DE2339866C3 - Katalysator, insbesondere für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

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 poeine 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 2152498 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. mittels Wasser oder eines organischen Lösungsmittels und Abbrennen der Polyolefine durch Erhitzen auf etwa 700° C wird der verbliebene Keramikkörper bei etwa 13(H) 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

rösen Trägerschicht mit großer spezifischer Oberflä- 35 dem Patentanspruch gelöst.

ehe mit für ihre Katalysatorwirkung bekannten Me- Bei dem erfindungsgemäßen Katalysator sind die

einzelnen Katalysatorschichten durch Vorsprünge voneinander in Abstand gehalten, die ausgeformt werden, wenn beim Verpressen der Bahn aus

tallsalzlösungen erhält.

Solche bekannten Metallsalzlösungen enthalten beispielsweise Nickel-, Kobait- oder Mangansalze,

denen andere Metallsalze, beispielsweise Platinsalze, 40 schmelzbarem oder kalzinierbarem Material mit der zugefügt werden können. aufgebrachten Katalysatormasse diese Katalysator-

Ein Katalysator für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise aus der deutschen Ofmasse in die Löcher der Bahn dringt. Auf Grund dieser Vorsprünge besitzt der Katalysator eine ausreichende Makroporosität, die einen Durchsatz der

Katalysator wird folgendermaßen hergestellt: Kataly- 45 Motorabgase ohne wesentliche Stauwirkung zuläßt.

tisch wirksame Stoffe, wie Lösungen oder Oxyde von Dabei ist die mit den Abgasen in Kontakt kommende

Metallen, werden bei etwa 80 bis

fenlegungsschrift 1 517993 bekannt. Dieser bekannte

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 aufgebracht und mit diesem verpreßt. Nach Trocknung 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 für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen, da die Kapillardurchgänge, selbst bei größerem Durchmesser, eine zu hohe Stauwirkung und damit einen nicht tragbaren Leistungsverlust des Kraftfahrzeugmotors bewirken. Im Verhältnis zur Katalysatormasse kommt auch nur Austauschfläche groß. Diese Austauschfläche wird weiterhin vergrößert, da der erlindungsgemäße 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. 1 ein Schema der Fertigungsanlage für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators, Fig. 2 einen Schnitt durch ein Katalysatorpaket aus drei Schichten.

Ein erfindungsgemäßer Katalysator läßt sich beispielsweise auf folgende Weise herstellen:

Eine 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 Löcher 4 stanzen; die Bahn wird an dieser Station von

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

Diese Fasermatte wird anschließend durch Aufspritzen von Strahlen-8 eines erhärtenden Bindemittels, dem die katalytisch wirksamen Stoffe beigemischt sind, imprägniert. Das Bindemittel verleiht den Fasern gegebenenfalls eine große spezifische Oberfläche und enthäit einen Beschleuniger.

Als Bindemittel kann polymerisiertes Äthylsilikat dienen, das ausTetraäthoxysilan und durch Hydrolyse und partielle Kondensation entstandenen Polymeren von höherem Molekulargewicht besteht.

Der Siliciumdioxidgehalt beträgt -M)^c.

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

Das Bindemittel kann folgende Zusammensetzung haben:

polymerisiertes Äthylsilikat

mit ^fr O % SiO,

zu verbrennender Alkohol

Destilliertes Wasser

HUl (In)

58,80 Vol-Prozent

34,35 Vol-Prozent

6,75 Vol-Prozent

0,10 Vol-Prozent

Nach etwa zwanzigminütigem Mischen \/'\τά der Beschleuniger zugefügt, der besteht aus:

Destilliertem Wasser ^yOJf

Triäthanolamin 10%.

20 cm'dieser Lösung werden für 10 bis 20 g Fasern

verwendet. Man kann aber auch andere Bindemittel, wie Natriumsilikate, Siliciamsalze, hydrolysierte Aluminiumsalze wie Aluminiumdichlorid, Natriumaluminate, Ammoniumaluminate, organische Basen oder keramische Schlämme, verwenden.

xo 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 imprägnier-

ten 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 Bahnstücken 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 anschließena bei 600 bis 800° C eingebrannt, um die Zwischenschicht 1 aus schmelzbarem Material zu

as verbrennen.

Fi°. 2 stellt schematisch die Einzelheiten eines erfindungsgemäß zusammengesetzten Produkts im Endzustand dar, wobei jede Schicht 12 aus Aluminiumsilikatfasern von der nachfolgenden durch die Vorsprünge 11 getrennt ist. die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 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 schmelzbarem oder kalzinierbaren Material durch Glühen bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus schmefzbarem oder kalzinierbarem Material zunächst gelocht wird, daß auf diese Bahn als Trägermaterial eine Schicht von 0,3 bis 3 mm Dicke *us Aluminiumoxyd-. Siliziumdioxyd- oder AIuminiumsiiikatfasern mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 1 und J 00 mrJg aufgebracht wird, und daß die Fasern vor dem Verpressen mit einem Bindemittel, dem die katalytisch wirksamen Stoffe beigemischt sind, getrankt werden