DE2830686A1 - CATALYST FOR THE TREATMENT OF MOTOR VEHICLE EMISSIONS AND THE METHOD FOR ITS MANUFACTURING - Google Patents

CATALYST FOR THE TREATMENT OF MOTOR VEHICLE EMISSIONS AND THE METHOD FOR ITS MANUFACTURING

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DE2830686A1
DE2830686A1 DE19782830686 DE2830686A DE2830686A1 DE 2830686 A1 DE2830686 A1 DE 2830686A1 DE 19782830686 DE19782830686 DE 19782830686 DE 2830686 A DE2830686 A DE 2830686A DE 2830686 A1 DE2830686 A1 DE 2830686A1
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acid
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Jack Curtis Summers
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Description

Die Erfindung betrifft Edelmetall-Katalysatoren zur Behandlung von Kraftfahrzeugabgasen.The invention relates to noble metal catalysts for treating vehicle exhaust gases.

Zahlreiche Katalysatoren sind bekannt und werden zum Oxidieren, Reduzieren oder sowohl zum Oxidieren als auch zum Reduzieren der unverbrannten und giftigen Bestandteile in Kraftfahrzeugabgasen eingesetzt.Numerous catalysts are known and are used for oxidizing, reducing, or both oxidizing and reducing of the unburned and toxic components in vehicle exhaust used.

Geräte, die Katalysatoren in Teilchenform oder in monolithischer Form enthalten, werden gegenwärtig bei Kraftfahrzeugen verwendet, um die Abgasemissionen auf Werte zu bringen, die durch die bundesstaatlichen oder die Staatsvorschriften gefordert werden (USA-Vorschriften) und die vorliegende Erfindung ist auf Katalysatoren in beiden Formen anwendbar. Da die Vorschriften noch niedriger liegende Werte von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, von Kohlenmonoxid und Stickoxiden erforderlich machen, ist es nötig, die bekannten Katalysatoren mit höheren Umwandlungswirksamkeiten auszustatten, wobei diese über eine Lebensdauer ,von mindestensDevices containing catalysts in particulate or monolithic form are currently used in automobiles, to bring exhaust emissions to levels required by federal or state regulations (USA regulations) and the present invention is applicable to catalysts in both forms. Because the regulations are even lower If values of unburned hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides are required, it is necessary that to equip known catalysts with higher conversion efficiencies, these over a lifetime of at least

wirken sollen .should work.

80 000 km (= 50 000 Meilen) und darüberhinaus/ohne eine Verschlechterung infolge Vergiftung oder Sintern (Verbacken)zu erfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Katalysatoren mit höherer katalytischer Wirksamkeit über die erforderliche Lebensdauer in der Wirkungsumgebung von Kraftfahrzeugabgasen, in denen Vorläuferverbindungen von Blei und Phosphor vorhanden sind, die bekannte Katalysatorgifte darstellen. Insbesondere betrifft diese Erfindung einen Platin und Palladium enthaltenden Katalysator zur Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Kohlenmonoxid und einen Platin und Rhodium enthaltenden Katalysator, der gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert und Stickoxide im Kraftfahrzeugauspuffgas reduziert. Der Dreiwege-Katalysator arbeitet in einem System, bei dem das dem Motor zugeführte Luft-Brennstoff gemisch am stöc.hiometrischen Punkt geregelt wird, wobei nur eng begrenzte Abweichungen des Gemisches nach der angereicherten und abgemagerten Seite des stöchiometrischen Verhältnisses auftreten. 80,000 km (= 50,000 miles) and beyond / without deterioration due to poisoning or sintering (caking) Experienced. The present invention relates to improved catalytic converters with higher catalytic effectiveness over the required service life in the active environment of motor vehicle exhaust gases, in which precursors of lead and phosphorus are present, which are known catalyst poisons. In particular this invention relates to a platinum and palladium containing catalyst for the oxidation of unburned hydrocarbons and of carbon monoxide and a platinum and rhodium-containing catalyst which simultaneously oxidizes unburned hydrocarbons and carbon monoxide and nitrogen oxides in automobile exhaust gas reduced. The three-way catalytic converter works in a system in which the air-fuel mixture supplied to the engine is regulated at the stoic thiometric point, with only narrowly limited deviations of the mixture after the enriched one and emaciated side of the stoichiometric ratio occur.

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Es wurden umfangreiche theoretische und praktische Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse durch Erprobung mit dem Motor-Dynamometer nachgeprüft wurden; es wurde ein verbesserter Katalysator mit den erwünschten Eigenschaften der höheren Umwandlungswirksamkeit und größerer Beständigkeit gegen Vergiften und Verbacken entwickelt. Der verbesserte Katalysator ist als ein Schichtaufbau-^atalysator ausgelegt. Mit dieser Bezeichnung wird hier ein aus Aluminiumoxid (Tonerde) bestehender Träger oder eine derartige Schicht gemeint, die im folgenden als Träger bezeichnet wird, an dem zwei einander benachbarte Schichten oder Bänder vorhanden sind, wobei die erste oder äußere Schicht Platin mit einem guten Widerstand gegen Vergiftung durch Bestandteile von Kraftfahrzeugabgasen enthält, dessen größte Konzentration an oder in der Nähe der Oberfläche des Aluminiumoxidträgers vorhanden ist (der Ausdruck "Konzentration" bedeutet bei der Verwendung eines Platin-Palladium-Gemisches die Gewichtsprozente des jeweiligen Katalysatormaterials bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators pro Einheit der Eindringtiefe oder Abseheidungstiefe) mit einer Konzentration, die mit zunehmender Abscheidungstiefe in dem Träger abnimmt; die erste Schicht enthält gleichzeitig anderes katalytisch aktives Material oder andere Materialien als Platin mit einer größeren Anfälligkeit für Vergiftung als Platin mit minimaler Konzentration der anderen Materialien oder des anderen Materials in der ersten Schicht an oder in der Fähe der Aluminiumoxidträgeroberfläche und mit ansteigender Konzentration bei ansteigender Eindringtiefe in den Träger bis zu einer Tiefe, bei der die Konzentration der anderen Materialien im Falle von Palladium die Konzentration des Platins erreicht. Diese Tiefe mit gleicher Konzentration stellt die Grenze zwischen der ersten und der zweiten Schicht dar und von da ab nimmt die Konzentration des Palladiums weiterhin zu bis zu einer maximalen Konzentration bei einer jenseits der genannten Grenze liegenden Eindringtiefe. Die zweite Schicht erstrecktExtensive theoretical and practical investigations were carried out, the results of which were obtained through testing with the motor dynamometer have been checked; it became an improved catalyst with the desirable higher conversion efficiency properties and greater resistance to poisoning and caking. The improved catalyst is designed as a layer structure analyzer. With this name what is meant here is a carrier made of aluminum oxide (alumina) or a layer of this type, as follows is referred to as a carrier on which two adjacent layers or tapes are present, the first or outer layer contains platinum with good resistance to poisoning by components of vehicle exhaust gases, the greatest concentration of which is at or near the surface of the alumina support (the term "concentration" When using a platinum-palladium mixture, means the percent by weight of the respective catalyst material based on the total weight of the catalyst per unit of penetration depth or separation depth) with a Concentration which decreases with increasing depth of deposition in the carrier; the first layer contains other things at the same time catalytically active material or materials other than platinum with a greater susceptibility to poisoning than platinum with minimal concentration of the other materials or the other material in the first layer at or near it the aluminum oxide carrier surface and with increasing concentration with increasing penetration depth into the carrier up to to a depth at which the concentration of the other materials in the case of palladium approaches the concentration of platinum. This depth of equal concentration represents the boundary between the first and second layers and from since the concentration of the palladium continues to decrease up to a maximum concentration beyond that mentioned Limit lying depth of penetration. The second layer extends

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sich damit von der Grenze nach innen. Wenn das andere Katalysatormaterial, das zusammen mit Platin verwendet wird, Rhodium ist, bedeutet der Ausdruck "Konzentration" hier die Menge des Katalysatormaterials bei irgendeiner Eindringoder Abscheidetiefe und die Grenze zwischen der ersten, platinreichen Schicht und der zweiten, rhodiumreichen Schicht ist die Tiefe, bei der die maximale Konzentration des Ehodiums vorhanden ist und die zweite Schicht erstreckt sich vender Grenze in den Träger nach innen und enthält mehr als die Hälfte der in dem Katalysator vorhandenen Gesamtmenge von Ehodium.move from the border inwards. If the other catalyst material, used together with platinum is rhodium, the term "concentration" herein means that Amount of catalyst material at any penetration or deposition depth and the boundary between the first, platinum-rich Layer and the second, rhodium-rich layer is the depth at which the maximum concentration of Ehodium is present and the second layer extends inwardly into the wearer at the border and contains more than half the total amount of ehodium present in the catalyst.

Nach dem Stand der Technik sind Katalysatoren mit besonderen physikalischen oder körperlichen Aufbaumerkmalen bekannt. In der US-PS 3 259 589 wird ein Katalysator zur Behandlung vo brennbaren Abfallgasen beschrieben, bei dem eine organische Säure, beispielsweise Zitronensäure,in gesteuerter Menge mit der Lösung des katalytisch aktiven Materials benutzt wird, um eine begrenzte Zone katalytischen Materials entweder an der Oberfläche des Aluminiumoxidträgers oder mit einem gewissen Abstand unterhalb der Oberfläche oder in dem ganzen Trägeraufbau zu erzeugen. Der Katalysator nach US-PS 3 367 888 besitzt einen Aluminiumoxidträger, auf dem eine Zone aus Platin an der Außenfläche "ohne wesentliche Eindringung" abgeschieden ist. Dies wird durch die Verwendung einer sulfurierten Karbonsäure bewirkt. Bei dem Katalysator nach der US-PS 3 360 330 wird wie in der US-PS 3 259 589 eine organische Säure verwendet, um Platin mit einem bestimmten Abstand unterhalb der Oberfläche des Trägers abzulagern, worauf eine Durchtränkung mit Bariumhydroxid und Chromsäure zur Bildung eines Bariumchromates oder -dichromates als Schutzschicht auf der Katalysatoroberflache folgt. Der Katalysator nach US-PS 3 288 558 ist im wesentlichen vollständig und gleichmäßig mit einem Palladium-Kupferoxid-Gemisch durchtränkt oder versehen und enthält ferner eine Zone in dem äußeren Bereich des Trägers, der 50 Vol%According to the prior art, catalysts with special physical or physical structural features are known. In US Pat. No. 3,259,589, a catalyst for treating vo described combustible waste gases, in which an organic acid, for example citric acid, in a controlled amount with the solution of the catalytically active material is used to a limited zone of catalytic material either at the Surface of the aluminum oxide support or with a certain distance below the surface or in the entire support structure to create. The catalyst according to US Pat. No. 3,367,888 has an aluminum oxide support on which a zone of platinum is attached the outer surface is deposited "without substantial penetration". This is done through the use of a sulfurized carboxylic acid causes. In the case of the catalyst according to US Pat. No. 3,360,330, as in US Pat. No. 3,259,589, an organic acid is used, in order to deposit platinum at a certain distance below the surface of the support, whereupon an impregnation with Barium hydroxide and chromic acid to form a barium chromate or barium dichromate as a protective layer on the catalyst surface follows. The catalyst of US Pat. No. 3,288,558 is essentially complete and uniform with a palladium-copper oxide mixture impregnated or provided and also contains a zone in the outer region of the carrier which is 50% by volume

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des Pellets darstellt, in der Chromoxid zusätzlich abgeschieden ist, so daß eine Zone mit drei Bestandteilen gebildet ist; Chromoxid ist jedoch auch im inneren Teil des Trägers, wenn auch in wesentlich geringerem Ausmaß, vorhanden. Der Katalysator nach US-PS 3 819 533 ist vollständig mit einer Kupferoxid- Chromoxid-Mischung versehen und besitzt eine Palladium-Schicht an der Außenfläche. Der Katalysator nach US-PS 3 k35 ist ähnlich aufgebaut wie der Katalysator nach US-PS 3 288 558, und zwar wird der Träger zuerst im wesentlichen vollständig und gleichförmig mit einem Oxid eines Metalls oder mehrerer' Metalle aus der Reihe der ersten Ubergangsmetalle des periodischen Systems und den Lanthaniden getränkt oder durchsetzt und darauffolgend eine Schicht aus Kupferoxid abgeschieden.of the pellet in which chromium oxide is additionally deposited so that a zone with three components is formed; However, chromium oxide is also present in the inner part of the support, albeit to a much lesser extent. The catalyst according to US Pat. No. 3,819,533 is completely provided with a copper oxide-chromium oxide mixture and has a palladium layer on the outer surface. The catalyst according to US Pat. No. 3 k35 is constructed similarly to the catalyst according to US Pat. No. 3,288,558 , namely the support is first substantially completely and uniformly with an oxide of one or more metals from the series of the first transition metals of the periodic System and the lanthanides soaked or interspersed and then deposited a layer of copper oxide.

In der US-PS l\ 006 103 wird ein monolithischer Katalysator zur Verwendung in einem Zweistufen-Katalysatorsystem beschrieben, bei dem Nickel und Rhodium nacheinander, Nickel zuerst, auf dem Träger abgeschieden wird, wobei beide Metalle gleichartige Verteilung über die Eindringtiefe aufweisen und das Rhodium zur "starken Anhebung der Aktivität des Nickels" benutzt wird. In der US-PS 3 965 Oi+0 wird ein Katalysator für ein Zweistufen- atalysatorsystem beschrieben, bei dem Platin oder Palladium und Rhodium oder Ruthenium nacheinander an dem Träger abgeschieden oder angelagert werden, wobei Platin oder Palladium zuerst abgeschieden wird und beide Metalle entweder eine gleichartige Verteilung über die Abscheid- oder Eindringtiefe besitzen oder aber das Ruthenium oder das Rhodium an der Oberfläche konzentriert ist, und zwar besonders dann, wenn die Imprägnierungslösung auch ein "hochschmelzendes Material, z.B. ein Salz des Aluminiums, des'Titans, des Siliziumoxids, des Magnesiums oder des Zirkoniums" enthält. In der US-PS 3 898 181 wird ein Zweischicht-Katalysator beschrieben, bei dem zuerst Nickel auf einem inerten Träger abgelagert wird, worauf eine Beschichtung mit einem Trägermaterial mit großer innerer Oberfläche, bei-In U.S. Patent No. l \ 006103 discloses a monolithic catalyst for use in a two-stage catalyst system in which nickel and rhodium successively, nickel is first deposited on the carrier, wherein both metals similar distribution have on the depth of penetration and the rhodium is used to "greatly increase the activity of nickel". US Pat. No. 3,965 Oi + 0 describes a catalyst for a two-stage atalysatorsystem in which platinum or palladium and rhodium or ruthenium are successively deposited or attached to the support, platinum or palladium being deposited first and both metals either one have similar distribution over the depth of deposition or penetration or else the ruthenium or rhodium is concentrated on the surface, especially when the impregnation solution is also a "high-melting material, eg a salt of aluminum, des'Titans, silicon oxide, des Magnesium or Zirconium "contains. US Pat. No. 3,898,181 describes a two-layer catalyst in which nickel is first deposited on an inert support, followed by a coating with a support material with a large inner surface, both

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spielweise Aluminiumoxid aufgebracht wird und Rhodium in diesem Trägermaterial mit großer innerer Oberfläche angelagert oder abgeschieden wird, wobei es erwünscht ist, daß das Ehodium seinen größeren Konzentrationsbereich "auf der freiliegenden Fläche des Aluminiumoxids" besitzt.for example aluminum oxide is applied and rhodium in this Support material with a large internal surface is attached or deposited, it being desirable that the Ehodium has its larger concentration range "on the exposed surface of the alumina".

Im Unterschied zum Stand der Technik besitzt der neu entwickelte Schicht-Katalysator erheblich verbesserte Umwandlungswerte gegenüber den gegenwärtig bei der Verarbeitung von Kraftfahrzeugabgasen benutzten Katalysatoren. Bei dem verbesserten erfindungsgemäßen Katalysator wird der Aluminiumoxidträger mit einer ersten Platinschicht versehen, durch deren Anteil von der Oberfläche nach innen eine zweite Schicht katalytisch aktiven Materials hindurch eingebracht wird, und zwar von der inneren Grenze der ersten Schicht benachbart den Trägerkörper nach innen durchdringend von der Grenze mit minimaler Konzentration aus, die erste. Schicht überlappend, um die Widerstandseigenschaften des Katalysators gegenüber Vergiftung und Verbacken (Sintern) zu erhalten. Das Material der zweiten Schicht ist mindestens eines der Materialien aus der Gruppe, die aus Ehodium und Palladium besteht.In contrast to the state of the art, the newly developed Stratified catalyst significantly improved conversion values over the catalysts currently used in the processing of automotive exhaust gases. In the improved invention Catalyst, the aluminum oxide carrier is provided with a first layer of platinum, through the proportion of which is removed from the surface inside a second layer of catalytically active material is introduced through, from the inner one The boundary of the first layer adjacent to the carrier body penetrating inwards from the boundary with minimal concentration, the first. Overlapping layer to ensure the resistance properties of the catalyst against poisoning and caking (sintering) to obtain. The material of the second layer is at least one of the materials selected from the group consisting of ehodium and Palladium consists.

Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schicht-Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen zu schaffen, der Platin als äußerste Schicht enthält, um verbesserte Umwandlungswirksamkeit und größeren Widerstand gegen Vergiftung zu erzielen.It is accordingly an object of the present invention to provide a layered catalyst for the purification of automobile exhaust gases containing platinum as the outermost layer for improved conversion efficiency and to achieve greater resistance to poisoning.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Katalysator mit einer ersten Schicht aus Platin zu schaffen, die den Trägerkörper von dessen Oberfläche aus durchdringt und mit einer zweiten Schicht aus davon verschiedenem katalytisch aktiven Material der ersten Schicht benachbart zu schaffen,Another object of the invention is to provide an improved catalyst having a first layer of platinum, which penetrates the carrier body from its surface and catalytically with a second layer made of it creating active material adjacent to the first layer,

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die den Trägerkörper von der inneren Begrenzung der ersten Schicht nach innen durchdringt, wobei die zweite Schicht zur Erzielung der hohen Katalysatorwirksamkeit nötig ist und eine größere Anfälligkeit für Vergiftung durch das Abgas aufweist.which penetrates the carrier body from the inner delimitation of the first layer inward, the second layer for the Achieving the high catalyst efficiency is necessary and has a greater susceptibility to poisoning by the exhaust gas.

Ein weiteres Ziel einer Ausführung der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Katalysator mit einer ersten Schicht aus Platin zu schaffen, die den Trägerkörper von dessen Oberfläche an durchdringt und mit einer zweiten Schicht aus Rhodium,der ersten Schicht benachbart und den Trägerkörper nach innen von der Innengrenze der ersten Schicht an durchdringend, wobei das Rhodium im Katalysator in einem Anteil vorhanden ist, der etwa nur 0,002 Gew% beträgt und wobei der größere Anteil des Rhodiums sich in der zweiten Schicht befindet.Another object of an embodiment of the invention is to provide an improved catalyst having a first layer of platinum to create that penetrates the support body from its surface and with a second layer of rhodium, the first Layer adjacent and penetrating the carrier body inwards from the inner boundary of the first layer, wherein the rhodium is present in the catalyst in a proportion which is only about 0.002% by weight and the greater proportion of the Rhodium is in the second layer.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Präparieren des verbesserten erfindungsgemäßen Katalysators zu schaffen.Another object of the invention is to provide a method for preparing the improved catalyst of the invention to accomplish.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail; in the drawing shows:

Figur 1 die radiale Verteilung des KatalysatormaterialsFigure 1 shows the radial distribution of the catalyst material

bei·einem erfindungsgemäß aufgebauten Bett-Katalysator mit einer ersten Platinschicht und einer zweiten Palladiumschicht,in the case of a bed catalyst constructed according to the invention with a first platinum layer and a second palladium layer,

Figur 2 die radiale Verteilung des KatalysatormaterialsFigure 2 shows the radial distribution of the catalyst material

bei einem handelsüblichen Katalysator, der so aufgebaut ist, daß die maximalen Anteile von Platin und Palladium an der Oberfläche liegen,in the case of a commercially available catalyst which is constructed in such a way that the maximum proportions of platinum and palladium are on the surface,

Figur 3> W die radiale Verteilung des Katalysatormaterials bei zwei verschiedenen handelsüblichen KatalysatorenFIG. 3> W the radial distribution of the catalyst material for two different commercially available catalysts

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mit zylindrischer Form, die so aufgebaut sind, daß die maximalen Anteile von Platin und Palla-.dium an der Oberfläche liegen,with a cylindrical shape, which are constructed in such a way that the maximum proportions of platinum and palladium lying on the surface

Figur 5 einen Vergleich der Kohlenwasserstoff-Umwandlung.en als Funktion der Betriebszeit bei einem beschleunigten Test mit einem Gifte enthaltenden Brennstoff verschieden aufgebauter Katalysatoren,Figure 5 compares the hydrocarbon conversion as a function of operating time in an accelerated test with a poisonous fuel differently structured catalysts,

Figur 6 einen Vergleich der Temperaturen für 50 %lge Propylen-Umwandlung bei ungebrauchten und vergifteten Katalysatoren verschiedener Aufbauarten,FIG. 6 shows a comparison of the temperatures for 50 % propylene conversion with unused and poisoned catalysts of different types of construction,

Figur 7 einen Vergleich der Temperaturen für 50 %ige Kohlenmonoxid-TJmWandlung bei ungebrauchten und vergifteten Katalysatoren verschiedener Aufbauarten,FIG. 7 a comparison of the temperatures for 50% carbon monoxide conversion for unused and poisoned catalytic converters of various types,

Figur 8 einen Vergleich der Temperaturen für 50 %ige Propylen-Umwandlung für frische und verbackene (gesinterte) Katalysatoren verschiedener Aufbauarten,Figure 8 compares temperatures for 50% propylene conversion for fresh and baked (sintered) catalysts of various types,

Figur 9 einen Vergleich der Temperaturen für 50 ?oige Kohlenmonoxidumwandlung bei ungebrauchten und verbackenen (gesinterten) Katalysatoren verschiedener Aufbauarten,FIG. 9 shows a comparison of the temperatures for 50% carbon monoxide conversion for unused and caked (sintered) catalysts of various types,

Figur 10 das Anwachsen der Eindringtiefe des Katalysators mit anwachsender Zugabe von Fluorwasserstoff (HF) als Aktivst ellenblockierungsmittel ,FIG. 10 shows the increase in the penetration depth of the catalyst with increasing addition of hydrogen fluoride (HF) as active ingredient cell blockers,

Figur 11 - 1 ^. die Rhodium-Verteilung im Katalysatorträger für jeweils die Proben 1 bis if,Figure 11 - 1 ^. the distribution of rhodium in the catalyst support for samples 1 to if,

Figur 15-21 die Wirksamkeitskurven für jeweils die Proben 1 bis 7 bei der Umwandlungvon KohlenwasserstoffenFigure 15-21 the effectiveness curves for each of the samples 1 to 7 in the conversion of hydrocarbons

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(HC) zu Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NO) bei verschiedenen Luft-Brennstoff (A/F)-Verhältnissen im ungebrauchten und gealterten Zustand,(HC) to carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO) with different air-fuel (A / F) ratios in unused and aged condition,

Figur 22 die Abfallrate der NO-Umwandlung bei den ProbenFigure 22 shows the rate of decrease in NO conversion in the samples

1 bis Zf und 7 nach Vergiftung mit Blei und Phosphor.1 to Zf and 7 after poisoning with lead and phosphorus.

Bei der Durchführung der Tests hat sich herausgestellt, daß die Wirksamkeit und die Beständigkeit von Edelmetall-Katalysatoren sehr stark durch die relative Anordnung der Katalysatormaterialien beeinflußt werden. Insbesondere wurden zur Darstellung einer Ausführung der Erfindung fünf Platin und/oder Palladium enthaltende Katalysatoren präpariert, bei einem Dynamometer vergiftet und in einem Hochtemperaturofen verbacken (gesintert). Die Ergebnisse zeigten eine bedeutende Verbesserung sowohl in der Wirksamkeit im Gleichgewichtszustand als auch im Anfangszustand, wenn die Katalysatoren eine Außenschicht aus Platin und eine Innenschicht aus Palladium besaßen. Wie später besprochen wird?zeigten Wirksamkeitstests mit 3-Weg-Schicht-Katalysatoren, die in der beschriebenen Weise mit einer äußeren Platinschicht und inneren Rhodiumschichten zur gleichzeitigen Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids und der Reduktion des NO -Gehalts des Abgasstroms aufgebaut wurden, gleichfalls verbesserte Wirksamkeit gegenüber den Ergebnissen bei nicht geschichteten Katalysatoren. When carrying out the tests it was found that the effectiveness and the stability of noble metal catalysts are very strongly influenced by the relative arrangement of the catalyst materials. In particular, to illustrate an embodiment of the invention, five platinum and / or palladium-containing catalysts were prepared, poisoned in a dynamometer and baked (sintered) in a high-temperature furnace. The results showed a significant improvement in both steady-state and initial efficiency when the catalysts had an outer layer of platinum and an inner layer of palladium. As will be discussed later ? showed effectiveness tests with 3-way-layer catalysts, which were constructed in the described manner with an outer platinum layer and inner rhodium layers for the simultaneous oxidation of the hydrocarbons and the carbon monoxide and the reduction of the NO content of the exhaust gas flow, also improved effectiveness compared to the results non-layered catalysts.

Die fünf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung präparierten und erprobten Katalysatoren waren wie folgt aufgebaut:The five prepared in accordance with the present invention and tested catalysts were constructed as follows:

(1) Äußere Platin (Pt)-Schicht mit innerer Palladium (Pd)-Schicht, (PT/Pd),(1) Outer platinum (Pt) layer with inner palladium (Pd) layer, (PT / Pd),

(2) äußere Pd-Schicht mit innerer Pt-Schicht, (Pd/Pt),(2) outer Pd layer with inner Pt layer, (Pd / Pt),

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(3) Gemisch aus Pt und Pd, das sich jeweils nach innen erstreckte mit maximaler Konzentration von beiden Stoffen an der Trägeroberfläche, (Pt-Pd),(3) Mixture of Pt and Pd, each according to extended inside with maximum concentration of both substances on the support surface, (Pt-Pd),

(If) Pt-Schicht, die sich von der Trägerfläche nach innen erstreckt (Pt), und (If) Pt layer extending inward from the support surface (Pt), and

(5) Pd-Schicht, die sich von der Trägeroberfläche nach innen erstreckt (Pd).(5) Pd layer protruding from the support surface extends inward (Pd).

Diese Katalysatoren sind mit den zugehörigen Eigenschaften in der Tafel I zusammengefaßt.These catalysts come with associated properties summarized in Table I.

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TAFEL I Eigenschaften der KatalysatorenTABLE I Properties of the catalysts

Pt/PdPt / Pd

Pt - außen Pd _ irrrrerrPt - outside Pd _ irrrrerr

Pd/Pt Pd - außen Pt - innenPd / Pt Pd - outside Pt - inside

Pt-Pd
Pt und Pd
Gemisch
Pt-Pd
Pt and Pd
mixture

PtPt

FdFd

Pt-SchichtPt layer

■Tiefe. { ■ depth. {

82 + 3682 + 36

77 _+ •durchgehend77 _ + • continuously

>100> 100

32 ± 32 ±

Tiefe_Depth_

107 +_ 16 37 ± 7 107 + _ 16 37 ± 7

100 +100 +

!OO +! OO +

40 Pt (Gqh%) 40 pt (Gqh%)

Pd (Gew%)Pd (wt%)

0,03S0.03S

0,0210.021

Ofö58 0,018O f ö58 0.018

0,041
0,016
0.041
0.016

0,0560.056

Metallverteilung- (%)**Metal Distribution- (%) **

UngebrauchterUnused

Katalysatorcatalyst

gesinterter Katalysatorsintered catalyst

61 1061 10

6262

1515th

SS 3 SS 3

5353

3939

Die angegebenen Werte sind Mittelwerte von 10 Pellets + Standardabweichung, bestimmt durch
das Zinnchlorid (SnCl2)-Verfahren. "
The values given are mean values of 10 pellets + standard deviation, determined by
the tin chloride (SnCl 2 ) process. "

Effektive Verteilung errechnet aus CO-Chemisorptionsmessungen unter der Annahme einer
Stöchiometrie von 1:1 sowohl für Pt als auch für Pd-Atome.
Effective distribution calculated from CO chemisorption measurements assuming a
1: 1 stoichiometry for both Pt and Pd atoms.

CD CO OO CD CO OO

Der zur Präparierung der Katalysatoren benützte Aluminiumoxidträger lag in Form von Kugeln mit 3,2 mm Durchmesser vor. Es ist jedoch.zu verstehen, daß der Träger auch in Form von Pellets oder Teilchen vorliegen kann, die eine andere als Kugelform besitzen, z.B. zylindrische Formen, er kann auch in Formen von Extrudaten, in körniger oder Ringform vorliegen und es kann auch ein monolithischer Träger verwendet werden. Das heißt:der Träger kann ein Vollkörper aus Aluminiumoxid oder ein keramischer monolithischer Körper mit einer Aluminiumoxidbeschichtung sein. Die Herstellungsart und die Form des Trägers ist für die Erfindung nicht relevant, die in der beschriebenen V/eise auf die Anordnung des Katalysatormaterials vom Standpunkt der Relativlage der Schichten aus verschiedenen Katalysatormaterialien im Träger gerichtet ist.The alumina support used to prepare the catalysts was in the form of spheres 3.2 mm in diameter. It is, however, to be understood that the carrier is also in the form of pellets or particles other than spherical shapes, e.g. cylindrical shapes, it can also be in shapes of Extrudates, be in granular or ring form, and a monolithic carrier can also be used. That means: the The carrier can be a solid body made of aluminum oxide or a ceramic monolithic body with an aluminum oxide coating be. The method of manufacture and the shape of the carrier is not relevant to the invention, which is in the described manner the arrangement of the catalyst material from the standpoint of the relative position of the layers of different catalyst materials is directed in the carrier.

Wie aus Tafel I zu ersehen,wurden die Platin- und Palladiummengen in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamt-Katalysatorgewicht,in den jeweiligen Katalysatoren so ausgewählt, daß sie von gleicher Größenordnung waren, um gut miteinander vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Das trifft in gleicher Weise auf die Metallverteilung am ungebrauchten Katalysator zu. Die Bezugnahme auf metallisches, katalytisch aktives Material udgl. geschieht hier so, daß die Materialien sowohl im ele-' mentaren Zustand als auch in der Oxidforra gemeint sein sollen, wenn in diesem Zusammenhang vom präparierten Katalysator die Rede ist, da die Materialien nach dem Ausheizen oder Brennen wahrscheinlich in beiden Zuständen zumindest in gewissem Ausmaß vorhanden sind. Die physikalischen oder körperlichen Eigenschaften des verwendeten Aluminiumoxidträgers werden in Tafel II gezeigt. Es ist zu bemerken, daß die Eigenschaften des Trägermaterials nicht für die beschriebene Erfindung relevant sind, da eine Schichtbildung in jeder Art der als Katalysatorträgermaterial bekannten aktiven Aluminiumoxide oder Tonerden erreichbar ist. Es wird jedoch der optimierteAs can be seen from Table I, the amounts of platinum and palladium were in percent by weight, based on the total catalyst weight, in the respective catalysts selected so that they were of the same order of magnitude to be easily comparable with one another Get results. This also applies to the metal distribution on the unused catalyst. The reference to metallic, catalytically active material and the like. happens here in such a way that the materials both in the ele- ' mental state as well as in the Oxidforra should be meant, when the prepared catalyst is mentioned in this context, as the materials are after they have been baked out or fired likely to be present in both states, at least to some extent. The physical or physical characteristics of the alumina support used are shown in Table II. It should be noted that the properties of the carrier material are not relevant for the invention described, since a layer formation in any type of as Catalyst support known active aluminum oxides or alumina is achievable. However, it becomes the optimized one

809885/0829809885/0829

Trägertyp bevorzugt verwendet, der in der US-PS Zf 051 072 beschrieben ist. So ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Gebrauch solcher optimierter Trägerarten beschränkt, sondern auch mit Trägern zu gebrauchen, die beispielsweise eine spezifische Oberfläche und ein spezifisches Porenvolumen besitzen, das geringer ist, als es in der genannten Patentschrift angegeben ist.Carrier type preferably used, which is described in US-PS Zf 051 072 is. Thus, the present invention is not limited to the use of such optimized carrier types, but rather can also be used with carriers that have, for example, a specific surface area and a specific pore volume, which is lower than it is indicated in the cited patent.

TAFEL II Eigenschaften des AluminiumoxidträgersTABLE II Properties of the alumina support

Spezifische Oberfläche (m /g)Specific surface (m / g)

spezifisches Gesamtporenvolumen. (cnr/g)specific total pore volume. (cnr / g)

Dichte-Werte (g/cnr) KompaktDensity values (g / cnr) compact

PelletPellet

9393 723723 O,O, 5959 3,3, 997997 0,0,

Bei der Herstellung des nur Platin enthaltenden Katalysators und des Katalysators, der eine äußere Platinschicht und eine innere Palladiumschicht besitzt, wird eine wässrige Lösung von Bromplatinsäure H2PtBr/-.9HpO mit einem pH-Wert von etwa 2,7 präpariert und diese Lösung wird zum Imprägnieren einer äußeren Platinschicht auf dem Aluminiumträger benutzt. Insbesondere wurden 2500 cm AlpO^-Perlen dadurch behandelt, daß sie drei Stunden lang mit einer Lösung in Berührung gebracht wurden, die ^,96 g H2PtBr^.9H^O in 5000 cnr5 destilliertem (deionisierten) Wasser aufgelöst enthielt. Infolge seiner hohen Reaktivität mit der Aluminiumoxidfläche ergab sich bei dem verwendeten Platinsalz eine besonders scharfe Eindringtiefe, wobei der größte Anteil des Metalls in einer relativ flachen Eindringtiefe auftrat, d.h. die bestehende Platinschicht hatte eineIn preparing the platinum-only catalyst and the catalyst having an outer platinum layer and an inner palladium layer, an aqueous solution of bromoplatinic acid H 2 PtBr / -. 9HpO with a pH of about 2.7 is prepared and this solution is prepared used to impregnate an outer platinum layer on the aluminum substrate. More specifically, the ^, 96 g H 2 PtBr .9H ^ ^ O in 5000 cnr 5 cm were distilled ALPO ^ beads treated by 2500 that they were brought into contact with a solution for three hours (deionized) water containing dissolved. As a result of its high reactivity with the aluminum oxide surface, the platinum salt used had a particularly sharp penetration depth, with the largest proportion of the metal occurring at a relatively shallow penetration depth, ie the existing platinum layer had a

80 9 8 8 5/08 2 980 9 8 8 5/08 2 9

innere Grenze bei einer mittleren Tiefe von 82μχ& mit einer Standardabweichung von ± 36 im. Es hat sich gezeigt, daß geringere pH-Werte für die Imprägnierungslösung die Tiefe der Platinimprägnierung anwachsen ließen. Ein zu hoher pH-Wert ergab ein Ausfallen des Pt-Salzes mit gleichzeitigem Verlust der Steuerung der Eindringtiefe. Dementsprechend kann der pH-Wert der Lösung bis zu 5 betragen und nach unten so gering wie notwendig sein, um die erwünschte Imprägnierungstiefe oder Schichtdicke zu erzeugen, wobei ein pH-Wertbereich von etwa 2 bis 3 bevorzugt ist. Statt des bevorzugterweise verwendeten bromierten Platinsalz, wie es oben bezeichnet ist, können andere wasserlösliche Platinsalze verwendet werden, wie beispielsweise Chloroplatinsäure und Platinchlorid, wobei ein Aufsprühverfahren oder eine Sprühauftragung benutzt werden kann.inner limit at a mean depth of 82 μχ & with a standard deviation of ± 36 im. It was found that lower pH values for the impregnation solution increased the depth of the platinum impregnation. Too high a pH resulted in precipitation of the Pt salt with a simultaneous loss of control of the depth of penetration. Accordingly, the pH of the solution can be up to 5 and down as low as necessary to produce the desired impregnation depth or layer thickness, a pH range of about 2 to 3 being preferred. Instead of the preferably used brominated platinum salt, as indicated above, other water-soluble platinum salts can be used, such as chloroplatinic acid and platinum chloride, it being possible to use a spray method or spray application.

Wach der Imprägnierung mit dem katalytisch aktiven Material in der beschriebenen Weise wurde der Katalysator getrocknet und dann vier Stunden lang bei 550° C an Luft ausgeheizt oder gebrannt. Es können Temperaturen bis hinunter zu 80° C zum Trocknen und bis hinunter zu 200° C zum Brennen oder Ausheizen verwendet werden. Brenn- oder Ausheiztemperaturen können so hoch wie erwünscht sein, vorausgesetzt der Träger backt nicht zusammen (sintert nicht) und die Dispergierung des Katalysatormaterials wird nicht reduziert. Die Hälfte des entstandenen Katalysators wurde dann zur Erprobung als Nur-Platin-Katalysator abgesondert, in welchem Platin mit etwa 0,036 Gew% vorhanden war.Watch the impregnation with the catalytically active material the catalyst was dried in the manner described and then baked in air at 550 ° C. for four hours or burned. Temperatures down to 80 ° C for drying and down to 200 ° C for firing or baking be used. Firing or bakeout temperatures can be as high as desired provided the carrier is not baking together (does not sinter) and the dispersion of the catalyst material is not reduced. Half of the resulting The catalyst was then tested as a platinum-only catalyst segregated, in which platinum was present at about 0.036 wt%.

Die andere Hälfte der Platin enthaltenden Katalysatoren wurde dann mit einer wässrigen Lösung von Palladiumchlorid mit einem pH-Wert von etwa 2,5 imprägniert. Insbesondere wurden 1250 cm Platinkatalysator mit dem Einsatz-Feuchteverfahren bei einer Verwendung von 690 cm einer wässrigen Lösung von 76 mg Palladium als Chloridsalz und 5 g Fluorwasserstoffsäure imprägniert,The other half of the platinum-containing catalysts were then treated with an aqueous solution of palladium chloride with a Impregnated at a pH of about 2.5. In particular, were 1250 cm Platinum catalyst with the use moisture method using 690 cm of an aqueous solution of 76 mg palladium impregnated as chloride salt and 5 g of hydrofluoric acid,

809885/0829809885/0829

wobei die in der Lösung enthaltene Fluorwasserstoffsäure für die später beschriebene Blockierung der Aktivstellen benutzt wurde. Wenn auch die Imprägnierung nach dem Einsatzfeuchteverfahren beschrieben wurde, ist zu verstehen, daß jede andere bekannte Methode zum Imprägnieren des Trägers benutzt werden kann, beispielsweise Untertauchen, Aufsprühen und Schütteln. Gegebenenfalls können die Konzentrationen oder die Mengen der Materialien verändert werden, um die erforderliche Menge von Katalysatormetall zur Ausführung der erforderlichen Funktion zu erhalten, d.h. eine funktionelle Menge zu bekommen.using the hydrofluoric acid contained in the solution for the blocking of the active sites described later became. Even if the impregnation according to the application moisture method it is to be understood that any other known method of impregnating the carrier can be used can, for example, immersion, spraying, and shaking. Optionally, the concentrations or the amounts the materials are changed to the required amount of catalyst metal to perform the required function to get, i.e. get a functional amount.

Insbesondere hat sich ergeben, daß die anorganische Fluorwasserstoffsäure das Palladium dazu bringt, eine Schicht unterhalb der Oberfläche zu bilden, wie sie hier als zweite oder Innenschicht nach Fig. 1 beschrieben wird. Es wird angenommen, daß die Säure vorzugsweise durch die aktiven Stellen im Träger adsorbiert wird, so daß das zur Bildung der zweiten Schicht verwendete katalytisch aktive Material tiefer in das Pellet gebracht wird, bevor es freie aktive Stellen in dem Aluminiumoxid vorfindet. Dementsprechend hat sich herausgestellt, daß eine Erhöhung der verwendeten Menge Fluorwasserstoff ein Anwachsen der Tiefe der gegenüber der Imprägnierung durch das zur Bildung der zweiten Schicht verwendete katalytisch aktive Material blockierten aktiven Stellen ergab. Wie in Tafel 1 gezeigt, ergibt eine Impragnierungslösung wie oben beschrieben eine mittlere blockierte Tiefe von 107Von und das vorhandene Palladiumsalz reicht aus, um eine Palladiumschicht mit einer mittleren Schichtbreite von 31/1^- zu. erzeugen.In particular, it has been found that the inorganic hydrofluoric acid causes the palladium to form a sub-surface layer as described herein as the second or inner layer of FIG. It is believed that the acid is preferentially adsorbed by the active sites in the support so that the catalytically active material used to form the second layer is brought deeper into the pellet before it finds vacant active sites in the alumina. Accordingly, it was found that an increase in the amount of hydrogen fluoride used resulted in an increase in the depth of the active sites blocked from impregnation by the catalytically active material used to form the second layer. As shown in Table 1, gives a Impragnierungslösung as described above has an average depth of 107Von blocked and the existing palladium salt is sufficient to produce a palladium layer having an average layer width from 31/1 ^ - too. produce.

Eine Betrachtung der in Fig. 1 dargestellten Daten zeigt, daß die mittlere Breite der äußeren oder ersten Platinschicht und der Anfang der inneren Platinschicht, der durch die punktgleiche Konzentration von Platin und Palladium angezeigt ist.Examination of the data shown in Figure 1 shows that the mean width of the outer or first platinum layer and the beginning of the inner platinum layer, which is indicated by the concentration of platinum and palladium at the same point.

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bei einer Tiefe von etwa 88 /Zm auftritt, wie es durch einen ßchichtabtragetest bestimmt wird, der weiter unten beschrieben ist. Nach Fig. 1 ist die maximale Konzentration von Platin an der Oberfläche des Trägers vorhanden und die Konzentration nimmt mit anwachsender Eindringtiefe in den Träger ab, während das Palladium an der Oberfläche in minimaler Konzentration vorhanden ist und die Konzentration des Palladiums mit anwachsender Tiefe zunimmt. Ein Eindringen über den Punkt gleicher Konzentration hinaus zeigt ein Anwachsen der Palladiumkonzentration bis zu einem Maximum in der zweiten Schicht bei abnehmender Konzentration des Platins. Es ist wünschenswert, die Menge Palladium in der ersten Schicht minimal zu halten, um den Widerstand des Katalysators sowohl gegen Vergiftung als auch gegen Verbacken (Sintern) so groß wie möglich zu halten, da ein Vermischen des Platins mit Palladium und anderen katalytisch aktiven Materialien anscheinend eine negative Auswirkung in dieser Beziehung mit sich bringt.occurs at a depth of about 88 / cm, as indicated by a Layer removal test is determined, which is described below. According to Fig. 1, the maximum concentration of platinum is present on the surface of the carrier and the concentration decreases with increasing depth of penetration into the carrier, while the palladium is present at the surface in minimal concentration and the concentration of the palladium increases with it Depth increases. Penetration beyond the point of equal concentration shows an increase in the palladium concentration up to a maximum in the second layer with decreasing platinum concentration. It is desirable the crowd Keep palladium minimal in the first layer to reduce the catalyst's resistance to both poisoning and poisoning to prevent caking (sintering) as much as possible, since mixing of platinum with palladium and others is catalytic active materials appear to have a negative impact in this regard.

Im Gegensatz zu dem schichtweisen Aufbau nach Fig. 1 besitzen, wie klar aus Fig. 2, 3 und if ersichtlich ist, handelsübliche Oxidationskatalysatoren für Kraft fahr zeuganw.endungen keinen solchen Aufbau. ■In contrast to the layered structure according to FIG. 1, as can be seen clearly from FIGS. 2, 3 and if, commercially available Oxidation catalysts for motor vehicle applications do not have such a structure. ■

Fig. 2 zeigt die radiale Verteilung oder die Verteilung längs eines Radius von Platin und Palladium bei einem handelsüblichen Aluminiumoxid-Bett-oder Kugelkatalysator mit einem Durchmesser von 3,if mm. Die Probe enthält 0,0if8if Gew% Platin und 0,0192 Gew% Palladium,die durch gemeinsames Imprägnieren mit einer beide Katalysatormaterialien enthaltenden Lösung aufgebracht wurden, und die spezifische Oberfläche beträgt in diesem Falle 101 m /g. Wie in Fig. 2 deutlich zu sehen, ist die Konzentration sowohl von Platin wie von Palladium an der Trägeroberfläche am größten und beide Konzentrationen nehmen mit der Eindringtiefe ab. Fg. 3 und if zeigen ähnliche VerteilungenFig. 2 shows the radial distribution or the distribution along a radius of platinum and palladium in a commercially available one Alumina bed or spherical catalyst with a diameter of 3, if mm. The sample contains 0.0if8if wt% platinum and 0.0192 Weight% palladium, which by impregnating together with a both catalyst materials containing solution were applied, and the specific surface area is in this case 101 m / g. As can be clearly seen in Figure 2, the concentration of both platinum and palladium is on the support surface greatest and both concentrations decrease with the depth of penetration. Fig. 3 and if show similar distributions

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von Platin und Palladium an zylindrischen Extrudaten. Der Durchmesser für die Probe nach Fig. 3 ist 3,2 mm und bei der Probe nach. Fig. 1+3,3 nun. Die Imprägnierung wurde in den beiden Proben dadurch erreicht, daß zuerst mit Platin und daraufhin mit Palladium imprägniert wurde. Die Proben nach Fig. und If enthielten O,Oi+8if bzw. 0,0385 Gew% Platin und 0,0261 und 0,0162 Gew% Palladium. Es ist damit deutlich gezeigt, daß die Ausführung oder der Aufbau bei handelsüblichen Oxidationskatalysatoren sich grundsätzlich, von dem erfindungsgemäßen . Aufbau unterscheiden; eine Erprobung zeigt ein beträchtlich verbessertes Verhalten des geschichteten Pt/Pd-Katalysators nach der vorliegenden Erfindung.of platinum and palladium on cylindrical extrudates. The diameter for the sample according to FIG. 3 is 3.2 mm and for the sample according to. Fig. 1 + 3.3 now. Impregnation was achieved in the two samples by first impregnating with platinum and then with palladium. The samples according to FIG. 1 and If contained O, Oi + 8if and 0.0385% by weight of platinum and 0.0261 and 0.0162% by weight of palladium, respectively. It is thus clearly shown that the design or structure of commercially available oxidation catalysts is fundamentally different from that according to the invention. Distinguish structure; testing shows a considerably improved performance of the layered Pt / Pd catalyst of the present invention.

Bei der Ausführung des Schichtabtragetests zur Erzielung der in Fig. 1 bis if dargestellten Daten wurden 100 g Katalysatorpellet in ein bedecktes Glasgefäß mit 1,1 Liter Inhalt zusammen mit ausreichend Chloroform gegeben, so daß die Oberfläche der Pellets bedeckt war. Die Mischung wird einen bestimmten Zeitabschnitt lang, beispielsweise jeweils 5 Minuten vibriert und die Zeitabschnitte werden auf 10 Minuten oder langer erhöht und der Inhalt des Gefäßes wird nach jedem Zeitabschnitt auf einem Sieb gewaschen, dessen Maschengröße ausreicht, um die Pellets zurückzuhalten. Das ausgewaschene Material wird auf den Gehalt an katalytisch aktivem Material hin analysiert. Der prozentuale Anteil des abgetragenen Radius wird dadurch erhalten, daß die Pellets sorgfältig getrocknet werden und ihr Gewichtsverlust bestimmt wird. Der abgetragene Radiusprozentsatz wird bestimmt aus der GleichungWhen the stratification test was carried out to obtain the data shown in FIGS. 1 to 1f, 100 g of catalyst pellets were obtained placed in a covered glass vessel with a capacity of 1.1 liters together with sufficient chloroform so that the surface of the Pellets was covered. The mixture is vibrated for a certain period of time, for example 5 minutes each time and the periods of time are increased to 10 minutes or longer and the contents of the jar are increased after each period of time Washed on a sieve, the mesh size of which is sufficient to hold back the pellets. The washed out material will analyzed for the content of catalytically active material. The percentage of the removed radius is obtained by that the pellets are carefully dried and their weight loss is determined. The percentage of radius removed is determined from the equation

100100

wobei Wo = Anfangspelletgewicht undwhere Wo = initial pellet weight and

Y/n = Gewicht der Pellets nach dem Vibrieren.Y / n = weight of the pellets after vibrating.

809885/0829809885/0829

Diese Tests wurden unter Benutzung eines tragbaren Tyler-Siebschüttlers durchgeführt.Es wurde nachgewiesen, daß wiederholbare Ergebnisse nicht nur für kugelförmige, sondern auch für zylinderförmige Katalysatoren erzielbar sind.These tests were carried out using a Tyler portable sieve shaker It has been proven that repeatable Results can be achieved not only for spherical, but also for cylindrical catalysts.

Die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure als Blockiermaterial für die aktiven Stellen wird bevorzugt, da sich herausstellte, daß unabhängig von der Art des verwendeten Aluminiumoxidträgers ein Blockieren erreicht wurde. HF erreicht ebenso gut wie Chlorwasserstoffsäure (HCl) und Schwefelsäure (HpSO,) ein Blockieren bei Aluminiumoxidträgern mit einem Gehalt an freiem Alkalimetalloxid in einer Höhe von etwa 0,35 Ge w% des Trägers, wie es in der US-PS 4 051 072 beschrieben ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß HCl und HpSO, nicht als Blockierungsmittel wirken, wenn der Aluminiumoxidträger einen Gehalt an freiem Alkalimetalloxid besitzt, der nur etwa 0,05 Gew% beträgt. Es hat sich gleichfalls herausgestellt, daß anorganische Säuren wie Bromwasserstoffsäure (HBr) und Salpetersäure (HNO,) nicht bei den untersuchten verschiedenen Aluminiumoxidarten blockierend wirken. Gleicherweise wurde festgestellt, daß organische Materialien wie z.B. 8-Chinolinol und Nitrito-Triazetylsäure keine Blockierungen bei den verwendeten Aluminiumoxid-(Tonerde)-Sorten hervorrufen und daß es auch nicht bei Salzen wie Natriumfluorid (NaF)und den Ammonium-Chlorid,-Azetat, -Oxalat, -Tartrat und -Zitratsalzen der Fall ist, obwohl diese Salze als gute Metallkomplexbildnersalze bekannt sind und sie sich deshalb möglicherweise gut für eine Stellenblockierung eignen. Es wurde festgestellt, daß organische Säuren, beispielsweise Zitronensäure, mit Aluminiumoxiden mit hohen und niedrigen freien Alkalimetalloxiden funktionieren und dementsprechend können die anderen zweibasigen Säuren und ihre Abkömmlinge nach der Beschreibung in der US-PS 3 259 589 auch bei "der erforderlichen beschriebenen Blockierwirkung verwendbar sein.The use of hydrofluoric acid as a blocking material for the active sites is preferred because it has been found to be independent of the type of alumina support used blocking has been achieved. HF reaches a level just as well as hydrochloric acid (HCl) and sulfuric acid (HpSO,) Blocking in the case of alumina supports with a content of free Alkali metal oxide at a level of about 0.35% by weight of the support, as described in U.S. Patent 4,051,072. It has however, shown that HCl and HpSO, not as blocking agents act when the aluminum oxide support has a content of free alkali metal oxide which is only about 0.05% by weight. It It has also been found that inorganic acids such as hydrobromic acid (HBr) and nitric acid (HNO,) do not blocking in the various types of aluminum oxide investigated works. Likewise, it has been found that organic materials such as 8-quinolinol and nitrito-triacetic acid no blockages with the types of aluminum oxide (alumina) used and that it does not occur with salts such as sodium fluoride (NaF) and ammonium chloride, acetate, oxalate, -Tartrate and -citrate salts is the case, although these Salts are known as good metal sequestering salts and therefore they may be good for a site blockage suitable. It has been found that organic acids, e.g. citric acid, interact with aluminum oxides with high and low free alkali metal oxides work and accordingly can the other dibasic acids and their derivatives after the description in US Pat. No. 3,259,589 may also be useful with "the required blocking effect described."

§09885/0829§09885 / 0829

-ζκ--ζκ-

Zusammengefaßt kann die Blockierung der aktiven Stellen im Träger von dessen Oberfläche durch die erste Schichteindringtiefe durch die erfindungsgemäße Auswahl einer Säure aus der Gruppe erreicht werden,die' aus Chlorwasserstoff-,Fluorv/asserstoff-, Schwefel- und Zitronensäure und anderen zvveibasischen Säuren besteht, wobei jede ausgewählte Säure die Fähigkeit hat, die aktiven Stellen im verwendeten Träger zu blockieren und in genügender Menge vorhanden ist, um die Blockierung bis zur erforderlichen Tiefe durchzuführen. Wie bereits bemerkt, wird HF nicht nur wegen der breiten Anwendbarkeit bevorzugt, sondern auch deshalb, weil er eine schärfere Bandtrennung mit minimaler Vermischung der katalytisch aktiven Materialien in der ersten Schicht erzeugt und nicht so kostspielig ist.In summary, the blocking of the active sites in the Carrier from its surface through the first layer penetration depth through the selection of an acid according to the invention from the Group can be achieved, which 'from hydrogen chloride, fluorine / hydrogen, Sulfuric and citric acid and other cvveibasic acids, each selected acid having the ability to to block active sites in the carrier used and is present in sufficient quantity to prevent the blocking up to required depth. As noted earlier, HF is preferred not only because of its wide applicability, but also because it has a sharper band separation with minimal mixing of the catalytically active materials in the first layer and is not that costly.

Es hat sich gleichfalls herausgestellt, daß verschiedene Komplexe der katalytisch aktiven Metalle verschiedene Reaktivitäten mit dem Aluminiumoxidträger besitzen, wie es in Tafel III dargestellt ist,und die Auswahl eines Imprägnierungsmaterials mit hoher Reaktivität wird zur Erzielung optimaler Ergebnisse bevorzugt.It has also been found that different complexes of the catalytically active metals have different reactivities with the alumina support as shown in Table III and the selection of an impregnation material with high reactivity is preferred for best results.

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- 2ST -- 2pcs -

TAFEL HIBOARD HI

REAKTIVITÄT MD EINDRINGTIEFE VERSCHIEDENER.REACTIVITY MD PENETRATION VARIOUS .

Absorbiertes Metall-Metall nach EindringtiefeAbsorbed metal-metal according to penetration depth

Hohe
Reaktivität
Height
Reactivity
H PtBr 9H 0H PtBr 9H 0 96,796.7 224 +_224 + _ 1616 Gleichmäßig
bis zur Mitte
Evenly
to the middle
zurto the Mittecenter
(NH4)2PdCl4 (NH 4 ) 2 PdCl 4 83,983.9 205 ^205 ^ 4-64-6 Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter (NH4)2PdCl6 (NH 4 ) 2 PdCl 6 96,796.7 227 ± 227 ± 3535 Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter (NV3RhCl6 (NV 3 RhCl 6 75?O75 ? O 198 ± 198 ± 3939 Gleichm.bisEqual to zurto the Geringe
Reaktivität
Low
Reactivity
(NH4)2PtCl4 (NH 4 ) 2 PtCl 4 32,432.4 Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter
MI^[Pt(C2H4)Cl3]MI ^ [Pt (C 2 H 4 ) Cl 3 ] 20,020.0 Gleichm-bisEqual to zurto the Mittecenter (NH4)2Pt(N02)4 (NH 4 ) 2 Pt (N0 2 ) 4 45,545.5 Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter (NH4)2PtCl6 (NH 4 ) 2 PtCl 6 29*629 * 6 Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter H2PtCl6^H2-OH 2 PtCl 6 ^ H 2 -O 33Λ33Λ Gleichm.bisEqual to zurto the Mittecenter K2[Pt(CN)4]^H2OK 2 [Pt (CN) 4 ] ^ H 2 O 22f922 f 9 Gleichm,bisEqual until IC2Pt(SCN)4 IC 2 Pt (SCN) 4 22y522 y 5 [Pt(NH3)JCl2JI2O[Pt (NH 3 ) JCl 2 JI 2 O 23,223.2 [Pd(NH2)4]Cl2.H20[Pd (NH 2 ) 4 ] Cl 2 .H 2 0 36,436.4 [Rh(NH ),-Cl]Cl2 [Rh (NH), - Cl] Cl 2 27,027.0

fDie angegebenen Werte sind Mittelwert + Standardabweichung bei 10 Pellets, bestimmt durch Anfärben nit SnCl2 oder Na f The values given are the mean value + standard deviation for 10 pellets, determined by staining with SnCl 2 or Na

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Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemaßen Schicht-Katalysators wurde seither so beschrieben, daß zuerst zur Bildung der ersten oder äußeren Schicht der Träger mit Platin getränkt oder beschichtet wurde, worauf eine Tränkung mit einer die blockierende Saure enthaltenden Lösung für die zweite Schicht erfolgte; es sind aber auch andere Verfahren möglich. Beispielsweise kann die bevorzugte Reihenfolge dadurch geändert werden, daß eine aufeinanderfolgende Behandlung bei der Bildung der zweiten Schicht erfolgt, d.h. daß zuerst der Träger mit der bereits aufgebrachten ersten Schicht aus Platinsalz mit der blockierenden Säure behandelt wird und daraufhin eine Tränkung mit der Lösung für die zweite katalytisch wirksame Schicht folgt. Alternativ dazu kann, statt zuerst die Außenschicht aus katalytisch aktivem Material aufzutragen, zuerst die zweite Schicht aus katalytisch aktivem Material auf den Träger aufgebracht werden. Wie bereits angedeutet, kann das entweder dadurch erreicht werden, daß die blockierende Säure kombiniert mit der imprägnierenden Salzlösung aufgetragen wird oder daß nacheinander getrennt mit der blockierenden Säure vor der Imprägnierung mit der Lösung für die zweite Schicht eine Behandlung erfolgt. In beiden Fällen muß der getränkte Träger erhitzt werden, um die blockierende Säure auszutreiben und daraufhin muß ein Brennen (Kalzinieren) erfolgen, bevor die Tränkung mit der Lösung für die erste Schicht, d.h. mit dem Platin, erfolgt. Je nach der Art des Aluminiumoxid<-(Tonerde-)Trägers können Temperaturen bis zu 550° C während einer Zeit bis zu etwa Stunden notwendig sein, wobei auch noch die Menge und Art der verwendeten Blockierungssäure und die Art der Edelmetallsalze eine Rolle spielen. Die Behandlung kann in Luft, in neutralen oder in reduzierenden Atmosphären erfolgen.The preferred process for producing the layered catalyst according to the invention has since been described in such a way that the carrier was first impregnated or coated with platinum to form the first or outer layer, followed by impregnation with a solution containing the blocking acid for the second layer; however, other methods are also possible. For example, the preferred order can be changed in that a successive treatment takes place during the formation of the second layer, ie that first the carrier with the already applied first layer of platinum salt is treated with the blocking acid and then an impregnation with the solution for the second catalytically active layer follows. Alternatively, instead of first applying the outer layer of catalytically active material, the second layer of catalytically active material can be applied to the carrier first. As already indicated, this can either be achieved in that the blocking acid is applied in combination with the impregnating salt solution or that a treatment is carried out separately with the blocking acid before impregnation with the solution for the second layer. In both cases, the impregnated carrier must be heated in order to drive off the blocking acid and then calcining must take place before the impregnation with the solution for the first layer, ie with the platinum, takes place. Depending on the type of aluminum oxide (alumina) carrier, temperatures of up to 550 ° C for a period of up to about 1 ± hours may be necessary, with the amount and type of blocking acid used and the type of noble metal salts also playing a role . The treatment can take place in air, in neutral or in reducing atmospheres.

Die Mengen katalytisch wirksamen Materials, die nach Tafel I angewendet wurden, entsprechen etwa denen, die gegenwärtig beiThe amounts of catalytically active material used according to Table I correspond approximately to those currently used in

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Platin-Palladiumoxidationskatalysatoren verwendet werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Menge des verwendeten Materials nicht zu den erfindungswesentlichen Merkmalen gehört und je nach dem Umwandlungsgrad oder Umwandlungswert, der erreicht werden soll, verändert werden kann. Es sollte beachtet werden, daß durch Veränderungen der Mengen die Tiefe der Schichten des katalytisch aktiven Materials mitverändert wird. Die erforderliche Säuremenge wird einfach dadurch bestimmt, daß Proben routinemäßig unter Verwendung des erwünschten Katalysatorpräparationsverfahrens gemäß der Erfindung behandelt werden und daß die Schichttiefen analysiert werden. Beim Präparieren der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird vorzugsweise eine Gesamttiefe für die ersten und zweiten Schichten des katalytisch aktiven Materials von mindestens 90//m angestrebt, wobei die Tiefe der ersten, der Platin-Schicht die Tiefe ist, bis zu der die Katalysatorgifte während der erforderlichen Lebensdauer des Katalysators eindringen; diese Eindringtiefe beträgt etwa 82 /na und nach Tafel I ist beim Katalysator Pt/Pd eine Gesamttiefe von etwa 118yum erreicht. Es ist zu verstehen, daß diese Tiefe sich je nach der Konzentration der Gifte im Abgasstrom verändern muß und gleichfalls je nach den physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Trägers. Platinum-palladium oxidation catalysts can be used. It should be noted, however, that the amount of material used does not belong to the essential characteristics of the invention and can be varied depending on the degree or value of conversion that is to be achieved. It should be noted that changing the amounts also changes the depth of the layers of the catalytically active material. The amount of acid required is determined simply by routinely treating samples using the desired catalyst preparation method in accordance with the invention and analyzing bed depths. When preparing the catalysts according to the invention, a total depth for the first and second layers of the catalytically active material of at least 90 μm is preferred, the depth of the first, the platinum layer being the depth to which the catalyst poisons during the required service life penetrate the catalyst; this penetration depth is about 82 / na and, according to Table I, a total depth of about 118 μm is achieved for the Pt / Pd catalyst. It is to be understood that this depth must vary depending on the concentration of the poisons in the exhaust gas stream and also depending on the physical properties of the respective carrier.

Der Katalysator, der Platin und Palladium als Gemisch im Außenabschnitt des Trägers ohne Schichtung enthält, wurde durch Imprägnieren des Aluminiumoxids mit einer wässerigen Lösung von Chlorplatinsäure und Palladiumchlorid präpariert, wobei als Lösungsmittel deionisiertes oder destilliertes Wasser, wie in allen anderen Fällen, verwendet wurde und die Lösung auf einen pH-Wert von 2,0 eingestellt wurde. Insbesondere wurden 1250 cm Al2O-, mit 500 cm-5 einer Lösung imprägniert, die 0,3237 g Platin und 0,1290 g Palladium enthielt und dabei wurde das Einsatzfeuchte-Verfahren angewandt. Der so entstandene Katalysator wurdeThe catalyst, which contains platinum and palladium as a mixture in the outer section of the support without stratification, was prepared by impregnating the aluminum oxide with an aqueous solution of chloroplatinic acid and palladium chloride, using deionized or distilled water as the solvent, as in all other cases, and the Solution was adjusted to a pH of 2.0. In particular, 1250 cm of Al 2 O- was impregnated with 500 cm- 5 of a solution containing 0.3237 g of platinum and 0.1290 g of palladium, using the wet-off method. The resulting catalyst was

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getrocknet und in Luft vier Stunden bei einer Temperatur von 550 C gebrannt. Untersuchungen mit der Elektronenmikrosonde ergaben, daß unter diesen Bedingungen das Palladium sich näher zur Außenfläche der Pellets abschied als das Platin.dried and baked in air for four hours at a temperature of 550 C. Investigations with the electron microprobe found that under these conditions the palladium deposited closer to the outer surface of the pellets than the platinum.

Bei der Präparation des Schichtkatalysators mit Palladium als Außen- und Platin als Innenschic lit und der Katalysatoren, die nur Palladium im Außenabschnitt des Trägers enthalten, wird zuerst das Aluminiumoxid (die Tonerde) mit einer Lösung von Palladiumchlorid (PdCIp) mit einem pH-Wert von 2,/f imprägniert. Bei diesem pH-Wert wird ein sehr scharfes Palladiumprofil an der Außenfläche der Katalysatorpellets erreicht. Im einzelnen wurden 2500 cnr AIpO, mit 1000 cnr einer wässrigen Lösung, die 0,2%if g Palladium enthielt, imprägniert. Nach wie oben durchgeführtem Trocknen und Brennen war der Palladiumkatalysator zur Erprobung fertig. Die Hälfte der erzeugten Palladiumkatalysatoren wurde weiter mit 5OO cm einer wässrigen Lösung getränkt, in der 0,3233 g H2PtCl,-.9H^O und 1,368 g Zitronensäure enthalten waren und die einen pH-Wert von 2,3 aufwies. Die Zitronensäure wirkt ähnlich wie die Fluorwasserstoffsäure durch Blockieren der aktiven Stellen, wodurch das Platin ins Innere der Aluminiumoxid-Pellets gezwungen wird. Daraufhin wurde getrocknet und gebrannt, wie beschrieben, so daß sich ein Katalysator mit einer Innenschicht aus Platin ergab. Wie bereits beschrieben,wurden die Materialanteile so ausgewählt, daß die in Tafel I gezeigten Mengen katalytisch aktiven Materials erhalten wurden und daß sich die erforderliche Blockierungstiefe mit minimalster Überlappung ergab.When preparing the layered catalyst with palladium as the outer layer and platinum as the inner layer and the catalysts that only contain palladium in the outer section of the support, the aluminum oxide (the alumina) is first mixed with a solution of palladium chloride (PdClp) with a pH of 2, / f impregnated. At this pH value, a very sharp palladium profile is achieved on the outer surface of the catalyst pellets. In detail, 2500 cnr AlpO were impregnated with 1000 cnr of an aqueous solution containing 0.2% if g palladium. After drying and firing as above, the palladium catalyst was ready for testing. Half of the palladium catalysts produced were further impregnated with 500 cm of an aqueous solution containing 0.3233 g of H 2 PtCl, -. 9H 4 O and 1.368 g of citric acid and which had a pH of 2.3. Citric acid works similarly to hydrofluoric acid by blocking the active sites, forcing the platinum inside the alumina pellets. This was followed by drying and firing as described to give a catalyst with an inner layer of platinum. As already described, the proportions of material were selected so that the amounts of catalytically active material shown in Table I were obtained and that the required depth of blocking resulted with minimal overlap.

Bei der Ausführung der in der Zeichnung dargestellten beschleunigten Katalysator-Vergiftungsversuche wurden die Katalysatoren in einem Reaktorsystem vergiftet,in dem vier Reaktor- oder Schirmtröge mit jeweils 250 cnr Inhalt enthalten waren. DerWhen running the accelerated shown in the drawing Catalyst poisoning tests were the catalysts Poisoned in a reactor system that contained four reactor or umbrella troughs, each with a capacity of 250 cnr. Of the

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Beaktor wurde mit dem Abgas eines 5,7 1 -V-8-Motors beschickt. Der Motor wurde bei 1800 U/min mit einem Motordynamometer bei einem Unterdruck am Ansaugkrümmer von etwa ifl kPa betrieben. Das Luft-Treibstoffverhältnis betrug 1555j so daß sich oxidierende Abgase ergaben. Der Treibstoff enthielt 0,023g Blei/1, 0,117g Schwefel/l und 0,007g PhosphorA als Durchschnittswerte. Um die Giftemissionen zu stabilisieren^wurden Motor und Abgassystem dadurch ins Gleichgewicht gebracht, daß ein Betrieb mit dem Gift enthaltenden Treibstoff von etwa 3 Tagen durchgeführt wurde, bevor das erste Katalysatorvergiftungsexperiment erfolgte.The reactor was charged with the exhaust gas from a 5.7 liter V-8 engine. The engine was operated at 1800 rpm with an engine dynamometer at an intake manifold vacuum of about 1 kPa. The air-fuel ratio was 15 5 5j so that oxidizing exhaust gases resulted. The fuel contained 0.023g lead / l, 0.117g sulfur / l and 0.007g phosphorA as average values. To stabilize poison emissions, the engine and exhaust system were balanced by operating the poison-containing fuel for about 3 days before the first catalyst poisoning experiment was carried out.

Die dem Katalysator zugeführten Abgase enthielten typischerweise 0,29-0,3^· % CO, 1,16-1,20 % O2 und 280-320 ppm Kohlenwasserstoff. Die stündliche Volumengeschwindigkeit des Gases betrug 115 000 h~ , bei Standardtemperatur und-Druck. Während der Versuche betrug die Katalysator-Bett-Temperatur annähernd 570° G. Dieser beschleunigte Vergiftungsversuch simulierte in etwa k-Q Stunden entsprechende ifOO Stunden tatsächlichen Aussetzens von Vergiftung bei Abgasen. Am Ende des Versuchs wurden die Katalysatorproben oben von jedem der vier Reaktortröge zur Analyse entnommen.The exhaust gases fed to the catalyst typically contained 0.29-0.3 % CO, 1.16-1.20 % O 2 and 280-320 ppm hydrocarbon. The hourly volume velocity of the gas was 115,000 h ~, at standard temperature and pressure. During the tests, the catalyst bed temperature was approximately 570 ° G. This accelerated poisoning test simulated corresponding if 100 hours of actual exposure to poisoning in the case of exhaust gases in about 50,000 hours. At the end of the run, the catalyst samples were taken from the top of each of the four reactor troughs for analysis.

Die Edelmetall-Eindringtiefen in den Aluminiumoxidpellets wurden dadurch gemessen, daß die Pellets in einer wässrigen Lösung von SnCIp gekocht wurden und die sich ergebenden gedunkelten Schichten unter einem Mikroskop fotografiert wurden. Die Eindringtiefen des Bleis und des Phosphors in den vergifteten Katalysatoren wurden durch die Elektronenmikrosonde bestimmt. Die Edelmetalldispersionen wurden durch CO-Chemisorption bestimmt. Diese Verfahren und die dazugehörige Ausrüstung sind auf dem Fachgebiet bekannt und bilden nicht einen Teil der Erfindung.The precious metal penetration depths in the alumina pellets were measured by placing the pellets in an aqueous solution of SnCIp were boiled and the resulting darkened Layers were photographed under a microscope. The penetration depths of lead and phosphorus in the poisoned Catalysts were determined by the electron microprobe. The noble metal dispersions were determined by CO chemisorption. These methods and associated equipment are known in the art and do not form part of the invention.

Die Aktivitätsmessungen wurden sowohl während des beschleunig-The activity measurements were taken both during the accelerated

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ten Beständigkeitstests im Einbauzustand in der Testzelle und gleichfalls im Laboratorium- durchgeführt. In der Testzelle wurden die Kohlenwasserstoff- und die Kohlenmonoxid-Umwandlungen im Gleichgewichtszustand bei etwa 570° C und einer Volumengeschwindigkeit von 115 000 h~ (STP) gemessen.» In einem Laboratoriumsreaktorsystem wurde die CO- und die Propylenumwandlung als Funktion der Temperatur bestimmt. Der Laboratoriumsreaktor bestand aus einem Rohr aus rostbeständigem Stahl mit 19 mm Durchmesser, der in einem ßohrofenelektrisen aufgeheizt wurde. Eine inerte Füllung aus Siliziumcarbid (SiC)' diente zur Vorerhitzung. Es wurde eine Katalysatorprobe von 10 cm und eine Volumengeschwindigkeit von 85 000 h" (STP) verwendet. Der Beschickungsstrom im Laboratorium bestand aus 0,3 % CO, 0,025 % Propylen, 1,5 % 0£ und 10 % H2O in Stickstoff. Die programmierte Aufheizgeschwindigkeit betrug 10° C/min.th resistance tests carried out in the installed state in the test cell and also in the laboratory. In the test cell, the hydrocarbon and carbon monoxide conversions were measured in the equilibrium state at around 570 ° C and a volume velocity of 115,000 h ~ (STP). » The CO and propylene conversions were determined as a function of temperature in a laboratory reactor system. The laboratory reactor consisted of a pipe made of stainless steel with a diameter of 19 mm, which was heated in an electric furnace. An inert filling made of silicon carbide (SiC) was used for preheating. A 10 cm catalyst sample and a volume velocity of 85,000 h "(STP) was used. The feed stream in the laboratory consisted of 0.3 % CO, 0.025 % propylene, 1.5 % 0.1 and 10 % H 2 O in nitrogen The programmed heating rate was 10 ° C./min.

Die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen wurde als Funktion der Aussetzzeit während der beschleunigten Vergiftungsversuche am Dynamometer beobachtet und ist in Fig. 5 dargestellt.The conversion of hydrocarbons was made as a function of Exposure time observed during the accelerated poisoning tests on the dynamometer and is shown in FIG. 5.

Beim Ausführen des Beständigkeitstests war es zunächst notwendig, die Katalysatoren mit einem Indolin-Durchsichtig-Brennstoff (indolene clear fuel) etwa I5 Minuten zu stabilisieren, um einen Meßwert der Anfangswirksamkeit zu erhalten. Wie aus Fig. 5 zu ersehen,hingen die Anfangs-Umwandlungswerte für Kohlenwasserstoffe von dem katalytisch aktiven Material und von seiner relativen Lage am Träger ab. Sowohl bei Kohlenwasserstoffen als auch bei Kohlenmonoxid gab der Katalysator Pt/Pd die beste Anfangs-Hochtemperatur-Wirksamkeit, während die anderen Katalysatorausführungen bedeutend schlechter waren. Gleichartige Umwan_dlungstestsswie die in Fig. 5 dargestellten, wurden für CO durchgeführt.In performing the durability test, it was first necessary to stabilize the catalysts with an indoline clear fuel for about 15 minutes in order to obtain an initial efficiency reading. As can be seen from Figure 5, the initial conversion values for hydrocarbons depended on the catalytically active material and on its relative location on the support. For both hydrocarbons and carbon monoxide, the Pt / Pd catalyst gave the best initial high temperature efficiency, while the other catalyst designs were significantly inferior. Similar Umwan_dlungstests s such as those shown in Fig. 5, were performed for CO.

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Ein Beaufschlagen der Katalysatoren mit dem Gift enthaltenden Abgas durch Umschalten auf den Gift enthaltenden Brennstoff ergab einen fast augenblicklichen Abfall der Aktivitäten,wie in Fig. 5 dargestellt. Frühere Arbeiten haben gezeigt, daß dieser rapide Abfall der Aktivität größtenteils mit den Halogen-Reinigern im Additiv assoziiert waren, das als Bleiquelle im Testbrennstoff benutzt wurde. Der Aktivitätsabfall betrug zwischen 5 und 7 % Kohlenwasserstoffumwandlung bei den Testbedingungen. Der geringste Abfall trat bei der Katalysatorart Pt und der größte Abfall bei der Katalysatorart Pd auf.Exposing the catalysts to the poison-containing exhaust gas by switching to the poison-containing fuel resulted in an almost instantaneous drop in activities, as shown in FIG. Previous work has shown that this rapid drop in activity was largely associated with the halogen cleaners in the additive that was used as the lead source in the test fuel. The decrease in activity was between 5 and 7 % hydrocarbon conversion under the test conditions. The smallest drop occurred with the catalyst type Pt and the largest decrease with the catalyst type Pd.

Wie in Fig. 5 gezeigt,waren die Wirksamkeiten der fünf Katalysatorarten, in der Reihenfolge abnehmender Aktivität aufgeführt, nach etwa der ersten Stunde der Belastung mit den Abgasen des Gift enthaltenden Brennstoffes die folgende:As shown in Fig. 5, the efficiencies of the five types of catalyst were listed in the order of decreasing activity after about the first hour of exposure to the Exhaust gases from the fuel containing poison have the following:

Kohlenwasserstoffe: Pt/Pd, Pt, Pt-Pd, Pd/Pt und Pd.Hydrocarbons: Pt / Pd, Pt, Pt-Pd, Pd / Pt and Pd.

Auf der Grundlage gleichartiger Versuche ergab sich folgende Wirksamkeltsfolge mit abnehmender Wirksamkeit für CO-Umwandlung: On the basis of similar experiments, the following resulted Effect sequence with decreasing effectiveness for CO conversion:

Kohlenmonoxid: Pt/Pd, Pt, Pt-Pd, Pd und Pd/Pt.Carbon monoxide: Pt / Pd, Pt, Pt-Pd, Pd and Pd / Pt.

In beiden Fällen ergibt der Katalysatortyp Pt/Pd die besten Wirksamkeiten gegenüber Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid sowohl beim Indolin-Durchsichtig-Brennstoff (indolene clear fuel) und auch bei dem Halogen enthaltenden Brennstoff. Diese Eigenschaft ist sehr bezeichnend, da sie aussagt,daß sowohl die Kohlenwasserstoff- als auch die Kohlenmonoxidumwandlung durch die gleiche Art Katalysator, d.h. den Schichtkatalysator mit äußerer oder erster Platinschicht und innerer oder zweiter Palladiumschicht, verbessert wurde. Wenn die Katalysatoren mit Phosphor und Blei vergiftet wurden, traten die UnterschiedeIn both cases, the Pt / Pd type of catalyst gives the best effectiveness against hydrocarbons and carbon monoxide both the indoline clear fuel and the halogen-containing fuel. This attribute is very indicative as it states that both hydrocarbon and carbon monoxide conversion occur through the same type of catalyst, i.e. the layered catalyst with an outer or first platinum layer and an inner or second layer Palladium layer, has been improved. When the catalysts were poisoned with phosphorus and lead, the differences occurred

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der Umwandlungswirksamkeit noch stärker hervor. Nach 40 Stunden Beaufschlagung wurde, basierend an geglätteten Zeitkurven (Fg· 5) folgende Reihenfolge der Wirksamkeit beobachtet:the conversion efficiency even more. After 40 hours The following sequence of effectiveness was observed based on smoothed time curves (Fg 5):

Kohlenwasserstoffe: Pt/Pd, Pt, Pt-Pd, Pd/Pt, Pd. Es ist zu sehen, daß der Katalysatortyp Pt/Pd zusätzlich zur besten AnfangsWirksamkeit sich auch im Vergiftungswiderstand für Kohlenwasserstoffe und,auf der Grundlage eines gleichartigen Versuchs,für Kohlenmonoxid überlegen erweist. Wie aus Fig. 5 klar zu ersehen erfuhren die Katalysatorarten, die Palladium als einzige Katalysatorsubstanz oder als erste Schicht am Träger enthielten, die stärkste Deaktivierung für Kohlenwasserstoff- und, auf einer gleichartigen Versuchsreihe beruhend, für Kohlenmonoxidumwandlung.Hydrocarbons: Pt / Pd, Pt, Pt-Pd, Pd / Pt, Pd. It can be seen that the catalyst type Pt / Pd in addition to The best initial effectiveness is also found in the resistance to poisoning for hydrocarbons and, on the basis of a like Trying for carbon monoxide proves superior. As can be clearly seen from Fig. 5, the types of catalysts that Palladium contained as the only catalyst substance or as the first layer on the carrier, the strongest deactivation for hydrocarbon and, based on a similar series of experiments, for carbon monoxide conversion.

Es ist bemerkenswert, den Einfluß einer inneren Schicht aus Palladium unterhalb der Außenschicht aus Platin zu beobachten. Die höhere Kohlenwasserstoffaktivität des Pt/Pd-Katalysators ergibt sich, wie man annimmt, aus der Oxidation der Kohlenwasserstoffarten, die normalerweise schwierig zu oxidieren sind, im Inneren des Katalysatorträgers. Für eine Gleichgewicht s-Kohlenmonoxidoxidation scheinen die inneren Bereiche weniger wichtig zu sein.It is noteworthy to observe the influence of an inner layer of palladium beneath the outer layer of platinum. The higher hydrocarbon activity of the Pt / Pd catalyst results, as is assumed, from the oxidation of the hydrocarbon species, which are normally difficult to oxidize, inside the catalyst support. For a balance s carbon monoxide oxidation, the inner areas seem to be less important.

Bei der Bestimmung der Auswirkung der Katalysatorart auf den Temperaturverlauf der Umwandlungsfähigkeit wurde der vorher beschriebene temperaturprogrammierte Laboratoriumsreaktor zur Erzeugung von Umwandlungs-Einlaßtemperaturkurven für frische und für vergiftete Katalysatoren verwendet. Fig. 6 und 7 zeigen die für 50 % Umwandlung erforderlichen Temperaturen. Wie bekannt ist der Katalysator umso besser oder brauchbarer,je geringer die benötigte Temperatur ist.In determining the effect of the catalyst type on the temperature profile of the conversion capacity, the previously described temperature programmed laboratory reactor was used to generate conversion inlet temperature curves for fresh and for poisoned catalysts. Figures 6 and 7 show the temperatures required for 50% conversion. As is known, the lower the temperature required, the better or more useful the catalyst.

Der Laboratoriumsreaktor wurde mit Katalysatoren gefüllt,The laboratory reactor was filled with catalysts,

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die von dem Einlaßtrog des Testzellenreaktors entnommen wurden, und so entsprechen die Gift-Belastungen der in Fig. 6 und 7 dargestellten Katalysatoren den vorher besprochenen Einlaß-Giftbelastungswerten. Da diese Einlaß-Giftbelastungswerte höher als die Giftbelastungswerte nach dem Integraldurchschnitt sind, entspricht das gleichwertige "Alter" der benutzten Katalysatorproben bei den Umwandlungstemperaturversuchen mehr einem Katalysator nach 80 000 km Belastung. Um einen Gleichgewichtszustand herbeizuführen } wurden nur die Ergebnisse der Versuche nach dem ersten Durchlauf für jede Probe des Katalysators in Betracht gezogen.taken from the inlet trough of the test cell reactor, and so the poison loads of the catalysts shown in Figures 6 and 7 correspond to the inlet poison load values discussed above. Since these inlet toxicity values are higher than the toxicity values according to the integral average, the equivalent "age" of the catalyst samples used in the conversion temperature tests corresponds more to a catalyst after 80,000 km exposure. Only the results of attempts to induce a state of equilibrium} have been considered after the first run for each sample of the catalyst.

Es ergibt sich nur ein relativ geringer Unterschied der frischen Anfangswirksamkeit der Katalysatoren sowohl für Propylen als auch für Kohlenmonoxid. Die Reihenfolge, geordnet nach ansteigender Temperatur für 50 %ige Umwandlung ist:There is only a relatively small difference in the fresh initial effectiveness of the catalysts for both propylene as well as for carbon monoxide. The order in order of increasing temperature for 50% conversion is:

Propylen: Pt/Pd, Pt-Pd, Pt, Pd/Pt und Pd CO: Pt-Pd, Pt/Pd, Pt, Pd/Pt und Pd.Propylene: Pt / Pd, Pt-Pd, Pt, Pd / Pt and Pd CO: Pt-Pd, Pt / Pd, Pt, Pd / Pt and Pd.

Die Reihenfolge ist ähnlich der beim Hochtemperaturverhalten nach Fig. 5 beobachteten. Die nur mit Palladium versehenen Katalysatoren ergeben die schlechteste Startumwandlung. Es ist bemerkenswert, daß der Wert der Anfangswirksamkeit des Palladiumkatalysators beträchtlich verbessert wird, wenn Platin hinzugefügt wird (Pd/Pt, Pt-Pd).The sequence is similar to that for high temperature behavior observed according to FIG. The catalysts with only palladium result in the worst starting conversion. It is noteworthy that the value of the initial effectiveness of the palladium catalyst is considerably improved when platinum is added (Pd / Pt, Pt-Pd).

Die Startumwandlung nach Vergiftung ist gleichfalls in Fig. und 7 dargestellt. Die Reihenfolge5nach ansteigender Temperatur für 50 %ige Umwandlung geordnet, ist folgende:The initial transformation after poisoning is also shown in FIGS. The order 5 in increasing temperature for 50% conversion is as follows:

Propylen: Pt/Pd, Pt-Pd, Pd/Pt, Pt und Pd CO: Pt/Pd, Pt-Pd, Pd/Pt, Pt und Pd.Propylene: Pt / Pd, Pt-Pd, Pd / Pt, Pt and Pd CO: Pt / Pd, Pt-Pd, Pd / Pt, Pt and Pd.

Die Starttemperaturen stiegen bei der Alterung um zwischenThe starting temperatures increased with the aging to between

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20 und 90° C an. Die Unterschiede der Startumwandlung der verschiedenen vergifteten Katalysatorarten sind sehr groß, beispielsweise ist die Starttemperatur des Pd-Katalysators für Propylen etwa 90° C höher als die für den Pt/Pd-Katalysator. Wiederum zeigt die Katalysatorart Pt/Pd das beste Verhalten und die gemeinsam getränkten Pt/Pd-Katalysatoren folgen als zweite dichtauf. Es ist gleichfalls interessant zu bemerken, daß die Verschlechterung der Start-Aktivität für Propylen etwas größer ist als die für Kohlenmonoxid und zwar bei allen Katalysatorarten.20 and 90 ° C. The differences in the initial conversion of the various types of poisoned catalyst are very large, for example, is the starting temperature of the Pd catalyst for propylene about 90 ° C higher than that for the Pt / Pd catalyst. Again, the Pt / Pd catalyst type shows the best Behavior and the jointly impregnated Pt / Pd catalysts follow closely behind. It's interesting too it should be noted that the deterioration in starting activity for propylene is somewhat greater than that for carbon monoxide with all types of catalyst.

Nach Tabelle I erfuhren die Pt-Katalysatoren nach 7-stündiger Sinterung bei 870° C an Luft den größten Verlust in Metalldispersion (von 68 % auf 3 %), während die Pd-Katalysatoren den geringsten Verlust (von 53 % auf 39 %) erlitten. Die drei, Pt und Pd enthaltenden Katalysatoren hatten Dispersionsverluste zwischen 8 und 15 % beim Sintern. According to Table I, the Pt catalysts experienced the greatest loss in metal dispersion (from 68 % to 3 %) after sintering for 7 hours at 870 ° C. in air, while the Pd catalysts suffered the lowest loss (from 53 % to 39 %) . The three catalysts containing Pt and Pd had dispersion losses between 8 and 15 % on sintering.

Der Pd-Katalysator zeigte nach dem Sintern (Fig. 8 und 9) weder eine Verschlechterung der Propylen-Starttemperatur noch der CO-Starttemperatur. Im Gegensatz dazu erlitt der Pt-Katalysator den größten Verlust der Startaktivität. Nach dem Sintern hatte jedoch der Pt/Pd-Katalysator die größte Startaktivität sowohl für Propylen als auch für CO. Der gemeinsam imprägnierte. Pt-Pd-Katalysator verlor beträchtlich an Startaktivität sowohl für Propylen als auch für CO. Die Reihenfolge der Katalysatorarten in Ordnung ansteigender Temperatur für 50 %ige Umwandlung nach dem Sintern ist:The Pd catalyst showed after sintering (Fig. 8 and 9) neither a deterioration in the propylene starting temperature nor the CO start temperature. In contrast, the suffered Pt catalyst caused the greatest loss of starting activity. However, after sintering, the Pt / Pd catalyst had the largest Starting activity for both propylene and CO. The impregnated together. Pt-Pd catalyst lost a considerable amount of time Starting activity for both propylene and CO. The order of the catalyst types in order of increasing temperature for 50% conversion after sintering is:

Propylen: Pt/Pd, Pt-Pd, Pd/Pt, Pd, Pt; CO: Pt/Pd, Pt-Pd, Pd/Pt, Pd, Pt.Propylene: Pt / Pd, Pt-Pd, Pd / Pt, Pd, Pt; CO: Pt / Pd, Pt-Pd, Pd / Pt, Pd, Pt.

Demnach ist die beste Ausgestaltung zur Erhaltung einer Startaktivität nach dem Sintern eindeutig der Pt/Pd-Katalysator,Accordingly, the best configuration for maintaining a startup activity is after sintering clearly the Pt / Pd catalyst,

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d.h. der mit Platin als Außenschicht am Träger und Palladium als zweiter Schicht, der Innengrenze der ersten Platinschicht benachbarter Schicht, die sich von dort nach innen erstreckt.i.e. the one with platinum as the outer layer on the carrier and palladium as the second layer, the inner boundary of the first platinum layer adjacent layer that extends inward from there.

In einer weiteren Ausführung des verbesserten erfindungsgemäßen Katalysators, dem Dreiwege-Katalysator, ist der Aluminiumoxidträger mit einer ersten Schicht aus Platin versehen, die an der Oberfläche des Trägers gelegen ist und in den Körper von dort nach innen vordringt, wobei eine zweite Schicht aus Rhodium der Innengrenze der ersten Schicht benachbart liegt und den Körper des Trägers von dieser Grenze nach innen durchdringt, wobei die größere Menge des Rhodiums an der ersten Schicht nach innen benachbart liegt, um das Rhodium vor schneller Verschlechterung und Ausfall der TJmwandlungsfähigkeit infolge Vergiftung zu schützen. Durch die vorliegende Erfindung wird, wenn auch größere Mengen von Rhodium verwendet werden können, eine Verwendung des Rhodiums in Mengen ermöglicht, die nur etwa 0,002 Gew% des Katalysators betragen, da der größte Teil vor Vergiftung durch die äußere, platinbeschichtete Schicht geschützt ist. Das ist nicht nur wegen der geringeren Kosten sehr bedeutsam, sondern auch deshalb, weil ein größerer Verbrauch größerer Mengen von Rhodium, beispielsweise von 0,018 Gew% in Kraftfahrzeugkonvertern die Rhodiumvorräte sehr schnell ausbeuten würde und ein wirtschaftliches Gleichgewicht der Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium, die in Südafrika mit einem natürlichen Verhältnis von Platin zu Rhodium von etwa 18 : 1 gewonnen werden, gestört würde. Da kleine Mengen Rhodium in der ersten oder äußeren Platinschicht vorhanden sind, kann die Anwesenheit solcher kleiner Mengen in der Nähe der Oberfläche wichtig sein, um die unerwünschte Bildung von Ammoniak in dem frischen oder relativ frischen Katalysator zu vermeiden.In a further embodiment of the improved invention Catalyst, the three-way catalyst, the aluminum oxide carrier is provided with a first layer of platinum, which is located on the surface of the wearer and into the body from there penetrates inwards, a second layer of rhodium being adjacent to the inner boundary of the first layer and penetrating the body of the wearer inwardly from that boundary, the greater amount of the rhodium being at the first Layer lies inwardly adjacent to the rhodium from rapid deterioration and failure of the convertibility to protect as a result of poisoning. The present invention uses rhodium, albeit in greater amounts can be used, a use of the rhodium in amounts that are only about 0.002% by weight of the catalyst, since most of it is protected from poisoning by the outer, platinum-coated layer. It's not just because of the lower cost is very significant, but also because a greater consumption of larger amounts of rhodium, for example of 0.018% by weight in automotive converters, the rhodium reserves would exploit very quickly and an economic one Balance of the precious metals platinum, palladium and rhodium, which in South Africa has a natural ratio of platinum to rhodium of about 18: 1 would be disturbed. Since small amounts of rhodium are present in the first or outer platinum layer, the presence of such may be smaller Quantities close to the surface are important to avoid the undesirable formation of ammonia in the fresh or relative avoid fresh catalyst.

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Bei Ausführung der Versuche ergab sich, daß die Wirksamkeitsund Beständigkeitseigenschaften der Edelmetall-Katalysatoren sehr stark durch die relative Anordnung der Katalysatormaterialien beeinflußt werden. Um diese weitere Ausführung der Erfindung im einzelnen darzustellen, wurden vier Platin und Bhodium enthaltende Katalysatoren präpariert, die in bezug auf die Vergiftung des Katalysatormaterials im Träger drei verschiedene Ausbildungen zeigten und es wurden Gleichgewichts-ümwandlungsversuche mit einem Dynamometer gefahren. Die ümwandlungsversuche unter Benutzung des erfindungsgemäß aufgebauten Dreiwege-Schichtkatalysatoren zeigten eine bedeutend verbesserte Leistung im Vergleich zu den Ergebnissen, die sowohl mit handelsüblichen als auch mit anders aufgebauten Katalysatoren erhalten wurden.When the tests were carried out, it was found that the effectiveness and resistance properties of the noble metal catalysts can be very much influenced by the relative arrangement of the catalyst materials. To this further embodiment of the invention To illustrate in detail, four platinum and bhodium-containing catalysts were prepared with respect to the Poisoning of the catalyst material in the carrier showed three different forms and there were equilibrium conversion tests ridden with a dynamometer. The conversion tests using the three-way layered catalyst constructed according to the invention showed a significantly improved performance compared to the results obtained with both commercial as well as with differently structured catalysts.

Die erfindungsgemäß präparierten Katalysatoren, die untersucht wurden, hatten die folgenden Aufbaumerkmale:The catalysts prepared according to the invention that were investigated had the following structural features:

(1) Äußere Platin(Pt)Schicht, innere Bhodium(Eh)Schicht (Pt/Rh),(1) Outer platinum (Pt) layer, inner bhodium (Eh) layer (Pt / Rh),

(2) Äußere Eh-Schicht, innere Pt-Schicht (Bh/Pt),(2) Outer Eh layer, inner Pt layer (Bh / Pt),

(3) Pt und Bh gleichzeitig als Gemisch abgeschieden mit maximalen Konzentrationen von beiden Stoffen an der Trägeroberfläche (Pt-Eh).(3) Pt and Bh simultaneously deposited as a mixture with a maximum Concentrations of both substances on the carrier surface (Pt-Eh).

Diese Katalysatoren sind mit den diesbezüglichen Eigenschaften zusammen mit zwei handelsüblichen Katalysatoren in Tafel IV dargestellt.These catalysts and their properties are listed in Table IV, along with two commercially available catalysts shown.

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Pt" to z/Kfz *Pt "to z / vehicle *

Ge vj? 6
Schichtan fang , ^
-Ende' ^
Ge vj? 6th
Shift start, ^
-End '^

«ο Complex«Ο Complex

<ο Präp.Verf.<ο Prep.

OO ΙΌ «ΟOO ΙΌ «Ο

TAFEL IV Eigenschaften und Präparations verfahren der verwendeten Katalysatoren Pt /Rh Pt/Rh Pt-RIi Rh/Pt handelsüblich Ft * TABLE IV Properties and preparation process of the catalysts used Pt / Rh Pt / Rh Pt-RIi Rh / Pt commercially available Ft *

Probesample No.No. -r-r PLPL 11 PLPL PP. PLPL 33 PLPL ZiRoom 55 66th PLPL 77th Träger·Carrier· 3-22-763-22-76 3-22-763-22-76 5-22-765-22-76 5-22-765-22-76 Rhone-
Profil
Rhone
profile
Rht-ne-
Prof-il
Rht-ne-
Profile
5-22-765-22-76

0^037
0;046
0 ^ 037
0 ; 046

+_ 24
H2PtBr6
+ _ 24
H 2 PtBr 6

0,0530.053

0,0410.041

± 30 ± 30

K0FtBr.K 0 FtBr.

0,0^5
0
>100
0.0 ^ 5
0
> 100

H0PtBr,-+RhCl^ 2 6 ρH 0 PtBr, - + RhCl ^ 2 6 ρ

0T02S0 T 02S

0r036
91 - 21
Eins.Bef.
0 r 036
91 - 21
Eins.Bef.

UbschLösg. ^ ÜbschLösg.- E^ns.Bef.UbschLösg. ^ UbschLösg.- E ^ ns.Bef.

«Eh- tos/ Kfz*
Gev^i
Max
Ende
ILo qp lex
BlockMitt.
Präp.Verf..
«Eh- tos / vehicle *
Gev ^ i
Max
end
ILo qp lex
BlockMitt.
Prep.

Trο ckenataosph.Trο ckenataosph.

Dispersion (%)
Γ. Imprägn.
Dispersion (%)
Γ. Waterproof

0T0020
0^0025
65
200
0 T 0020
0 ^ 0025
65
200

^-0,0016^ -0.0016

^-0,0020^ -0.0020

3535

428428

0,042 0,047 0r0490.042 0.047 0 r 049

0r045 0,047 0,0620 r 045 0.047 0.062

** 0 0** 0 0

** 87 Ji 22 235 ± 25** 87 Ji 22 235 ± 25

? ? Pl0PtBr.? ? Pl 0 PtBr.

2 ο2 ο

Aufsprü- Aufsprüh- UbschLösg» hen C?) hen I^J Spray-on-spray-over-release C?) Hen I ^ J

0,018 0,0025 00.018 0.0025 0

0r 019 0r002> - , 0 r 019 0 r 002> -,

KPKP

Einsatzbefeuchtg. Application humid.

HF-Eins at zbefeuchtg. HF insert humidified.

Luftair

9999

Rh.Pt Pt.RhRh.Pt Pt.Rh

0
32
0
32

K0 Pt Brr +RhCl2. d. 6 t> K 0 Pt Br r + RhCl 2 . d. 6 t>

kein
Einsatzbefeuchtg.
no
Application humid.

Luft-Air-

8585

gleichzeitg·.- -Eins_.Bef. at the same time - - Eins_.Bef.

'V 0,0016'V 0.0016

t0,0020t0.0020

EhCl,EhCl,

Zitron.Säure ~ . ~
Einsatz- Aufsprü- Aufsprübefeuchtg. hen (?), hen '(?) -
Citric acid ~. ~
Application, spray-on, spray-on moistening. hen (?), hen '(?) -

Luft
78
Pt. Rh
air
78
Pt. Rh

Luft 93Air 93

K>K>

-txr-txr

CD CJ) GO G)CD CJ) GO G)

Konverter vom Typ 260 (4261 cm5);'! toz= 31,1 g.
Nach der Reaktivität dem Vergiftungsverhalten enthalten diese Katalysatoren wahrscheinlich Rh und Pt ind._der Nähe der äußeren Oberfläche der Pellets
Converter of type 260 (4261 cm 5 ); '! toz = 31.1 g.
According to the reactivity of the poisoning behavior, these catalysts probably contain Rh and Pt ind. Close to the outer surface of the pellets

sich auf
SnCl2im
to
SnCl2im

Absprung la dem toklen Metall- Jump la de m toklen metal

Tabelle V zeigt die physikalischen Eigenschaften der Pellet-Träger der in Tafel IV zusammengestellten Proben. Die bei den Proben 1 bis If und 7 benutzten Träger wurden nach US-PS 1+ 051 072 präpariert. Die bei der Vorbereitung der Katalysatoren benutzten Aluminiumoxidträger hatten die Form von Kügelchen mit 3,2 mm Durchmesser. Es ist jedoch zu verstehen, daß die Träger auch die Form von Pellets oder Körnungen annehmen können, die nicht sphärisch sind, beispielsweise zylindrische Pellets, oder die Extrudate in körniger oder in Ringform sind und daß auch monolithische Trägerformen verwendet werden können. Das heißt, daß der Träger ein durchgehender Aluminiumoxidkörper oder ein monolithischer Keramikkörper oder ein solches Pellet mit einer Aluminiumoxidbeschichtung sein kann. Die Art und die Form des Trägers ist niet relevant für die Erfindung. Diese ist in der beschriebenen V/eise auf die Ausbildung des Katalysators vom Standpunkt der relativen Anordnung der Schichten der verschiedenen Katalysatormaterialien am Träger gerichtet und zwar entweder am Aluminiumoxidkörper oder an der-Schicht.Table V shows the physical properties of the pellet carriers for the samples compiled in Table IV. The, in the samples 1 to 7 used If and slides were prepared according to US-PS 1+ 051,072. The alumina supports used in preparing the catalysts were in the form of spheres 3.2 mm in diameter. It is to be understood, however, that the supports can also take the form of pellets or grains that are not spherical, for example cylindrical pellets, or the extrudates are granular or annular, and that monolithic support shapes can also be used. That is, the carrier can be a continuous aluminum oxide body or a monolithic ceramic body or such a pellet with an aluminum oxide coating. The type and shape of the carrier is not relevant to the invention. In the manner described, this is directed to the formation of the catalyst from the standpoint of the relative arrangement of the layers of the various catalyst materials on the support, either on the aluminum oxide body or on the layer.

TAFEL VTABLE V

Eigenschaften der verwendeten Katalysatorträger Properties of the catalyst supports used

Gesamtporenvolumen -,'cnr/g)Total pore volume -, 'cnr / g)

3 Makro-porenvolumenXcm /g)3 macro-pore volumeXcm / g)

Mikro-porenvolumen (cnr/g) 10 Nakro-porenradius (ηΐφ* Mikro porenradius (nm)*Micro pore volume (cnr / g) 10 macro pore radius (ηΐφ * Micro pore radius (nm) *

spez,Oberfläche • 2/- \ nach BET " Cm /s; spec, surface area • 2 / - \ according to BET " Cm / s;

Pellet-Dichte -(g/cm5)Pellet density - (g / cm 5 )

Effektive Diffusivität(cnL2/sec)+ 0,0110 0,0126 15 Nomineller Pelletradius(cm) 0,159 0,159Effective diffusivity (cnL 2 / sec) + 0.0110 0.0126 15 Nominal pellet radius (cm) 0.159 0.159

Integraldurchschnitt. Die Diffusivität bezieht sich auf einen N^-Impuls in die Eeliumgefüllteji Poren as? jeweiliger. Xat-alyss.-torträ.sers bei ;.-Oocur.d 1 Atr.osphär?Integral average. The diffusivity relates to an N ^ pulse in the Eelium-filled pores as? respective. Xat-alyss.-torträ.sers at ; .-Oocur.d 1 Atr.osphere?

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.Proben.
5 und 6
.Rehearse.
5 and 6
. Proben
1 bis Zf und 7
. rehearse
1 to Zf and 7
0,5950.595 0,6830.683 0,1150.115 Oj 480
423^7
Oj 480
423 ^ 7
mon.omod.almon.omod.al
6,76.7 9696 112112 1,1351,135 1,0371.037

Wie aus Tafel IV zu ersehen,wurden die Platin- und Rhodiummengen in Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators bei jedem Katalysatortyp außer Probe Fr. 7 so ausgewählt, daß gleiche Größenordnung erhalten wurde, um gut vergleichbare Ergebnisse miteinander und mit dem handelsüblichen Katalysator Probe Nr. 6 zu erzielen. Die Probe Nr. 5> besitzt eine Rhodiummenge, die etwa neunmal so hoch ist wie die der anderen Proben. Der Ausdruck "katalytisch-aktives Material" wird hier so benutzt, daß er die Materialien sowohl im elementaren Zustand als auch in der Oxidform umfassen soll, da die Materialien nach dem Trockenbrennen (kalzinieren) wahrscheinlich zumindest in gewissem Ausmaß in beiden Formen vorhanden sind. Es ist zu bemerken, daß die Eigenschaften des Trägers nicht relevant für die hier beschriebene Erfindung sind, da die Bildung von Schichten bei jedem aktiven Aluminiumoxid, das als Katalysatorträgermaterial bekannt ist, durchgeführt werden kann. Wenn auch die optimierten Träger.arten nach US-PS If 05t O73 bevorzugt verwendet werden sollen, so ist die Erfindung doch nicht auf die Verwendung solcher optimierter Trägerarten beschränkt, sondern auch mit Trägern mit beispielsweise geringerer spezifischer Oberfläche und spezifischem Porenvolumen anwendbar.As can be seen from Table IV, the amounts of platinum and rhodium were determined in percent by weight based on the total weight of the catalyst for each type of catalyst except for sample Fr. 7 see above selected that same order of magnitude was obtained in order to obtain results that are well comparable with each other and with the commercial one Achieve catalyst sample # 6. Sample No. 5> possesses an amount of rhodium which is about nine times as high as those of the other samples. The term "catalytically active material" is used herein to include both materials in the elemental state as well as in the oxide form, as the materials are likely to be after dry-firing (calcining) are present in both forms, at least to some extent. It should be noted that the properties of the Carrier are not relevant for the invention described here, since the formation of layers in every active aluminum oxide, which is known as a catalyst support material can be carried out. Even if the optimized types of carrier US-PS If 05t O73 are to be used preferably, so is Invention is not limited to the use of such optimized types of carrier, but also with carriers with, for example lower specific surface and specific pore volume applicable.

Bei der Herstellung der Katalysatorenproben Nr. 1 und 2, die eine erste oder äußere Schicht aus Platin und eine zweite oder innere Schicht aus Rhodium enthalten, wird eine Imprägnierung des Trägers mit Platin durch Verwendung eines Überschusses an Imprägnierungslösung erreicht, während das Rhodium mit der Einsatzbefeuchtungstechnik aufgebracht wurde. Dabei ist zu verstehen, daß auch andere gut bekannte Verfahren zum Imprägnieren des Trägers verwendet werden können, z.B. Aufsprühen oder Schütteln in der Lösung. Das Verfahren zur Erzeugung eines geschichteten Katalysators durch Verwendung aufeinanderfolgenderIn the preparation of the catalyst samples Nos. 1 and 2, the Containing a first or outer layer of platinum and a second or inner layer of rhodium is an impregnation of the support with platinum achieved by using an excess of impregnation solution, while the rhodium with the Use humidification technology was applied. It is to be understood that other well known methods of impregnation are also used of the carrier, e.g. spraying or shaking in the solution. The process of creating a layered Catalyst by using successive

Imprägnierung mit den verschiedenen Katalysatorlösungen, von denen eine noch einen Anteil einer Säure zur Blockierung der aktiven Stellen, beispielsweise Fluorwasserstoff und Zitronensäure in ausreichender Menge zum Blockieren der aktiven Stellen im Träger bis zur erforderlichen Tiefe enthält, wird nachfolgend beschrieben.Impregnation with the various catalyst solutions, one of which still has a proportion of an acid to block the active sites such as hydrogen fluoride and citric acid in sufficient quantity to block the active sites in the beam to the required depth is described below.

Im einzelnen wird bei der Herstellung des als Probe 1 bezeichneten Katalysators mit einer äußeren Pt-Schicht und einer inneren Rh-Schicht eine Menge von 0,06^0 g des Rhodiumsalzes (NH, K RhCl,-.3H-O und 0,72 g Fluorwasserstoff in 560 cm* destilliertem (oder deionisiertem) V/asser aufgelöst. Diese Lösung wurde mit 1200 cnr aktiven Aluminiumoxidperlen gemischt,um das Aluminiumoxid durch die Einsatzbefeuchtungstechnik zu imprägnieren. Der imprägnierte Träger wurde dann an der Luft getrocknet und an TJmgebungsluft Zf Stunden bei 550° C ausgeheizt (kalziniert).Specifically, is referred to as sample 1 in the production Catalyst with an outer Pt layer and an inner Rh layer an amount of 0.06 ^ 0 g of the rhodium salt (NH, K RhCl, -. 3H-O and 0.72 g of hydrogen fluoride in 560 cm * of distilled (or deionized) water dissolved. This solution was mixed with 1200 cubic centimeters of active alumina beads to make the alumina to be impregnated by the application humidification technology. The impregnated carrier was then air dried and in ambient air Baked (calcined) for ten hours at 550 ° C.

Nach Fig. 10 steigt die Biockierungstiefe der aktiven Stellen durch die Fluorwasserstoffsäure und damit die Eindringtiefe des katalytisch wirksamen Materials zur Bildung der Schichten mit der verwendeten Fluorwasserstoffmenge an. Die Veränderliche f ist gleich die von der Oberfläche des Trägers gemessene Tiefe geteilt durch den Pelletradius. Bei dem Beispiel der Probe 1 war die verwendete Menge Fluorwasserstoff so groß, daß sie eine solche Schichtung ergab, daß die maximale Konzentration des Rhodiums bei einer Tiefe von etwa 65mjh auftrat. Wie im folgenden näher beschrieben,beeinflußt der pH-Wert der Imprägnierungslösung die Eindringtiefe des Katalysatormaterials und die Blockierung der aktiven Stellen so, daß abnehmender pH-Wert eine größere Eindringtiefe ergibt, wobei ein pH-Wertbereich von 2 'bis 3 bevorzugt wird und ein pH-Wert bis zu 5 verwendbar ist.According to FIG. 10, the depth of blocking of the active sites by the hydrofluoric acid and thus the depth of penetration of the catalytically active material for the formation of the layers increases with the amount of hydrogen fluoride used. The variable f is equal to the depth measured from the surface of the support divided by the pellet radius. In the example of Sample 1, the amount of hydrogen fluoride used was so great that it resulted in such stratification that the maximum concentration of rhodium occurred at a depth of about 65 mjh. As described in more detail below, the pH of the impregnation solution influences the depth of penetration of the catalyst material and the blocking of the active sites so that decreasing pH results in greater depth of penetration, a pH range of 2 'to 3 being preferred and a pH -Value up to 5 can be used.

Bei der Bestimmung der Lage des Rhodiums im Pellet wurde eine Ionen-Mikrosonden-Massenanalyse (IMMA) verwendet, die sehrWhen determining the position of the rhodium in the pellet, a Ion microprobe mass analysis (IMMA) uses that very much

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empfindlich für kleine Mengen von Rhodium ist. Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der verwendeten Menge von Stellenblockierungsmittel und der Anordnung des Rhodiums unter der Oberfläche des verwendeten Trägers. So kann für einen anderen Träger diese Beziehung durch eine einzige IMMA-Messung des Rhodiums bei einer bestimmten Menge des Stellenblockierungsmittels aufgestellt werden.is sensitive to small amounts of rhodium. Fig. 10 shows the relationship between the amount of site blocking agent used and the subsurface placement of the rhodium of the carrier used. For another wearer, this relationship can be established by a single IMMA measurement of the rhodium at a certain amount of the site blocking agent.

Da das Ausheizen (Kalzinieren) des imprägnierten Trägers den Fluorwasserstoff zur Entblockierung der Stellen austreibt und das Rhodiumsalz in elementares Metall und in Metalloxid zersetzt, ist der Träger daraufhin für die Imprägnierung zur Bildung der Außenschicht aus Platin vorbereitet. Bei diesem Beispiel wurden 2,25/f g von H2PtBiV^H2O in 22fOO cnr destilliertem Wasser aufgelöst, um eine Lösung mit einem pH-Wert von 2,92 zu bilden. Der Aluminiumträger mit einer innengelegenen Rhodiumschicht wurde in die Lösung gegeben und verblieb 3 Stunden bei Umgebungstemperatur darin; danach wurde die überschüssige Lösung abgegossen und der imprägnierte Träger an Luft getrocknet und in Umgebungsluft 1+ Stunden lang bei 550° C ausgeheizt (kalziniert), um den erfindungsgemäßen Katalysator zu bilden. Die Rhodiumverteilung am Träger in Probe ist in Fig. 11 gezeigt; die maximale Konzentration des Rhodiums befindet sich etwa G5/£ß- unter der Oberfläche.Since baking out (calcining) the impregnated carrier drives out the hydrogen fluoride to unblock the sites and decomposes the rhodium salt into elemental metal and metal oxide, the carrier is then prepared for impregnation to form the outer layer of platinum. In this example, 2.25 / fg of H 2 PtBiV ^ H 2 O was dissolved in 22,000 cpm of distilled water to form a solution with a pH of 2.92. The aluminum support with an internal rhodium layer was placed in the solution and remained in it for 3 hours at ambient temperature; then the excess solution was poured off and the impregnated support was dried in air and baked (calcined) in ambient air for 1+ hours at 550 ° C. in order to form the catalyst according to the invention. The distribution of rhodium on the support in the sample is shown in FIG. 11; the maximum concentration of rhodium is about G5 / £ ß- below the surface.

Bei der Herstellung der Probe 2 wurde zuerst die Außenschicht aus Platin am Träger imprägniert, d.h. also der umgekehrte Vorgang wie bei der Präparierung der Probe 1 vorgenommen. Eine H-PtBiv-Lösung aus 2,333 S H0PtBr^.9E0Q in 2if00 cnr5 destilliertem H5O mit einem pH-Wert von 2,72. wurde in Berührung mit 1200 cnr AIpO, drei Stunden lang gehalten. Die Lösung wurde dann abgegossen und der Katalysator über Nacht bei Raumtemperatur ge-In the production of sample 2, the outer layer of platinum was first impregnated on the carrier, ie the reverse process as in the preparation of sample 1 was carried out. An H-PtBiv solution of 2.333 SH 0 PtBr ^. 9E 0 Q in 2if00 cnr 5 of distilled H 5 O with a pH of 2.72. was held in contact with 1200 cnr AlpO for three hours. The solution was then poured off and the catalyst

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trocknet und dann an Luft Zj. Stunden bei 550° C geheizt (kalziniert). Der Pt/Al Ox-Katalysator wurde dann mit einer RhCl^.3HpO-Eösung (0,0119 g Rh-SaIz in 69O cnr H^O) imprägniert, die II5 cnr 2 %ige Fluorwasserstoffsäure enthielt. Der pH-Wert der Rhodiumlösung betrug 2,5. Der Katalysator wurde über Nacht an Luft getrocknet und dann an Luft Zf Stunden bei 550° C ausgeheizt (kalziniert). Die Verteilung des Rhodiums im Träger ist in Fig. 12 gezeigt; es ergibt sich die maximale Konzentration von Rhodium bei etwa 88 μm unterhalb der Oberfläche.dries and then in air Zj. Heated (calcined) for hours at 550 ° C. The Pt / Al O x catalyst was then impregnated with a RhCl ^ .3HpO solution (0.0119 g Rh salt in 69O cm H ^ O) containing 15 cm 2% hydrofluoric acid. The pH of the rhodium solution was 2.5. The catalyst was dried in air overnight and then heated (calcined) in air for Zf hours at 550 ° C. The distribution of rhodium in the carrier is shown in Fig. 12; the maximum concentration of rhodium is found at about 88 μm below the surface.

Die Probe 3 ist ein gleichzeitig mit Platin und Rhodium imprägnierter Katalysator. Für seine Herstellung wurden 1,833 g HpPtBr,-.9H2O und 0,0320 g RhCl,.3HpO in 560 cnr5 destilliertem Wasser aufgelöst und 1200 cm AlpO^-Perlen wurden damit imprägniert. Der pH-Wert betrug "bfZZ. Der imprägnierte Katalysator wurde an Luft getrocknet und Zj. Stunden bei 535° C an Umgebungsluft ausgeheizt (kalziniert). Die Verteilung des Rhodiums im Träger ist in Fig.13 gezeigt und die maximale Rhodiumkonzentration erscheint an der Kante oder Oberfläche des Pellets im Unterschied zu den Proben 1 und 2, bei denen Fluorwasserstoff zur Blockierung der aktiven Stellen in der Nähe und an der Oberfläche zur Bildung eines Schichtkatalysators verwendet wurde.Sample 3 is a catalyst impregnated with platinum and rhodium at the same time. For its production, 1.833 g HpPtBr were -. 9H 2 O and 0.0320 g of RhCl, .3HpO in 560 cnr 5 of distilled water and 1200 cm ^ ALPO beads were impregnated with it. The pH was "bfZZ. The impregnated catalyst was dried in air and baked (calcined) for 2 hours at 535 ° C. in ambient air. The distribution of the rhodium in the support is shown in FIG. 13 and the maximum rhodium concentration appears at the edge or surface of the pellet in contrast to Samples 1 and 2, in which hydrogen fluoride was used to block the active sites in the vicinity and on the surface to form a layered catalyst.

Probe Z1. ist ein Schicht katalysator, bei dem die Schichten gegenüber den Proben 1 und 2 in der Reihenfolge umgekehrt sind, d.h. die Außenschicht besteht aus Rhodium und die Innenschicht aus Platin. Wie aus Fig. 1Zf zu ersehen ist, ist die Verteilung des Rhodiums im Träger die gleiche wie bei dem gleichzeitig imprägnierten Katalysator Probe Nr. 3» da keine stellenblockierende Säure verwendet wurde, um die Lage des Rhodiums zu bestimmen, sondern die stellenblockierende Säure zusammen mit dem Platin verwendet wurde. Deshalb befindet sich die maximale Konzentration des Rhodiums an der Oberfläche und nimmt zur Mitte hin ab. Wie dargestellt, ergibt die Stellenblockierung durch die Säure zusammen mit der Platin-Imprägnierungslösung eine Verteilung desSample Z 1 . is a layered catalyst in which the order of the layers is reversed compared to samples 1 and 2, ie the outer layer consists of rhodium and the inner layer of platinum. As can be seen from Fig. 1Zf, the distribution of the rhodium in the support is the same as for the simultaneously impregnated catalyst sample No. 3 "since no site-blocking acid was used to determine the location of the rhodium, but the site-blocking acid together with the platinum was used. Therefore, the maximum concentration of rhodium is on the surface and decreases towards the center. As shown, the acid site blockage along with the platinum impregnation solution results in a distribution of the

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Platins, durch SnCl2 sichtbar gemacht, die bei etwa 91 + ZiJ(j& im Inneren der Oberfläche startet und sich zur Mitte hin erstreckt. Bei diesem Beispiel befindet sich der größere Anteil des Rhodiums, d.h. etwa 80 % nach Integration der sichtbaren Verteilung der Flächen unter der Kurve der Fig. M+ in der äußeren Schicht, d.h. von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 30 i(m, Platinum, made visible by SnCl 2 , which starts at about 91 + ZiJ (j & inside the surface and extends towards the center. In this example, the greater part of the rhodium is located, ie about 80 % after integration of the visible distribution of the surfaces under the curve of Fig. M + in the outer layer, i.e. from the surface to a depth of about 30 i (m,

Die Probe 4 wurde so präpariert, daß zuerst 0,855 g H2PtCIg und 1,Q53 S Zitronensäure-Monohydrat als stellenblockierende Säure in 560 cnr destilliertem Wasser gelöst wurde, es ergab sich eine Lösung mit einem pH-Wert von 2,18 und damit wurden 1200 cm Al2O, imprägniert. Der Katalysator wurde an Luft getrocknet und in Umgebungsluft Zj. Stunden bei 535° C kalziniert. Eine Lösung von 0,0320 g RhCl,.3H^1O in 560 cnr destilliertemSample 4 was prepared in such a way that first 0.855 g of H 2 PtClg and 1, Q53 S citric acid monohydrate as a site-blocking acid was dissolved in 560 cnr distilled water, resulting in a solution with a pH of 2.18 and thus became 1200 cm Al 2 O, impregnated. The catalyst was dried in air and in ambient air Zj. Calcined at 535 ° C for hours. A solution of 0.0320 g of RhCl, .3H ^ 1 O in 560 cnr of distilled

-? 3-? 3

Wasser wurde dann zur Imprägnierung der 1200 cm des Pt-imprägnier-Water was then used to impregnate the 1200 cm of the Pt impregnation

ten AIpO, verwendet. Der Katalysator wurde an Luft getrocknet und in Umgebungsluft vier Stunden bei 335° C kalziniert.ten AIpO, used. The catalyst was air dried and calcined in ambient air at 335 ° C. for four hours.

Die Proben 5 und 6 wurden im Handel von zwei verschiedenen Stellen erworben; ihre MetallVerteilungen werden als mit den Angaben in Tafel IV übereinstimmend angenommen.Samples 5 and 6 were obtained commercially from two different locations; their metal distributions are considered to be with the Information in Table IV was accepted in agreement.

Wegen der relativ geringen bei dem Katalysator vorhandenen Mengen von Rhodium hat sich die Ionen-Mikrosonden-Massenanalysentechnik als gut geeignet für die Bestimmung der relativen Verteilung des Rhodiums als Funktion des Abstandes von der Trägeroberfläche herausgestellt. Ein Abtasten quer über das Trägerpellet wurde dadurch durchgeführt, daß eine rechteckige Sonde der Größe 25/im χ λ^/Um verwendet wurde. Da sowohl Rhodium als auch Aluminizmionen vom Träger abgesprüht werden,wurde das Intensitätsverhältnis Rhodium zu Aluminium gemessen, um Veränderungen der Aluminiummenge infolge der veränderlichen abgetasteten Oberflächen- Because of the relatively small amounts of rhodium present in the catalyst, the ion microprobe mass analysis technique has been found to be well suited for determining the relative distribution of rhodium as a function of distance from the support surface. Scanning across the carrier pellet was performed using a 25 / µm λ ^ / µm rectangular probe. Since both rhodium and aluminum ions are sprayed from the carrier, the intensity ratio of rhodium to aluminum was measured in order to determine changes in the amount of aluminum as a result of the variable surface scanned.

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struktur zu eliminieren. Da beim Beginn des Abtastens von der Träger ober fläche nach innen in der hier ausgeführten V/eise die Sondenfläche teilweise nicht am Pellet anlag, müssen die Messungen des Abstandes ader der Tiefe in Fig. 11 bis 11+ um den Abstand des ersten relativ scharfen Abbrechpunktes in Richtung der Ionen-Intensitätskurve nach rechts verlegt werden, da dieser Brechpunkt den Punkt darstellt, an dem beträchtliche Aluminiummengen von der Oberfläche abgetragen wurden. Dieser Betrag liegt zwischen 5 his etwa 12 yum bei einer Sondenfläche der angegebenen Abmessung5je nach der Rauhigkeit der Pelletoberfläche. Bei Anwendung auf Fig. 11 liegt die Oberfläche der Probe 1 tatsächlich an dem etwa 10Mm des Skalenabstandes angegebenen Punkt und die maximale Rhodiumkonzentration ist deshalb bei etwa 75 A* m weniger 10^um oder bei etwa 65A*m. Ferner ist zu bemerken, daß die in Tafel IV dargestellten Daten auf der Grundlage eines einzigen Pellets beruhen, da es sich gezeigt hat, daß eine derartige Analyse für die Daten anderer Pellets der gleichen Katalysatorreihe repräsentativ sind.structure to be eliminated. Since at the beginning of the scanning from the carrier surface inwards in the V / eise outlined here the probe surface was partially not in contact with the pellet, the measurements of the distance adder the depth in Fig. 11 to 11+ must be the distance of the first relatively sharp break-off point moved to the right in the direction of the ion intensity curve, as this breaking point represents the point at which considerable amounts of aluminum have been removed from the surface. This amount is between 5 and approximately 12 μm for a probe surface of the specified dimension 5, depending on the roughness of the pellet surface. When applied to Fig. 11, the surface of sample 1 is actually at the point indicated about 10 µm of the scale distance and the maximum rhodium concentration is therefore about 75 Å * m less 10 ^ µm or about 65 Å * m. It should also be noted that the data presented in Table IV are based on a single pellet, since such analysis has been shown to be representative of data from other pellets in the same series of catalysts.

Wie bereits bemerkt, ist das Platin bei jeder der Proben 1 bis so über die Tiefe des Pellets verteilt, daß die maximale Konzentration an der Oberfläche auftritt und mit zunehmender Eindringtiefe eine abnehmende Konzentration vorliegt. Die Eindringtiefe des Platin wurde durch optische Mikroskopbeobachtung bestimmt, nachdem das Pellet einer Behandlung mit einer wässrigen Lösung von SnCIp unterworfen wurde. Obwohl das Pellet zur Sichtbarmachung des sich schwärzenden Platins als ganzes in die Lösung eingeweicht werden kann, wird bevorzugterweise das Pellet zuerst in Hälften gespalten, um eine schnelle Entwicklung der ärbung zu erzeugen. Dieses Verfahren ist in diesem Fachgebiet gut bekannt und eine übliche Lösung wird durch Auflösen von 0,if g SnCIp.2HpO in 20 ml Wasser erzeugt und die Lösung wird mit darin untergetauchten Pellets zum Kochen gebracht.As already noted, the platinum in each of the samples 1 is so distributed over the depth of the pellet that the maximum concentration occurs on the surface and the concentration decreases with increasing penetration depth. The depth of penetration the platinum was determined by optical microscope observation after the pellet was treated with an aqueous solution was subjected to by SnCIp. Although the pellet for visualization of the blackening platinum can be soaked as a whole in the solution, preferably the pellet first split in half for rapid development of the color. This procedure is in this field well known and a common solution is made by dissolving 0.1 g of SnClp.2HpO in 20 ml of water and the solution becomes brought to a boil with pellets submerged in it.

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In der beschriebenen Weise können verschiedene Platin- und Rhodiumsalze verwendet werden, wobei es nur notwendig ist, daß die Salze wasserlöslich sind, um ein Tränken oder Imprägnieren durch ein bekanntes Aufbringungsverfahren, beispielsweise Aufsprühen, Untertauchen und Schütteln zu erzielen. Ähnlich kann das Trocknen und Ausheizen (Kalzinieren) nach Temperatur und Zeit verändert werden, wobei diese beiden Werte in umgekehrter Beziehung zueinander stehen. Temperaturen von nur 80° können zum Trocknen verwendet werden und von nur 200° zum Kalzinieren. Die Kalzinier- oder Ausheiztemperaturen können so hoch wie erwünscht sein, vorausgesetzt, das Trägermaterial wird nicht verbacken oder gesintert und die Dispersion des Katalysators wird nicht herabgesetzt. Wie gleichfalls in der Besehreibung der Probenvorbereitung erwähnt, können verschiedene stellenblockierende Sauren verwendet werden, um die Tränkung .der Imprägnierung des Trägers mit den katalytisch wirksamen Materialien zu steuern, wobei Fluorwasserstoff bevorzugt wird, da erkannt wurde, daß es unabhängig von der Art des Aluminiumoxidträgers in der beabsichtigten V/eise wirkt. Wie in bezug auf Proben 1 und 2 vermerkt, kann das Imprägnierungs- oder Aufbringungsverfahren in der hiernach beschriebenen Weise gleichfalls verändert werden. Die in Tafel IV gezeigten Mengen katalytisch wirksamen Materials bei den Proben 1, 2 und Zf entsprechen annähernd dem Verhältnis Platin zu Rhodium, wie es in den gewonnenen Erzen vorhanden ist. Bevorzugterweise werden diese Materialien in diesen relativen Mengen verwendet, nämlich etwa 0,036 Gew% Platin und 0,002 Gew% Rhodium; es ist trotzdem zu verstehen, daß die Materialmenge nicht eine grundlegende Eigenschaft der Erfindung darstellt und je nach dem erforderlichen Wirkungsgrad verändert v/erden kann» Es muß bedacht werden, daß Veränderungen der Mengen die Tiefe der Schichten katalytisch wirksamen Materials verändern können. Die zur Verarbeitung erforderliche, notwendige Menge an Säure wird leicht dadurch bestimmt, daß eine Probe unterVarious platinum and rhodium salts can be used in the manner described, whereby it is only necessary that the salts are water-soluble, in order to impregnate or impregnate by a known application method, for example Spray on, submerge and shake to achieve. Drying and baking (calcining) can be done in a similar way according to temperature and time can be changed, these two values being reversed Relate to each other. Temperatures of only 80 ° can be used for drying and only 200 ° for calcining. The calcining or baking temperatures can be as high as desired provided the substrate will not baked or sintered and the dispersion of the catalyst is not reduced. As also in the description mentioned in the sample preparation, various site-blocking acids can be used to impregnate the impregnation to control the carrier with the catalytically active materials, hydrogen fluoride being preferred, as recognized was found to function as intended regardless of the type of alumina support. As with Samples 1 and 2, the impregnation or application process can also be changed in the manner described below. The amounts of catalytically active material shown in Table IV in samples 1, 2 and Zf correspond approximately to the ratio Platinum to rhodium as it is in the mined ores. Preferably, these materials are used in these relative amounts, namely about 0.036 wt% platinum and 0.002 wt% Rhodium; it is nevertheless to be understood that the amount of material does not represent a fundamental characteristic of the invention and is changed depending on the required efficiency can »It must be borne in mind that changes in the quantities Can change the depth of the layers of catalytically active material. The amount required for processing acidity is easily determined by taking a sample under

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Benutzung des vorgeschlagenen Verfahrens, wie oben beschrieben, routinemäßig behandelt wird und die Schichttiefe analysiert wird. Bei der Präparierung der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird die Tiefe der ersten, der Platinschicht vorzugsweise so gestaltet,.daß sie der Eindringtiefe der Gifte während der angestrebten Lebensdauer des Katalysators entspricht; in Tafel IV ist eine Tiefe von etwa 50 bis 13OyUm gezeigt. Dabei ist zu verstehen, daß diese Tiefe in Abhängigkeit von der Konzentration der Gifte in dem Emissionsgasstrom und von den physikalischen Eigenschaften des Jeiveiligen Trägers veränderlich ist.Using the proposed method, as described above, is routinely treated and the layer depth is analyzed will. In the preparation of the catalysts according to the invention the depth of the first, the platinum layer is preferably designed in such a way that it allows the penetration depth of the toxins during the desired Life of the catalyst corresponds to; Panel IV shows a depth of about 50 to 130 µm. It should be understood that that this depth depends on the concentration of the poisons in the emission gas stream and on the physical Properties of the Jeiveiligen carrier is changeable.

Die Versuche mit Katalysatoren, die Platin und Rhodium enthalten, zeigten, daß eine richtige Auslegung des Katalysators einen Katalysator mit niedrigem Rhodiumanteil ergibt, der insgesamt eine bessere Wirkung besitzt als ein handelsüblicher Katalysator mit der neunfachen Menge von Rhodium. Vgl. hier insbesondere die Fig. 15, 16, 19 und 20 und Tafel VI.The tests with catalysts containing platinum and rhodium showed that a correct design of the catalyst one Catalyst with a low rhodium content results, which overall has a better effect than a commercial catalyst with nine times the amount of rhodium. See in particular Figs. 15, 16, 19 and 20 and Table VI.

(G?w %) 0,0025(G? W%) 0.0025 YTYT 5 65 6 (J3ew%) 0^046(J3ew%) 0 ^ 046 0,019 0,00250.019 0.0025 TAFELBLACKBOARD (#)* 46(#) * 46 Stunden beschleunigten
hoher Volumengeschwindigkeit
Hours accelerated
high volume velocity
0,045 0,0470.045 0.047
Umwandlung nach 39
Vergiftungstests mit_
Conversion after 39
Poisoning tests with_
(%)** 56(%) ** 56 22 55 2655 26
Probe " 1Sample "1 . (%)** 56. (%) ** 56 0,00200.0020 54 2754 27 HhHh 0,0410.041 54 2754 27 PtPt 5656 HCHC 3737 COCO 3737 NO3 NO 3

* bei einem stöchiometrischen Verhältnis Luft / Brennstoff* with a stoichiometric air / fuel ratio

** beim'co/NO Uberkreuzungspunkt (Luft/Brennstof f-Verh., b.ei dem NO und CO-ümwandlungen gleich sind;Fig. 6-12. Hier bestiht eine gute Korrelation mit der Abgasanalyse durch die Buttdesprüfungsvo.T schrift von 1975 der ETSA)4 ** at the CO / NO crossover point (air / fuel ratio, if the NO and CO conversions are the same; Fig. 6-12. Here there is a good correlation with the exhaust gas analysis by the Buttdesprüfungsvorschrift von 1975 ETSA) 4

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- hl - - hl -

28306882830688

Insbesondere zeigte sich aus den Ergebnissen eines Gleichgewiehts-Dynamometerversuchs mit einem Konverter mit 4261 cm3 Inhalt, der mit 1,0263 g (= 0,033 toz) Platin und O,OZf976 g Rhodium (= 0,0016 toz) beladen wurde die Wirksamkeit eines handelsüblichen Katalysators mit 1,3062 g (= 0,0/f2 toz) Platin und O,O5598g (= 0,018 toz) Rhodium unter gleichen Bedingungen übertroffen wurde. Die Tests wurden mit einem Chevrolet V-8-Motor mit 5,7 1 Hubvolumen bei 1800 ü/min, hl kPa Ansaugdruck ohne EGR und einer Abgasströmungsrate von etwa 100 000 cmr/s bei 560° C und 1 Atm. durchgeführt. Für die Aktivitätserprobung wurde das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf eingestellten Werten gehalten, das System wurde stabilisiert und die CO-NO - und Kohlenwasserstoff-Umwandlungen wurden bestimmt.In particular, the results of an equilibrium dynamometer test with a converter with a volume of 4261 cm 3 , which was loaded with 1.0263 g (= 0.033 toz) of platinum and O, OZf976 g of rhodium (= 0.0016 toz), showed the effectiveness of a commercially available one Catalyst with 1.3062 g (= 0.0 / f2 toz) platinum and 0.05598g (= 0.018 toz) rhodium under the same conditions. The tests were performed with a 5.7 liter Chevrolet V-8 engine at 1800 rpm, hl kPa intake pressure without EGR and an exhaust gas flow rate of approximately 100,000 cmr / s at 560 ° C and 1 atm. carried out. For the activity test, the air / fuel ratio was kept at set values, the system was stabilized and the CO-NO and hydrocarbon conversions were determined.

Für den Alterungsvorgang wurde das Luft/Brennstoff-Verhältnis kontinuierlich von 13»7 während 20 Sekunden auf 15 erhöht und wieder auf den alten Wert abgesenkt, indem die Anlasserhilfsplatte (choke plate) mit einem Elektromotor bewegt wurde.The air / fuel ratio was used for the aging process continuously increased from 13 »7 to 15 over 20 seconds and lowered again to the old value by moving the starter auxiliary plate (choke plate) with an electric motor.

Es wurde ein Konverter mit 1000 cnr Inhalt benutzt, der mitA converter with 1000 cnr content was used, which is compatible with

1 D1 D

hoher Volumengeschwindigkeit von etwa 130 000 h bei 22 C und 1 Atm. betrieben Wurde. Das brachte den Vorteil, daß die Umwandlungen von annähernd 100 % bei niedrigen Volumengeschwindigkeiten in einen gut meßbaren Bereich vermindert wurden, so daß die Unterschiede zwischen den Katalysatoren ausgeprägter und leichter zu beobachten waren.high volume velocity of about 130,000 h at 22 C and 1 atm. Was operated. This had the advantage that the conversions were reduced from approximately 100% at low volume velocities to a readily measurable range, so that the differences between the catalysts were more pronounced and easier to observe.

Die Einlaßtemperatur in den Konverter betrug zwischen 560 und 570° C Die Auslaßtemperaturen schwankten zwischen etwa 580° C und 630° C, je nach der Umwandlungsrate am Katalysator, wodurch die erzeugte Wärmemenge bestimmt wurde. Die Zusammensetzung der benutzten Brennstoffe ist in Tabelle VII gezeigt.The inlet temperature into the converter was between 560 and 570 ° C. The outlet temperatures varied between about 580 ° C and 630 ° C, depending on the conversion rate on the catalyst, whereby the amount of heat generated was determined. The composition the fuels used are shown in Table VII.

98 8 5/082998 8 5/0829

48 " 2830688 48 "2830688

17JEL - VII Giftgehalt der benutzten Brennstoffe 17JEL - VII Toxic content of the fuels used

Brennst, a 77 ff ort. Brennst, a 77 ff ort.

Pb (e/-l) 0,029 O100045Pb (e / -l) 0.029 00045 1 O

P (g/1) 0,007 0,00005P (g / 1) 0.007 0.00005

ß (g/-l) 0f117 0,080β (g / -l) 0 f 117 0.080

Der Brennstoff a enthielt größere Anteile an Phosphor und Blei als die typischen zugelassenen Brennstoffe (77 Zert.). Da die Zeitskala der Katalysatorvergiftungsexperimente auf Giftwerte im Zustrom katalysatorbezogen sind, entsprach Brennstoff a annähernd 80 000 km (48 000 Meilen) Vergiftungseinwirkung bei etwa ^O Stunden.Fuel a contained greater proportions of phosphorus and lead than the typical approved fuels (77 cert.). Since the Time scale of catalyst poisoning experiments based on poison values in the inflow of the catalyst corresponded to fuel a poisoning approximately 80,000 km (48,000 miles) about ^ O hours.

Tafel VIII zeigt die Vergiftungseinflüsse bei den jeweiligen Katalysatorproben.Table VIII shows the effects of poisoning on the respective catalyst samples.

TAFELBLACKBOARD

Alterungszustand
und Katalvsatoranalysen nach Alterung
Aging condition
and catalyst analyzes after aging

Probe-Kon- BreQn- Integrale durch- Integr. durchs ehr.:. Y, Probe-Con- BreQn- Integrals through- Integr. Through hon.:. Y,

num- ver- stoff Dauer schnittl.Vergif- .Vergiftgs.Sindringnum- verstoff duration cut. poisoning. poisoning. indring

.Hier *e? tUDgsaufnahme - tiefen.Here * e ? tUDgsaufnahme - depths

piepie (cm3)(cm3) 11 __ (P -Gew%(P weight% Pb -Gew?6Pb weight 6 Γ (JW)Γ (JW) Pb (iijnPb (iijn 11 10001000 aa 39 h.39 h. 0^310 ^ 31 0.060.06 2323 3^03 ^ 0 22 10001000 aa 39 h39 h 0T200 T 20 Of25O f 25 2020th 4,34.3 33 ' 1000'1000 aa 39 h.39 h. 0T260 T 26 0^250 ^ 25 1616 2,72.7 55 10001000 aa 39 ti39 ti O1ISO 1 IS 1111 44th 42614261 77
Zert
77
Cert
80 000
km
80,000
km
0n!;50 n !; 5 0T100 T 10
66th 10001000 aa 39 Ix39 Ix 0,170.17 0r140 r 14 8)5 8) 5 5,85.8 77th 10001000 aa 39 h.39 h. 0,210.21 0t150 t 15 1515th 2,22.2

809885/0829809885/0829

Bei einer überprüfung der Wirksamkeitskurven und der Tafel VI erweist sich der durch Probe 2 dargestellte Katalysator als derjenige, der die günstigste Gesamtwirkung während 80 000 km (if8 000 Meilen) Wirkungsstrecke ergibt, wie es durch l+Q Erprobungsstunden repräsentiert wird. Ein Vergleich von Fig. 15 und 16 zeigt, daß Probe 2 Probe 1 übertrifft und zwar an der mageren Seite des stöchiometrischen Luft/BrennstoffVerhältnisses in bezug auf Kohlenwasserstoffumwandlung, während die beiden Proben in bezug auf NO- Und CO-ITmwandlung vergleichbar sind. In dieser Beziehung fallen handelsübliche, nicht geschichtete Katalysatoren in ihrer CO-Umwandlungswirkung scharf ab, nach Erreichung von etwa 20 Stunden der beschleunigten Alterung. Wie zu erwarten ist und in iig, 19 und 20 zu sehen ist, besitzen die zwei handelsüblichen Katalysatorenproben 5 und 6 die beste NO-Tlmw and lungs wirkung im Frischzustand; das rührt von der Tatsache her, daß das Rhodium an der Oberfläche in maximaler Menge vorhanden ist. Wie gleichfalls zu erwarten ist, erweist sich Probe 5 besser als Probe 6 wegen des beträchtlich höheren Rhodiumgehalts. Es ist zu bemerken, daß Probe 4, der geschichtete Katalysator mit Rhodium als äußerer oder erster Schicht im wesentlichen so gut wie der handelsübliche Katalysator Probe 5 in der Stickoxidumwandlung nach dem Vergiften ist, obwohl Probe 5 neunmal soviel Rhodium enthält. Obwohl Probe 2, der bevorzugte Katalysator, sich in Stickoxidumwandlung schlechter als Proben 3, kt 5 und 6 verhält, ist es doch seine Gesamtwirksamkeit, die hier wichtig ist und in dieser Beziehung besitzt die Probe 2 bessere Umwandlungseigenschaften nach den Wirksamkeitskurven und nach Tafel VI; hier kam es ja darauf an, einen Dreiwege-Katalysator zu schaffen.When checking the effectiveness curves and Table VI, the catalyst represented by sample 2 proves to be the one that gives the most favorable overall effect over a distance of 80,000 km (if8,000 miles), as represented by 1 + Q test hours. A comparison of Figures 15 and 16 shows that Sample 2 outperforms Sample 1 on the lean side of the stoichiometric air / fuel ratio for hydrocarbon conversion while the two samples are comparable for NO and CO-IT conversion. In this regard, commercial, non-layered catalysts drop sharply in their CO conversion efficiency after about 20 hours of accelerated aging have been reached. As is to be expected and can be seen in iig, 19 and 20, the two commercially available catalyst samples 5 and 6 have the best NO-Tlmw and treatment effect when fresh; this is due to the fact that the rhodium is present in the maximum amount on the surface. As is also to be expected, Sample 5 performs better than Sample 6 because of the considerably higher rhodium content. Note that Sample 4, the layered catalyst with rhodium as the outer or first layer, is essentially as good as the commercial catalyst Sample 5 in nitric oxide conversion after poisoning, even though Sample 5 contains nine times as much rhodium. Although Sample 2, the preferred catalyst, performs worse than Samples 3, kt 5, and 6 in nitric oxide conversion, it is its overall efficiency that is important here and in that regard Sample 2 has better conversion properties on the efficiency curves and Table VI; Here it was important to create a three-way catalytic converter.

Wie bereits eingangs erwähnt, soll der erfindungsgemäße atalysator innerhalb eines engen Luft/Brennstoff-Verhältnisbereiches in der Gegend des stöchiometrischen Punktes, der sich bei einem Ver-As already mentioned at the beginning, the analyzer according to the invention within a narrow air / fuel ratio range in the area of the stoichiometric point, which is

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hältnis von Hf-,65 befindet, arbeiten. Ein Vergleich der Umwandlungswirksamkeiten bei den Proben 1 bis 7 ist in Fig. 15 bis 21 gegeben. Diese Kurven zeigen die Prozentsätze der Kohlenwasserstoff-, CO- und NO-Umwandlung bei verschiedenen Luft/Brennstoffverhältnissen und ergeben eine Übersicht auf die Wirksamkeit bei tatsächlichen Betriebsbedingungen, die eine Veränderung des Luft/-Brennstoff-Verhältnisses um den stöchiometrischen Punkt einschliessen. Wie zu sehen ist, übertreffen die erfindungsgemäßen Katalysatorenproben 1 und 2 die handelsüblichen Katalysatoren im wesentlichen im gesamten Luft/Brennstoff-Verhältnisbereich. Gleichartige Ergebnisse sind in Fig. 22 dargestellt, in der ein Vergleich der Stickoxid-Umwandlungswirkung während ifO Stunden für Proben 1 bis bei einem Luft/Brennstoffverhältnis von 13,8 gezeigt ist. Die Gesamtwirksamkeit der Proben 1 und 2 ist viel besser als die der Proben 3 und l±; dabei entspricht Probe 3 in. der Anordnung des Katalysatormaterials den handelsüblichen Proben 5 und 6, d.ii. die Probe 3 ist ungeschichtet und die größte Konzentration sowohl von Platin als auch von Rhodium befindet sich an der Oberfläche.ratio of rf, 65 is located, work. A comparison of the conversion efficiencies for Samples 1-7 is given in Figures 15-21. These curves show the percentages of hydrocarbon, CO and NO conversion at various air / fuel ratios and provide an overview of the effectiveness at actual operating conditions that include a change in the air / fuel ratio around the stoichiometric point. As can be seen, the inventive catalyst samples 1 and 2 outperform the commercial catalysts in essentially the entire air / fuel ratio range. Similar results are shown in Fig. 22, which shows a comparison of the nitric oxide conversion efficiency during ifO hours for Samples 1 to L ± at an air / fuel ratio of 13.8. The overall effectiveness of Samples 1 and 2 is much better than that of Samples 3 and 1 ±; sample 3 in. the arrangement of the catalyst material corresponds to the commercially available samples 5 and 6, d.ii. sample 3 is unlayered and the greatest concentration of both platinum and rhodium is on the surface.

Aus der vorangehenden Beschreibung und aus den Zeichnungen ist zu ersehen, daß ein geschichteter Katalysator mit einer in erster Linie Platin enthaltenden Außenschicht und einer einen größeren Anteil des Ehodiums in dem Katalysator enthaltenden inneren Schicht eine verbesserte Dreiwege-Wirksamkeit ergibt, wenn der Betrieb dicht am stöchiometrischen Punkt erfolgt. Andere erfindungsgemäße Ausführungen ,sind daraus für den Fachmann leicht zu entnehmen, d.h. es können beide Schichten beispielsweise näher an der Oberfläche liegen.From the foregoing description and from the drawings it can be seen that a layered catalyst having a first Line containing platinum and an outer layer containing a larger proportion of the Ehodiums in the catalyst inner layer gives improved three-way efficiency when operated close to the stoichiometric point. Other Embodiments according to the invention are therefrom for the person skilled in the art easy to remove, i.e. both layers can be closer to the surface, for example.

«09885/0829«09885/0829

Claims (16)

Patentansprüche :Patent claims: 1. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators mit einem Aluminiumoxidträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit einer Platin enthaltenden Lösung getränkt wird, um an ihm eine erste Schicht aus Platin zu bilden, die sich von der Oberfläche durch den Körper des Trägers nach innen bis zu einer erforderlichen Tiefe erstreckt, daß der Träger danach mit einer Lösung eines katalytisch aktiven Materials getränkt wird, wobei das Material aus der aus Rhodium und Palladium bestehenden Gruppe ausgewählt ist, um eine zweite Schicht der ersten Schicht benachbart anzuordnen, wobei das katalytisch aktive Material der zweiten Schicht mindestens eines der Materialien ist, deren katalytische Wirksamkeit zur Umwandlung von Kraftfahrzeugabgasen bekannt ist und die eine größere Anfälligkeit für Vergiftung in derartigen Abgasen als Platin besitzen,daß aktive Stellen an dem Träger von dessen Oberfläche über die Tränkungstiefe1. Process for the preparation of a noble metal catalyst with an alumina support, characterized in that the support is coated with a solution containing platinum is soaked in order to form a first layer of platinum on it, which extends from the surface through the body of the wearer extends inwardly to a depth required that the support is then coated with a solution of a catalytically active Material is impregnated, the material being selected from the group consisting of rhodium and palladium, to arrange a second layer adjacent to the first layer, the catalytically active material of the second Layer is at least one of the materials whose catalytic effectiveness for converting vehicle exhaust gases is known and which have a greater susceptibility to poisoning in such exhaust gases than platinum that active sites on the carrier from its surface over the impregnation depth 9885/08299885/0829 MAN1T7 · FINSTERWALD · HEYN - MORGAN · 8000 MÜNCHEN 22 ■ ROBERT-KOCH-STRASSE 1 · TEL. (089) 2242 11 ■ TELEX 05-29672 PATMF MANITZ FINSTERWALD H=™M™) ™^0 STUTTGART50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25 · TEL. (07 11) 567261MAN1T7 · FINSTERWALD · HEYN - MORGAN · 8000 MUNICH 22 ■ ROBERT-KOCH-STRASSE 1 · TEL. (089) 2242 11 ■ TELEX 05-29672 PATMF MANITZ FINSTERWALD H = ™ M ™) ™ ^ 0 STUTTGART50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25 TEL. (07 11) 567261 ORIGINAL INSPECTED ORIGINAL INSPECTED der ersten Schicht durch Behandeln des Trägers mit einer aus der aus Chlorwasserstoff-, Fluorwasserstoff-, Schwefel- und Zitronensäure bestehenden Gruppe ausgewählten Säure blockiert werden, wobei jede Säure die Fähigkeit zur Blockierung der aktiven Stellen in dem Träger besitzt und in ausreichender Menge vorhanden ist, um die aktiven Stellen bis zur erforderlichen Tiefe der Platinschicht zu blockieren und die Säure entweder mit der Lösung des katalytisch aktiven Materials der zweiten Schicht zur zusammenwirkenden Anwendung an dem Träger kombiniert oder an dem Träger vor der Tränkung mit"der Lösung des katalytisch aktiven Materials angewendet wird, daß der Träger zur Entfernung der Säure nach der Tränkung mit der die zweite Schicht bildenden Lösung ausgeheizt wird, falls die Tränkung mit der Platinlösung nach der Säurebehandlung erfolgt, daß der Träger mit der darauf befindlichen ersten Schicht gebrannt (kalziniert) wird, wenn die Tränkung mit der Platin enthaltenden Lösung vor der Säurebehandlung erfolgt und daß der Träger mit darauf befindlichen ersten und zweiten Schichten aus Platin bzw. aus dem katalytisch aktiven Material getrocknet und gebrannt (kalziniert) wird, wodurch der entstehende Katalysator verbesserte Umwandlungswirksamkeit und größeren Widerstand gegen Vergiftung und thermische Verschlechterung besitzt.the first layer by treating the support with one of hydrogen chloride, hydrogen fluoride, sulfur and Citric acid existing group selected acid are blocked, each acid having the ability to block the has active sites in the carrier and is present in sufficient quantity to provide the active sites to the required extent Depth of the platinum layer and block the acid either with the solution of the catalytically active material of the second layer combined for cooperative application on the wearer or on the wearer prior to impregnation with "the" Solution of the catalytically active material is used that the carrier to remove the acid after impregnation with the solution forming the second layer is baked out, if the impregnation with the platinum solution after the acid treatment takes place that the carrier is burned (calcined) with the first layer thereon, if the impregnation with the platinum-containing solution takes place before the acid treatment and that the carrier with thereon first and second layers of platinum or of the catalytically active material are dried and fired (calcined), whereby the resulting catalyst improved conversion efficiency and has greater resistance to poisoning and thermal deterioration. 2. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator einen Schichtkatalysator mit einem Aluminxumoxidträger umfaßt, daß der Träger mit einer aus der aus Chlorwasserstoff-, Fluorwasserstoff-, Schwefel- und Zitronensäure bestehenden Gruppe ausgewählten Säure behandelt wird, um aktive Stellen in dem Träger von der Oberfläche über eine zur Tränkung mit Platin erforderliche Tiefe zu blockieren, daß die Säuremenge so bemessen ist, daß sich die erforderliche blockierte Tiefe ergibt, daß der Träger mit einer Lösung mindestens eines2. A method for the preparation of a noble metal catalyst, characterized in that the catalyst has a Layered catalyst with an aluminum oxide carrier comprises that the carrier with one of the group consisting of hydrogen chloride, hydrogen fluoride, Sulfuric and citric acid existing group selected acid is treated to active sites in the To block carrier from the surface over a depth required for soaking with platinum, that the amount of acid so is dimensioned that the required blocked depth results that the carrier with a solution at least one 809885/0829809885/0829 der aus der aus Rhodium und Palladium bestehenden Gruppe ausgewählter Materialien getränkt wird, um eine zweite Schicht innerhalb des Trägerkörpers zu bilden, die aus einem katalytisch aktiven Material besteht, das für Ver-~\, giftung in Kraftfahrzeugabgasen anfälliger als Platin ist, daß der Träger zum Austreiben der Säure erhitzt wird, daß der Träger mit einer Platin-Lösung getränkt wird, um eine erste Schicht von Katalysatormaterial von der Oberfläche des Trägers nach innen bis zu der für die erste Schicht erforderlichen Tiefe zu bilden und daß der getränkte Katalysatorträger zur Bildung eines Katalysators mit verbesserter Wirksamkeit und größerem Widerstand gegen Vergiften und Verbacken (Sintern) getrocknet und gebrannt (kalziniert) wird, wobei die zweite Schicht aus katalytisch aktivem Material der ersten Schicht aus Platin benachbart ist und die Mengen des katalytisch aktiven Materials so groß sind, wie es nötig ist, um die erforderliche katalytische Aktivität zu erreichen.that of the group consisting of rhodium and palladium selected materials is soaked to a second To form a layer within the support body, which consists of a catalytically active material that is Poisoning in vehicle exhaust is more prone than platinum that the carrier is heated to drive off the acid that the support is impregnated with a platinum solution to remove a first layer of catalyst material from the Surface of the support inward to form the depth required for the first layer and that the soaked Catalyst carrier to form a catalyst with improved effectiveness and greater resistance to poisoning and baking (sintering), drying and firing (calcining), the second layer being catalytically active material of the first layer of platinum is adjacent and the amounts of the catalytically active material so large are as necessary to achieve the required catalytic activity. 3. Verfahren zum Präparieren eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die aktive Stellen blockierende Säure mit der Lösung des katalytisch aktiven Materials für die zweite . Schicht zur gleichzeitigen Behandlung des Trägers vermischt wird.3. Method of preparing a noble metal catalyst according to claim 2, characterized in that that the acid blocking the active sites with the solution of the catalytically active material for the second . Layer for simultaneous treatment of the support is mixed. k. Verfahren zum Präparieren eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure Fluorwasserstoffsäure ist. k. A method of preparing a noble metal catalyst according to claim 2, characterized in that the acid is hydrofluoric acid. 5.. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zur gleichzeitigen Behandlung Fluorwasserstoffsäure in einer wässrigen Lösung einer Palladiumverbindung enthält. " . ■5 .. Process for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 3 »characterized in that that the solution for simultaneous treatment hydrofluoric acid in an aqueous solution of a palladium compound. ". ■ 809885/0829809885/0829 - * " 2830888- * "2830888 6. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zur gleichzeitigen Behandlung Fluorwasserstoffsäure in einer wässrigen Lösung einer Rhodiumverbindung enthält.6. A method for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 3 »characterized in that that the solution for the simultaneous treatment of hydrofluoric acid in an aqueous solution of a rhodium compound contains. 7. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators mit einem Aluminiumoxidträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit einer wässrigen Lösung eines löslichen Platinsalzes getränkt wird, um das Platinsalz in einer ersten Schicht mit einer erforderlichen Tiefe anzulagern, wobei die Schicht an der äußeren Oberfläche des Trägers beginnt und in den Körper des Trägers eindringt, daß der Träger getrocknet und zur Zersetzung des Salzes gebrannt (kalziniert) wird, daß der Träger mit einer aus der aus Chlorwasserstoff-, Fluorwasserstoff-, Schwefel- und Zitronensäure bestehenden Gruppe ausgewählten Säure getränkt wird, wobei die ausgewählte Säure die Fähigkeit zur Blockierung ak-tiver Stellen in dem Träger besitzt und die Säuremenge ausreicht, um eine Blockierung der Stellen von der Oberfläche des Trägers über die Tiefe der mit Platinsalz getränkten Schicht zu erreichen, daß der Träger mit einer Lösung eines löslichen Salzes mindestens eines der katalytisch aktiven Materialien getränkt wird, die aus der aus Rhodium und Palladium bestehenden Gruppe ausgewählt sind, um das Salz in einer zweiten Schicht innerhalb des Trägerkörpers, der Platinschicht benachbart anzulagern, wobei das katalytisch aktive Material der zweiten Schicht in der ersten Schicht mit minimaler Konzentration vorhanden ist, um den größten Nutzen der Vergiftungsresistenz der Platinschicht gegenüber Vergiftung durch Blei, Phosphor und Schwefel zu erhalten und daß der getränkte Katalysatorträger zur Bildung eines Katalysators mit verbesserter Umwandlungswirksamkeit und verbessertem Widerstand gegen Vergiften und Verbacken (Sintern) getrocknet und gebrannt (kalziniert) wird.7. A method for the preparation of a noble metal catalyst with an aluminum oxide support, characterized in that the support with an aqueous solution a soluble platinum salt is soaked to the platinum salt in a first layer with a required depth to deposit, the layer starting on the outer surface of the wearer and penetrating into the wearer's body, that the carrier is dried and calcined to decompose the salt, that the carrier with one of the acid selected from the group consisting of hydrochloric, hydrofluoric, sulfuric and citric acids wherein the selected acid has the ability to block active sites in the carrier and the amount of acid sufficient to block the bodies from the surface of the support beyond the depth of the platinum salt soaked layer to achieve that the carrier with a solution of a soluble salt at least one of the catalytically active materials selected from the group consisting of rhodium and palladium is impregnated to the Salt to be deposited in a second layer within the support body, adjacent to the platinum layer, this being catalytically active material of the second layer is present in the first layer with the minimum concentration to the largest Use of the poisoning resistance of the platinum layer against poisoning by lead, phosphorus and sulfur and that the impregnated catalyst carrier to form a catalyst with improved conversion efficiency and improved Resistance to poisoning and caking (sintering) is dried and fired (calcined). 809885/0829809885/0829 8« Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die zur Blockierung der aktiven Stellen des Trägers benutzte Säure Fluorwasserstoffsäure ist.8 «Method for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 7> characterized in that for blocking the active sites of the carrier the acid used is hydrofluoric acid. 9. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Imprägnierung unter Benutzung einer Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung einer Palladiumverbindung bewirkt wird.9. A method for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 7, characterized in that the joint impregnation is effected using an aqueous solution of a palladium compound containing hydrofluoric acid. 10. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Imprägnierung unter Benutzung einer Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung einer Rhodiumverbindung bewirkt wird.10. A method for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 7 »characterized in that that the joint impregnation using a hydrofluoric acid-containing aqueous solution of a Rhodium compound is effected. 11. Verfahren zur Präparierung eines Edelmetall-Katalysators nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger vor der Tränkung mit der die zweite Schicht bildenden Lösung mit der Säure getränkt wird.11. Process for the preparation of a noble metal catalyst according to claim 7, characterized in that the carrier prior to impregnation with the second layer forming solution is impregnated with the acid. 12. Edelmetall-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator einen geschichteten Katalysator umfaßt, daß er aus einem Aluminiumoxidträger besteht, daß dieser eine erste Schicht aus Platin besitzt, wobei das Platin an der Oberfläche des Trägers in dessen Körper eindringend angeordnet ist und daß er eine zweite innere Schicht aus Rhodium oder Palladium besitzt, die der ersten Schicht benachbart in dem Körper des Trägers bis zu einer jenseits der ersten Schicht gelegenen Tiefe angeordnet ist, wobei der größere Anteil der Gesamtmenge des Rhodiums oder des Palladiums an dem Katalysator sich in der inneren Schicht befindet, um den größten Vor-12. Precious metal catalyst, characterized in that that the catalyst comprises a layered catalyst that it consists of an alumina support that the latter has a first layer of platinum, the platinum penetrating into the body of the carrier on the surface is arranged and that it has a second inner layer of rhodium or palladium, which is adjacent to the first layer in the wearer's body to beyond the first layer Located depth is arranged, the greater proportion of the total amount of rhodium or palladium on the catalyst is located in the inner layer to have the greatest advantage 809885/0.829809885 / 0.829 teil aus der Giftresistenz des Platins gegenüber Vergiftung durch Blei, Phosphor und Schwefel zu ziehen, und daß die Platin- und Rhodium- oder Palladium-Mengen an dem Träger ausreichend zur Erzielung der erforderlichen Katalysatorwirkung bemessen sind.to draw part of the poison resistance of platinum to poisoning by lead, phosphorus and sulfur, and that the Amounts of platinum and rhodium or palladium on the support are sufficient to achieve the required catalytic effect are sized. 13. Edelmetall-Katalysator nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Tiefe der Platinschicht der Eindringtiefe der Gifte in Kraftfahrzeugabgasen während der erforderlichen Lebenszeit des Katalysators entspricht.13. noble metal catalyst according to claim 12, characterized in that g e k e η η draws that the depth of the platinum layer of the penetration depth of the toxins in vehicle exhaust during the required Lifetime of the catalyst. 1if. Edelmetall-Katalysator nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzei chnet, daß die Gesamttiefe der ersten und der zweiten Schicht mindestens II9 Lass, beträgt.1if. Noble metal catalyst according to Claim 12 or 13, characterized in that the total depth of the first and second layers is at least II9 Lass . 15. Edelmetall-Katalysator nach einem der Ansprüche 12 bis I4, dadurch gekennzei chnet, daß das katalytisch aktive Material Palladium ist.15. noble metal catalyst according to one of claims 12 to I4, characterized in that the catalytically active material is palladium. 16. Edelmetall-Katalysator nach einem der Ansprüche 12 bis \hti dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Material Rhodium in einer niedrigen Gesamtmenge von 0,002 Ge w% ist.16. Noble metal catalyst according to one of claims 12 to \ h ti, characterized in that the catalytically active material is rhodium in a low total amount of 0.002 Ge wt%. 809885/0829809885/0829
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