, Natriumaluminate, Animoniumaluminate,organische Basen odei keramische Schlämme, verwenden.

ίο Die gelochte, schmelzbare und mit imprägnierten Fasern bedeckte Bahn wird dann zwischen den Walzen 9. 10 einer Quetschvorrichtung hindurchgeführt, die das Ganze kalibriert und zusammenpreßt.
Während dieses Vorgangs werden die imprägnierten Fasern der Schicht 7 durch die Löcher oder Schlitze 4 getrieben, wodurch Vorsprünge 11 entstehen. Beim Aufrollen auf die Trommel zum Herstellen von Patronen (oder nach dem Zusammenlegen mit übereinandergepackten Bahnstückeri zum Herstellen von Paketen) treffen die Vorsprünge 11 einer Schicht auf die darunterliegende Schicht. Dann wird die Patrone oder das Paket bei ungefähr 150' C getrocknet und anschließend bei 600 bis 800° C eingehrannt, um die Zwischenschicht 1 aus schmelzbarem Material zu verbrennen.

Fig. 2 stellt schematisch die Einzelheiten eines erlinduiigsgemäß zusammengesetzten Produkts im Endzustand dar, wobei jede Schicht 12 aus Aluminiumsilikatfasern von der nachfolgenden durch die Vorsprunge 11 getrennt ist, üic üach dem oben beschriebenen Verfahren heri»estellt sind.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

23 39 86i

Patentanspruch:

Katalysator, insbesondere für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen, hergestellt durch Aufbringen eines Trägermaterials sowie einer ein Bindemittel und katalytisch wirksame Stoffe enthaltenden Katalysatormasse auf eine Bahn aus schmelzbarem oder kalzinierbarem Material, durch Verpressen der Bahn mit dem aufgebrachten Produkt, durch anschließendes Schichten der so erhaltenen Bahn sowie Trocknen und Beseitigen der Bahn aus sehmelzbarem oder kalzinierbaren Material durch Glühen bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus sehmelzbarem oder kalzinierbarem Material zunächst gelocht wird, daß auf diese Bahn als Trägermaterial eine Schicht von 0,3 bis 3 mm Dicke aus Aluminiumoxyd-, Silizirmdioxyd- oder AIuminiismsilikatfasern mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 1 und 100 irr/g aufgebracht wird, und daß die Fasern vor dem Verpressen mit einem Bindemittel, dem die katalytisch wirksamen Stoffe beigemischt sind, getränkt werden.