DE4213018C1 - Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren - Google Patents

Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit hoher Konversionsleistung für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid und gehemmter Oxidationswirkung gegenüber Stickoxiden und Schwefeldioxid, der einen monolithischen Katalysatorkörper mit frei durchströmbaren Kanälen aus Keramik oder Metall aufweist, erhältlich durch Beschichten des Körpers mit einer aktivitätsfördernden Dispersionsbeschichtung aus den feinteiligen Metalloxiden Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid und/oder Zeolith als Träger für die katalytisch aktiven Komponenten, die als mit Vanadin dotierte bzw. mit einer oxidischen Vanadinverbindung in Berührung stehende Platingruppenmetalle Platin, Palladium, Rhodium und/oder Iridium vorliegen.
Dieselabgase enthalten als Schadstoffe, die durch eine geeignete Abgasreinigung entfernt werden sollten, Kohlenmonoxid, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe, polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Schwefeldioxid sowie Stickoxide. Das Schwefeldioxid im Abgas wird aus dem im Dieselkraftstoff zu ca. 0,3% enthaltenem Schwefel gebildet und führt zu einem Schwefeldioxid- Anteil im Abgas von 10-200 ppm, abhängig von der jeweiligen Last und Drehzahl des Motors. Dieselmotoren erzeugen zwar wesentlich weniger Stickoxide als Otto-Motoren, ihr Anteil im Abgas ist jedoch noch rund dreimal so hoch wie im Abgas eines Otto-Motors nach Reinigung mit Hilfe eines geregelten Dreiweg- Katalysators.
Neben diesen bei den typischen Abgastemperaturen eines Dieselmotors von 225 bis 350°C im wesentlichen gasförmigen Schadstoffe emittieren Dieselmotoren je nach Betriebsweise erhebliche Anteile von Dieselrußpartikel, die aus einem Rußkern und darauf adsorbierten unverbrannten Kohlenwasserstoffen, polyaromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) sowie Metallverbindungen, Wasser und Sulfaten bestehen.
Zur Reinigung der Dieselabgase können nicht die bei Otto-Motoren eingesetzten Dreiweg-Katalysatoren verwendet werden, da die Dieselabgase einen hohen Sauerstoffanteil von 1 bis 15 Vol.% aufweisen. Dies führt zu Luftzahlen Lambda der Dieselabgase größer als 1. Dreiweg-Katalysatoren benötigen dagegen für die Oxidation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid sowie die gleichzeitige Reduktion der Stickoxide stöchiometrisch zusammengesetzte Abgase mit Luftzahlen Lambda gleich 1.
Zur Verminderung der Partikelemission von schwefeloxid- und stickoxidhaltigen Dieselabgasen sind bereits Filter auf Basis von feinporigen Keramikmonolithen mit wechselseitig verstopften Kanälen (sog. Wandflußfilter), Schaumkeramik, Drahtgestrickpakete, keramische Rohre und Keramikfaserwickelfilter vorgeschlagen worden. Mit Hilfe dieser Filtrationseinrichtungen können die Dieselrußpartikel aus dem Abgasstrom entfernt werden. Allerdings können die daraus abfiltrierten Partikel nur in wenigen Betriebszuständen, in denen die Abgastemperatur hoch genug ist, durch Verbrennen beseitigt und die Filter auf diese Weise wieder regeneriert werden.
Zur Verbesserung des Regenerationsverhaltens der obigen Filtersysteme sind bereits Beschichtungen mit zündtemperatursenkenden Katalysatorsubstanzen, wie Vanadinpentoxid, Vanadaten, z. B. AgVO₃ und Perrhenaten bekannt, wobei diese aktiven Substanzen mit einem feinteiligen Trägermaterial dotiert sein können und daneben noch ein Edelmetall, wie Platin, eingebracht durch Imprägnierung, vorliegen kann (DE-OS 32 32 729, DE-OS 31 41 713 und DE-OS 34 07 712).
Mittlerweile hat sich gezeigt, daß bei den zur Zeit überwiegend verwendeten Wandflußfiltern, auch wenn sie mit katalytisch aktiven Komponenten der vorstehend erwähnten Art beschichtet sind, die Konversionsleistung für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, insbesondere bei den für Dieselmotoren niedrigen Abgastemperaturen, nicht befriedigt. Außerdem birgt die Verwendung von mit Katalysator- und Trägerstoffen beschichteten Wandflußfiltern den Nachteil eines die Motorleistung beeinträchtigenden hohen Abgasgegendrucks in sich, insbesondere bei erhöhter Beladung mit Rußpartikeln. Bemühungen, durch eine erhöhte Katalysatorbeladung diesen Nachteil auszugleichen, waren nicht erfolgreich. Eine Vergrößerung der geometrischen Abmessungen, die zu einer Verminderung des Abgasgegendrucks führen können, lassen die bei den meisten Fahrzeugen beschränkten Platzverhältnisse nicht zu.
Eine entscheidende Verbesserung der Abgasreinigung von Dieselmotoren brachte erst ein gattungsgemäßer Dieseloxidationskatalysator (DE 39 40 758 A1). In der DE 39 40 758 A1 werden Katalysatoren beschrieben, die als aktive Komponente mit Vanadin dotiertes bzw. mit einer oxidischen Vanadinverbindung in Berührung stehendes Platin, Palladium, Rhodium und/oder Iridium auf feinteiligem Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und/oder Zeolith als aktivitätsfördernden Trägerstoff enthalten, wobei die Katalysatorkomponenten auf den frei durchströmbaren Kanälen eines monolithischen bzw. wabenförmigen inerten Trägers aus Keramik oder Metall angeordnet sind.
Diese Katalysatoren werden durch gleichzeitiges oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander erfolgendes Imprägnieren des aktivitätsfördernden Trägerstoffs mit einer Lösung von Verbindungen der Plattingruppenmetalle und einer Lösung einer Vanadinverbindung, Trocknen sowie gegebenenfalls Calcinieren bei Temperaturen von mindestens 200°C, bevorzugt in einem Wasserstoff enthaltenden Gasstrom, hergestellt, wobei die Imprägnierung mit jeweils mindestens einem der beiden Ausgangsstoffe für die aktive Komponente nach oder vor dem Aufbringen des aktivitätsfördernden Trägerstoffs auf den internen Träger erfolgt.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Katalysatoren weisen gegenüber den Wandflußfiltern eine erhöhte Konversionsleistung für die gasförmigen Schadstoffe bei gleichzeitig gutem Ausbrand der Rußpartikel auf. Diese positive Wirkung kann unter der Prämisse gleicher Zelldichte damit erklärt werden, daß die die langen Kanäle der frei durchströmbaren monolith- bzw. wabenförmigen Katalysatoren passierenden Moleküle bzw. Aggglomerate wesentlich häufiger effektiv in Kontakt mit der katalytisch beschichteten Kanaloberfläche gelangen als bei Wandflußfiltern, bei denen jeder Abgasbestandteil zunächst nur einmal durch die katalytisch beschichtete poröse Wand fließt und danach durch die in einen gegebenen Kanal durch die vier Nachbarkanäle eintretenden Stromfäden in die Mitte des Abflußkanals gedrängt, konzentriert und von vergleichbar hohen Wandkontakten ferngehalten wird.
Die mit den beschriebenen Dieseloxidationskatalysatoren erreichten Reinigungsgrade von Dieselabgasen stellen eine wesentliche Verbesserung der mit Filtersystemen erzielbaren Reinigungswirkung dar. In Anbetracht der demnächst gültigen verschärften gesetzlichen Bestimmungen für die Abgasreinigung von Dieselmotoren ist jedoch eine weitere Verminderung der Partikelemission sowie eine Verbesserung der Langzeitstabilität bei gleichbleibend hoher Konversion für die gasförmigen Schadstoffe Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide notwendig.
Da die Agglomeration der Rußpartikel ganz wesentlich durch das Vorhandensein von Sulfaten im Abgas gefördert wird, müssen Maßnahmen zur Verminderung der Partikelemission bei einer verbesserten Unterdrückung der Oxidation des im Dieselkraftstoff enthaltenen Schwefels von SO₂ zu SO₃ ansetzen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit hoher Konversionsleistung für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid und gehemmter Oxidationswirkung gegenüber Stickoxiden und Schwefeldioxid anzugeben, dessen Oxidationswirkung auf SO₂ gegenüber dem Stand der Technik weiter vermindert ist und der gleichzeitig ein verbessertes Langzeitverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit hoher Konversionsleistung für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid und gehemmter Oxidationswirkung gegenüber Stickoxiden und Schwefeldioxid, der einen monolithischen Katalysatorkörper mit frei durchströmbaren Kanälen aus Keramik oder Metall aufweist, erhältlich durch Beschichten des Körpers mit einer aktivitätsfördernden Dispersionsbeschichtung aus den feinteiligen Metalloxiden Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und/oder Zeolith als Träger für die katalytisch aktiven Komponenten, die als mit Vanadin dotierte bzw. mit einer oxidischen Vanadinverbindung in Berührung stehende Platingruppenmetalle Platin, Palladium, Rhodium und/oder Iridium vorliegen.
Der Katalysator ist dadurch gekennzeichnet, daß die feinteiligen Metalloxide dadurch in der Oberfläche modifiziert wurden, daß sie in eine alkoholische Lösung von Organo-Titan- und/oder Organo-Siliciumverbindungen der allgemeinen Formel Ti(OR)₄ bzw. Si(OR)₄ eingerührt werden, wobei R für einen organischen Rest steht, daß das alkoholische Lösungsmittel unter ständigem Rühren abgezogen wird und daß der zurückbleibende Feststoff bei erhöhter Temperatur getrocknet und nach Vermahlen für die Dauer von 0,5 bis 4 Stunden unter Zersetzung der Organo-Titan- und/oder Organo-Siliciumverbindungen zu Titandioxid bzw. Siliciumdioxid bei 300 bis 600°C calciniert wird, wobei die Menge der gelösten Organo- Titan- und/oder Organo-Siliciumverbindungen so bemessen wird, daß nach Calcinierung der Metalloxide ihre spezifische Oberfläche mit einer 1 bis 5 Monolagen umfassenden Schicht aus Titandioxid und/oder Siliciumdioxid versehen ist.
Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Oberflächeneigenschaften der Metalloxide vorteilhaft modifiziert. Es wurde gefunden, daß die so behandelten Metalloxide eine positive Wirkung auf die Verminderung der Oxidation von SO₂ zu SO₃ haben. Im Gegensatz zu der in der DE 39 40 758 A1 beschriebenen physikalischen Mischung von zum Beispiel Aluminiumoxid mit Titanoxid (pyrogenes Titanoxid, bestehend aus einem Rutil/Anatas- Gemisch, mit einer spezifischen Oberfläche von 51 m²/g), weist das zur Oberflächenmodifikation auf die restlichen Metalloxide aufgebrachte Titanoxid ein wesentlich verbessertes Langzeitverhalten auf.
Bei den feinteiligen Metalloxiden, die erfindungsgemäß in der Oberfläche modifiziert werden, handelt es sich um in der Katalysatortechnik bekannte hochoberflächige Metalloxide, wie zum Beispiel Aluminiumoxid der Übergangsreihe, die zur Verbesserung ihrer Temperaturstabilität noch in an sich bekannter Weise mit zum Beispiel Seltenerdoxiden dotiert sein können.
Für eine wirkungsvolle Modifizierung der Metalloxide ist es erforderlich, ihre spezifische Oberfläche mit einer 1 bis 5 Monolagen umfassenden Schicht aus Titandioxid und/oder Siliziumdioxid zu versehen. Die notwendige Menge TiO₂ für die Beschichtung einer spezifischen Oberfläche von 100 m² mit einer Monolage berechnet sich nach Tan et al. ("Coated Silica as Support for Platinum Catalyst" in Journal of Catalysis 129 (1991) 447-456) zu 0,098 g TiO₂. Als Titanoxid- und/oder Siliziumoxidvorstufen werden Organo-Titan- bzw. Organo-Siliziumverbindungen der allgemeinen Formel Ti(OR)₄ bzw. Si(OR)₄ eingesetzt, wobei R für einen organischen Rest steht. Geeignete Titanoxidvorstufen sind zum Beispiel Tetraethylorthotitanat (Ti[OC₂H₅]₄), Tetra-tert-butylorthotitanat (Ti[OC(CH₃)₃]₄), Tetra-isopropylorthotitanat (Ti[OCH(CH₃)₂]₄ und Tetra-propylorthotitanat (Ti[OCH₂CH₂CH₃]₄).
Für eine optimale Entfaltung der vorteilhaften Wirkungen der modifizierten Metalloxide sollten sie in einer Konzentration von 30 bis 250, bevorzugt 75 bis 180, insbesondere 90 bis 150 g/l Katalysatorvolumen in Form einer Dispersionsbeschichtung auf dem Katalysatorkörper aufgebracht werden. Das Vanadin, berechnet als V₂O₅, kann in einer Konzentration von 0,1 bis 15 g/l Katalysatorvolumen und die Platingruppenmetalle in einer Konzentration von 0,1 bis 7 g/l Katalysatorvolumen vorliegen. Als Katalysatorkörper eignen sich monolithische, inerte Träger in Wabenform mit 5 bis 100 Zellen/cm². Von den Platingruppenmetallen haben sich besonders Platin und/oder Palladium bewährt.
Die mit Vanadin dotierten bzw. mit einer oxidischen Vanadinverbindung in Berührung stehenden Platingruppenmetalle sind entsprechend der DE 39 40 758 A1 erhältlich durch gleichzeitiges oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander erfolgendes Imprägnieren der aktivitätsfördernden Dispersionsbeschichtung mit einer Lösung von Verbindungen der Platingruppenmetalle und einer Lösung einer Vanadinverbindung, Trocknen sowie gegebenenfalls Kalzinieren bei Temperaturen von mindestens 200°C, bevorzugt in einem Wasserstoff enthaltenden Gasstrom. Die Imprägnierung mit jeweils mindestens einem der beiden Ausgangsstoffe für die aktive Komponente kann nach oder vor dem Aufbringen der aktivitätsfördernden Dispersionsbeschichtung auf den inerten Träger erfolgen.
Eine völlig unerwartete und überraschende Wirkung haben die erfindungsgemäß zu verwendenden oberflächenmodifizierten Metalloxide auf die Oberflächenrauhigkeit der fertigen Dispersionsbeschichtung. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren eine größere Oberflächenrauhigkeit aufweisen als Vergleichskatalysatoren aus dem Stand der Technik, obwohl in beiden Fällen Metalloxide mit gleichen mittleren Korndurchmessern eingesetzt werden. Auf die höhere Oberflächenrauhigkeit kann zum Teil die verbesserte Konversionsleistung der erfindungsgemäßen Katalysatoren zurückgeführt werden. Durch die Oberflächenrauhigkeit wird das Abgas in den Kanälen des Katalysatorkörpers stärker verwirbelt und kommt somit intensiver mit der katalytischen Beschichtung in Kontakt.
Es zeigt
Fig. 1 Alterungszyklus für Dieseloxidationskatalysatoren,
Fig. 2a Rauhigkeitsmessung an der Beschichtungsoberfläche eines Vergleichskatalysators VK1,
Fig. 2b Rauhigkeitsmessung an einer Beschichtungsoberfläche eines erfindungsgemäßen Katalysators K1.
Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Katalysatoren kamen wabenförmige Katalysatorkörper aus Cordierit zum Einsatz. Sie wiesen eine Zelldichte von 62 Zellen/cm² mit Wandstärken von 0,17 mm auf.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Vergleichskatalysator aus dem Stand der Technik wurde wie folgt hergestellt.
Es wurde eine wäßrige Beschichtungsdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30% hergestellt. Die Suspension enthielt, bezogen auf die Trockenmasse, 60 Gew.-% γ-Aluminiumoxid (180 m²/g spezifische Oberfläche) und 40 Gew.-% Titanoxid (50 m²/g spezifische Oberfläche; Rutil/Anatas-Gemisch). Anschließend wurde ein Katalysatorkörper durch Eintauchen in die Beschichtungsdispersion mit den Metalloxiden beschichtet und nach Ausblasen überschüssiger Suspension bei 120°C an der Luft getrocknet. Nach einer 2stündigen Kalzinierung bei 400°C wurde der beschichtete Katalysatorkörper mit einer wäßrigen Lösung von Pt(NH₃)₄(OH)₂ imprägniert, bei 150°C an der Luft getrocknet und bei 300°C kalziniert. Danach erfolgte eine Imprägnierung mit Vanadyloxalat, Trocknung bei 120°C und Vanadylzersetzung bei 500°C an der Luft. Die so gewonnene Katalysatorvorstufe wurde für die Dauer von 2 Stunden bei 500°C im Formiergasstrom (95% N₂, 5% H₂) reduziert.
Der fertige Katalysator, der als VK1 bezeichnet würde, enthielt pro Liter Katalysatorvolumen 64 g Titanoxid, 96 g Aluminiumoxid, 5 g Vanadiumpentoxid und 1,77 g Platin.
Vergleichsbeispiel 2
In Analogie zu Vergleichsbeispiel 1 wurde ein zweiter Vergleichskatalysator VK2 hergestellt. An Stelle des Titanoxids wurde jetzt eine 100%ige Anatasmodifikation (spezifische Oberfläche 95 m²/g) eingesetzt.
Beispiel 1
Für den erfindungsgemäßen Katalysator K1 mit TiO₂ modifiziertem γ-Aluminiumoxid wurde dasselbe γ-Aluminiumoxid wie in Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt. Zur Modifikation seiner spezifischen Oberfläche mit Titanoxid wurde das γ-Aluminiumoxid in eine alkoholische Lösung (Ethanol) von Tetraethylorthotitanat (C₈H₂₀O₄Ti) eingerührt. Nach 2stündigem Rühren wurde das Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers (Wasserstrahlvakuum, T=50°C) abgezogen und das entstehende Material bei 120°C für 16 Stunden an der Luft getrocknet. Nach Vermahlen wurde das entstandene TiO₂/Al₂O₃-Pulver bei 400°C für 4 Stunden an der Luft kalziniert.
Das so hergestellte TiO₂/Al₂O₃-Pulver enthielt, bezogen auf sein Gesamtgewicht, 60 Gew.-% Aluminiumoxid und 40 Gew.-% Titanoxid. Diese Menge Titanoxid entspricht einer Beschichtung der spezifischen Oberfläche des eingesetzten Aluminiumoxids mit etwa 3 Monolagen Titanoxid, berechnet nach Tan et al. ("Coated Silica as Support for Platinum Catalyst" in Journal of Catalysis 129, (1991) 447-456).
Aus dem vorgefertigten TiO₂/Al₂O₃-Pulver wurde eine wäßrige Beschichtungsdispersion mit 30%igem Feststoffgehalt angesetzt. Mit dieser Beschichtungsdispersion wurde ein Katalysatorkörper beschichtet und identisch zu Beispiel 1 weiterverarbeitet. Der fertige Katalysator enthielt pro Liter Katalysatorvolumen 160 g TiO₂/Al₂O₃, 5 g V₂O₅ und 1,77 g Pt.
Beispiel 2
In völliger Analogie zu Beispiel 1 wurde der erfindungsgemäße Katalysator K2 mit TiO₂ modifiziertem Siliziumdioxid hergestellt. Anstelle von Aluminiumoxid wurde jedoch Siliziumdioxid (spezifische Oberfläche 260 m²/g) eingesetzt. Der fertige Katalysator enthielt pro Liter Katalysatorvolumen 160 g TiO₂/SiO₂ zusammengesetzt aus 40 Gew.-% TiO₂ und 60 Gew.-% SiO₂, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge TiO₂/SiO₂. Die gewählte Menge TiO₂ entsprach einer Beschichtung der spezifischen Oberfläche des Siliziumdioxids mit etwa 2 Monolagen Titandioxid.
Beispiel 3
In völliger Analogie zu Beispiel 1 wurde der erfindungsgemäße Katalysator K3 mit SiO₂ modifiziertem γ-Aluminiumoxid hergestellt. Anstelle von Tetraethylorthotitanat (C₈H₂₀O₄Ti) wurde jedoch Tetraethoxisilan (C₈H₂₀O₄Si) eingesetzt. Der fertige Katalysator enthielt pro Liter Katalysatorvolumen 160 g SiO₂/Al₂O₃, zusammengesetzt aus 40 Gew.-% SiO₂ und 60 Gew.-% Al₂O₃, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge SiO₂/Al₂O₃. Die gewählte Menge an SiO₂ entsprach einer Beschichtung der spezifischen Oberfläche des Aluminiumoxides mit etwa 2 Monolagen Siliziumdioxid.
Beispiel 4
In völliger Analogie zu Beispiel 3 wurde der erfindungsgemäße Katalysator K4 mit SiO₂ modifiziertem Titanoxid hergestellt. Anstelle von Aluminiumoxid wurde jedoch Titandioxid (spezifische Oberfläche 95 m²/g) eingesetzt. Der fertige Katalysator enthielt pro Liter Katalysatorvolumen 20 Gew.-% SiO₂ und 80 Gew.-% TiO₂, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge SiO₂/TiO₂. Die gewählte Menge SiO₂ entsprach einer Beschichtung der spezifischen Oberfläche des Titandioxids mit etwa 2 Monolagen Siliziumdioxid.
Beispiel 5
Die Dieseloxidationskatalysatoren gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie den Beispielen 1-4 wurden am stationären Motorprüfstand getestet. Er war mit einem 4-Zylinder-Dieselmotor (55 KW; 1,6 l Hubraum) und einer Wasserwirbelstrombremse ausgerüstet. Als Testkraftstoff wurde ein handelsüblicher Dieselkraftstoff mit 0,2% Schwefel verwendet.
Bei den Anspringtests wurde die Konvertierung von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Schwefeldioxid als Funktion der Abgastemperatur vor Katalysator bei einer Raumgeschwindigkeit von 120 000 h-1 gemessen.
Nach der Testung im frischen Zustand wurden die Katalysatoren am Motor für 50 Stunden gealtert. Der verwendete Alterungszyklus ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Zyklus dauerte jeweils 60 Minuten und wurde zur Alterung der Katalysatoren fünfzigmal wiederholt.
Die Ergebnisse der Anspringtests sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt. Aus den Ergebnissen ergibt sich eine Absenkung der SO₂-Konversion bei hohen Temperaturen für die Katalysatoren K1 bis K4 gegenüber den Vergleichskatalysatoren bei ansonsten ähnlichen Konversionsraten für CO, HC und NOx.
Beispiel 6
Die in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Katalysatoren wurden mittels Röntgendiffraktometrie, Lichtmikroskopie und Oberflächenrauhigkeitsmessung analysiert.
Die röntgendiffraktometrischen Untersuchungen wurden an vorgefertigten TiO₂/Al₂O₃-, TiO₂/SiO₂- bzw. SiO₂/TiO₂- Oxidpulver vorgenommen. Die Oxidprobe des Katalysators VK1 zeigte im Frischzustand das Vorliegen der Modifikationen Anatas und Rutil im Verhältnis 78/22. Nach Alterung für 7 h bei 650°C in Luft verringerte sich der Anteil der katalytisch bevorzugten Anatas-Modifikation auf 38%. Ein ähnliches Verhalten zeigte die Oxidprobe des Vergleichskatalysators VK2. Die im Frischzustand zu 100% vorliegende Anatasmodifikation wandelte sich durch die Alterung bei 650°C zu 65% in Rutil um. Im Gegensatz dazu konnten bei den erfindungsgemäßen Oxidproben sowohl im Frischzustand als auch nach Alterung für 7 h bei 650°C in Luft jeweils das Vorliegen einer 100%igen Anatasmodifikation festgestellt werden (Tabelle 3).
Lichtmikroskopische Untersuchungen der beschichteten Kanalwandungen der Katalysatoren zeigten bei den Vergleichskatalysatoren VK1 und VK2 glatte und kompakte Beschichtungsoberflächen. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren K1 bis K4 wiesen dagegen rauhe und poröse Beschichtungsoberflächen auf. Diese Tatsache wurde quantitativ durch Rauheitsmessungen mit einem Rauheits- Meßgerät bestätigt. Die Fig. 2a und 2b zeigen Abtastungen der Beschichtungsoberfläche auf einer Länge von 0,8 mm für den Vergleichskatalysator VK1 (Fig. 2a) und erfindungsgemäßen Katalysator K1 (Fig. 2b). Der Vergleichskatalysator wies eine mittlere quadratische Rauhigkeit (RA) von nur 0,58 µm auf, während sie bei dem erfindungsgemäßen Katalysator 4,55 µm betrug und somit um den Faktor 9 größer war.
Durch die rauhe Beschichtungsoberfläche der erfindungsgemäßen Katalysatoren K1 bis K4 bilden sich im Abgasstrom lokale Turbulenzen aus, wodurch der Stoff- und Wärmetransport aus der Gasphase zur Oberflächenschicht beschleunigt wird.
Tabelle 3
Ergebnisse der röntgendiffraktometrischen Untersuchungen von Proben der oxidischen Beschichtungsdispersionen (TiO₂/Al₂O₃, TiO₂/SiO₂ bzw. SiO₂/TiO₂) der Katalysatoren VK1, VK2, K1, K2, K3, K4

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  1. Katalysator zur oxidativen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit hoher Konversionsleistung für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid und gehemmter Oxidationswirkung gegenüber Stickoxiden und Schwefeldioxid, der einen monolithischen Katalysatorkörper mit frei durchströmbaren Kanälen aus Keramik oder Metall aufweist, erhältlich durch Beschichten des Körpers mit einer aktivitätsfördernden Dispersionsbeschichtung aus den feinteiligen Metalloxiden Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und/oder Zeolith als Träger für die katalytisch aktiven Komponenten, die als mit Vanadin dotierte bzw. mit einer oxidischen Vanadinverbindung in Berührung stehende Platingruppenmetalle Platin, Palladium, Rhodium und/oder Iridium vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die feinteiligen Metalloxide dadurch in der Oberfläche modifiziert wurden, daß sie in eine alkoholische Lösung von Organo-Titan- und/oder Organo- Siliciumverbindungen der allgemeinen Formel Ti(OR)₄ bzw. Si(OR)₄ eingerührt werden, wobei R für einen organischen Rest steht; daß das alkoholische Lösungsmittel unter ständigem Rühren abgezogen wird und daß der zurückbleibende Feststoff bei erhöhter Temperatur getrocknet und nach Vermahlen für die Dauer von 0,5 bis 4 Stunden unter Zersetzung der Organo-Titan- und/oder Organo- Siliciumverbindungen zu Titandioxid bzw. Siliciumdioxid bei 300 bis 600°C calciniert wird, wobei die Menge der gelösten Organo-Titan- und/oder Organo-Siliciumverbindungen so bemesssen wird, daß nach Calcinierung der Metalloxide ihre spezifische Oberfläche mit einer 1 bis 5 Monolagen umfassenden Schicht aus Titandioxid und/oder Siliciumdioxid versehen ist.
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