DE60128064T2 - Katalysatorzusammensetzungen und adsorptionsmitteln - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung der Atmosphäre; und insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberläche, auf welcher eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung angeordnet ist, sowie ein darauf bezogenes Verfahren und Zusammensetzung.
  • Diskussion des Standes der Technik
  • Eine Durchsicht der Literatur, welche die Schadstoffkontrolle betrifft, zeigt, dass es die allgemeine Annäherung ist, die Abgasströme, die in die Umgebung eintreten, reaktiv zu reinigen. Wenn zu viel eines Schadstoffes oder eines anderen ermittelt wird oder abgegeben wird, hat sich die Tendenz auf die Quelle des Schadstoffes, den Grund des Schadstoffes oder den Abgasstrom, welcher den Schadstoff enthält, gerichtet. Meistens werden die gasförmigen Ströme behandelt, um die Schadstoffe zu reduzieren, bevor die Ströme in die Atmosphäre eintreten.
  • Es wurde offenbart, Atmosphärenluft zu behandeln, welche in einen beschränkten Raum gerichtet ist, um unerwünschte Bestandteile in der Luft zu entfernen. Es gibt jedoch kaum Bemühungen, Schadstoffe zu behandeln, welche sich bereits in der Umgebung befinden; die Umgebung wurde seinem Selbstreinigungssystem überlassen. Referenzen sind bekannt, welche das proaktive Reinigen der Umgebung offenbaren. US-Patent Nr. 3,738,088 offenbart einen Luftfilteraufbau zur Reinigung der Schadstoffe aus der Umgebungsluft durch Einsatz eines Fahrzeuges als eine mobile Reinigungseinrichtung. Eine Vielzahl von Elementen sind offenbart, um in Kombination mit einem Fahrzeug verwendet zu werden, um die Umgebungsluft zu reinigen, während das Fahrzeug durch die Umgebung gefahren wird. Insbesondere ist ein Kanalsystem offenbart, um die Geschwindigkeit des Luftstromes zu regeln und die Luft in verschiedene Filtereinrichtungen zu richten. Die Filtereinrichtungen können Filter und elektronische Abscheider umfassen. Es ist offenbart, dass katalysierte Nachfilter geeignet sind, um nicht-teilchenförmige oder aerosolförmige Schadstoffe zu behandeln, wie Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Koh lenwasserstoffe, Stickstoffoxid und/oder Schwefeloxide, und dergleichen. Das deutsche Patent DE 43 18 738 C1 offenbart auch ein Verfahren für die physikalische und chemische Reinigung von Außenluft. Motorfahrzeuge werden als Träger von herkömmlichen Filtern und/oder Katalysatoren verwendet, welche jedoch nicht betriebsbedingte Bestandteile des Fahrzeuges ersetzen, sondern verwendet werden, um die Atmosphärenluft direkt zu reinigen.
  • WO 96/22149 offenbart ein Verfahren zur Behandlung der Atmosphäre, umfassend das Leiten der Umgebungsluft über ein stationäres Substrat mit wenigstens einer mit der Luft in Kontakt stehenden Oberfläche, auf welcher ein Schadstoff behandelndes Material aufgebracht ist.
  • Eine andere Annäherung ist in dem US-Patent Nr. 5,147,429 offenbart. In dieser Druckschrift ist eine mobile, in der Luft schwebende luftreinigende Station offenbart. Insbesondere betrifft dieses Patent ein Luftschiff, zum Sammeln von Luft. Das Luftschiff weist eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Luftreinigungseinrichtungen auf, die darin enthalten sind. Die Luftreinigungseinrichtungen, welche offenbart sind, umfassen Nassabscheider, Filtrationsmaschinen und zyklonische Sprühabscheider.
  • Die Schwierigkeit bei den obengenannten Einrichtungen, die offenbart sind, um proaktiv die Atmosphärenluft zu reinigen, ist, dass sie neue und zusätzliche Geräte erfordern. Auch das modifizierte Fahrzeug, welches in dem US-Patent Nr. 3,738,088 offenbart ist, erfordert Kanäle und Filter, welche katalytische Filter umfassen können.
  • DE 40 07 965 C2 von Klaus Hager offenbart einen Katalysator, umfassend Kupferoxide, um Ozon umzuwandeln und eine Mischung aus Kupferoxiden und Manganoxiden, um Kohlenstoffmonoxid umzuwandeln. Der Katalysator kann als eine Beschichtung auf einen selbsterwärmenden Kühler, Ölkühler oder Klimaanlagen aufgebracht werden. Die Katalysatorbeschichtung umfasst wärmebeständige Bindemittel, welche auch gasdurchlässig sind. Es ist angegeben, dass die Kupferoxide und Manganoxide weit verbreitet in den Filtern von Gasmasken verwendet werden und den Nachteil aufweisen, dass sie durch Wasserdampf vergiftet werden. Die Erwärmung der Oberflächen des Fahrzeuges während des Betriebes verdampft jedoch das Wasser. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Verwendung des Katalysators möglich, da kein Trocknungsmittel notwendig ist.
  • Manganoxide sind dafür bekannt, die Oxidation von Ozon zu katalysieren, um Sauerstoff zu bilden. Viele kommerziell erhältliche Arten von Manganverbindungen und Zusam mensetzungen, umfassend α-Manganoxid, sind offenbart, um die Reaktion von Ozon zu katalysieren, um Sauerstoff zu bilden. Insbesondere ist es bekannt, die Cryptomelan-Form von α-Manganoxid zu verwenden, um die Reaktion von Ozon zu katalysieren, um Sauerstoff zu bilden.
  • α-Manganoxide sind in Referenzen offenbart, wie O'Yung, Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxides with Tunnel Structures, Modem Analytical Techniques for Analysis of Petroleum, präsentiert in dem Symposium an Advances in Zeolites and Pillared Clay Structures, vor der Division of Petroleum Chemistry, Inc. American Chemical Society New York City Meeting, 25.-30. August 1991, beginnend auf Seite 348. Solche Materialien sind auch in dem US-Patent Nr. 5,340,562 von O'Young et al. offenbart. Zusätzlich sind Formen von α-MnO2 in McKenzie, the Synthesis of Birnessite, Cryptomelane, and Some Other Oxides and Hydroxides of Manganese, Mineralogical Magazine, Dezember 1971, Band 38, Seiten 493-502 offenbart. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung wird α-MnO2 so definiert, dass Hollandit (BaMn816·xH2O), Cryptomelan (KMn8O16·xH2O), Manjiroit (NaMn8O16·xH2O) und Coronadit (PbMn8O16·xH2O) umfasst sind. O'Young offenbart, dass diese Materialien eine dreidimensionale Rahmen-Tunnel-Struktur aufweisen ( US-Patent Nr. 5,340,562 und O'Young Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxides with Tunnel Structures, welche hier beide durch Bezugnahme aufgenommen sind). Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird α-MnO2 so betrachtet, dass es eine 2 × 2-Tunnelstruktur aufweist und Hollandit, Cryptomelan, Manjiroit und Coronadit umfasst.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Zusammensetzung, um die Atmosphäre zu behandeln. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung wird die Atmosphäre als die Masse der die Erde umgebenden Luft definiert.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein darauf bezogenes Verfahren zur Behandlung der Atmosphäre, umfassend ein Fahrzeug und Mittel wie einen Motor, um das Fahrzeug von einer Stelle zu einer anderen durch die Atmosphäre zu befördern. Das Fahrzeug umfasst wenigstens eine mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Fahrzeugoberfläche und eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung, welche auf der Oberfläche angeordnet ist. Die die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche ist eine Oberfläche eines Bestandteiles des Fahrzeuges, welche sich in direktem Kontakt mit der Atmosphäre befindet. Bevorzugte und geeignete, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen umfassen Körperoberflächen, Windablenkoberflächen, Kühleroberflächen, Spiegelrückseiten und die Oberflächen der Bestandteile "unter der Haube". Bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen sind innerhalb des Körpers des Kraftfahrzeugs angeordnet, typischerweise in der Nähe des Motors, d.h. in dem Motorraum. Die Oberflächen sind vorzugsweise die Oberflächen von Kühleinrichtungen, welche einen Flussweg für Flüssigkeiten oder Gase durch ein mit Kühlmittel ummanteltes Gehäuse umfassen, wie Rohre oder ein Gehäuse und eine Außenoberfläche, auf welcher Rippen angeordnet sind, um die Wärmeübertragung zu erhöhen. Bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen umfassen eine mit Rippen versehene Außenfläche und werden gewählt aus den Außenflächen des Kühlers, Klimaanlagenkondensators, den Oberflächen des Kühlerventilators, dem Motorölkühler, dem Kühler des Fluids der Servolenkung und dem Ladeluftkühler, auch bezeichnet als einen Interkühler oder Nachkühler. Die bevorzugtesten, mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen sind die Außenflächen des Klimaanlagenkondensators und des Kühlers aufgrund ihrer großen Oberfläche und relativ hohen Umgebungsbetriebstemperaturen von ungefähr 40°C bis 135°C und typischerweise von bis zu 110°C.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche, welche geeignet ist, um eine die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung zu tragen, die Oberfläche von existierenden Fahrzeugbestandteilen sein kann. Es ist kein zusätzlicher Filter oder eine Vorrichtung notwendig, um eine die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung zu tragen. Demzufolge kann die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf existierenden Bestandteilen neuer Fahrzeuge angeordnet sein oder auf alte Fahrzeuge aufgebracht werden. Das Nachrüsten kann das Aufbringen einer geeigneten, die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung auf eine existierende Fahrzeugoberfläche umfassen, welche in Kontakt mit Atmosphärenluft kommt, während das Fahrzeug durch die Atmosphäre bewegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände, um Schadstoffe in der Luft zu behandeln. Solche Schadstoffe können typischerweise zwischen 0 bis 400 Teile, noch typischer 1 bis 300 und noch typischer 1 bis 200 Teile je Milliarden (ppb) Ozon umfassen; 0 bis 30 Teile und typischer 1 bis 20 Teile je Millionen (ppm) Kohlenstoffmonoxid; und 2 bis 3000 ppb ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen, wie C2 bis ungefähr C20 Olefine, und teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe, wie Alkohole, Aldehyde, Ester, Ether, Ketone und dergleichen. Typi sche Kohlenwasserstoffe, welche behandelt werden können, umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Polypropylen, Butylen, Formaldehyd und andere von der Luft getragene Kohlenwasserstoffgase und Dämpfe. Andere Schadstoffe, welche vorhanden sind, können Stickstoffoxide und Schwefeloxide umfassen. Der National Ambient Air Quality Standard für Ozon ist 120 ppb, und für Kohlenstoffoxid 9 ppm.
  • Schadstoff behandelnde Zusammensetzungen, umfassend Katalysatorzusammensetzungen, die für die Katalysierung der Umwandlung von Schadstoffen, die in der Atmosphäre vorhanden sind, in nicht-beanstandbare Materialien, geeignet sind. Alternativ können Adsorptionszusammensetzungen als die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung verwendet werden, um Schadstoffe zu adsorbieren, welche nach der Adsorption zerstört werden können, oder zur weiteren Behandlung zu einem späteren Zeitpunkt gelagert werden können.
  • Katalysatorzusammensetzungen können verwendet werden, welche die Umwandlung der Schadstoffe in unschädliche Verbindungen oder weniger schädliche Verbindungen unterstützen. Geeignete und bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen umfassen Zusammensetzungen, welche die Reaktion von Ozon katalysieren, um Sauerstoff zu bilden, die Reaktion von Kohlenstoffmonoxid katalysieren, um Kohlenstoffdioxid zu bilden, und/oder die Reaktion von Kohlenwasserstoffen katalysieren, um Wasser und Kohlenstoffdioxid zu bilden. Spezifische und bevorzugte Katalysatoren, um die Reaktion von Kohlenwasserstoffen zu katalysieren, sind geeignet, um die Reaktion von ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht mit zwischen 2 bis 20 Kohlenstoffen und wenigstens einer Doppelbindung, wie C2 bis ungefähr C8 Monoolefine, zu katalysieren. Solche Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht wurden identifiziert, als ausreichend reaktiv, um Smog zu bewirken. Bestimmte Olefine, welche reagiert werden können, schließen Propylen und Butylen ein. Ein geeigneter und bevorzugter Katalysator kann die Reaktionen sowohl von Ozon und Kohlenstoffmonoxid katalysieren; und vorzugsweise von Ozon, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen.
  • Ozon – Geeignete und bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen, um Ozon zu behandeln, umfassen eine Zusammensetzung, umfassend Manganverbindungen einschließlich Oxide, wie Mn2O3 und MnO2, mit einer bevorzugten Zusammensetzung, umfassend α-MnO2 und wobei Cryptomelan besonders bevorzugt ist. Andere geeignete und bevorzugte Zusammensetzungen schließen eine Mischung aus MnO2 und CuO ein. Spezifische und bevorzugte Zusammensetzungen umfassen Hopcalit, welches CuO und MnO2 enthält und besonders bevorzugt Carulit®, welches Mn2O, CuO und Al2O3 enthält und von Carus Chemical Co. vertrieben wird. Eine alternative Zusammensetzung umfasst einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem eine katalytisch wirksame Menge eines Palladiumbestandteils dispergiert ist und welche vorzugsweise auch einen Manganbestandteil umfasst. Ebenfalls geeignet ist ein Katalysator, umfassend einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise einen Platinbestandteil auf einem Träger aus co-präzipitiertem Zirkoniumdioxid und Manganoxid. Die Verwendung dieses co-präzipitierten Trägers hat sich als besonders wirksam herausgestellt, um zu ermöglichen, dass ein Platinbestandteil zur Behandlung von Ozon verwendet wird. Noch eine andere Zusammensetzung, welche zu der Umwandlung von Ozon zu Sauerstoff führen kann, umfasst Kohlenstoff und Palladium oder Platin, getragen auf Kohlenstoff, Mangandioxid, Carulit® und/oder Hopcalit. Mangan, getragen auf einem feuerfesten Oxid, wie Aluminiumoxid, hat sich auch als geeignet herausgestellt.
  • Kohlenstoffmonoxid – Geeignete und bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid umfassen eine Zusammensetzung, umfassend einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem eine katalytisch wirksame Menge eines Platin- und/oder Palladiumbestandteils dispergiert ist, vorzugsweise eines Platinbestandteils. Eine bevorzugteste Katalysatorzusammensetzung zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid umfasst einen reduzierten Bestandteil der Platingruppe, getragen auf einem feuerfesten Metalloxid, vorzugsweise Titandioxid. Geeignete katalytische Materialien umfassen Edelmetallbestandteile, einschließlich Bestandteile der Platingruppe, welche ihre Metalle oder ihre Verbindungen umfassen. Solche Metalle können ausgewählt werden aus Platin-, Palladium-, Rhodium- und Ruthenium-, Gold- und/oder Silberbestandteilen. Platin führt auch zu der katalytischen Reaktion von Ozon. Ebenfalls geeignet ist ein Katalysator, umfassend einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise einen Platinbestandteil auf einem Träger aus co-präzipitiertem Zirkoniumdioxid und Mangandioxid. Vorzugsweise ist diese Katalysator-Ausführungsform reduziert. Andere geeignete Zusammensetzungen, welche Kohlenstoffmonoxid in Kohlenstoffdioxid umwandeln können, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf Kohlenstoff oder einem Träger, umfassend Mangandioxid. Bevorzugte Katalysatoren, um solche Schadstoffe zu behandeln, sind reduziert. Andere Zusammensetzungen, welche geeignet sind, um Kohlenstoffmonoxid zu behandeln, umfassen einen Metallbestandteil der Platingruppe, vorzugsweise einen Platinbestandteil, einen feuerfesten Oxidträger, vorzugsweise Aluminiumoxid und Titandioxid und wenigstens einen Metallbestandteil, gewählt aus einem Wolframbestandteil und einem Rheniumbestandteil, vorzugsweise in der Form des Metalloxids.
  • Kohlenwasserstoffe – Geeignete und bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen zur Behandlung ungesättigter Kohlenwasserstoffe einschließlich C2- bis ungefähr C20-Olefine und typischerweise C2- bis C8-Monoolefine, wie Propylen und teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe, wie hier angegeben, sind die gleiche Art, wie zur Verwendung bei der Katalysierung der Reaktion von Kohlenstoffmonoxid angegeben, wobei die bevorzugten Zusammensetzungen für ungesättigte Kohlenwasserstoffe einen reduzierten Platin- und/oder Palladiumbestandteil umfasst und einen feuerfesten Metalloxidträger für den Platinbestandteil. Ein bevorzugter feuerfester Metalloxidträger ist Titandioxid. Andere geeignete Zusammensetzungen, welche Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umwandeln, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf Kohlenstoff oder einen Träger, umfassend Mangandioxid. Bevorzugte Katalysatoren zur Behandlung solcher Schadstoffe sind reduziert. Eine andere Zusammensetzung, welche geeignet ist, um Kohlenwasserstoffe umzuwandeln, umfassen einen Metallbestandteil der Platingruppe, vorzugsweise einen Platinbestandteil, einen feuerfesten Oxidträger, vorzugsweise Aluminiumoxid und Titanoxid und wenigstens einen Metallbestandteil, gewählt aus einem Wolframbestandteil und einem Rheniumbestandteil, vorzugsweise in der Metalloxidform. Eine Kombination aus einem Platinbestandteil und einem Palladiumbestandteil führt zu einer verbesserten CO-Umwandlung mit einer Zunahme der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn größere Umwandlungen gewünscht sind und die Kostenerhöhung akzeptierbar ist.
  • Ozon und Kohlenstoffmonoxid – Ein geeigneter und bevorzugter Katalysator, welcher sowohl Ozon und Kohlenstoffmonoxid behandeln kann, umfasst einen Träger, wie einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein Edelmetallbestandteil dispergiert ist. Der feuerfeste Oxidträger kann einen Trägerbestandteil umfassen, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Cerdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid und deren Mischungen. Auch geeignet als ein Träger für Edelmetallkatalysatorbestandteile ist ein Co-Präzipitat aus Zirkoniumdioxid und Manganoxiden. Besonders bevorzugt wird dieser Träger mit einem Platinbestandteil verwendet und der Katalysator liegt in reduzierter Form vor. Es hat sich herausgestellt, dass dieser einzelne Katalysator wirksam ist um sowohl Ozon als auch Kohlenstoffmonoxid wirksam zu behandeln. Andere geeignete und bevorzugte Edelmetallbestandteile umfassen Edelmetallbestandteile, gewählt aus Palladium und auch Platinbestandteilen, wobei Palladium bevorzugt ist. Eine Kombination aus einem Cerdioxidträger mit einem Palladiumbestandteil führt zu einem wirksamen Katalysator zur Behandlung von sowohl Ozon als auch Kohlenstoffmonoxid. Andere geeignete und bevorzugte Katalysatoren zur Behandlung von sowohl Ozon als auch Kohlenstoffmonoxid umfassen einen Bestandteil der Platingruppe, vorzugsweise einen Platinbestandteil und/oder einen Palladiumbestandteil und noch bevorzugter einen Platinbestandteil, oder Titandioxid oder auf einer Kombination aus Zirkoniumdioxid und Siliciumdioxid. Eine Kombination eines Platinbestandteils und eines Palladiumbestandteils führt zu einer verbesserten CO-Umwandlung bei einer Erhöhung der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn eine große Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Andere geeignete Zusammensetzungen, welche Ozon zu Sauerstoff umwandeln können und Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf Kohlenstoff oder einem Träger, umfassend Mangandioxid. Bevorzugterweise liegen die Katalysatoren reduziert vor.
  • Ozon, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe – Ein geeigneter und bevorzugter Katalysator, welcher Ozon, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe behandeln kann, typischerweise Olefine mit niedrigem Molekulargewicht (C2 bis ungefähr C20) und typischerweise C2- bis C8-Monoolefine und teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe, wie angegeben, umfassen ein Substrat, vorzugsweise einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein Edelmetallbestandteil dispergiert ist. Der feuerfeste Metalloxidträger kann einen Trägerbestandteil umfassen, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Cerdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid und deren Mischungen, wobei Titandioxid besonders bevorzugt ist. Geeignete und bevorzugte Edelmetallbestandteile umfassen Edelmetallbestandteile, gewählt aus der Gruppe der Platinbestandteile, einschließlich Palladium und/oder Platinbestandteile, wobei Platin besonders bevorzugt ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Kombination aus einem Titandioxidträger mit einem Platinbestandteil zu einem besonders wirksamen Katalysator führt zur Behandlung von Ozon, Kohlenstoffmonoxid und gasförmigen Olefinverbindungen mit niedrigem Molekulargewicht. Eine Kombination aus einem Platinbestandteil und einem Palladiumbestandteil führt zu einer verbesserten CO- und Kohlenwasserstoffumwandlung mit einer Zunahme der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn eine größere Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Es ist bevorzugt, die Bestandteile der Platingruppe mit einem geeigneten Reduktionsmittel zu reduzieren. Andere geeignete Zusammensetzungen, welche Ozon zu Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoffdioxid um wandeln können, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf Kohlenstoff, einen Träger, umfassend Mangandioxid, oder einen Träger, umfassend ein Co-Präzipitat auf Manganoxiden und Zirkoniumdioxid. Bevorzugte Katalysatoren sind reduziert.
  • Die obigen Zusammensetzungen können durch das Beschichten wenigstens einer mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Fahrzeugoberfläche aufgebracht werden. Besonders bevorzugte Zusammensetzungen katalysieren die Zerstörung von Ozon, Kohlenstoffmonoxid und/oder ungesättigten Olefinverbindungen mit niedrigem Molekulargewicht bei Umgebungstemperaturen oder Umgebungsbetriebsbedingungen. Umgebungsbedingungen sind die Bedingungen der Atmosphäre. Mit den Umgebungsbetriebsbedingungen meint man die Bedingung, wie die Temperatur, der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche während des normalen Betriebs des Fahrzeugs, ohne dass zusätzliche Energie verwendet wird, die eingesetzt wird, um die den Schadstoff behandelnde Zusammensetzung zu erwärmen. Bestimmte mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen, wie ein Kühlergrill oder Windabweiser, können die gleiche oder eine ähnliche Temperatur wie die Atmosphäre aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass bevorzugte Katalysatoren, welche die Reaktion von Ozon katalysieren können, die Reaktion von Ozon bei Umgebungsbedingungen in dem Bereich von so wenig wie 5°C bis 30°C katalysieren können.
  • Die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen können höhere Temperaturen als die atmosphärischen Umgebungstemperaturen aufweisen, aufgrund der Natur des Betriebs der Oberfläche, welche unter dem Bestandteil liegt. Zum Beispiel sind bevorzugt, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen aufgrund ihrer hohen Oberfläche die Oberflächen des Klimaanlagenkondensators und Kühlers. Wenn Kraftfahrzeuge Ladeluftkühler verwenden, sind diese aufgrund ihrer hohen Oberfläche und Betriebstemperaturen von Umgebungstemperatur bis 121°C (250°F) bevorzugt. Normalerweise erhöhen sich während der Umgebungsbetriebsbedingungen die Oberflächen der Bestandteile auf höhere Temperaturgrade als die Umgebung aufgrund der Natur des Betriebes. Nachdem sich der Fahrzeugmotor erwärmt hat, weisen diese Bestandteile typischerweise Temperaturen auf, welche im Bereich von ungefähr 130°C und typischerweise zwischen 40°C bis 110°C liegen. Der Temperaturbereich dieser mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen unterstützt die Umwandlungsraten von Ozon-, Kohlenstoffmonoxid- und Kohlenwasserstoff-Katalysatoren, welche aus solchen Oberflächen getragen werden. Ladeluftkühler werden bei Temperaturen von bis zu ungefähr 130°C und typischerweise von 60°C bis 130°C betrieben.
  • Verschiedene der Katalysatorzusammensetzungen können kombiniert werden, und eine kombinierte Beschichtung kann auf die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche aufgebracht werden. Alternativ können unterschiedliche Oberflächen oder unterschiedliche Teile der gleichen Oberfläche mit unterschiedlichen Katalysatorzusammensetzungen beschichtet werden.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind so aufgebaut, dass die Schadstoffe bei atmosphärischen Umgebungstemperaturen behandelt werden können oder bei Umgebungsbetriebstemperaturen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche des Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, um Ozon zu behandeln, indem die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen des Motorfahrzeuges mit geeigneten Katalysatoren beschichtet werden, um solche Schadstoffe auch bei Umgebungstemperaturen geeignet zu zerstören und bei Fahrzeugoberflächentemperaturen typischerweise von wenigstens 0°C, vorzugsweise zwischen 10°C bis 105°C und noch bevorzugter zwischen 40°C bis 100°C. Kohlenstoffmonoxid wird bevorzugt bei Temperaturen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche von 40°C bis 105°C behandelt. Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht, typischerweise ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit wenigstens einer ungesättigten Bindung, wie C2- bis ungefähr C20-Olefine und typischerweise C2- bis C8-Monoolefine, werden vorzugsweise bei Temperaturen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche von zwischen 40°C bis 105°C behandelt. Der Prozentanteil der Umwandlung von Ozon, Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffen hängt von der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit der Atmosphärenluft relativ zu der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche ab und der Temperatur, der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die besonders bevorzugten Ausführungsformen wenigstens zu einer Verringerung der Ozon-, Kohlenstoffmonoxid- und/oder Kohlenwasserstoffmaße führen, die in der Atmosphäre vorhanden sind, ohne den Zusatz eines mechanischen Merkmals oder einer Energiequelle zu existierenden Fahrzeugen, insbesondere Motorfahrzeugen. Zusätzlich kann die katalytische Reaktion bei normalen Umgebungsbetriebsbedingungen stattfinden, die von den Oberflächen dieser Motorfahrzeugelemente erfahren wird, so dass keine Änderungen des Aufbaus oder des Betriebsverfahrens des Motorfahrzeugs notwendig wird.
  • Während die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen auf die Behandlung der Atmosphäre gerichtet sind, sollte verstanden werden, dass Veränderungen der Vorrichtung auch geeignet sind, um Luftvolumen in geschlossenen Räumen zu behandeln. Zum Beispiel kann ein Motorfahrzeug mit einer mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche, welche eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung trägt, verwendet werden, um die Luft in Fabriken, Minen und Tunneln zu behandeln. Solche Vorrichtungen können Fahrzeuge umfassen, die in diesen Umgebungen verwendet werden.
  • Während die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Zerstörung der Schadstoffe bei Umgebungsbetriebstemperaturen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche gerichtet sind, ist es auch wünschenswert, Schadstoffe zu behandeln, welche eine katalysierte Reaktionstemperatur aufweisen, die höher ist als die Umgebungstemperatur oder die Umgebungsbetriebstemperatur der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche. Solche Schadstoffe umfassen Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide und jedes Kohlenstoffmonoxid, welches vorbeigeleitet wird oder nicht von der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche behandelt wird. Diese Schadstoffe können bei höheren Temperaturen behandelt werden, typischerweise in dem Bereich von wenigstens 100°C bis 450°C. Dies kann z.B. durchgeführt werden durch Verwendung einer hilfsweise erwärmten katalysierten Oberfläche. Mit einer hilfsweise erwärmten Oberfläche meint man, dass zusätzliche Mittel vorhanden sind, um die Oberfläche zu erwärmen. Eine bevorzugte hilfsweise erwärmte Oberfläche ist die Oberfläche eines elektrisch erwärmten katalysierten Monoliths, wie eines elektrisch erwärmten katalysierten metallischen Wabenkörpers der Art, welche Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Elektrizität kann durch Batterien oder durch einen Generator bereitgestellt werden, wie solche, die in Motorfahrzeugen vorhanden sind. Die Katalysatorzusammensetzung kann jeder gut bekannte Oxidations- und/oder Reduktionskatalysator sein, vorzugsweise ein Drei-Wege-(TWC)-Katalysator, umfassend Edelmetalle, wie Platin, Palladium, Rhodium und dergleichen, getragen auf feuerfesten Oxidträgern. Eine hilfsweise erwärmte katalysierte Oberfläche kann in Kombination mit und vorzugsweise stromabwärts der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche des Fahrzeugs vorhanden sein, um die Schadstoffe weiter zu behandeln.
  • Wie zuvor angegeben, können Adsorptionszusammensetzungen verwendet werden, um Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe und/oder teilchenförmige Materie für die spätere Oxidation und nachfolgende Entfernung zu adsorbieren. Geeignete und bevorzugte Ad sorptionszusammensetzungen umfassten Zeolithe und andere molekulare Siebe, Kohlenstoff und Erdalkalimetalle der Gruppe IIA, wie Calciumoxid. Kohlenwasserstoffe und teilchenförmige Materie kann zwischen 0°C bis 110°C adsorbiert werden und nachfolgend durch Desorption behandelt werden, gefolgt von der katalytischen Reaktion oder Verbrennung.
  • Es ist bevorzugt, Flächen des Fahrzeugs zu beschichten, welche eine relativ hohe Oberfläche aufweisen, die einer großen Durchflussmenge der atmosphärischen Luft ausgesetzt sind, während das Motorfahrzeug durch die Umgebung bewegt wird. Für die auf dem Land verwendeten Motorfahrzeuge sind die besonders bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen der Kühler, Ventilblätter, Klimaanlagenkondensator oder Wärmetauscher, Ladeluftkühler, Motorölkühler, Getriebeölkühler und Windabweiser der Art, welche auf den Dächern von Lastwagenkabinen verwendet werden.
  • Besonders bevorzugt ist die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche eine Oberfläche eines Kühlers. Der Kühler weist eine große Oberfläche zur gesteigerten Kühlung der Fluidkühlmittel des Verbrennungsmotors auf. Durch Aufbringen eines Katalysators, welcher auf der Kühleroberfläche getragen wird, kann ein Vorteil von der großen wabenkörperartigen Oberfläche erzeilt werden, im Allgemeinen mit wenig oder kaum Wirkung auf die Kühlfunktion des Kühlers. Die große wabenkörperartige Oberfläche ermöglicht eine Maximierung des Kontakt des Katalysators mit der Luft, welche durch den wabenkörperartigen Aufbau des Kühlers geleitet wird. Zusätzlich sind die Kühler in vielen Kraftfahrzeugen hinter dem Klimaanlagenkondensator angeordnet und werden so durch den Klimaanlagenkondensator geschützt. Die vorliegende Erfindung umfasst Verfahren zum Aufbringen von Schadstoff behandelnden Zusammensetzungen auf die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen von Motorfahrzeugen. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen von Katalysatorzusammensetzungen auf Rippenelemente, wie Kühler, Klimaanlagenkondensatoren und Ladeluftkühler.
  • Die Berechnung schlägt vor, dass in durch die Motorfahrzeuge überlasteten Bereichen eine ausreichende Anzahl an Motorfahrzeugen vorhanden sind, um einen deutlichen Einfluss auf die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelten Schadstoffe zu nehmen. Zum Beispiel sind in Southern California's South Coast Air Quality Management District ungefähr acht Millionen Fahrzeuge vorhanden. Es wurde berechnet, dass wenn jedes Fahrzeug 32,2 km (20 Meilen) je Tag bewegt wird, die ganze Luft dieses Bereichs bis zu einer Höhe von 30,5 m (100 Fuß) in einer Woche geführt werden kann durch die Kühler.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Lastwagens, wobei ein Kühlergrill, Klimaanlagenkondensator, elektrisch erwärmter Katalysator, Ladeluftkühler, Kühler, Ventilator und Motor mit einem Windabweiser auf dem Dach der Lastwagenkabine dargestellt ist.
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Motorfahrzeugs, wobei der Kühlergrill, Klimaanlagenkondensator, Kühler und Ventilator dargestellt ist.
  • 3 zeigt eine Vorderansicht des Kühlers.
  • 4 zeigt eine Vorderansicht des Klimaanlagenkondensatore.
  • 5 zeigt eine Vorderansicht eines Windabweisers der Art, welche in 1 dargestellt ist.
  • 6 zeigt eine Vorderansicht des Lastwagens aus 1.
  • 7 zeigt einen schematischen Teilquerschnitt eines beschichteten rippenartigen Kühlelements.
  • 8 zeigt eine IR-Spektrum für Cryptomelan.
  • 9 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für Cryptomelan, gezeigt als Counts unter Verwendung einer Quadratwurzelskala gegenüber dem Braggschen Winkel 2θ.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung der Atmosphäre unter Verwendung von Fahrzeugen, mit Mitteln, um das Fahrzeug durch die Atmosphäre zu bewegen. Während sich das Fahrzeug durch die Atmosphäre bewegt, ist wenigstens eine mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche, welche eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung umfasst (z.B. einen Katalysator oder einen Adsorber) darauf angeordnet, um die Atmosphärenluft zu kontaktieren. Da die Atmosphärenluft, welche auf die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung trifft, verschiedene Schadstoffe einschließlich teilchenförmiger Materie und/oder gasförmige Schadstoffe in der Luft trägt, können diese katalytisch reagieren oder adsorbiert werden durch die oder von der Schadstoff behandelnden Zusammensetzung, die an der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche angeordnet sind.
  • Fachleuten auf diesem Gebiet wird klar sein, dass das Fahrzeug jedes geeignete Fahrzeug sein kann, welches eine Translationseinrichtung aufweist, um dieses Fahrzeug zu bewegen, wie Räder, Segel, Bänder oder Spuren.
  • Solche Mittel können durch jede geeignete Kraftquelle angetrieben werden, einschließlich Motoren, welche fossile Brennstoffe verwenden, wie Benzin oder Diesel, Ethanol, Methanol oder Gasmotoren, welche von Kraftstoffen betrieben werden, wie Methangas, Windkraft wie durch Wind angetriebene Segel oder Propeller, Solarenergie oder elektrische Energie, wie bei batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen. Die Fahrzeuge umfassen Autos, Lastwagen, Busse, Züge, Boote, Schiffe, Flugzeuge, Luftschiffe oder Ballons.
  • Die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche kann jede geeignete Oberfläche sein, die auf die Luft stößt oder diese kontaktiert, während sich das Fahrzeug durch die Atmosphäre bewegt. Vorzugsweise ist die Kontakteinrichtung in einem Motorfahrzeug, vorzugsweise Auto, Lastwagen und Bus, eine Oberfläche, die an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und Luft kontaktieren kann, während sich das Fahrzeug in eine Vorwärtsrichtung bewegt. Geeignete Kontaktoberflächen sollten eine relativ große Oberfläche aufweisen. Bevorzugte Kontaktoberflächen sind wenigstens teilweise in dem Fahrzeug eingeschlossen. Bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen sind unter der Haube angeordnet und sind innerhalb des Körpers des Motorfahrzeuges angeordnet, typischerweise in der Nähe des Motors, d.h. dem Motorraum. Die Oberflächen sind vorzugsweise die Außenfläche der Kühleinrichtungen, welche einen Flussweg für Flüssigkeiten oder Gase durch ein mit Kühlmittel ummanteltes Gehäuse umfasst, wie Rohre oder ein Gehäuse und eine Außenfläche, auf welcher Rippen angeordnet sind, um die Wärmeübertragung zu steigern. Geeignete Kontaktoberflächen umfassen die Außenflächen von Mitteln, um Fluid zu kühlen, einschließlich Flüssigkeiten und/oder Gase, die in Fahrzeugen verwendet werden, wie der Klimaanlagenkondensator, der Kühler, Ladeluftkühler, Motorölkühler, Getriebeölkühler, Kühler des Fluids der Servolenkung, Luftführung für Motorlüfter und der Kühlerventilator, welche alle innerhalb des Gehäuses des Fahrzeuges angeordnet und getragen sind. Eine geeignete Kontaktfläche außerhalb des Fahrzeugs kann der Kühlergrill sein, der normalerweise an der Vorderseite des Gehäuses angeordnet und getragen wird, oder Windabweiser, die im Allgemeinen auf dem Dach von Kabinen von großen Lastwagen getragen werden. Es ist bevorzugt, dass die Kontaktoberfläche eine nach vorne gerichtete Oberfläche ist, eine zur Seite gerichtete Oberfläche oder eine Oberfläche, welche der Oberseite oder dem Boden des Fahrzeuges gegenüberliegt. Die Vorderflächen liegen der Vorderseite des Fahrzeuges gegenüber, Oberflächen, wie die Rippen des Kühlers und Kondensatorelemente, liegen der Seite, der Oberseite und dem Boden des Fahrzeugs gegenüber. Auch Oberflächen, die so angeordnet sind, dass sie von der Vorderseite zur Rückseite des Fahrzeuges gerichtet sind, welche mit der Luft in Kontakt stehen, können mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen sein, wie die Rückseiten von Ventilatorelementen. Die Oberflächen von Flugzeugmotoren, wie Flügel, Propeller und Düsenmotorteilen, die Turbinenrotoren und/oder Statoren können beschichtet sein.
  • Bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen in Motorfahrzeugen sind auf Motorkühlelementen angeordnet, wie Kühlem von Motorfahrzeugen, Klimaanlagenkondenstoren, Ladeluftkühlern, auch als Interkühler oder Nachkühler bezeichnet, Motorölkühler und Getriebeölkühler. Solche Elemente weisen typischerweise hohe Oberflächenstrukturen auf, die mit diesen zusammen hängen um eine verbesserte Wärmeübertragung aufzuweisen. Die großen Oberflächen sind geeignet, um den Kontakt der Atmosphärenluft mit der die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung zu maximieren. Alle diese Elemente sind auf dem Gebiet der Fahrzeuge gut bekannt. Es wird hier Bezug genommen auf das Kraftfahrzeughandbuch, 2. Ausgabe, Seite 301-303, 320 und 349-351, herausgegeben von der Robert Bosch GmbH 1986. Diese Referenz beschreibt einen Motor eines Diesellastwagens mit einem Kühler, einem Zwischenkühler und einem Ventilator. Solche Elemente können mit einer Schadstoff behandelnden Oberfläche der vorliegenden Erfindung beschichtet werden. Der Kühler und der Zwischenkühler werden typischerweise bei Temperaturen von mehr als der Umgebungsluft betrieben. Es wird auch Bezug genommen auf Taylor, The Internal Combustion Engine in Theory and Practice, Band 1: Thermo Dynamics, Fluid Flow, Performance, zweite Ausgabe, überarbeitet, The MIT Press, 1985, Seite 304-306 für den Kühler und den Rippenaufbau und Seite 392 für Nachkühler.
  • Bezug wird auch genommen auf eine Sammlung von Papers in 1993 Vehicle Thermal Management-Systems Conference Proceedings, SAE P:263, herausgegeben von der Society of Automotive Engineers, Inc., 1993. SAE Paper Nr. 931088 beginnend auf Seite 157 mit dem Titel Calculation and Design of Cooling Systems von Eichlseder und Raab von Steyr Damler Puchag und Charge Air Cooler for Passenger Cars von Collette of Valeo Thermique Moteur; SAE Paper Nr. 931092 mit dem Titel State of the Art and Fulture Developments of Aluminum Radiators for Cars and Trucks von Kern und Eitel von Behr GmbH und Co., beginnend auf Seite 187; SAE Paper 931112 mit dem Titel Air Mix vs. Coolant Flow to Control Discharge Air Temperature and Vehicle Heating Air Conditioning Systems von Rolling und Cummings von Behr of America, Inc. und Schweizer von Behr GmbH & Co. Die obigen Paper umfassen Beschreibungen von Kühlern, Klimaanlagen und Ladeluftkühlerstrukturen zur Verwendung in Motorfahrzeugen. Zusätzlich wird Bezug genommen auf das SAE Paper 921115 mit dem Titel Engine Cooling Module Development using Air Flow Management Techniques von El-Bourini und Chen von Calsonic Technical Center, beginnend auf Seite 379. Von Interesse sind auch die Anhänge 1 und 2, welche typische Kühler- und Kondensatorstrukturen zeigen, die für Anwendungen in Motorfahrzeugen geeignet sind. Bezug wird auch auf das SAE Paper 921125 genommen, mit dem Titel Durability Concerns of Aluminum Air to Air Charged Coolers von Smith, Valeo Engine Cooling Inc., in welchem Ladeluftkühler offenbart sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird von Fachleuten auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die begleitenden 1-7 verstanden werden.
  • 1 zeigt einen Lastwagen 10, welcher schematisch eine Vielzahl von Fahrzeugbestandteilen enthält, umfassend mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberflächen. Diese Oberflächen umfassen die Oberfläche des Kühlergrills 12, des Klimaanlagenkondensators 14, eines Ladeluftkühlers 25, des Kühlers 16 und des Kühlerlüfters 18. Des Weiteren ist auf diesem Lastwagen ein Windabweiser 20 dargestellt, mit einer vorderen abweisenden Oberfläche 22. Es wird klar, dass die verschiedenen Bestandteile unterschiedliche relative Anordnungen auf unterschiedlichen Fahrzeugen aufweisen können.
  • Bezugnehmend auf die 1 bis 4 umfassen die bevorzugten Kontaktoberflächen die Oberfläche der Vorderseite 13 und der Seite 15 des Klimaanlagenkondensators 14, die Vorderseite 17 und die Seite 19 des Kühlers 16, entsprechend den Oberflächen des Ladeluftkühlers 25 und die Vorderseite 21 und Rückseite 23 des Kühlerlüfters 18. Diese Oberflächen sind innerhalb des Gehäuses 24 des Lastwagens angeordnet. Sie befinden sich normalerweise unter der Haube 24 des Lastwagens zwischen der Vorderseite 26 des Lastwagens und dem Motor 28. Der Klimaanlagenkondensator, Ladeluftkühler, Kühler und der Kühlerlüfter können direkt oder indirekt von dem Gehäuse 24 oder von einem Rahmen (nicht dargestellt) innerhalb des Gehäuses getragen werden.
  • 2 zeigt allgemein eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugaufbaus. Entsprechende Elemente in den 1 und 2 weisen entsprechende Bezugszeichen auf. Das Fahrzeug umfasst ein Gehäuse 30. Es ist eine Vorderseite 32 des Motorfahrzeugs vorhanden, mit einem Kühlergrill 12, unterstützt auf der Vorderseite des Gehäuses 30. Ein Klimaanlagenkondensator 14, ein Kühler 16 und ein Kühlerlüfter 18 können innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sein.
  • Bezugnehmend auf die Ausführungsformen in den 1, 2 und 6 können die Kontaktflächen auf der Vorderseite und den Seiten wenigstens eines des Kühlergrills 12, des Klimaanlagenkondensators 14, des Ladeluftkühlers 25 und des Kühlers 16; der Vorder- und Rückseite des Kühlerlüfters 18; und die Vorderseite des Windabweisers 20 eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung aufweisen, die darauf angeordnet ist. Der Kühlergrill 12 kann einen geeigneten kühlergrillartigen Aufbau aufweisen, welcher Öffnungen 36 bereitstellt, durch welche Luft geleitet wird, während der Lastwagen 12 betrieben wird und durch die Atmosphäre bewegt wird. Die Öffnungen werden durch das Kühlergrillgitter 38 definiert. Das Kühlergitter 38 weist eine vordere Kühlergrilloberfläche 40 und eine seitliche Kühlergrilloberfläche 42 auf. Die vorderen und seitlichen Kühlergrilloberflächen 40 und 42 können als die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen verwendet werden, auf welchen die Schadstoff behandelnden Zusammensetzungen angeordnet sind.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 4 umfasst der Klimaanlagenkondensator 14 eine Vielzahl von Klimaanlagenkondensatorippen 44. Zusätzlich ist eine Klimaanlagenfluidleitung 46 vorhanden, welche das Klimaanlagenfluid durch den Kondensator 14 führt. Die vorderen und seitlichen Oberflächen der Klimaanlagenrippen 14, wie auch die Vorderfläche der Klimaanlagenleitung 46 können die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen sein, auf welchen eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung angeordnet ist. Wie angegeben, können sowohl die Vorderseite 21 als auch die Rückseite 23 des Kühlerventilators eine Kontaktfläche sein, um eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung zu unterstützen.
  • Die besonders bevorzugte, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche ist auf dem Kühler 16, wie in 3 dargestellt. Ein typischer Kühler 16 weist eine vordere Kühleroberfläche 17 auf, wie auch eine Vielzahl von gewellten Kühlerplatten oder Rippen 50, die in einer entsprechenden Kühlerplatte oder Rippenkanälen 52 angeordnet sind, welche sich durch den Kühler 15 ziehen. Es ist bevorzugt, die Vorderfläche 17 wie auch die Seitenflächen der Kühlerplatten 50 und der Kanaloberflächen 52 zu beschichten. Der Kühler ist besonders bevorzugt, da er innerhalb des Gehäuses 24 oder 30 angeordnet ist und von der Vorderseite wenigstens durch den Kühlergrill 12 geschützt wird und vorzugsweise durch einen Klimaanlagenkondensator 14. Zusätzlich zu der Luft, welche in die Haubenkammer 34 eintritt, während sich das Motorfahrzeug durch die Atmosphäre bewegt, zieht der Kühlerventilator 18 Luft in und durch die Kanäle 52. Daher ist der Kühler 16 angeordnet und wird durch den Kühlergrill 12 geschützt, den Klimaanlagenkondensator 19 und liegt vorne vor dem Kühlerventilator 18. Zusätzlich, wie oben angegeben, weist der Kühler eine große Oberfläche auf, zu Zwecken der Wärmeübertragung. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung wirksam auf solch einer großen Oberfläche angeordnet sein, und von dieser Vorteil nehmen, ohne einen deutlich negativen Einfluss auf die Wärmeübertragungsfunktion des Kühlers.
  • Die obige Beschreibung ist insbesondere gerichtet auf und beschreibt die Verwendung der die Atmosphäre behandelnden Oberflächen auf Vorrichtungen, wie den Kühler 16 und den Klimaanlagenkondensator 14. Wie angegeben, kann die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche auf anderen geeigneten Mitteln vorhanden sein, um die Motorfluids zu kühlen, einschließlich gut bekannter Gegenstände, wie den oben genannten Ladeluftkühler 25, wie auch Motorölkühler, Getriebeölkühler und Kühler für die Servolenkung. Eine Gemeinsamkeit aller dieser Kühleinrichtungen ist ein Gehäuse oder eine Leitung, durch welche das Fluid geführt wird. Das Gehäuse umfasst eine Wand mit einer Innenfläche, um mit dem Fluid in Kontakt zu stehen und eine Außenfläche, die sich normalerweise in Kontakt mit der Atmosphäre innerhalb des Rahmens des Fahrzeugs befindet und typischerweise in dem Motorraum angeordnet ist. Um die Wärme aus dem Fluid in diese verschiedenen Vorrichtungen wirksam zu übertragen, sind Rippen oder Platten vorhanden, die sich von der Außenfläche der Kühlung, des Gehäuses oder der Leitung aus erstrecken.
  • Eine geeignete und bevorzugte Ausführungsform in jeder dieser Kühleinrichtungen ist in 7 dargestellt. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines beschichteten Rippenkühlelements 60. Das Element umfasst ein Gehäuse oder eine Leitung, definiert durch ein Gehäuse oder eine Leitungswand 62. Angeordnet innerhalb der Leitung ist ein Durchgang oder eine Kammer 64, durch welche das Fluid, wie Öle, Kühlflüssigkeiten oder luftkonditionierte Fluids, durchgeleitet werden. Solche Fluids sind durch das Bezugszeichen 66 angegeben. Die Gehäusewand umfasst eine Innenfläche 68 und eine Außenfläche 70. Angeordnet und befestigt an der Außenfläche sind Platten oder Rippen 72. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Schadstoff behandelnde Zusammensetzung 74 vorhanden, welche an der Außenfläche 70 und den Rippen oder Platten 72 angeordnet sein kann. Während des Betriebs kontaktieren Luftströme die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung und bewirken, dass verschiedene Schadstoffe behandelt werden.
  • Schadstoff behandelnde Zusammensetzungen können auch an den Außenflächen des Fahrzeugs angeordnet sein. Wie angegeben, können solche Zusammensetzungen auf den Kühlergrill 12 und im Fall des in 1 und 6 dargestellten Lastwagens, auf den Windabweiser 20 und da auf der frontalen Windabweiseroberfläche 22 angeordnet sein. Zusätzlich können Schadstoff behandelnde Zusammensetzungen auf der Vorderseite des Spiegels 54 wie auch auf jeder einer Vielzahl von nach vorne gerichteten Oberflächen angeordnet sein.
  • Die Verwendung eines Ladeluftkühlers 25 stellt eine besonders wirksame, mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche zur Verfügung, auf welcher die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung gebracht sein kann. Die Betriebstemperaturen können so viel wie 121°C (250°F) erreichen. Bei diesen Temperaturen können die Katalysatorzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung wirksamer Ozon, Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxidschadstoffe behandeln. Besonders geeignet sind Zusammensetzungen, welche Edelmetalle enthalten, wie Platin-, Palladium-, Gold- und Silberbestandteile. Alternativ kann der Katalysator Manganverbindungen umfassen, wie Mangandioxid und Kupferverbindungen, einschließlich Carulit oder Hopcalit.
  • Während des normalen Betriebs bewegt sich das Fahrzeug in einer Vorwärtsrichtung fort, wobei die Vorderseite 26 des Fahrzeugs 10 mit der Atmosphärenluft in Kontakt steht. Typischerweise bewegt sich das Fahrzeug durch die Luft mit Geschwindigkeiten von ungefähr 447 m/s (1000 Meilen je Stunde) für Flugzeuge. Landfahrzeuge und Wasserfahrzeuge bewegen sich normalerweise mit Geschwindigkeiten von bis zu 134 m (300 Meilen je Stunde), typischerweise von bis zu 89,4 m/s (200 Meilen je Stunde) bei Motorfahrzeugen, die sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 44,7 m/s (100 Meilen je Stunde) bewegen und typischerweise von 2,2 bis 33,5 m/s (5 bis 75 Meilen je Stunde). Wasserfahrzeuge, wie Boote, bewegen sich normalerweise durch das Wasser mit Geschwindigkeiten von bis zu 13,4 m/s (30 Meilen je Stunde) und typischerweise zwischen 0,9 bis 8,9 m/s (2 bis 20 Meilen je Stunde). Gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die relative Geschwindigkeit (oder Stirnflächengeschwindigkeit) zwischen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche und der Atmosphäre, während sich das Fahrzeug, typischerweise ein Kraftfahrzeug oder ein Landfahrzeug, welches sich durch die Atmosphäre bewegt, mit zwischen 0 bis 44,7 m/s (0 bis 100 Meilen je Stunde) und typischerweise zwischen 0,9 bis 33,5 m/s (2 bis 75 Meilen je Stunde) in einem Fahrzeug typischerweise von 2,2 bis 26,8 m/s (5 bis 60 Meilen je Stunde). Die Stirnflächengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der Luft relativ zu der Schadstoff behandelnden Oberfläche.
  • In Motorfahrzeugen, wie Lastwagen 10, welche einen Kühlerlüfter 18 aufweisen, zieht der Lüfter Atmosphärenluft durch den Kühlergrill 12, den Klimaanlagenkondenstor 14, den Ladeluftkühler 25 und/oder den Kühler 16 zusätzlich zu der Luft, welche über diese Elemente geleitet wird, während das Motorfahrzeug sich durch die Atmosphäre bewegt. Wenn das Motorfahrzeug unbenutzt ist, liegt die relative Stirnflächengeschwindigkeit der Luft, welche in den Kühler gezogen wird, typischerweise in dem Bereich von ungefähr 2,2 bis 6,7 m/s (5 bis 15 Meilen je Stunde). Der Kühlerventilator mäßigt die Durchflussmenge der Luft durch den Kühler, während sich das Motorfahrzeug durch die Atmosphäre bewegt. Wenn er ein typisches Auto durch die Atmosphäre mit Geschwindigkeiten in der Nähe von 31,3 m/s (70 Meilen je Stunde) bewegt, beträgt die Einlassstirnflächengeschwindigkeit der Luft ungefähr 11,2 m/s (25 Meilen je Stunde). Abhängig von dem Design eines Motorfahrzeugs unter Verwendung eines Kühlerventilators, weisen die Autos so geringe Stirnflächengeschwindigkeiten auf, wie wenn der Ventilator während der Nichtbenutzung verwendet wird, von bis zu ungefähr 100% der Stirnflächengeschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeit des Motorfahrzeugs. Typischerweise entspricht die Stirnflächengeschwindigkeit der Luft relativ zu der die Atmosphäre kontaktierende Oberfläche der Stirnflächengeschwindigkeit bei Nichtbenutzung plus zwischen 0,1- bis 1,0- und noch typischer 0,2- bis 0,8-mal der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können große Volumen an Luft bei relativ niedrigen Temperaturen behandelt werden. Dies tritt auf, während sich das Fahrzeug durch die Atmosphäre bewegt. Bestandteile des Fahrzeuges mit großer Oberfläche einschließlich Kühler, Klimaanlagenkondensatoren und Ladeluftkühler weisen typischerweise eine große frontale Oberfläche auf, auf welche der Luftstrom auftritt. Diese Einrichtungen sind jedoch relativ eng, typischerweise in dem Bereich von 1,9 cm (3/4 eines inch) Tiefe bis zu ungefähr 5,1 cm (2 inch) Tiefe und normalerweise in dem Bereich von 1,9 bis 3,8 cm (3/4 bis 1 1/2 inch) Tiefe. Die lineare Geschwindigkeit der Atmosphärenluft, welche die frontale Oberfläche solcher Einrichtungen kontaktiert, liegt typischerweise in dem Bereich von bis zu 8,9 m/s (20 Meilen je Stunde) und noch typischer bis zu 2,2 bis 6,7 m/s (5 bis 15 Meilen je Stunde). Eine Angabe der Menge an Luft, welche behandelt wird, während sie über den katalysierten Fahrzeugbestandteil geleitet wird, wird im Allgemeinen als Raumgeschwindigkeit bezeichnet oder noch präziser als die auf das Volumen je Stunde bezogene Raumgeschwindigkeit (VHSV). Dies wird als ein Volumen gemessen (entsprechend dem Volumen des katalysierten Elementes) an Luft je Stunde, welche über das Volumen des katalytischen Gegenstandes geleitet wird. Es basiert auf Kubikfuß je Stunde an Luft geteilt durch Kubikfuß des Katalysatorsubstrats. Das Volumen des Katalysatorsubstrats ist die Frontalfläche mal der Tiefe oder axialen Länge in Richtung des Luftflusses. Alternativ ist die auf das Volumen je Stunde bezogene Raumgeschwindigkeit die Anzahl der Katalysatorvolumen, bezogen auf das Volumen des katalytischen Gegenstandes, welcher je Stunde behandelt wird. Aufgrund der relativ kurzen axialen Tiefe des katalysierten Elementes der vorliegenden Erfindung sind die Raumgeschwindigkeiten relativ hoch. Die auf das Volumen je Stunde bezogenen Raumgeschwindigkeiten der Luft, welche gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt werden kann, kann eine Million oder mehr reziproke Stunden sein. Eine Stirnflächengeschwindigkeit der Luft gegen eines dieser Elemente bei 2,2 m/s (5 Meilen je Stunde) kann zu einer Raumgeschwindigkeit von so viel wie 300000 reziproken Stunden führen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Katalysatoren so aufgebaut, dass Schadstoffe in der Atmosphäre bei Raumgeschwindigkeiten in dem Bereich von so hoch wie ungefähr 250000 bis 750000 und typischerweise 300000 bis 600000 reziproke Stunden behandelt wird. Dies wird auch bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen und Umgebungsbetriebstemperaturen der Fahrzeugelemente erzielt, welche die Schadstoff behandelnden Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Die Umgebungsbetriebstemperatur der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberflächen kann variieren abhängig davon, ob sie in der Nähe einer Wärmequelle innerhalb des Fahrzeuges angeordnet sind oder an den Oberflächen der Elemente, welche dazu dienen, Teile des Fahrzeugs zu kühlen. Die Kontaktoberflächen, wie der Kühlergrill 12, der Windabweiser 20, befinden sich auf Umgebungsbedingungen. Während es typischen Betriebs werden die Mittel zum Kühlen innerhalb der Umgebungsatmosphärentemperatur betrieben, wobei die Kontaktoberflächen, wie die Oberflächen des Klimaanlagenkondensators 14 und des Kühlers 16 und des Ladeluftkühlers, 25 bis zu 130°C und typischerweise bis zu 105°C betragen können und typischerweise in dem Bereich von 10°C bis 105°C, typischer zwischen 40°C und 100°C und zwischen 10°C bis 75°C liegen. Der Ladeluftkühler 25 wird typischerweise bei Temperaturen von zwischen 75° bis 130°C betrieben. Die Menge der Kontaktoberfläche kann mit den Klimaanlagenkondensatoren, Kühlem und den Ladeluftkühlern variieren, typischerweise zwischen 1,86 bis 186 m2 (20 bis 20000 Quadratfuß) und die Ventilatorblätter 18 weisen typischerweise zwischen 0,019 bis zu ungefähr 3,72 m2 (0,2 bis zu ungefähr 40 Quadratfuß) auf, wenn sowohl die Rück- wie auch Vorderseiten berücksichtigt werden.
  • Die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung ist vorzugsweise eine katalytische Zusammensetzung oder adsorbierende Zusammensetzung. Geeignete und bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen sind Zusammensetzungen, welche katalytisch die Reaktion der beabsichtigten Schadstoffe bei Raumgeschwindigkeiten der Luft bewirken, während sie die Oberfläche kontaktieren und bei der Temperatur der Oberfläche zum Zeitpunkt des Kontakts. Typischerweise liegen diese katalysierten Reaktionen in dem Temperaturbereich bei der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche von zwischen 0°C bis 130°C, und typischer 20°C bis 105°C und noch typischer zwischen ungefähr 40°C bis 100°C. Es gibt keine Grenze bezüglich der Wirksamkeit der Reaktion, solange eine Reaktion stattfindet. Vorzugsweise gibt es wenigstens 1% Umwandlungswirksamkeit mit einer so hohen Umwandlungswirksamkeit wie möglich. Geeignete Umwandlungswirksamkeiten betragen vorzugsweise ungefähr 5% und noch bevorzugter ungefähr wenigstens 10%. Bevorzugte Umwandlungen hängen von dem bestimmten Schadstoff und der Schadstoff behandelnden Zusammensetzung ab. Wenn Ozon mit einer katalytischen Zusammensetzung an der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche behandelt wird, ist es bevorzugt, dass die Umwandlungswirksamkeit größer ist als ungefähr 30 bis 40%, vorzugsweise größer als 50%, und noch bevorzugter größer als 70%. Bevorzugte Umwandlung für Kohlenstoffmonoxid beträgt mehr als 30% und vorzugsweise mehr als 50%. Die bevorzugte Umwandlungswirksamkeit für Kohlenwasserstoffe und teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe beträgt wenigstens 10%, vorzugsweise wenigstens 15% und noch bevorzugter wenigstens 25%. Diese Umwandlungsraten sind besonders bevorzugt, wenn die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche sich auf Umgebungsbetriebsbedingungen von bis zu ungefähr 110°C befindet. Diese Temperaturen sind die Oberflächentemperaturen, welche typischerweise während des normalen Betriebs der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche des Fahrzeuges erzielt werden, einschließlich der Oberfläche des Kühlers und des Klimaanlagenkondensators. Wenn eine zusätzliche Erwärmung der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche vorhanden ist, wie bei einem elektrisch erwärmten katalytischen Monolith, Kühlergrill, Sieb, Drahrgefelcht oder dergleichen, ist es bevorzugt, dass die Umwandlungswirksamkeit mehr als 90% beträgt und vorzugsweise mehr als 95%. Die Umwandlungswirksamkeit basiert auf den Molprozent bestimmten Schadstoffe in Luft, welche in der Anwesenheit der Katalysatorzusammensetzung reagieren.
  • Ozon behandelnde Katalysatorzusammensetzungen umfassen Manganverbindungen, einschließlich Mangandioxid, einschließlich nicht-stöchiometrisches Mangandioxid (z.B. MnO(1,5-2,0)) und/oder Mn2O3. Bevorzugte Mangandioxide, welche normalerweise als MnO2 bezeichnet werden, weisen eine chemische Formel auf, wobei das Molverhältnis von Mangan zu Oxid ungefähr zwischen 1,5 bis 2,0 beträgt, wie Mn8O16. Bis zu 100 Gew.-% Mangandioxid MnO2 können in Katalysatorzusammensetzungen verwendet werden, um Ozon zu behandeln. Alternative Zusammensetzungen, welche erhältlich sind, umfassen Mangandioxid und Verbindungen, wie Kupferoxid allein oder Kupferoxid und Aluminiumoxid.
  • Geeignete und bevorzugte Mangandioxide sind α-Mangandioxide, welche nominell ein Molarverhältnis von Mangan zu Sauerstoff von zwischen 1: 2 aufweisen. Geeignete α-Mangandioxide sind in dem US-Patent Nr. 5,340,562 von O'Young et al. offenbart; und auch in O'Young, Hydrothermal synthesis of Manganese Oxides with Tunnel Structures vorgelegt bei dem Symposium an Advances in Zeolites and Pillared Clay Structues, gehalten vor der Division of Petroleum Chemistry, Inc. American Chemical Society New York City Meeting, 25-30. August 1991, beginnend auf Seite 342, und in McKenzie, the Synthesis of Birnessite, Cryptomelane, and Some Other Oxides and Hydroxides of Manganese, Mineralogical Magazine, Dezember 1971, Band 38, Seiten 493-502. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung weist das bevorzugte α-Mangandioxid eine 2 × 2-Tunnelstruktur auf, welche Hollandit (BaMn8O16·xH2O), Cryptomelan (KM8O16·xH2O), Manjiroit (NaMn8O16·xH2O) und Coronadit (PbMn8O16·xH2O) sein kann.
  • Die Mangandioxide der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise eine Oberfläche, gemessen durch BET N2-Adsorption, von mehr als 150 m2/g auf, bevorzugter von mehr als 300 m2/g und noch bevorzugter von mehr als 220 m2/g. Der obere Bereich kann so hoch wie 300 m2/g, 325 m2/g und sogar 350 m2/g sein. Bevorzugte Materialien liegen in dem Bereich von 200-350 m2/g, vorzugsweise 200-275 m2/g und besonders bevorzugt 220-250 m2/g. Die Zusammensetzung umfasst vorzugsweise ein Bindemittel, wie unten beschrieben, wobei bevorzugte Bindemittel Polymerbindemittel sind. Die Zusammensetzung kann des Weiteren Edelmetallbestandteile umfassen, wobei bevorzugte Edelmetallbestandteile die Oxide von Edelmetall sind, vorzugsweise die Oxide von Metallen der Platingruppe und besonders bevorzugt die Oxide von Palladium oder Platin, auch als Palladium Black oder Platin Black bezeichnet. Die Menge an Palladium oder Platin Black kann in dem Bereich von 0 bis 25% liegen, wobei geeignete Mengen in dem Bereich von ungefähr 1 bis 25 und 5 bis 15 Gew.-% liegen, bezogen auf das Gewicht des Manganbestandteils und des Edelmetallbestandteils.
  • Man hat herausgefunden, dass die Verwendung von Zusammensetzungen, umfassend die Cryptomelan-Form von α-Manganoxid, welche auch ein Polymerbindemittel enthalten kann, zu mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 60% und besonders bevorzugt zwischen 75 und 85% Umwandlung von Ozon in einem Konzentrationsbereich von zwischen 0 bis 400 Teile pro Milliarde (ppb) führt und in einem Luftstrom, der sich über einen Kühler mit einer Raumgeschwindigkeit von zwischen 300000 bis 650000 umgekehrte Stunden bewegt, resultieren kann. Wenn ein Teil des Cryptomelan durch bis zu 25% und vorzugsweise zwischen 15 bis 25 Gew.-% Palladium Black (PdO) ersetzt wird, liegen die Ozonumwandlungsraten bei den obigen Bedingungen in dem Bereich von 95 bis 100% unter Verwendung eines Pulverreaktors.
  • Das bevorzugte Cryptomelanmangandioxid weist zwischen 1,0 bis 3,0 Gew.-% Kalium auf, typischerweise als K2O und eine Kristallitgröße im Bereich von 2 bis 10 und vorzugsweise von weniger als 5 nm. Es kann bei einem Temperaturbereich von zwischen 250°C bis 550°C calciniert werden und vorzugsweise unter 500°C, um bei mehr als 300°C für wenigstens 1,5 Stunden und vorzugsweise wenigstens 2 Stunden bis zu ungefähr 6 Stunden.
  • Das bevorzugte Cryptomelan kann hergestellt werden wie in den oben genannten Artikeln und Patenten von O'Young und McKenzie beschrieben. Das Cryptomelan kann hergestellt werden, indem ein Mangansalz enthaltend Salze, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus MnCl2, Mn(NO3)2, MnSO4 und Mn(CH3COO)2 mit einer Permanganatverbindung reagiert. Cryptomelan wird hergestellt unter Verwendung von Kaliumpermanganat; Hollandit wird hergestellt unter Verwendung von Bariumpermanganat; Coronadit wird hergestellt unter Verwendung von Bleipermanganat und Manjiroit wird hergestellt unter Verwendung von Natriumpermanganat. Es wird festgehalten, dass das α-Mangan, welches in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, eines oder mehrere aus Hollandit-, Cryptomelan-, Manjiroit- oder Coronaditverbindungen enthalten kann. Auch bei der Herstellung von Cryptomelan können geringe Menge anderer Metallionen vorhanden sein, wie Natrium. Geeignete Verfahren, um das α-Mangandioxid zu bilden, sind in den obigen Referenzen beschrieben, welche hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.
  • Das bevorzugte α-Mangan zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ist Cryptomelan. Das bevorzugte Cryptomelan ist "rein" oder weist im Wesentlichen keine anorganischen Anionen auf, insbesondere an der Oberfläche. Diese Anionen können Chloride, Sulfate und Nitrate enthalten, welche während des Verfahrens zur Herstellung des Cryptomelans eingeführt werden. Ein anderes Verfahren zur Herstellung von reinem Cryptomelan ist es, ein Mangancarboxylat, vorzugsweise Manganacetat, mit Kaliumpermanganat zu reagieren. Man hat herausgefunden, dass die Verwendung solch eines Materials, welches calciniert wurde, "rein" ist. Die Verwendung von Material, welches anorganische Anionen enthält, kann zu einer Umwandlung von Ozon zu Sauerstoff von bis zu ungefähr 60% führen. Die Verwendung von Cryptomelan mit einer "reinen" Oberfläche führt zu Umwandlungen von bis zu ungefähr 80%.
  • Man nimmt an, dass die Carboxylate während des Calcinierverfahrens abgebrannt werden. Anorganische Anionen bleiben jedoch an der Oberfläche auch während des Calcinierens zurück. Die anorganischen Anionen wie Sulfate, können mit einer wässrigen Lösung oder einer leicht sauren wässrigen Lösung abgewaschen werden. Vorzugsweise ist das α-Mangandioxid ein "reines" α-Mangandioxid. Das Cryptomelan kann bei zwischen ungefähr 60°C bis 100°C für ungefähr eine halbe Stunde abgewaschen werden, um eine beträchtliche Menge an Sulfationen zu entfernen. Das Waschen verringert auch das Maß des vorhandenen Kaliums. Die Nitratanionen können auf ähnliche Weise entfernt werden. Das "reine" α-Mangandioxid wird dadurch gekennzeichnet, dass es ein IR-Spektrum aufweist, wie in 9 dargestellt und ein Röntgenbeugungsmuster (IRD)-Muster, wie in 20 dargestellt. Solch ein Cryptomelan weist vorzugsweise eine Oberfläche von mehr als 200 m2/g auf und noch bevorzugter von mehr als 250 m2/g. Ein Überblick des IR-Spektrums für das besonders bevorzugte Cryptomelan, welches in 19 dargestellt ist, ist durch die Abwesenheit von Peaks charakterisiert, die Carbonate, Sulfat- und Nitratgruppen kennzeichnen. Erwartete Peaks für Carbonatgruppen erscheinen in dem Bereich von 1320 bis 1520 Wellenzahl; und für Sulfatgruppen in dem Bereich von 960 bis 1250 Wellenzahl. 20 zeigt ein Pulverröntgenbeugungsmuster für ein Cryptomelan mit hoher Oberfläche. Das Röntgenbeugungsmuster für Cryptomelan, welches für die vorliegende Erfindung geeignet ist, wird durch breite Peaks charakteri siert, die von der kleinen Kristallitgröße (-5-10 nm) resultieren. Ungefähre Peakposition (±0,15°2θ) und ungefähre relative Intensitäten (±5) für Cryptomelan unter Verwendung von CuKα-Strahlung, wie in 20 dargestellt, sind: 2θ/relative Intensitäten – 12,1/9; 18/9; 28,3/10; 37,5/100; 41,8/32; 49,7/16; 53,8/5; 60,1/13; 55,7/38 und 68,0/23.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Cryptomelan, welches in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfasst das Vermischen einer wässrigen sauren Mangansalzlösung mit einer Kaliumpermanganatlösung. Die saure Mangansalzlösung weist vorzugsweise einen pH-Wert von zwischen 0,5 bis 3,0 auf und kann sauer gemacht werden unter Verwendung einer herkömmlichen Säure, vorzugsweise Essigsäure mit einer Konzentration von zwischen 0,5 bis 5,0 normal und noch bevorzugter 1,0 bis 2,0 normal. Die Mischung bildet eine Aufschlämmung, welche bei einem Temperaturbereich von zwischen 50°C bis 110°C gerührt wird. Die Aufschlämmung wird filtriert und das Filtrat wird bei einem Temperaturbereich von zwischen 75°C bis 200°C getrocknet. Die resultierenden Cryptomelankristalle weisen eine Oberfläche auf, die typischerweise in dem Bereich von 200 m2/g bis 350 m2/g liegt.
  • Eine andere geeignete Zusammensetzung, umfassend Mangandioxid, ist eine Zusammensetzung, umfassend Mangandioxid und kleinere Mengen an Siliciumdioxid, typischerweise bis zu 2%, noch typischer bis zu 1%, wobei die bevorzugten Mengen zwischen 0,4 bis 0,8% betragen, bezogen auf das Gewicht des Mangandioxid und Siliciumdioxid. Die Anwesenheit von Siliciumdioxid in der bevorzugten Menge ist wirksam für die kristalline Morphologie des Mangandioxids, insbesondere der Cryptomelan-Form des Mangandioxids. Man nimmt an, dass die Anwesenheit von kleinen Mengen an Siliciumdioxid, insbesondere in dem bevorzugten Bereich, der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung bestimmte Vorteile verleihen kann. Die Anwesenheit von Siliciumdioxid kann die Zusammensetzung hydrophober machen, insbesondere wenn sie als eine Beschichtung auf einem Substrat verwendet wird, wie eine Beschichtung auf einem Kühler. Zweitens nimmt man an, dass die Anwesenheit von Siliciumdioxid in Beschichtungszusammensetzungen, umfassend Mangandioxid, den pH-Wert erhöht, um die Kompatibilität des Mangandioxids mit den Latexbindemitteln zu unterstützen. Eine bevorzugte und geeignete Zusammensetzung zur Verwendung als ein Beschichtungsmaterial umfasst Cryptomelan und Siliciumdioxid. Solch ein Material umfasst Cryptomelan mit einer Oberfläche von 200 bis 340 und vorzugsweise 220 bis 250 m2/g, ein Gewichtsanteil von Kalium von zwischen 1 bis 3%, weniger als 0,1% Schwefel und einen gemessenen Verlust an Zündung von 13 bis 18 Gew.-% aufgrund der Feuchtigkeit. Der pH-Wert der Zusam mensetzung liegt bei ungefähr 3. Die Oberfläche wird durch eine BET-Stickstoffadsorption gemessen und einen Desorptionstest. Wenn die Menge an Schwefel reduziert wird, erhöht sich der pH-Wert typischerweise etwas. Zusätzlich erhöht sich typischerweise der pH-Wert mit der Menge an Kalium, die vorhanden ist, wobei bevorzugte Mengen an Kalium zwischen 1,2 und 2,8 Gew.-% betragen.
  • Andere geeignete Zusammensetzungen umfassen Mangandioxid und wahlweise Kupferoxid und Aluminiumoxid und wenigstens einen Edelmetallbestandteil, wie ein Metall der Platingruppe, getragen auf dem Mangandioxid und wobei Kupferoxid und Aluminiumoxid vorhanden sind. Geeignete Zusammensetzungen enthalten bis zu 100, zwischen 40 bis 80 und vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% Mangandioxid und 10 bis 60 und typischerweise 30 bis 50% Kupferoxid. Geeignete Zusammensetzungen umfassen Hopcalit, mit ungefähr 60% Manganoxid und ungefähr 40% Kupferoxid; und Carulit® 2,00 (vertrieben von Carus Chemical Co.), welches 60 bis 75 Gew.-% Mangandioxid aufweisen soll, 11 bis 14% Kupferoxid und 15 bis 16% Aluminiumoxid. Die Oberfläche von Carulit® soll bei ungefähr 180 m2/g liegen. Das Calcinieren bei 450°C reduziert die Oberfläche des Carulits® um ungefähr 50 Prozent (50%), ohne die Wirksamkeit deutlich zu beeinflussen. Es ist bevorzugt, Manganverbindungen bei zwischen 300°C bis 500°C zu calcinieren und noch bevorzugter bei 350°C bis 450°C. Calcinieren bei 550°C verursachte einen großen Verlust der Oberfläche und der Aktivität der Ozonbehandlung. Calcinieren des Carulit® nach Kugelmahlen mit Essigsäure und Beschichten auf einem Substrat kann die Adhäsion der Beschichtung an das Substrat verbessern.
  • Andere Zusammensetzungen zur Behandlung von Ozon können einen Mangandioxidbestandteil und Edelmetallbestandteil enthalten, wie Bestandteile der Platinmetallgruppe. Während beide Bestandteile katalytisch aktiv sind, kann das Mangandioxid den Edelmetallbestandteil tragen. Der Metallbestandteil der Platingruppe ist vorzugsweise ein Platin- und/oder Palladiumbestandteil. Die Menge der Platinmetallverbindung liegt vorzugsweise im Bereich von zwischen 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Platinmetalls) der Zusammensetzung. Vorzugsweise, wenn Platin vorhanden ist, beträgt dessen Menge zwischen 0,1 und 5 Gew.-%, wobei geeignete und bevorzugte Mengen auf dem Schadstoff behandelnden Katalysatorvolumen, bezogen auf das Volumen des tragenden Gegenstandes, in dem Bereich von 17,7 bis ungefähr 2471 g/m3 (ungefähr 0,5 bis ungefähr 70 g/ft3) betragen. Die Menge des Palladiumbestandteils liegt vorzugsweise bei zwischen ungefähr 2 bis ungefähr 10 Gew.-% der Zusammensetzung, mit geeigneten und bevorzugten Mengen des Schadstoff behandeln den Katalysatorvolumens in dem Bereich von ungefähr 353 bis ungefähr 8236 g (ungefähr 10 bis ungefähr 250 g/ft3).
  • Verschiedene geeignete und/oder bevorzugte Schadstoff behandelnde Katalysatorzusammensetzungen, insbesondere solche, die einen katalytisch aktiven Bestandteil enthalten, wie einen katalytischen Edelmetallbestandteil, können ein geeignetes Trägermaterial enthalten, wie einen feuerfesten Oxidträger. Das bevorzugte feuerfeste Oxid kann gewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Cerdioxid, Zirkoniumdioxid und Chromdioxid und deren Mischungen. Besonders bevorzugt ist der Träger wenigstens eine aktivierte Verbindung mit hoher Oberfläche, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid-Zirkoniumdioxid, Aluminiumsilikaten, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid-Chromdioxid und Aluminiumoxid-Cerdioxid. Das feuerfeste Oxid kann in geeigneter Form vorliegen, umfassend die teilchenförmige Bulk-Form, die typischerweise Teilchengrößen in dem Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 100 und vorzugsweise 1 bis 10 μm aufweist, oder in Sol-Form mit einer Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 50 und vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 10 nm. Ein bevorzugter Titandioxid-Sol-Träger umfasst Titandioxid mit einer Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 und typischerweise zwischen ungefähr 2 bis 5 nm.
  • Ebenfalls geeignet als ein bevorzugter Träger ist ein Co-Präzipitat aus einem Magnesiumoxid und Zirkoniumdioxid. Diese Zusammensetzung kann hergestellt werden, wie in dem US-Patent Nr. 5,283,041 offenbart. In Kürze umfasst das co-präzipitierte Trägermaterial vorzugsweise in einem Verhältnis, bezogen auf das Gewicht, von Mangan und Zirkoniummetallen von 5: 95 zu 95 : 5; vorzugsweise 10 : 90 zu 75 : 25; noch bevorzugter 10 : 90 zu 50 : 50 und besonders bevorzugt von 15 : 85 zu 50 : 50. Eine geeignete und bevorzugte Ausführungsform umfasst ein Mn : Zr-Gewichtsverhältnis von 20 : 80. US-Patent Nr. 5,283,041 beschreibt ein bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Co-Präzipitats aus einem Manganoxidbestandteil und einem Zirkoniumdioxidbestandteil. Wie in dem US-Patent Nr. 5,283,041 offenbart, kann ein Zirkoniumdioxid- und Manganoxidmaterial hergestellt werden durch das Vermischen wässriger Lösungen geeigneter Zirkoniumoxid-Vorläufer, wie Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumacetat, Zirkoiumoxychlorid oder Zirkoniumoxysulfat und einem geeigneten Manganoxid-Vorläufer, wie Mangannitrat, Manganacetat, Mangandichlorid oder Mangandibromid, wobei eine ausreichende Menge einer Base zugegeben wird, wie Ammoniumhydroxid, um einen pH-Wert von 8 bis 9 zu erhalten, Filtern des resultierenden Präzipitats, Waschen mit Wasser und Trocknen bei 450 bis 500°C.
  • Ein geeigneter Träger für einen Katalysator, um Ozon zu behandeln, wird gewählt aus einem feuerfesten Oxidträger, vorzugsweise Aluminiumoxid und Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, wobei ein bevorzugterer Träger ein Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Träger ist, umfassend von ungefähr 1% bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid und von 90% bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Geeignete feuerfeste Oxidträger für einen Katalysator, umfassend ein Platinmetall zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid werden gewählt aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliciumdioxid-Zirkoniumoxid und Mangan-Zirkoniumoxid. Bevorzugte Träger für eine Katalysatorzusammensetzung zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid ist ein Zironiumdioxid-Siliciumdioxidträger, wie in US-Patent Nr. 5,145,825 offenbart, ein Mangan-Zirkoniumdioxid-Träger, wie in dem US-Patent Nr. 5,283,041 offenbart und ein Aluminiumoxid mit hoher Oberfläche. Besonders bevorzugt für die Behandlung von Kohlenstoffmonoxid ist Titandioxid. Reduzierte Katalysatoren mit Titanoxidträgern führen zu einer größeren Kohlenstoffmonoxidumwandlung als entsprechende nicht-reduzierte Katalysatoren.
  • Der Träger für einen Katalysator zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen, wie Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht, insbesondere olefine Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht mit zwischen ungefähr 2 bis ungefähr 20 Kohlenstoffen und typischerweise zwei bis ungefähr acht Kohlenstoffatomen, wie auch teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe mit vorzugsweise gewählt aus feuerfesten Metalloxiden, einschließlich Aluminiumoxid und Titandioxid. Wie bei den Katalysatoren zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid, führen reduzierte Katalysatoren zu größeren Kohlenwasserstoff-Umwandlungen. Besonders bevorzugt ist ein Titandioxidträger, welcher als geeignet betrachtet wurde, da er zur einer Katalysatorzusammensetzung mit einer gesteigerten Ozonumwandlung führt, wie auch einer beträchtlichen Umwandlung von Kohlenstoffmonoxid und Olefinen mit niedrigem Molekulargewicht. Ebenfalls geeignet sind makroporöse feuerfeste Oxide mit hoher Oberfläche, vorzugsweise Aluminiumoxid und Titandioxid mit einer Oberfläche von mehr als 150 m2/g und vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 150 bis 350, vorzugsweise von 200 bis 300, und noch bevorzugter von 225 bis 275 m2/g; eine Porosität von mehr als 0,5 cc/g, typischerweise im Bereich von 0,5 bis 4,0 und vorzugsweise von ungefähr 1 bis 2 cc/g gemessen, bezogen auf ein Quecksilberporosimeter; und Teilchengrößenbereiche von 0,1 bis 10 μm. Ein geeignetes Material ist Versal GL Aluminiumoxid mit einer Oberfläche von ungefähr 260 m2/g, einer Porosität von 1,4 bis 1,5 cc/g und bereitgestellt von LaRoche Industries.
  • Ein bevorzugter feuerfester Träger für Platinmetalle, vorzugsweise Platin und/oder Palladium, zur Verwendung bei der Behandlung von Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffen, ist Titandioxid. Das Titandioxid kann in grober Pulverform verwendet werden oder in der Form von Titandioxidsol. Ebenfalls geeignet ist Titandioxid in Nanoteilchengröße (Nanometer). Die Katalysatorzusammensetzung kann hergestellt werden, indem ein Platinmetall in einem flüssigen Medium, vorzugsweise in der Form einer Lösung, wie Platinnitrat, mit dem Titandioxidsol zugegeben wird, wobei das Sol besonders bevorzugt ist. Die erhaltene Aufschlämmung kann auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden, wie eine die Atmosphäre behandelnde Oberfläche, wie einen Kühler, metallisches Monolithsubstrat oder keramisches Substrat. Das bevorzugte Platinmetall ist eine Platinverbindung. Der Platin-Titandioxid-Sol-Katalysator, erhalten durch das obige Verfahren, weist eine hohe Wirksamkeit für Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffoxidation bei Umgebungsbetriebstemperatur auf. Andere metallische Bestandteile als die Platinbestandteile, welche mit dem Titandioxidsol kombiniert werden können, umfassen Gold, Platin, Rhodium, Silberbestandteile und Mischungen dieser. Ein reduzierter Bestandteil der Platingruppe, vorzugsweise ein Platinbestandteil auf einem Titankatalysator, welcher als bevorzugt zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid angegeben wurde, hat sich auch als geeignet und bevorzugt zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen erwiesen, insbesondere zur Behandlung von olefinischen Kohlenwasserstoffen.
  • Ein bevorzugter Titandioxid-Sol-Träger umfasst Titandioxid mit einer Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 und typischerweise zwischen ungefähr 2 bis 5 nm.
  • Ein bevorzugtes grobes Titandioxid weist eine Oberfläche von ungefähr 25 bis 120 m2/g auf und vorzugsweise von 50 bis 100 m2/g; und eine Teilchengröße von ungefähr 0,1 bis 10 μm. Ein spezifischer und bevorzugter grober Titandioxidträger weist eine Oberfläche von 45 bis 50 m2/g auf, eine Teilchengröße von ungefähr 1 μm auf und wird von DeGussa als P-25 vertrieben. Geeignetes Titan mit Nanoteilchengröße umfasst eine Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 5 bis 100 und typischerweise von mehr als 10 bis ungefähr 50 nm.
  • Ein bevorzugter Siliciumdioxid-Zirkoniumdioxid-Träger umfasst zwischen 1 bis 10% Siliciumdioxid und 90 bis 99% Zirkoniumdioxid. Bevorzugte Trägerteilchen weisen eine hohe Oberfläche auf, z.B. von 100 bis 500 Quadratmeter je Gramm (m2/g) Oberfläche, vorzugsweise von 150 bis 450 m2/g, noch bevorzugter von 200 bis 400 m2/g, um die Dispersion des katalytischen metallischen Bestandteils oder der Bestandteile darauf zu steigern. Der bevorzugte feuerfeste Metalloxidträger weist auch eine hohe Porosität auf mit Poren von bis zu ungefähr 145 nm Radius, z.B. von ungefähr 0,75 bis 1,5 Kubikzentimeter je Gramm (cm3/g), vorzugsweise ungefähr 0,9 bis 1,2 cm3/g, und einen Porengrößenbereich, wobei wenigstens 50% der Porosität durch Poren von 5 bis 100 nm im Radius bereitgestellt werden.
  • Ein geeigneter Ozonbehandlungskatalysator umfasst wenigstens einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise einen Palladiumbestandteil, dispergiert auf einem geeigneten Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger. Die Zusammensetzung umfasst zwischen 0,1 bis 20,0 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-% des Edelmetalls auf dem Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger, bezogen auf das Gewicht des Edelmetalls (Metall und nicht Oxid) und des Trägers. Palladium wird vorzugsweise in Mengen von zwischen 2 bis 15, noch bevorzugter 5 und 15 und noch bevorzugter 8 bis 12 Gew.-% verwendet. Platin wird vorzugsweise mit 0,1 bis 10, noch bevorzugter 0,1 bis 5,0, und noch bevorzugter 2 bis 5 Gew.-% verwendet. Palladium ist das bevorzugteste, um die Reaktion von Ozon zur Bildung von Sauerstoff zu katalysieren. Die Trägermaterialien können aus der oben genannten Gruppe gewählt werden. In bevorzugten Ausführungsformen können sie zusätzlich einen groben Manganbestandteil aufweisen, wie oben genannt, oder einen Manganbestandteil, dispergiert auf dem gleichen oder einem anderen feuerfesten Oxidträger, wie dem Edelmetall, vorzugsweise Platinbestandteil. Es können bis zu 80, vorzugsweise bis zu 50, noch bevorzugter zwischen 1 bis 40 und noch bevorzugter 5 bis 35 Gew.-% eines Manganbestandteils, bezogen auf das Gewicht des Palladium und Manganmetalls in der Schadstoff behandelnden Zusammensetzung vorhanden sein. Das heißt, es sind vorzugsweise ungefähr 2 bis 30 und vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-% eines Manganbestandteils vorhanden. Die Katalysatorbeladung beträgt zwischen 20 bis 250 g und vorzugsweise ungefähr 50 bis 250 g Palladium je 0,028 m3 (Kubikfuß (g/ft3)) des Katalysatorvolumens. Das Katalysatorvolumen ist das gesamte Volumen der fertiggestellten Katalysatorzusammensetzung und umfasst daher das gesamte Volumen des Klimaanlagenkondensators oder Kühlers einschließlich der Leerräume, die durch Gasdurchflussdurchgänge bereitgestellt werden. Im Allgemeinen führt eine höhere Beladung an Palladium zu einer größeren Ozonumwandlung, d.h. zu einem größeren Prozentanteil von Ozon-Zersetzung in dem behandelten Luftstrom.
  • Umwandlungen von Ozon zu Sauerstoff, die mit einem Palladium/Mangan-Katalysator auf Aluminiumoxidträgerzusammensetzungen, bei einer Temperatur von ungefähr 40°C bis 50°C erzielt werden, liegen bei ungefähr 50 mol%, wenn der Ozon-Konzentrationsbereich von 0,1 bis 0,4 ppm und die Stirnflächengeschwindigkeit 4,5 m/s (16 Meilen je Stunde) betrug. Kleinere Umwandlungen wurden erzielt unter Verwendung von Platin auf einem Aluminiumoxidkatalysator.
  • Von besonderem Interesse ist die Verwendung eines Trägers, umfassend das oben beschriebene co-präzipitierte Erzeugnis aus einem Manganoxid und Zirkoniumdioxid, welches verwendet wird, um ein Edelmetall zu unterstützen, vorzugsweise gewählt aus Platin und Palladium, und besonders bevorzugt aus Platin. Platin ist von besonderem Interesse, da man herausgefunden hat, dass Platin besonders wirksam ist, wenn es auf diesem co-präzipitierten Träger verwendet wird. Die Menge an Platin kann in dem Bereich von 0,1 bis 6 liegen, vorzugsweise 0,5 bis 4, noch bevorzugter 1 bis 4 und besonders bevorzugt 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf metallisches Platin und den copräzipitierten Träger. Die Verwendung von Platin zur Behandlung von Ozon hat sich als besonders wirksam auf diesen Träger erwiesen. Zusätzlich, wie unten diskutiert, ist der Katalysator geeignet, um Kohlenstoffmonoxid zu behandeln. Vorzugsweise ist das Edelmetall Platin und der Katalysator wird reduziert.
  • Andere geeignete Katalysatoren, um Ozon katalytisch in Sauerstoff umzuwandeln, sind in dem US-Patent Nr. 4,343,776 und 4,405,507 offenbart. Eine geeignete und besonders bevorzugte Zusammensetzung ist nun in dem US-Patent Nr. 5,422,331 offenbart mit dem Titel "Light Weight, Low Pressure Drop Ozone Decomposition Catalyst for Aircraft Applications". Noch andere Zusammensetzung, die zu der Um wandlung von Ozon zu Sauerstoff führen können, umfassen Kohlenstoff, und Platin oder Palladium, getragen auf Kohlenstoff, Mangandioxid, Carulit® und/oder Hopcalit. Mangan, getragen auf einem feuerfesten Oxid, wie oben ausgeführt, hat sich auch als geeignet erwiesen.
  • Kohlenstoffmonoxid behandelnde Katalysatoren umfassen vorzugsweise wenigstens einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise gewählt aus Platin- und/oder Palladiumbestandteilen, wobei Platinbestandteile besonders bevorzugt sind. Eine Kombination eines Platinbestandteils und eines Palladiumbestandteils führt zu einer verbesserten CO-Umwandlung bei einer Zunahme der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn eine höhere Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Die Zusammensetzung umfasst zwischen 0,01 bis 20 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-% des Edelmetallbestandteils auf einem geeigneten Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger, wobei die Menge des Edelmetalls auf dem Gewicht des Edelmetalls (Metall- und Nicht-Metallbestandteil) und dem Träger basiert. Platin ist besonders bevorzugt und wird vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-% und noch bevorzugter 0,1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 1,0 bis 5,0 Gew.-% verwendet. Palladium ist in Mengen von 2 bis 15, vorzugsweise 5 bis 15 und noch bevorzugter 8 bis 12 Gew.-% geeignet. Der bevorzugte Träger ist Titandioxid, wobei Titandioxid-Sol besonders bevorzugt ist, wie oben ausgeführt. Wenn auf eine monolithische Struktur, wie einen Kühler oder auf eine andere mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche beladen, beträgt die Katalysatorbeladung vorzugsweise ungefähr 1 bis 150 und noch bevorzugter 10 bis 100 g Platin je 0,028 m3 (Kubikfuß (g/ft3)) des Katalysatorvolumens und/oder 20 bis 250 und vorzugsweise 50 bis 250 g Palladium je 0,028 m3 (g/ft3) des Katalysatorvolumens. Wenn Platin und Palladium in Kombination verwendet werden, sind zwischen ungefähr 883 bis 3530 g/m3 (25 bis 100 g/ft3) Platin und 1765 bis 8236 g/m3 (50 bis 250 g/ft3) Palladium vorhanden. Eine bevorzugte Zusammensetzung umfasst ungefähr 1765 bis 3177 g/m3 (50 bis 90 g/ft3) Platin und 3530 bis 7943 g/m3 (100 bis 225 g/ft3) Palladium. Bevorzugt sind die Katalysatoren reduziert. Umwandlungen von 5 bis 80 mol% Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid wurden erzielt unter Verwendung von beschichteten Kernproben aus dem Kraftfahrzeugkühler mit zwischen 1 bis 6 Gew.-% (bezogen auf das Metall) Platin auf Titandioxidzusammensetzungen bei Temperaturen von 25°C bis 90°C, wenn die Kohlenstoffmonoxidkonzentration 15 bis 25 Teile je Million und die Raumgeschwindigkeit 300000 bis 500000 reziproke Stunden betrug. Des Weiteren wurden Umwandlungen von 5 bis 65 mol% Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid erzielt, unter Verwendung von 1,5 bis 4,0 Gew.-% Platin auf Aluminiumoxidträger-Zusammensetzungen bei einer Temperatur von ungefähr bis zu 95°C, wobei die Kohlenstoffmonoxid-Konzentration ungefähr 15 Teile je Million betrug und die Raumgeschwindigkeit ungefähr 300000 reziproke Stunden betrug. Niedrigere Umwandlungen wurden mit Palladium auf einem Cerdioxidträger erzielt.
  • Eine alternative und bevorzugte Katalysatorzusammensetzung zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid umfasst als einen Edelmetallbestandteil, getragen auf dem oben beschriebenen Copräzipitat aus einem Manganoxid und Zirkondioxid. Das Co-Präzipitat wird wie oben beschrieben gebildet. Bevorzugte Verhältnisse von Mangan zu Zirkondioxid betragen 5 : 95 zu 95 : 5; 10 : 90 zu 75 : 25; 10 : 90 zu 50 : 50; und 15 : 85 zu 25 : 75, wobei ein bevorzugtes Copräzipitat ein Manganoxid-zu-Zirkoniumdioxid-Verhältnis von 20 : 80 aufweist. Der Prozentanteil an Platin, getragen auf dem Co-Präzipitat, basierend auf dem Platinmetall, liegt in dem Bereich von 0,1 bis 6, vorzugsweise 0,5 bis 4, noch bevorzugter 1 bis 4 und besonders bevorzugt 2 bis 4 Gew.-%. Vorzugsweise ist der Katalysator reduziert. Der Katalysator kann in Pulverform reduziert werden oder nachdem er auf ein tragendes Substrat aufgebracht wurde. Andere geeignete Zusammensetzungen, welche Kohlenstoffmonoxid in Kohlenstoffdioxid umwandeln können, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf einem Kohlenstoff oder einem Träger, umfassend Mangandioxid. Katalysatoren zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen, typischerweise ungesättigten Kohlenwasserstoffen, noch typischer ungesättigten Monoolefinen mit zwischen 2 bis ungefähr 20 Kohlenstoffatomen und insbesondere zwischen 2 bis 8 Kohlenstoffatomen und teilweise mit Sauerstoff angereicherten Kohlenwasserstoffen der Art, welche oben ausgeführt ist, umfassen wenigstens einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise gewählt aus Platin und Palladium, wobei Platin besonders bevorzugt ist. Eine Kombination aus einem Platinbestandteil und einem Palladiumbestandteil führt zu verbesserten Kohlenwasserstoffumwandlungen mit einer Zunahme der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn eine höhere Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Geeignete Katalysatorzusammensetzungen umfassen solche, die zur Verwendung zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid beschrieben wurden. Die Zusammensetzung zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen umfasst zwi schen 0,01 bis 20 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-% des Edelmetallbestandteils auf einem geeigneten Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger, wobei die Mengen des Edelmetalls auf dem Gewicht des Edelmetalls basieren (nicht des Metallbestandteils) und dem Träger. Platin ist besonders bevorzugt und wird vorzugsweise in Mengen von zwischen 0,01 bis 10 Gew.-% verwendet und noch bevorzugter 0,1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 1,0 bis 5 Gew.-%. Wenn auf eine monolithische Struktur geladen, wie dem Kühler eines Motorfahrzeugs oder auf eine andere mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche, beträgt die Katalysatorbeladung vorzugsweise ungefähr 1 bis 150, noch bevorzugter 10 bis 100 g Platin je 0,628 m3 (Kubikfuß (g/ft3)) des Katalysatorvolumens. Wenn Platin und Palladium in Kombination verwendet werden, ist zwischen ungefähr 883 bis 3530 g/cm3 (25 bis 100 g/ft3) Platin und 1765 bis 8236 g/cm3 (50 bis 250 g/ft3) Palladium vorhanden. Eine bevorzugte Zusammensetzung umfasst ungefähr 1765 bis 3177 g/m3 (50 bis 90 g/ft3) Platin und 3530 bis 7943 g/m3 (100 bis 225 g/ft3) Palladium. Das bevorzugte feuerfeste Oxid ist ein metallisches feuerfestes Oxid, welches vorzugsweise gewählt wird aus Cerdioxid, Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumdioxid, Titandioxid und Mischungen dieser, wobei Aluminiumoxid und Titandioxid besonders bevorzugt sind. Das bevorzugte Titandioxid wird gekennzeichnet durch, wie oben ausgeführt wurde, wobei Titanoxid-Sol besonders bevorzugt ist. Der bevorzugte Katalysator ist reduziert. Die Überprüfung auf einem beschichteten Kraftfahrzeugkühler führte zu Umwandlungen von Monoolefin mit niedrigem Molekulargewicht, wie Propylen, zu Wasser und Kohlenstoffdioxid mit 1,5 bis 4 Gew.-% Platin auf einem Aluminiumoxid- oder Titandioxidträger mit zwischen 15 und 25%, wenn die Propylenkonzentration ungefähr 10 Teile je Million Propylen betrug und die Raumgeschwindigkeit ungefähr 320000 reziproke Stunden. Diese Katalysatoren waren nicht reduziert. Die Reduktion des Katalysators verbessert die Umwandlung.
  • Katalysatoren, die für die Oxidation sowohl von Kohlenstoffmonoxid als auch Kohlenwasserstoffen geeignet ist, umfassen im Allgemeinen solche, die oben als geeignet genannt wurden, um entweder Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenwasserstoffe zu behandeln. Die besonders bevorzugten Katalysatoren, welche gezeigt haben, dass sie eine gute Wirksamkeit zur Behandlung sowohl von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen zeigen, wie ungesättigte Olefine, umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf einem bevorzugten Titandioxidträger. Die Zusammensetzung umfasst vorzugsweise ein Bindemittel und kann auf einer geeigneten Trägerstruktur in Mengen von zwischen 0,315 g/cm bis 0,394 g/cm (0,8 bis 1,0 g/inch) aufgebracht werden. Eine bevorzugte Platinkonzentration liegt in dem Bereich von 2 bis 6% und vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-% Platinmetall auf dem Titandioxidträger. Geeignete und betroffene Substratzelldichten entsprechen ungefähr 46 bis 62 Zellen je cm2 (300 bis 400 Zellen je Quadratinch). Der Katalysator wird bevorzugt reduziert, als ein Pulver oder auf dem beschichteten Gegenstand unter Verwendung eines geeigneten Reduktionsmittels. Vorzugsweise wird der Katalysator in dem Gasstrom reduziert, umfassend ungefähr 7% Wasserstoff mit Rest Stickstoff bei zwischen 200 bis 500°C oder zwischen 1 bis 12 Stunden. Die besonders bevorzugte Reduktion oder Formiertemperatur beträgt 400°C für 2-6 Stunden. Es hat sich gezeigt, dass dieser Katalysator eine hohe Aktivität in Luft und in angefeuchteter Luft bei erhöhten Temperaturen von bis zu 100°C nach verlängerter Aussetzung beibehält.
  • Geeignete Katalysatoren, welche sowohl Ozon und Kohlenstoffmonoxid behandeln können, umfassen wenigstens ein Edelmetallbestandteil, besonders bevorzugt ein Edelmetall, gewählt aus Platin, Palladium und Mischungen dieser auf einem geeigneten Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger. Eine Kombination aus einem Platinbestandteil und einem Palladiumbestandteil führt zu einer verbesserten CO-Umwandlung mit einer Zunahme der Kosten und ist besonders bevorzugt, wenn eine höhere Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Geeignete feuerfeste Oxidträger umfassen Cerdioxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliciumdioxid und Mischungen dieser, einschließlich einer Mischung aus Zirkoniumdioxid und Siliciumdioxid, wie oben genannt. Ebenfalls geeignet und bevorzugt als ein Träger sind die oben beschriebenen Co-Präzipitate von Manganoxid und Zirkoniumdioxid. Die Zusammensetzung umfasst zwischen 0,1 bis 20,0, vorzugsweise 0,5 bis 15, und noch bevorzugter zwischen 1 bis 10 Gew.-% des Edelmetallbestandteils auf dem Träger, basierend auf dem Gewicht des Edelmetalls und des Trägers. Palladium wird vorzugsweise in Mengen von 2 bis 15 und noch bevorzugter von 3 bis 8 Gew.-% verwendet. Platin wird vorzugsweise in Mengen von zwischen 0,1 bis 6% verwendet und noch bevorzugter 2 bis 5 Gew.-%. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist eine Zusammensetzung, bei welcher der feuerfeste Bestandteil Cerdioxid umfasst und der Edelmetallbestandteil Palladium umfasst. Diese Zusammensetzung hat zu relativ hohen Ozon- und Kohlenstoffmonoxid-Umwandlun gen geführt. Insbesondere hat das Überprüfen dieser Zusammensetzung auf einem beschichteten Kühler zu einer 21%igen Umwandlung von Kohlenstoffmonoxid in einem Luftstrom, umfassend 16 ppm Kohlenstoffmonoxid, welches eine Oberfläche bei 95°C mit einer Stirnflächengeschwindigkeit des Gasstromes von 5 Meilen je Stunde kontaktiert hat, geführt. Der gleiche Katalysator führte zu einer 55%igen Ozonumwandlung, wenn der Strom 0,25 ppm Ozon enthielt und die Behandlungsoberfläche 25°C aufwies, wobei eine Stirnflächengeschwindigkeit des Luftstromes 10 Meilen je Stunde aufwies. Ebenfalls bevorzugt ist eine Zusammensetzung, umfassend ein Edelmetall, vorzugsweise ein Platinmetall, noch bevorzugter gewählt aus Platin- und Palladiumbestandteilen und besonders bevorzugt ein Platinbestandteil und das oben genannte Co-Präzipitat aus Manganoxid und Zirkoniumdioxid. Dieser oben genannte edelmetallhaltige Katalysator in der Form eines Katalysatorpulvers oder Beschichtung auf einem geeigneten Substrat, liegt in reduzierter Form vor. Bevorzugte Reduktionsbedingungen umfassen die oben genannten, wobei die bevorzugteste Bedingung zwischen 250 bis 350°C für zwischen 2 bis 4 Stunden in einem reduzierenden Gas, umfassend 7% Wasserstoff und 93% Stickstoff, ist. Der Katalysator ist besonders geeignet zur Behandlung von sowohl Kohlenstoffmonoxid als auch Ozon. Andere geeignete Zusammensetzungen zur Umwandlung von Ozon zu Sauerstoff und Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid umfassen einen Platinbestandteil, getragen auf Kohlenstoff, Mangandioxid oder einen feuerfesten Oxidträger, und wahlweise einen zusätzlichen Manganbestandteil.
  • Ein geeigneter und bevorzugter Katalysator, welcher Ozon, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe behandeln kann, wie auch teilweise mit Sauerstoff angereicherte Kohlenwasserstoffe, umfasst einen Edelmetallbestandteil, vorzugsweise einen Platinbestandteil, auf einem geeigneten Träger, wie einem feuerfesten Oxidträger. Eine Kombination eines Platinbestandteils und eines Palladiumbestandteils führt zu verbesserter CO-Umwandlung bei einer Zunahme der Kosten und ist bevorzugt, wenn eine höhere Umwandlung gewünscht wird und die Kostenzunahme akzeptiert werden kann. Geeignete feuerfeste Oxidträger umfassen Cerdioxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliciumdioxid und Mischungen dieser einschließlich einer Mischung aus Zirkoniumdioxid und Siliciumdioxid, wie oben genannt. Ebenfalls geeignet ist ein Träger einschließlich des oben genannten Co-Präzipitats aus Manganoxid und Zirkoniumdioxid. Die Zusammensetzung umfasst zwischen 0,1 bis 20, vorzugsweise 0,5 bis 15 und noch bevorzugter 1 bis 10 Gew.-% des Edelmetallbestandteils auf dem feuerfesten Träger bezogen auf das Gewicht des Edelmetalls und des Trägers. Wenn der Kohlenwasserstoffbestandteil in Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt werden soll, ist Platin der bevorzugteste Katalysator und wird vorzugsweise in Mengen von zwischen 0,1 bis 5% und noch bevorzugter 2 bis 5 Gew.-% verwendet.
  • In spezifischen Ausführungsformen kann eine Kombination von Katalysatoren eingesetzt werden, einschließlich dem oben genannten Katalysator, wie auch einem Katalysator, welcher besonders bevorzugt ist für die Behandlung von Ozon, wie einem Katalysator, umfassend einen Manganbestandteil. Der Manganbestandteil kann gegebenenfalls mit einem Platinbestandteil kombiniert werden. Das Mangan und Platin kann auf dem gleichen oder auf unterschiedlichen Trägem angeordnet sein. Es können bis zu 80, vorzugsweise bis zu 50, noch bevorzugter zwischen 1 bis 40 und noch bevorzugter zwischen 10 bis 35 Gew.-% des Manganbestandteils vorhanden sein, bezogen auf das Gewicht des Edelmetalls und Mangans in der Schadstoff behandelnden Zusammensetzung. Die Katalysatorbeladung ist die gleiche, wie oben genannt, in Bezug auf den Ozonkatalysator. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist eine Zusammensetzung, bei welcher der feuerfeste Bestandteil einen Aluminiumoxid- oder Titandioxidträger umfasst und der Edelmetallbestandteil ein Platinbestandteil umfasst. Die Überprüfung solch einer Zusammensetzung, aufgebracht auf einem Radiator, führte zu einer 68- bis 72%igen Umwandlung von Kohlenstoffmonoxid, 8 bis 15%igen Umwandlung von Ozon und 17 bis 18%igen Umwandlung von Propylen, wenn eine Oberfläche mit 95°C kontaktiert wird, mit einer Stirnflächengeschwindigkeit des Gasstroms von ungefähr 10 Meilen je Stunde (Raumgeschwindigkeit von 320000 reziproken Stunden) mit einem Lufttaupunkt von 1,7°C (35°F). Wenn sich die Temperatur der Kontaktoberfäche verringert und die Raumgeschwindigkeit oder Stirnflächengeschwindigkeit des Atmosphären-Luftflusses über die mit dem Schadstoff in Kontakt stehende Oberfläche zunimmt, verringert sich der Prozentanteil der Umwandlung.
  • Die Katalysatoraktivität, insbesondere zur Behandlung von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen, kann weiter gesteigert werden, indem der Katalysator in einem Formiergas, wie Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Methan oder Kohlenwasserstoff plus Stickstoffgas reduziert wird. Alternativ kann das Reduktionsmittel in der Form einer Flüssigkeit vorliegen, wie Hydrazin, Forminsäure und Formatsalzen, wie Natriumformatlösung. Der Katalysator kann als ein Pulver reduziert werden oder nach dem Aufbringen auf ein Substrat. Die Reduktion kann in Gas bei zwischen 150° bis 500°C, vorzugsweise 200° bis 400°C für 1 bis 12 Stunden durchgeführt werden, vorzugsweise für 2 bis 8 Stunden. In einem bevorzugten Verfahren kann der beschichtete Gegenstand oder das Pulver in einem Gas, umfassend 7% Wasserstoff in Stickstoff bei 275°C bis 350°C für 2 bis 4 Stunden reduziert werden.
  • Eine alternative Zusammensetzung zur Verwendung bei dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein katalytisch aktives Material, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Edelmetallbestandteilen, einschließlich Platinmetallbestandteilen, Goldbestandteilen und Silberbestandteilen, und einem Metallbestandteil, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wolframbestandteilen und Rheniumbestandteilen. Die relativen Mengen des katalytisch aktiven Materials zu dem Wolframbestandteil und/oder Rheniumbestandteil, bezogen auf das Gewicht des Metalls, betragen zwischen 1 bis 25 zu 15 zu 1.
  • Die Zusammensetzung, enthaltend einen Wolframbestandteil und/oder einen Rheniumbestandteil, umfasst vorzugsweise Wolfram und/oder Rhenium in der Form eines Oxids. Das Oxid kann erhalten werden durch das Bilden der Zusammensetzung unter Verwendung von Wolfram- oder Rheniumsalzen und die Zusammensetzung kann nachfolgend calciniert werden, um Wolfram- und/oder Rheniumoxid zu bilden. Die Zusammensetzung kann weitere Bestandteile umfassen, wie Träger einschließlich feuerfester Oxidträger, Manganbestandteile, Kohlenstoff und Co-Präzipitate aus einem Manganoxid und Zirkoniumdioxid. Geeignete feuerfeste Metalloxide schließen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Cerdioxid, Zirkoniumdioxid, Chromdioxid und Mischungen dieser ein. Die Zusammensetzung kann zusätzlich ein Bindemittelmaterial umfassen, wie ein Metall-Sol einschließlich Aluminiumoxid- und Titandioxid-Sole oder polymere Bindemittel, welche in der Form eines Polymerlatex-Bindemittels bereitgestellt werden kann.
  • In bevorzugten Zusammensetzungen sind zwischen 0,5 bis 15, vorzugsweise 1 bis 10, besonders bevorzugt zwischen 3 bis 5 Gew.-% des katalytisch aktiven Materials vorhanden. Die bevorzugten katalytisch aktiven Materialien sind Platinmetalle, wobei Platin und Palladium besonders bevorzugt sind und Platin das bevorzugteste ist. Die Menge des Wolfram- und/oder Rheniumbestandteils, bezogen auf die Metalle, liegt zwischen 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise bei 2 bis 15 Gew.-% und besonders bevorzugt 3 bis 10 Gew.-%. Die Menge des Bindemittels kann zwischen 0 bis 20 Gew.-% variieren, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 2 bis 5 Gew.-%. Abhängig von dem Trägermaterial ist ein Bindemittel für diese Zusammensetzung nicht notwendig. Bevorzugte Zusammensetzungen umfassen zwischen 60 bis 98,5 Gew.-% eines feuerfesten Oxidträgers, zwischen 0,5 bis 15 Gew.-% des katalytisch aktiven Materials, zwischen 1 bis 25 Gew.-% Wolfram und/oder Rheniumbestandteil und zwischen 0 bis 10 Gew.-% Bindemittel.
  • Zusammensetzungen, enthaltend den Wolframbestandteil und den Rheniumbestandteil, können unter den oben genannten Bedingungen calciniert werden. Zusätzlich kann die Zusammensetzung reduziert werden. Wie jedoch in den nachfolgenden Beispielen gezeigt, muss die Zusammensetzung nicht reduziert werden und die Anwesenheit des Wolfram- und/oder Rheniumbestandteils kann zu Umwandlungen von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen führen, die den Zusammensetzungen enthaltend die Platinmetalle, die reduziert wurden, vergleichbar sind.
  • Die Schadstoff behandelnden Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise ein Bindemittel, welches dazu dient, die Zusammensetzung an die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche zu binden und eine Adhäsion hierfür bereitzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass ein bevorzugtes Bindemittel ein polymeres Bindemittel ist, verwendet in Mengen von 0,5 bis 20, noch bevorzugter 2 bis 10 und besonders bevorzugt 2 bis 5 Gew.-% des Bindemittels, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung. Vorzugsweise ist das Bindemittel ein polymeres Bindemittel, welches ein thermohärtendes oder thermoplastisches polymeres Bindemittel sein kann. Das polymere Bindemittel kann geeignete Stabilisatoren und Alterungsverzögerer aufweisen, die auf dem Polymergebiet bekannt sind. Das Polymer kann ein plastisches oder elastomeres Polymer sein. Besonders bevorzugt sind thermohärtende, elastomere Polymere, eingeführt als ein Latex in den Katalysator in eine Aufschlämmung der Katalysatorzusammensetzung, vorzugsweise eine wässrige Aufschlämmung. Beim Aufbringen der Zusammensetzung und Er wärmen kann sich das Bindemittelmaterial vernetzen, um einen geeigneten Träger bereitzustellen, welcher die Integrität der Beschichtung steigert, dessen Haftung an die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche, und bietet eine strukturelle Stabilität bei den Vibrationen, die in Motorfahrzeugen auftreten. Die Verwendung von bevorzugtem polymerem Bindemittel ermöglicht, dass die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung an der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche haftet, ohne dass eine Unterschicht notwendig wäre. Das Bindemittel kann wasserbeständige Zusatzstoffe enthalten, um die Wasserbeständigkeit zu verbessern und die Adhäsion zu verbessern. Solche Zusatzstoffe können Fluor-Kohlenstoff-Emulsionen und Petroleum-Wachs-Emulsionen umfassen.
  • Geeignete Polymerzusammensetzungen umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polyolefin-Copolymere, Polyisopren, Polybutadien, Polybutadien-Copolymere, chlorinierten Gummi, Nitrilgummi, Polychloropren, Ethylen-Propylen-Dien-Elastomere, Polystrol, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyacrylonitril, Poly(vinylester), Poly(vinylhalogenide), Polyamide, Cellulosepolymere, Polyimide, Acryle, Vinylacryle und Styrolacryle, Polyvinylalkohol, thermoplastische Polyester, thermohärtende Polyester, Poly(phenylenoxid), Poly(phenylensulfid), fluorinierte Polymere, wie Poly(tetrafluorethylen)polyvinylidenfluorid, Poly(vinylfluorid) und Chloro/Fluoro-Copolymere, wie Ethylenchlorotrifluorethylen-Copolymer, Polyamid, Phenolharze und Epoxidharze, Polyurethan und Siliconpolymere. Ein besonderes bevorzugtes polymeres Material ist ein Acrylpolymerlatex, wie in den begleitenden Beispielen beschrieben.
  • Besonders bevorzugte Polymere und Copolymere sind Vinylacrylpolymere und Ethylenvinylacetat-Copolymere. Ein bevorzugtes Vinylacrylpolymer ist ein vernetztes Polymer, vertrieben von National Starch and Chemical Company als Xlink 2833. Es ist beschrieben als ein Vinylacrypolymer mit einem Tg von -15°C, 15% Feststoffen, einem pH-Wert von 4,5 und einer Viskosität von 300 cps. Insbesondere ist angegeben, dass es ein Vinylacetat CAS Nr. 108-05-4 in einem Konzentrationsbereich von weniger als 0,5% aufweist. Es ist angegeben als ein Vinylacetat-Copolymer. Andere bevorzugte Vinylacetat-Copolymere, welche von National Starch and Chemical Company vertrieben werden, umfassen Duro-O-Set E-623 und Dur-C-Set E-646. Dur-O-Set E-623 ist als Ethylenvinylacetat-Copolymer angegeben mit einem Tg von 0°C, 52% Feststoffen, einem pH-Wert von 5,5 und einer Viskosität von 200 cps.
  • Dur-O-Set E-646 ist als ein Ethylenvinylacetat-Copolymer mit einem Tg von -12°C, 52% Feststoffen, einem pH-Wert von 5,5 und einer Viskosität von 300 cps angegeben. Ein geeignetes und bevorzugtes Bindemittel ist ein vernetztes acryles Copolymer, vertrieben von National Starch and Chemical Company als X-4280. Es ist als eine fast milchweiße wässrige Emulsion beschrieben, mit einem pH-Wert von 2,6; einem Siedepunkt von 100°C (212°F), einem Gefrierpunkt von 0°C (32°F); einer spezifischen Schwerkraft von 1,060; einer Viskosität von 100 cps.
  • Ein alternatives und geeignetes Bindemittelmaterial ist die Verwendung einer Zirkoniumverbindung. Zirkonylacetat ist die bevorzugte verwendete Zirkoniumverbindung. Man nimmt an, dass Zirkoniumdioxid als ein Hochtemperaturstabilisator wirkt, die katalytische Aktivität unterstützt und die Katalysatoradhäsion verbessert. Beim Calcinieren werden Zirkoniumverbindungen, wie Zirkonylacetat, zur ZrO2 umgewandelt, von welchem man annimmt, dass es sich um ein Bindemittelmaterial handelt. Verschiedene geeignete Zirkoniumverbindungen umfassen Acetate, Hydroxide, Nitrate etc. zur Erzeugung von ZrO2 in den Katalysatoren. In dem Fall der Verwendung von Zirkonylacetat als ein Bindemittel für die vorliegenden Katalysatoren wird ZrO2 nicht gebildet, sofern die Kühlerbeschichtung nicht calciniert wird. Da eine gute Adhäsion bei einer "Calcinier"-Temperatur von nur 120°C erzielt wurde, nimmt man an, dass Zirkonylacetat sich nicht zu Zirkoniumoxid zersetzt hat, sondern statt dessen ein vernetztes Netzwerk mit dem Schadstoff behandelnden Material gebildet hat, wie den Carulit®-Teilchen und den Acetaten, welche in der Kugelmühle mit Essigsäure gebildet wurden. Demzufolge ist die Verwendung von zirkoniumhaltigen Verbindungen in den vorliegenden Katalysatoren nicht nur auf Zirkoniumdioxid beschränkt. Zusätzlich kann die Zirkoniumverbindung mit anderen Bindemitteln verwendet werden, wie dem oben genannten polymeren Bindemittel.
  • Eine alternative, Schadstoff behandelnde Katalysatorzusammensetzung kann aktivierte Kohlenstoffzusammensetzung umfassen. Die Kohlenstoffzusammensetzung umfasst aktivierten Kohlenstoff, ein Bindemittel, wie ein polymeres Bindemittel und gegebenenfalls herkömmliche Zusatzstoffe, wie Entschäumer und dergleichen. Eine geeignete aktivierte Kohlenstoffzusammensetzung umfasst zwischen 75 bis 85 Gew.-% aktivierten Kohlenstoff, wie "Kokosnussschalen"-Kohlenstoff oder Kohlenstoff aus Holz und ein Bindemittel wie ein Acryl-Bindemittel mit einem Entschäu mer. Geeignete Aufschlämmungen umfassen zwischen 10 bis 50 Gew.-% Feststoffe. Der aktivierte Kohlenstoff kann die Reduktion von Ozon zu Sauerstoff katalysieren, wie auch andere Schadstoffe adsorbieren.
  • Die Schadstoff behandelnden Katalysatorzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung könne durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 4,134,860 offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird der feuerfeste Oxidträger, wie aktiviertes Aluminiumoxid, Titandioxid oder aktiviertes Siliciumdioxid-Aluminiumoxid düsengemahlen, mit einem katalytischen Metallsalz getränkt, vorzugsweise einer Edelmetallsalzlösung und bei einer geeigneten Temperatur calciniert, typischerweise zwischen ungefähr 300°C bis ungefähr 600°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 350°C bis ungefähr 550°C, und noch bevorzugter zwischen ungefähr 400°C bis ungefähr 500°C von zwischen ungefähr 0,5 bis ungefähr 12 Stunden. Palladiumsalze sind vorzugsweise ein Palladiumnitrat oder ein Palladiumamin, wie Palladiumtetraaminacetat, oder Palladiumtetraaminhydroxid. Platinsalze umfassen vorzugsweise Platinhydroxid, aufgelöst in einem Amin. In spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen wird der calcinierte Katalysator, wie oben beschrieben, reduziert.
  • In einer Ozon-Behandlungszusammensetzung kann ein Mangansalz, wie ein Mangannitrat, anschließend mit dem getrockneten und calcinierten Aluminiumoxidgetragenen Palladium in Anwesenheit von entionisiertem Wasser vermischt werden. Die Menge des Wassers, welches zugegeben wird, sollte eine Menge sein bis zu dem Punkt der anfänglichen Feuchtigkeit. Bezug genommen wird auf das Verfahren, welches in dem oben genannten US-Patent Nr. 4,134,860 beschrieben wird. Der Punkt der anfänglichen Feuchtigkeit ist der Punkt, bei welchem die Menge der zugegebenen Flüssigkeit die niedrigste Konzentration aufweist, bei welcher die pulverförmige Mischung ausreichend trocken ist, um so im Wesentlichen die gesamte Flüssigkeit zu absorbieren. Auf diese Weise kann ein lösliches Magnesiumsalz, wie Mn(NO3) in Wasser zu dem calcinierten getragenen katalytischen Endelmetall zugegeben werden. Die Mischung wird anschließend getrocknet und bei einer geeigneten Temperatur, vorzugsweise 400 bis 500°C für ungefähr 0,5 bis ungefähr 12 Stunden calciniert.
  • Alternativ kann das getragene katalytische Pulver (d.h. Palladium, getragen auf dem Aluminiumoxid) mit einer Flüssigkeit kombiniert werden, vorzugsweise Wasser, um eine Aufschlämmung zu bilden, zu welcher eine Lösung aus einem Mangansalz, wie Mn(NO3)2, zugegeben wird. Vorzugsweise wird der Manganbestandteil und das Palladium auf einem feuerfesten Träger getragen, wie einem aktivierten Aluminiumoxid, noch bevorzugter einem aktivierten Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, gemischt mit einer geeigneten Menge an Wasser, um zu einer Aufschlämmung zu führen, mit zwischen 15 bis 40% und vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% Feststoffen. Die kombinierte Mischung kann auf einen Träger aufgebracht werden, wie einem Kühler, und der Kühler wird in Luft bei geeigneten Bedingungen getrocknet, bei 50°C bis 150°C für 1 bis 12 Stunden. Das Substrat, welches die Beschichtung trägt, kann anschließend in einem Ofen bei geeigneten Bedingungen erwärmt werden, typischerweise von 300°C bis 550°C, vorzugsweise 350°C bis 500°C, noch bevorzugter 350°C bis 450°C und besonders bevorzugt zwischen 400°C und 500°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, vorzugsweise Luft, für ungefähr 0,5 bis ungefähr 12 Stunden, um die Bestandteile zu calcinieren und um die Beschichtung auf dem Substrat der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche zu sichern. Wenn die Zusammensetzung des Weiteren ein Edelmetallbestandteil umfasst, wird sie vorzugsweise nach dem Calcinieren reduziert.
  • Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Bilden einer Mischung, umfassend ein katalytisch aktives Material, gewählt aus wenigstens einem Metallbestandteil der Platingruppe, einem Goldbestandteil, einem Silberbestandteil, einem Manganbestandteil und Mischungen dieser und Wasser. Das katalytisch aktive Material kann auf einem geeigneten Träger angeordnet sein, vorzugsweise einem feuerfesten Oxidträger. Die Mischung kann gemahlen werden und anschließend gegebenenfalls calciniert und reduziert werden, wenn ein katalytisches Edelmetallmaterial verwendet wird. Der Calcinierschritt kann vor dem Mahlen durchgeführt werden und unter Zugabe des polymeren Bindemittels. Es ist auch bevorzugt, das katalytisch aktive Material zu Reduzieren, bevor es gemahlen, calciniert und zu dem polymeren Bindemittel zugegeben wird. Die Aufschlämmung umfasst eine Polycarbonsäureverbindung oder polymerhaltige Polycarbonsäuregruppen oder Derivate dieser in einer Menge, um zu einem pH-Wert von ungefähr 3 bis 7, typischerweise 3 bis 6, zu führen. Vorzugsweise umfasst die Säure zwischen 0,5 bis 15 Gew.-% Eisessigsäure, basierend auf dem Gewicht des katalytisch aktiven Materials und der Essigsäure. Die Menge des Wassers kann zugegeben werden, wie geeignet, um eine Aufschlämmung der gewünschten Feststoffkonzentration und/oder Viskosität zu erzielen. Die Prozentanteile der Feststoffe liegen typischerweise bei 20 bis 50 und vorzugsweise 30 bis 40 Gew.-%. Der bevorzugte Träger ist entionisiertes Wasser (D.I.). Die Essigsäure kann bei dem Formen der Mischung aus dem katalytisch aktiven Material zugegeben werden, die mit Wasser calciniert sein kann. Alternativ kann die Essigsäure mit dem polymeren Bindemittel zugegeben werden. Eine bevorzugte Zusammensetzung zur Behandlung von Ozon unter Verwendung von Mangandioxid als Katalysator kann hergestellt werden unter Verwendung von 1500 g Mangandioxid, welches mit 2250 g entionisiertes Wasser und 75 g Essigsäure vermischt wird. Die Mischung wird in einer Kugelmühle mit 1 Gallone kombiniert und für ungefähr 4 Stunden kugelgemahlen, bis ungefähr 90% der Teilchen weniger als 8 μm aufweisen. Die Kugelmühle wird gespült und 150 g polymeres Bindemittel zugegeben. Die Mischung wird anschließend auf einer Rollmühle für 30 Minuten vermischt. Die resultierende Mischung ist für das Beschichten auf einem geeigneten Substrat geeignet, wie einem Kraftfahrzeugkühler gemäß der nachfolgend beschriebenen Verfahren.
  • Man hat herausgefunden, dass es für die Kompatibilität der Bestandteile eine Aufschlämmung, umfassend ein katalytisches Material und ein polymeres Bindemittel, wie eine Latexemulsion, wünschenswert ist, die Stabilität der Aufschlämmung und Gleichförmigkeit beizubehalten. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet Kompatibilität, dass das Bindemittel und das katalytische Material als eine Mischung aus getrennten Teilchen in der Aufschlämmung zurückbleiben. Man nimmt an, dass wenn das polymere Bindemittel eine Latexemulsion ist, und das katalytische Material elektrische Ladung besitzt, welche bewirkt, dass diese sich gegenseitig abstoßen, diese kompatibel sind und auf Aufschlämmung stabil ist und eine gleichförmige Verteilung des katalytischen Materials und des Polymerlatex in dem flüssigen Träger aufweist, z.B. einem wässrigen Fluid, wie Wasser. Wenn sich das katalytische Material und die Latexemulsionsteilchen nicht gegenseitig abstoßen, wird eine nicht umkehrbare Agglomeration des Latex auf dem katalytischen Material auftreten. Diese Materialien sind daher inkompatibel und das Latex kommt aus der Emulsion heraus.
  • Die Kompatibilität eines Katalysators mit hoher Oberfläche mit dem organischen Latex-Bindemittel ist eine Schlüsseleigenschaft bei der Herstellung einer stabilen, gleichförmigen Aufschlämmung. Wenn der Katalysator und die Latex-Emulsionsteilchen sich nicht gegenseitig voneinander abstoßen, tritt eine nicht umkehrbare Agglomeration auf. Das Resultat ist eine nicht stabile, nicht gleichförmige Aufschlämmung, welche zu einer schlecht haftenden Beschichtung führt. Obwohl die gegenseitige Abstoßung des Katalysators und der Bindemittelteilchen durch verschiedene physikalische Faktoren gesteuert wird, spielt die Oberflächenladung eine Schlüsselrolle. Da die Latexemulsionsteilchen normalerweise negativ geladen sind, müssen die Katalysatorteilchen ähnlich geladen sein. Zeta-Potenzialmessungen haben jedoch gezeigt, dass die Katalysatorteilchen, wie MnO2, nur leicht negativ oder sogar positiv geladen sind, und dass als ein Resultat eine nicht umkehrbare Koagulation des Katalysators und des Latex auftritt (d.h. Katalysator und Latex sind nicht kompatibel). Man hat herausgefunden, dass obwohl das oben beschriebene Verfahren der Zugabe von Essigsäure bestimmte Vorteile für die Aufschlämmungen der vorliegenden Erfindung bereitstellt, wie eine Steuerung der Viskosität, es nicht die Kompatibilität steigert und sogar schädlich für die gealterte Aufschlämmungsstabilität ist.
  • Wenn das katalytische Material positiv oder leicht negativ geladen ist, kann eine verbesserte Kompatibilität erzielt werden, indem die Aufschlämmung basischer gemacht wird. Der pH-Wert der Aufschlämmung kann gesteuert werden, abhängig von der Säure des katalytischen Materials, mit bevorzugten pH-Wert-Leveln von wenigstens 6, vorzugsweise wenigstens 7, noch bevorzugter wenigstens 8,5. Im Allgemeinen sollte die Aufschlämmung nicht zu ätzend sein und eine bevorzugte obere Grenze liegt bei ungefähr 11. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 8,5 bis 11.
  • Die Beibehaltung eines pH-Wertes ≥ 8,5 einer Aufschlämmung, umfassend eine Latexemulsion und MnO2 (Cryptomelan) ist kritisch. Wenn der pH-Wert unter 8,5 für eine ausgedehnten Zeitraum (Tage) fällt, koagulieren das Bindemittels und der Katalysator irreversibel. Unabhängig von der großen negativen Ladung auf den Crypromelanteilchen bei diesem pH-Wert, war es schwierig, die Langzeitstabilität von Cryptomelan-haltigen Aufschlämmungen zu erzielen. Bevorzugte Bindemittel sind auf Poly(acryl)säurederivat basierende Bindemittel mit einem besonders bevorzugten Bindemittel, welches eine Langzeitstabilität unter diesen Bedingungen aufweist, und ein Acryllatex ist, von National Starch als x-4280 Acryllatex vertrieben wird. Die Schwierigkeit, die Langzeitkompatibilität auch bei basischen Aufschlämmungen zu erzielen, die negativ geladene Latex- und Katalysatorteilchen enthalten, zeigt dass, obwohl die Oberflächenladung wichtig ist, es nicht der einzige Faktor zur Bestimmung der Kompatibilität von Bindemittel/Katalysator ist. Andere Faktoren, welche eine Rolle spielen, umfassen die Teilchengröße der Emulsion, Packung des oberflächenaktiven Mittels etc. Das vorliegende Verfahren umfasst das Anheben des pH-Wertes der in einer Kugelmühle gemahlenen Katalysatoraufschlämmung auf einen pH-Wert ≥ 8,5 und vorzugsweise 9, um die Stabilität zu steigern.
  • Ein alternatives Verfahren zur Steigerung der Aufschlämmungsstabilität umfasst das Zugeben eines oberflächenaktiven Mittels, wie eines Polymerdispersionsmittels zu der Aufschlämmung anstelle von oder zusätzlich zu der Erhöhung des pH-Wertes. In dem zweiten Fall wird die Kompatibilität zwischen Bindemittel/Katalysator erzielt, indem ein von einem Polymeracrylat abgeleitetes Dispersionsmittel (ca. 3% Feststoff Basis) zugegeben wird, statt dass der pH-Wert erhöht wird. Das Resultat ist das gleiche, den Katalysatorteilchen wird jedoch eine große negative Ladung verliehen, welche die gleich geladenen Latexteilchen abstoßen kann. Das Dispersionsmittel kann während des Betriebs der Kugelmühle zugegeben werden oder danach. Unabhängig von der Erzeugung einer großen negativen Ladung auf den Katalysatorteilchen arbeiten nicht alle Dispersionsmittel gleich gut. Bevorzugte Dispersionsmittel umfassen Polymere, enthaltend Carbonsäuregruppen und Derivate dieser, wie Ester und Salze. Bevorzugte Dispersionsmittel umfassen Accusol 445 (von Rohm & Haas) und Colloid 226/35 (von Rhone-Poulenc). Geeignete Dispersionsmittel und ein Überblick der Dispersionstechnologie ist in Additives for Dispersion Technology dargestellt, herausgegeben von Rhone-Poulenc, Surfactants & Specialities. Geeignete polymere Dispersionsmittel umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Polyacrylsäuren unvollständige Natriumsalze und anionische Copolymer-Natriumsalze, vertrieben von Rhone-Poulenc als ColloidTM-Polymerdispersionsmittel. Obwohl die Oberflächenladung ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Kompatibilität zwischen Katalysator/Bindemittel ist, ist es nicht der einzige Faktor. Im Allgemeinen ist ein Dispersionsmittel (insbesondere Colloid 226), beim Stabilisieren der Aufschlämmung gut, da eine größere Vielzahl von Latex-Bindemittel (z.B. Acryl, Styrolacryle, und EVAs) kompatibel sind. Die Probleme der Langzeitkompatibilität kann durch Erhöhen der Menge des Dispersionsmittels, Erhöhung des pH-Wertes um etwas oder durch beides berücksichtigt werden.
  • Die oben genannten Verfahren steigern die Kompatibilität und führen zu einer stabilen Katalysatoraufschlämmung. Beide Verfahren erzeugen eine große negative Oberflächenladung auf den Katalysatorteilchen, welche wiederum den Katalysator stabilisiert, in Anwesenheit der gleich geladenen (anionischen) Latex-Emulsionsteilchen. Für beide Systeme wurde eine gute Adhäsion beobachtet (d.h. der Katalysator kann nicht von der Stirnfläche eines beschichteten Monoliths abgewischt werden) bei einer Beladung von 10 Gew.-% (Feststoff Basis) des polymeren Bindemittels. Bei 5% ist die Adhäsion nicht so gut, so dass die optimale Beladung wahrscheinlich irgendwo dazwischen ist.
  • Während es sich gezeigt hat, dass diese Verfahren die Kompatibilität von MnO2/Latexaufschlämmungen steigert, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Systeme begrenzt, die negativ geladene Latexemulsionen verwenden. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass die Kompatibilität der Aufschlämmung auch unter Verwendung von kationischen Latexemulsionen erzielt werden kann, unter Verwendung von kationischen oberflächenaktiven Mitteln und/oder Dispersionsverpackungen, um die Katalysatorteilchen zu stabilisieren.
  • Die polymeren Aufschlämmungen der vorliegenden, insbesondere Polymerlatex-Aufschlämmungen, können herkömmliche Additive enthalten, wie Verdicker, Biozide oder Antioxidationsmittel.
  • Die Schadstoff behandelnde Zusammensetzung kann auf eine mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Fahrzeugoberfläche aufgebracht werden, durch jedes geeignete Mittel wie Sprühbeschichten, Pulverbeschichten, Bürsten oder Tauchen der Oberfläche in eine Katalysatoraufschlämmung.
  • Die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Oberfläche wird vorzugsweise gereinigt, um Oberflächenschmutz zu entfernen, insbesondere Öle, welche zu einer schlechten Haftung der Schadstoff behandelnden Zusammensetzung an der Oberfläche führen können. Wenn es möglich ist, ist es bevorzugt, das Substrat, auf welchem die Oberfläche angeordnet ist, auf eine ausreichend hohe Temperatur zu erwärmen, um Oberflächenverschmutzungen und Öle zu verdampfen oder abzubrennen.
  • Wenn das Substrat, auf welchem sich eine mit der Atmosphäre in Kontakt kommende Oberfläche befindet, aus einem Material besteht, welches erhöhten Temperaturen widerstehen kann, wie ein Aluminiumkühler, kann das Oberflächensubstrat in solch einer Weise behandelt werden, um die Adhäsion der Katalysatorzusammensetzung zu verbessern, insbesondere von Ozon-Kohlenstoffmonoxid, und/oder der Kohlenwasserstoffkatalysator-Zusammensetzung. Ein Verfahren ist es, das Aluminiumsubstrat, wie den Kühler, auf eine ausreichende Temperatur in Luft für einen ausreichenden Zeitraum zu erwärmen, um eine dünne Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche zu bilden. Dies hilft, die Oberfläche zu reinigen, indem Öle entfernt werden, welche schädlich für die Adhäsion sein können. Zusätzlich hat sich, wenn die Oberfläche Aluminium ist, eine ausreichende Schicht aus oxidiertem Aluminium gebildet, indem der Kühler in Luft von für von 0,5 bis 24 Stunden, vorzugsweise von 8 bis 24 Stunden und noch bevorzugter von 12 bis 20 Stunden bei zwischen 350°C bis 500°C, vorzugsweise zwischen 400 bis 500°C und noch bevorzugter 425 bis 475°C erwärmt wurde. In einigen Fällen wurde eine ausreichende Adhäsion ohne Verwendung einer Unterschicht erzielt, wenn ein Aluminiumkühler bei 450°C für 16 Stunden in Luft erwärmt wurde. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn die Beschichtung auf neue Oberflächen, wie Kühler oder Klimaanlagenkondensatoren, aufgebracht wurde, bevor diese in ein Motorfahrzeug eingebaut werden, entweder als ursprüngliche Geräte oder als Ersatz.
  • Die Adhäsion kann verbessert werden, indem eine Unterschicht oder Vorschicht auf das Substrat aufgebracht wird. Geeignete Unterschichten oder Vorschichten umfassen feuerfeste Oxidträger des oben beschriebenen Typs, wobei Aluminiumoxid bevorzugt ist. Eine bevorzugte Unterschicht, um die Adhäsion zwischen der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche zu erhöhen und eine Überschicht einer Ozon-Katalysator-Zusammensetzung ist in dem gemeinsam benannten US-Patent Nr. 5,422,331 offenbart. Ist offenbart, dass die Unterschicht eine Mischung aus feinen teilchenförmigen feuerfesten Metalloxid und einem Sol, gewählt aus Siliciumdioxid-, Aluminiumoxid-, Zirkoniumdioxid- und Titandioxid-Solen enthält. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können die auf Fahrzeugen existierenden Oberflächen beschichtet werden, während das Substrat, wie der Kühler, Kühlerlüfter oder Klimaanlagenkondensator, an dem Fahrzeug angeordnet ist. Die Katalysatorzusammensetzung kann direkt auf die Oberfläche aufgebracht werden. Wenn eine zusätzliche Adhäsion notwendig ist, kann eine Unterschicht verwendet werden, wie oben genannt.
  • Wenn es praktisch ist, den Kühler von dem Fahrzeug zu trennen, kann ein Trägermaterial, wie aktiviertes Aluminiumoxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, grobes Titandioxid, Titan-Sol, Siliciumdioxid-Zirkoniumdioxid, Manganzirkoniumoxid und andere, wie genannt, zu einer Aufschlämmung gebildet werden und auf das Substrat aufgebracht werden, vorzugsweise mit einem Siliciumdioxid-Sol, um die Adhäsion zu verbessern. Das vorbeschichtete Substrat kann anschließend mit löslichen Edelmetallsalzen, wie den Platin- und/oder Palladiumsalzen, beschichtet werden, und gegebenenfalls mit Mangannitrat. Das beschichtete Substrat kann dann in einem Ofen in Luft für eine ausreichende Zeit erwärmt werden (0,5 bis 12 Stunden bei 350°C bis 550°C), um die Palladium- und Manganbestandteile zu calcinieren, um die Oxide daraus zu bilden.
  • Die vorliegende Erfindung kann Adsorptionszusammensetzungen umfassen, getragen auf der mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche. Die Adsorptionszusammensetzung kann verwendet werden, um gasförmige Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe und Schwefeldioxid, wie auch teilchenförmige Materie, wie teilchenförmige Kohlenwasserstoffe, Ruß, Pollen, Bakterien und Keime zu adsorbieren. Geeignete getragene Zusammensetzungen können Adsorptionsmittel umfassen, wie Zeolithe, um Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren. Geeignete Zeolith-Zusammensetzungen sind in der Veröffentlichung Nr. WO 94/27709 , veröffentlicht am 08. Dezember 1994, mit dem Titel Nitrous Oxide Decomposition Catalyst, beschrieben. Besonders bevorzugte Zeolithe sind β-Zeolithe und dealuminiertes Zeolith Y.
  • Kohlenstoff, insbesondere aktivierter Kohlenstoff, kann zu Kohlenstoff-Adsorptionszusammensetzungen geformt werden, umfassend aktivierten Kohlenstoff und Bindemittel, wie Polymere, wie in dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kohlenstoff-Adsorptionszusammensetzung kann auf die mit der Atmosphäre in Kontakt stehenden Oberfläche aufgebracht werden. Aktivierter Kohlenstoff kann Kohlenwasserstoffe adsorbieren, flüchtige organische Bestandteile, Bakterien oder Pollen. Noch eine andere Adsorptionszusammensetzung kann Bestandteile umfassen, welche SiO3 adsorbieren können. Ein besonderes geeignetes SO3-Absorptionsmittel ist Calciumoxid. Das Calciumoxid wird zu Calciumsulfat umgewandelt. Die Calciumoxid-Ad sorptionszusammensetzungen können auch einen Vanadium- oder Platinkatalysator enthalten, welcher verwendet werden kann, um Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid umzuwandeln, welcher dann auf dem Calciumoxid adsorbiert werden kann, um Calciumsulfat zu bilden.
  • Zusätzlich zu der Behandlung der atmosphärischen Luft, enthaltend Schadstoffe, bei Umgebungsbedingungen oder Umgebungsbetriebsbedingungen, umfasst die vorliegende Erfindung die katalytische Oxidation und/oder Reduktion von Kohlenwasserstoffen, Stickstoffoxiden und restlichem Kohlenstoffmonoxid, unter Verwendung des Dreiwege-Katalystors, getragen auf elektrisch erwärmten Katalysatoren, die im Stand der Technik bekannt sind. Die elektrisch erwärmten Katalysatoren können auf elektrisch erwärmtem Katalysator-Monolith 56 angeordnet sein, wie in 1 dargestellt. Solche elektrisch erwärmten Katalysatorsubstrate sind im Stand der Technik bekannt und sind in Referenzen offenbart, wie dem US-Patent Nr. 5,308,591 und 5,317,869 . Zum Zweck der vorliegenden Erfindung ist der elektrisch erwärmte Katalysator ein Metallwabenkörper mit einer geeigneten Dicke, um in die Flussrichtung zu passen, vorzugsweise von 0,318 bis 30,5 cm (1/8 inch bis 12 inch), und noch bevorzugter 1,27 bis 7,62 cm (0,5 bis 3 inch). Wenn der elektrisch erwärmte Katalysator in einen engen Raum passen muss, kann er von 0,635 bis 3,81 cm (0,25 bis 1,5 inch) dick sein. Bevorzugte Träger sind monolithische Träger der Art mit einer Vielzahl an feinen, parallelen Gasdurchflussdurchgängen, welche sich dadurch von einer Einlassfläche zu einer Auslassfläche des Trägers erstrecken, so dass die Durchgänge für den Luftfluss offen sind, welcher von der Vorderseite 26 eintritt und durch den Monolith 56 in der Richtung zu dem Lüfter 20 durchgeleitet wird. Vorzugsweise sind die Durchgänge von ihrem Einlass zu ihrem Auslass im Wesentlichen gerade und werden durch Wände definiert, auf welchen das katalytische Material als ein Wash-Coat aufgebracht ist, so dass die Gase durch die Durchgänge fließen und das katalytische Material kontaktieren. Die Flussdurchgänge des monolithischen Trägers sind dünnwandige Kanäle, welche jede geeignete Querschnittsform und Größe aufweisen können, wie trapezförmig, rechteckig, quadratisch, sinusförmige, hexagonal, oval, kreisförmig oder aus metallischen Bestandteilen gebildet sein können, welche gewellt sind und flach, wie im Stand der Technik bekannt. Solche Strukturen können zwischen ungefähr 9,3 bis 93 oder mehr Gaseinlassöffnungen ("Zellen") je cm2 des Querschnitts (60 bis 600 oder mehr Gaseinlassöffnungen ("Zellen") je Quadratinch Querschnitt) enthalten. Der Monolith kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein und ist vorzugsweise in der Lage, beim Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmt zu werden. Ein geeigneter Katalysator, der eingesetzt werden kann, ist der Drei Wege-Katalysator (TWC), wie oben genannt, welcher die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid steigern kann, wie auch die Reduktion von Stickstoffoxiden. Geeignete TWC-Katalysatoren sind in den US-Patenten Nrn. 4,714,694 ; 4,738,947 ; 5,010,051 ; 5,057,483 ; und 5,139,992 genannt.
  • Die Adhäsion von katalytischen und Adsorptionszusammensetzungen an der Oberfläche, Z.B. Metalloberflächen, kann verbessert werden, indem Tonminerale als Haftungsunterstützer eingeführt werden. Solche Tonminerale umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Attapulgit, Smectite (z.B. Montmorillonit, Bentonit, Beidellit, Nontronit, Hectorit, Saponit, etc.), Kaolinit, Talk, Glimmer und synthetische Tone (z.B. Laponit, vertrieben von Southern Clay Produkts). Attapulgit ist bevorzugt. Bei Mangandioxidkatalysatorbeschichtungen zeigen die Beschichtungen, welche mit einem auf Acryl basierenden Polymer hergestellt sind, z.B. auch bei normalen Autokühler-Betriebstemperaturen (typischerweise geringer als ungefähr 100°C) einen Verlust an Adhäsion, welche der stufenweisen Zersetzung des Bindemittels durch den Mangandioxidkatalysator zugeschrieben wird. Dies ist unerwartet, da auf Acryl basierende Polymerbindemittel bei Temperaturen von über ungefähr 150°C als stabil bekannt sind.
  • Tone werden üblicherweise nicht als Haftungspromotoren in bei niedriger Temperatur härtenden katalytischen oder Adsorptionsbeschichtungen verwendet. Während sie einen breiten Bereich von Anwendungen in der Beschichtungsindustrie als Füllstoffe und Suspensionshilfsmittel (z.B. Farben) aufweisen, werden sie nicht als Haftungspromotoren verwendet. Wir haben herausgefunden, dass die Verwendung von Tonmineralien in Mangandioxid-Katalysatoraufschlämmungen unerwarteterweise die Adhäsion der resultierenden Katalysatorbeschichtungen an den Metalloberflächen verbessert, einschließlich von Aluminium-Autokühlerrippenoberflächen. Im Gegensatz dazu zeigen Beschichtungen, hergestellt ohne Ton, einen deutlichen Verlust an Adhäsion. Man nimmt an, dass der Verlust der Adhäsion aus der katalytischen Zersetzung des organischen, auf Acryl basierenden Polymers resultiert. Diese Wirkung wurde über einen langen Zeitraum beobachtet, bei einer auf der Straße gealterten, nicht-tonhaltigen Kühlerbeschichtung (z.B. nach 80500-161000 km (50000-100000 Meilen) Betrieb). Die Wärmebehandlung der Katalysatorbeschichtung bei 150°C soll das Zersetzungsverfahren des auf Acryl basierenden Haftungsmittels beschleunigen. Die Wirkung wurde durch Messen der Menge der Beschichtung, welche durch kleine Stücke auf dem wärmebehandelten Kühler verloren ging, nachdem die Stücke im Wasser für 5 Minuten mit Ultraschall behandelt wurden, quantifiziert. Für Beschichtungen, welche ohne Ton hergestellt wurden und zu der Katalysatoraufschlämmung zugegeben wurden, wurde bis zu 100% Beschichtungsverlust nach einer Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden beobachtet. Wenn Ton in die Beschichtung eingeführt wird, geht deutlich weniger Beschichtung nach der gleichen Wärmebehandlung verloren. Basierend auf diesen Beobachtungen nimmt man an, dass die Einführung von Tonen, wie Attapulgit, die Adhäsion und Beständigkeit von Kühlerbeschichtungen, über die Lebensdauer eines Fahrzeuges (d.h. 161000 km bis 241000 km (100000 bis 150000 Meilen)) deutlich verbessern.
  • Zusätzliche bevorzugte, die Metalloberflächenadhäsion unterstützende Materialien für katalytische und Adsorptionszusammensetzungen sind auf Wasser basierende Siliconharzepolymeremulsionen. Diese sind besonders als Adhäsionshilfsmittel in Mangandioxid-Katalysatorbeschichtungen zur Verwendung auf Metalloberflächen, wie Autokühleroberflächen, einschließlich Aluminiumkühleroberflächen, geeignet. Wie zuvor erwähnt, haben die Langzeitüberprüfung auf der Straße der katalytischen Beschichtungen, wenn diese auf Fahrzeugkühleroberflächen aufgebracht wurde, gezeigt, dass auch bei normaler Kühlerbetriebstemperatur (typischerweise weniger als 100°C) die Beschichtungen, die mit herkömmlichen, auf Acryl basierenden Polymerbindemitteln hergestellt wurden, einen Verlust an Adhäsion über die Lebensdauer des Fahrzeuges zeigen (z.B. nach 161000 km (100000 Meilen) Betrieb). Der beobachtete Verlust der Adhäsion wird der stufenweisen Zersetzung des auf Acryl basierenden Bindemittels durch den MnO2-Katalysator zugeschrieben. Dies ist unerwartet, da auf Acryl basierende Bindemittel bei Temperaturen über 150°C als stabil bekannt sind.
  • Auf Wasser basierende Siliconpolymeremulsionen werden üblicherweise nicht als Adhäsionshilfsmittel in katalytischen und Adsorptionszusammensetzungsbeschichtungen verwendet. Sie weisen jedoch Anwendungen in verschiedenen Beschich tungszusammensetzungen auf, die für Farben in der Textilindustrie verwendet werden. Zum Beispiel werden sie verwendet, um Bindemittel und Wasserabstoßung bei Umgebungstemperatur härtenden Farbbeschichtungen bereitzustellen (z.B. von Zement-Kellerwänden) und sie werden auch als primäre Bindemittelvorläufer in Hochtemperatur-Farben verwendet (z.B. Kamine und Schomsteine). Wenn das Siliconpolymer bei der ersteren Anwendung die Zusammensetzung beibehält, werden bei der letzteren Anwendung die organischen Substituenten des Polymers "ausgebrannt", wodurch ein vollständiges anorganisches Netzwerk aus Si-O-Si-Ketten als Pigmentbindemittel zurückbleibt.
  • Wir haben herausgefunden, dass die Verwendung von auf Wasser basierenden Siliconpolymeremulsionen die Adhäsion von z.B. Mangandioxid-Katalysatorbeschichtungen an den Aluminiumkühlerrippenoberflächen deutlich verbessert wird. Im Gegensatz dazu zeigen Beschichtungen, hergestellt mit herkömmlichen auf Acryl basierenden Polymerbindemitteln, welche im Stand der Technik bekannt sind, einen deutlichen Verlust an Adhäsion. Der Verlust der Adhäsion für herkömmliche Bindemittelsysteme nach Wärmebehandlung bei 150°C (beschleunigter Alterungstest) bestätigt Ergebnisse, erhalten aus Langzeitüberprüfungen von Straßenfahrzeug, welche auch zeigten, dass die Beschichtungen, welche mit herkömmlichen Bindemitteln hergestellt wurden, eine Verschlechterung der Adhäsion über die Lebensdauer des Fahrzeuges zeigten, auch bei Standard-Kühlerbetriebstemperaturen (weniger als ungefähr 100°C). Sowohl bei den Tests auf der Straße, wie auch dem beschleunigten Alterungstest soll der Verlust der Adhäsion aus der katalytischen Zersetzung des organischen, auf Acryl basierenden Bindemittels resultieren und bei einer höheren Temperatur (z.B. 150°C) wird dieses Verfahren beschleunigt. Die Wirkung wurde quantifiziert durch Messen der Menge des Beschichtungsverlustes aus kleinen Stücke des wärmebehandelten Kühlers nachdem die Stücke in Wasser für 5 Minuten mit Ultraschall behandelt wurden. Bei Beschichtungen, hergestellt aus herkömmlichen Acryl-Latex-Bindemitteln, wurde bis zu 100% Beschichtungsverlust nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden beobachtet. Wenn Silicon-Latex-Adhäsionshilfsmittel verwendet werden, tritt ein deutlich geringerer Beschichtungsverlust nach einer ähnlichen Behandlung auf. Auch bei Zusammensetzungen, bei denen nur eine geringe Menge Siliconadhäsionshilfsmittel zusammen mit dem herkömmlichen auf Acryl basierenden Bindemittel verwendet wird (z.B. ein 3 : 1-Verhältnis von Acryl zu Silicon-Bindemitteln), kann eine dramatische Verbesserung der Beschichtungsadhäsion nach einer Wärmebehandlung bei 150°C beobachtet werden. Basierend auf diesen Beobachtungen nimmt man an, dass die Verwendung von Siliconpolymer-Adhäsionshilfsmittel die Adhäsion und Beständigkeit von Mangandioxid-Kühlerbeschichtungen über die Lebensdauer eines Fahrzeugs deutlich verbessern wird (z.B. 161000 bis 241000 km (100000 bis 150000 Meilen).
  • In einer Ausführungsform wird der Vorteil von Siliconpolymer erhalten, indem die auf Wasser basierende Silicon-Latex-Emulsion vor der Beschichtung in die Katalysatoraufschlämmungszusammensetzung eingeführt wird. In einer zusätzlichen Ausführungsform wird der Vorteil des Siliconpolymers erhalten, indem eine verdünnte Lösung aus Siliconlatex über der getrockneten Katalysatorbeschichtung aufgebracht wird. Das Siliconlatex soll in die Beschichtung eindringen und beim Erwärmen ein poröses vernetztes Polymer-"Netzwerk" zurücklassen, welches die Adhäsion der Beschichtung sogar nach der Wärmebehandlung bei 150°C deutlich verbessert.
  • Die folgenden Beispiele unterstützen das Verständnis der Vorteile der Erfindung im weiteren Detail.
  • Die Verwendung einer Kombination aus Tonmineralien und auf Wasser basierenden Siliconharzpolymeremulsionen führt zu einer noch größeren Verbesserung der Adhäsion des Katalysators und der Absorptionszusammensetzungen auf den Metalloberflächen, als wenn nur ein Adhäsionshilfsmittel verwendet wird. Insbesondere wird die Adhäsion des MnO2-Katalysators an Metalloberflächen deutlich verbessert.
  • Beispiel 1
  • A) Herstellung der Aufschlämmung:
  • In einer Kugelmühle mit einer Gallone wurden 1000 g Mangandioxid (Cryptomelan) mit 1500 g entionisiertem Wasser kombiniert und für ungefähr 15 Minuten gemahlen. Das MnO2 wies eine Oberflächen von ca. 220 m2/g auf, eine mittlere Teilchengröße von ca. 3,5 μm und wurde von Chemetals erworben. Nach dem Mahlen wurde die resultierende Aufschlämmung aus der Mühle gegossen. Nachfolgend wurden 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel (Feststoffbasis relativ zu MnO2-Festkörpern) zugegeben, und die resultierende Aufschlämmung wurde für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben.
  • Ungefähr 100 g der MnO2-Aufschlämmung, hergestellt wie oben, enthaltend 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, wunde in einen separaten Behälter eingeführt. Hierzu wurden 5% Attagel 50 ("Attagel")-Suspensionshilfsmittel (Feststoffbasis relativ zu MnO2-Feststoffen) zugegeben. Das Attagel wurde in der Form eines "Vor-Gels" zugegeben, hergestellt durch das Dispergieren von Attagelpulver in entionisiertem Wasser (13% Attagel-Feststoffe) unter hoher Scherung. Das Mischen des Attagel-Vor-Gels in die MnO2-Aufschlämmung wurde durch das schnelle Schütteln des Aufschlämmungsbehälters erzielt. Zusätzlich wurde die Aufschlämmung für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt. Die folgenden Bestandteile wurden aufeinanderfolgend zugegeben: 7,5% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel, 2,5% Silres M-50E-Siliconbindemittel, 1% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel, 0,5% Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel, und 0,57% Nuosept 95-Konservierungsmittel. Alle Anteile der Bestandteile basierten auf den Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben und die resultierenden Zusammensetzungen wurden für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, bevor der nächste Bestandteil zugegeben wurde. Das XLO-HVP wurde in der Form einer 2,5% Lösung zugegeben, die hergestellt wurde durch das Dispergieren des XLO-HVP-Pulvers in entionisiertem Wasser unter hoher Scherung. Die gesamten Feststoffe des fertigen Aufschlämmungsansatzes bzw. -rezeptur ("A") wurden anschließend auf 22% reduziert. Das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel wurde von Engelhard Corporation erhalten, Rhoplex P-376-Acrylbindemittel wurde von Rohm & Haas Company erworben, das Silres M-50E-Siliconbindemittel wurde von Wacker Silicones erworben, das BC-720-Benetzungsmittel wurde von Rhodia erworben, das XLO-HVP-Verdickungsmittel wurde von Akzo-Nobel erworben und das Nuosept 95-Konservierungsmitel wurde von Huls-Creanova erworben.
  • Ähnlich wurden zwei zusätzliche Ansätze bzw. Rezepturen hergestellt, welche jeweils ungefähr 100 g der MnO2-Aufschlämmung verwendeten, welche wie oben hergestellt wurde, enthaltend Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel. Modifikationen an dem exakten Aufschlämmungsansatz wurden durchgeführt, wie unten angeführt. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestand teil wurde getrennt zugegeben, und die resultierenden Ansätze wurden für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die zweite Aufschlämmung ("B") wies einen Ansatz von 10% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 7,5% P-376-Acrylbindemittel, 2,5% Silres M-50E-Siliconbindemittel, 2% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel und 0,5% Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel auf. Die dritte Aufschlämmung ("C") wies eine Zusammensetzung von 16% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 7,5% P-376-Acrylbindemittel, 2,5% Silres M-50E-Siliconbindemittel, 1,5% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel und 0,5% Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel auf.
  • B) Überprüfung der Adhäsion:
  • Ein Kühler eines Ford Taurus wurde in kleine Stücke geschnitten (im Folgenden "Kühler-Minikerne" bezeichnet) mit ungefähren Abmessungen von 2,22 cm (7/8 inch) (W) × 1,59 cm (5/8 inch) (H) × 2,54 cm 1 inch (D). Drei Minikerne wurden anschließend mit den drei Aufschlämmungsansätzen "A", "B", und "C" beschichtet, welche oben hergestellt wurden. Dies wurde durchgeführt, indem jeder Minikern in jede Aufschlämmung getaucht wurde, die Aufschlämmung abgetropft wurde, und anschließend ein Luftmesser verwendet wurde, um jeden übrigen Überschuss abzublasen. Die beschichteten Kerne wurden anschließend in einem Konvektionsofen mit Luft bei 90°C für ungefähr 30 Minuten getrocknet. Die Beladung der Beschichtungen auf den Mikrokernen betrug ungefähr 0,018 bis 0,024 g/cm3 (0,30-0,40 g/inch3).
  • Die beschichteten Kühlerkerne wurden anschließend in einen Konvektionsofen mit Luft für 24 Stunden bei 150°C eingeführt. Nach der Behandlungsdauer von 24 Stunden wurden die Proben einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall unterworfen. Zunächst wurden die Minikerne gewogen und anschließend wurden sie in separate Glasbecher eingeführt, welche mit entionisiertem Wasser angefüllt waren. Die Glasbecher wurden aufeinanderfolgend in ein Bransonic Modell 42-Ultraschallgerät gestellt, welches bis zum gleichen Maß wie in den Bechergläsern mit entionisiertem Wasser angefüllt war. Die Proben wurden für 2 Minuten mit Ultraschall behandelt, in einem Ofen bei 90°C für ungefähr 30 Minuten getrocknet, und anschließend erneut gewogen, um jeden Beschichtungsverlust zu bestimmen. Das Ultraschallverfahren wurde anschließend für zusätzliche 3 Minuten wiederholt und eine Endberechnung des Prozentanteils an Beschichtungsverlust wurde durchgeführt. Die Daten wurden auf eine konstante anfängliche Beladung von 0,024 g/cm3 (0,40 g/inch3) normalisiert, was einer gesamten Beschichtungsbeladung von 0,16 g entsprach.
  • Die Beschichtungsverluste für die drei Aufschlämmungsansätze sind in Tabelle A zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass wenn die Menge des Attagels in dem Ansatz erhöht wurde, die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Wärmebehandlung bei 150°C verbessert wurde.
    Tabelle A. Adhäsion der Beschichtung und Werte der Katalysatoraktivität für Beispiel I
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%) Ozonumwandlung (%)
    A (NM-18635-45) 3% Rhodoline 226/35 5% Attagel 50 7,5% Rhoplex P-376 1% XLO-HVP 0,5% Rhodasurf BC-720 0,75% Nuosept 95 47
    B (NM-18688-3-111) 3% Rhodoline 226/35 10% Attagel 50 7,5% Rhoplex P-376 2,5% Silres M-50E 2% XLO-HVP 0,5% Rhodasurf BC-720 32 30
    C (NM-18688-3-117) 3% Rhodoline 226/35 15% Attagel 50 7,5% Thoplex P-376 2,5% Silres M-50E 1,5% XLO-HVP 0,5% Rhodasurf BC-720 21 32
  • C) Überprüfung der katalytischen Aktivität
  • Ein 400 cpsi-keramischer Wabenkörperblock wurde in kleine Stücke geschnitten (im Folgenden als keramische Minikerne bezeichnet) mit ungefähren Abmessungen von 2,22 cm (7/8 inch) (Durchmesser) × 5,08 cm (2 inch) (D). Drei Minikerne wurden anschließend mit den Aufschlämmungsansätzen "A", "B" und -"C" beschichtet, welche oben hergestellt wurden. Dies wurde durchgeführt, indem die Minikerne in jede Aufschlämmung getaucht wurden, die Aufschlämmung ablaufen konnte und anschließend ein Luftmesser verwendet wurde, um jeden übrig bleibenden Überschuss abzublasen. Die beschichteten Kerne wurden anschließend in einem Konvektionsofen mit Luft bei 90°C für ungefähr 30 Minuten getrocknet. Die Beladung der Beschichtung auf den Minikernen betrug ungefähr 0,018 bis 0,024 g/cm3 (0,30-0,40 g/inch3).
  • Die katalytische Aktivität der drei Proben wurde gemessen, indem eine ozonhaltige Luft über die Minikerne in einem Laborreaktor geleitet wurde. Die Temperatur des Katalysators betrug 75°C, die Raumgeschwindigkeit der Luft, welche durch den Katalysator-Minikern geleitet wurde, betrug 2500000/Stunde, der Taupunkt der Luft betrug ungefähr 15°C, und die Ozonkonzentration betrug ungefähr 250 ppb. Die Ozonkonzentration in dem Luftstrom wurde vor und nach dem Katalysator unter Verwendung eines Dasibi 1008-AH-Umgebungsozonmonitors gemessen. Die Überprüfung der katalytischen Aktivität wurde bei sehr hohen Raumgeschwindigkeiten durchgeführt, in einer Bemühung, jeden Unterschied der katalytischen Leistung unter sehr harten Fließbedingungen zu ermitteln. Der Luftfluss unter normalen Betriebsbedingungen des Kühlers wäre ungefähr 2- bis 4-mal weniger. Die Ergebnisse der Ozonumwandlung, welche in Tabelle A zusammengefasst sind, zeigen, dass der Einbau von Attagel in den Ansatz der Aufschlämmung im Wesentlichen keine Wirkung auf die katalytische Leistung hatte.
  • Beispiel II
  • Zwei Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden gemäß des allgemeinen Verfahrens, wie in Beispiel I ausgeführt, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden, wie unten angegeben, durchgeführt. Alle Mengen der Bestandteile basieren auf den Feststoffen, relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben, und die resultierenden Zusammensetzungen wurden nachfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die erste Aufschlämmung ("D") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 13% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel und 3,5% Acrysol RM-8W-assoziatives Verdickungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("E") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 13% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel und 2% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Rhoplex P-376-Acrylbindemittel und das Acrysol RM-8W-Verdickungsmittel wurden von Rohm & Haas Company erworben, das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel wurde von Engelhard Corporation erhalten und das XLO-HVP-Verdickungsmittel wurde von Akzo-Nobel erworben.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden zunächst Kühler-Minikerne vom Ford Taurus mit zwei Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden unterworfen. Die Ergebnisse der Adhäsionsüberprüfung sind in Tabelle B zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass wenn das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel in den Katalysatoransatz eingeführt wurde, die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbessert wurde.
    Tabelle B. Werte der Adhäsion der Beschichtung für Beispiel II
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%)
    D (NM-18593-6-8) 3% Rhodoline 226/35 13% Rhoplex P-376 3,5% Acrysol RM-8W 100
    E (NM-18635-22-91) 3% Rhodoline 226/35 3% Attagel 50 13% Rhoplex P-376 2% XLO-HVP 155
  • Beispiel III
  • Zwei Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden gemäß des allgemeinen Verfahrens, wie in Beispiel I ausgeführt, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden durchgeführt, wie unten angegeben. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf den Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben und die resultierenden Zusammensetzungen wurden aufeinanderfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle vermischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die erste Aufschlämmung ("F") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 13% Nacrylic X-4280-Acrylbindemittel und 3,5% Acrysol RM-8W-assoziatives Verdickungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("G") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 10% Nacrylic X-4280-Acrylbindemittel und 1,5% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Nacrylic X-4280-Acrylbindemittel wurde von National Starch and Chemical Company erworben, das Acrysol rm-8W-Verdickungsmittel wurde von Rohm & Haas Company erworben, das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel wurde von Engelhard Corporation erhalten und das XLO-HVP-Verdickungsmittel wurde von Akzo-Nobel erworben.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden Kühler-Minikerne vom Ford Taurus zunächst mit zwei Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden einer Adhäsionsüberprüfung durch Ultraschall unterworfen. Die Adhäsions-Testergebnisse sind in Tabelle C zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass wenn Attagel 50-Suspensionshilfsmittel in den Katalysatoransatz eingeführt wurde, die sich Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbesserte, auch wenn weniger Acryl-Bindemittel in der Beschichtung verwendet wurde.
    Tabelle C. Werte der Adhäsion der Beschichtung und der katalytischen Wirkung für Beispiel III
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%) Ozonumwandlung (%)
    F (GM-18610-43-1) 3% Rhodoline 226/35 13% Nacrylic X-4280 3,5% Acrysol RM-8W 100 32
    G (NM-18635-1-4) 3% Rhodoline 226/35 3% Attagel 50 10% Nacrylic X-4280 1,5% XLO-HVP 64 32
  • Wie in Beispiel I beschrieben, wurden 400 cpsi keramische Minikerne zunächst mit den zwei Katalysator-Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend einer Überprüfung der katalytischen Aktivität unterworfen. Ozon-Umwandlungsergebnisse sind in Tabelle C zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass das Einführen des Attagel 50 in den Aufschlämmungsansätzen keine Wirkung auf die katalytische Aktivität hatte.
  • Beispiel IV
  • Drei Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden, gemäß dem allgemeinen Verfahren, wie in Beispiel I ausgeführt, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden wie unten angeführt durchgeführt. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf den Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben, und die Aufschlämmungen wurden für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle vermischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die erste Aufschlämmung ("H") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 13% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel und 2% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("I") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Arragel 50-Suspensionshilfsmittel, 9,75% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel, 3,25% Silres M-50E-Silicon-Latex-Bindemittel und 1,5% XLO-HVP-Cellu lose-Verdickungsmittel auf. Die dritte Aufschlämmung ("J") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 9,75% Rhoplex P-376-Acrylbindemittel, 3,25% Silres MP-42E-Silicon-Latex-Bindemittel und 1,5% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Rhoplex P-376-Acrylbindemittel wurde von Rohm & Haas Company erworben, das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel wurde von Engelhard Corporation erhalten, die Silres M-50E- und MP-42E-Silicon-Latex-Bindemittel wurden von Wacker Silicon erworben und der XLO-HVP-Verdicker wurde von Akzo-Nobel erworben.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden Kühler-Minikerne des Ford Taurus zunächst mit zwei Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall unterworfen. Die Adhäsionstest-Ergebnisse sind in Tabelle D zusammengefasst. Der Ansatz "H", welcher herkömmliche Acryl-Bindemittel enthielt, wies den höchsten Beschichtungsverlust von 55% auf, die Ansätze "I" und "J", bei welchen ein Teil des Acryl-Bindemittels durch ein Silicon-Bindemittel ersetzt wurde, wiesen einen deutlich geringeren Beschichtungsverlust auf (35 bzw. 28%). Die Werte zeigen, dass sich auch, wenn eine geringe Menge des Rhoplex P-376-Acryl-Bindemittels durch ein Silicon-Bindemittel ersetzt wird (während das gleiche Gesamtmaß im Aufschlämmungsansatz beibehalten wurde), die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbesserte.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden 400 cpsi keramische Minikerne zunächst mit den drei Katalysatoraufschlämmungsansätzen beschichtet, und anschließend einem katalytischen Aktivitätstest unterworfen. Die Ergebnisse der Ozonumwandlung sind in Tabelle D zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass das Einführen des Silicon-Bindemittels in die Aufschlämmungszusammensetzung im Wesentlichen keine Wirkung oder nur eine sehr geringe Wirkung auf die katalytische Leistung besaß, abhängig von dem spezifischen verwendeten Silicon.
    Tabelle D: Werte der Adhäsion der Beschichtung und der katalytischen Aktivität für Beispiel IV
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%) Ozonumwandlung
    H (NM-18635-22-91) 3% Rhodoline 226/35 3% Attagel 50 13% Rhoplex P-376 2% XLO-HVP 55 28
    I (NM-18635-22-93) 3% Rhodoline 226/35 3% Attagel 50 9,75% Rhoplex P-376 3,25% Silres M-50E 1,5% CLO-HVP 35 27
    J (NM-18635-23-94) 3% Rhodoline 226/35 3% Attagel 50 9,75% Rhoplex P-376 3,25% Silres MP-42E 1,5% XLO-HVP 28 24
  • Beispiel V
  • Vier Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden gemäß dem allgemeinen Verfahren, wie in Beispiel I ausgeführt, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden durchgeführt, wie unten festgehalten. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde getrennt zugegeben, und die Aufschlämmungen wurden aufeinanderfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, bevor der nächste Bestandteil zugegeben wurde. Die erste Aufschlämmung ("K") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 13% Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel und 3,5% Acrysol RM-8W assoziatives Verdickungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("L") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3,25% Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel und 9,75% Silres M-50E-Silicon-Bindemittel auf. Die dritte Aufschlämmung ("M") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3,25% Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel und 9,75% Silres MP-42E-Silicon-Bindemittel auf. Die vierte Aufschlämmung ("N") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3,25% Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel und 9,75% SM-2112-Silicon-Bindemittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel wurde von National Starch and Chemical Company erworben, das Acrysol RM-8W-Verdickungsmittel wurde von Rohm & Haas Company erworben, die Silres M-50E und MP-42E-Silicon-Bindemittel wurden von Wacker Silicones erworben und das SM-2112-Silicon-Bindemittel wurde von GE Silicones erworben.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden Radiator-Minikerne vom Ford Taurus mit vier Katalysatoraufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall unterworfen, nachdem die Proben bei 150°C 24 Stunden erwärmt wurden. Adhäsionstestergebnisse sind in Tabelle E zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass auch wenn eine geringe Menge des Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittels durch verschiedene unterschiedliche Silicon-Bindemittel ersetzt wurde (während der gleiche gesamte Bindemittelanteil in der Zusammensetzung beibehalten wurde), sich die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbessert.
    Tabelle E: Werte der Beschichtungsadhäsion für Beispiel V
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%)
    K (GM-18610-43-1) 3% Rhodoline 226/35 13% Nacrylic X-4280 3,5% RM-8W 100
    L (GM-18641-18-1) 3% Rhodoline 226/35 3,25% Nacrylic X-4280 9,75% Silres M-50E 28
    M (GM-18641-18-2) 3% Rhodoline 226/35 3,25% Nacrylic X-4280 9,75% Silres MP-42E 18
    N (GM-18641-18-4) 3% Rhodoline 226/35 3,25% Nacrylic X-4280 9,75% SM-2112 33
  • Beispiel VI
  • Drei Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden gemäß dem allgemeinen Verfahren, angegeben im Beispiel I, hergestellt. Modifikationen der exakten chemischen Zusammensetzung wurden, wie unten angegeben, durchgeführt. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben, und die Aufschlämmungen wurden nachfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle vermischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die erste Aufschlämmung ("O") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 13% Rhoplex AC-261-Acryl-Bindemittel und 3,5% Acrysol RM-8W assoziatives Verdickungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("P") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 6,5% Rhoplex AC-261-Acryl-Bindemittel und 6,5% Silres M-50E-Silicon-Bindemittel auf. Die dritte Aufschlämmung ("Q") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 6,5% Rhoplex AC-261-Acryl-Bindemittel und 6,5% Silres MP-42E-Silicon-Bindemittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Rhoplex AC-261-Acryl-Bindemittel und Acrysol RM8W-Verdickungsmittel wurden von Rohm & Haas Company erworben und die Silres M-50E- und MP-42E-Silicon-Bindemittel wurden von Wacker Silicones erworben.
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden Kühler-Minikerne von Ford Taurus zunächst mit drei Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall unterworfen, nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden. Adhäsionstestergebnisse sind in Tabelle F zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass wenn etwas des Rhoplex AC-261-Acryl-Bindemittels durch ein Silicon-Bindemittel ersetzt wird (während das gleiche gesamte Bindemittelmaß in der Zusammensetzung beibehalten wird) die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbessert wird.
    Tabelle F: Werte der Adhäsion der Beschichtung für Beispiel VI
    Ansatz-Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%)
    O (NM-18593-48-6-7) 3% Rhodoline 226/35 13% Rhoplex AC-261 3,5% RM-8W 100
    P (NM-18593-52-13) 3% Rhodoline 226/35 6,5% Rhoplex AC-261 6,5% Silres M-50E 53
    Q (NM-18593-52-14) 3% Rhodoline 226/35 6,5% Rhoplex AC-261 6,5% Silres MP-42E 36
  • Beispiel VII
  • Zwei Katalysator-Aufschlämmungsansätze wurden gemäß dem allgemeinen Verfahren, wie in Beispiel I ausgeführt, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden, wie unten angegeben, durchgeführt. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf Feststoffen, relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben, und die Aufschlämmungen wurden aufeinanderfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die erste Aufschlämmung ("R") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 8% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 6% Rhoplex P-376-Acryl-Bindemittel, 6% Duroset Elite 22 EVA-Bindemittel, 2,5% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel, 0,5% Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel und 0,57% Nuosept 95-Konservierungsmittel auf. Die zweite Aufschlämmung ("S") wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 8% Arragel 50-Suspensionshilfsmittel, 9% Rhoplex P-376-Acryl-Bindemittel, 3% Silres M-50E-Silicon-Bindemittel, 2,5% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel, 0,5% Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel und 0,57% Nuosept 95-Konservierungsmittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel und das Rhodasurf BC-720-Benetzungsmittel wurden von Rhodia erworben, das Attagel 50-Suspensionshilfsmittel wurde von Engelhard Corporation erhalten, das Rhoplex P-376-Acryl-Bindemittel wurde von Rohm & Haas Company erworben, das Duroset Elite 22 EVA-Bindemittel wurde von Natinal Starch and Chemical Company erworben, die Silres M-50E-Silicon-Bindemittel wurden von Wacker Silicones erworben und das XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel wurde von Akzo-Nobel erworben, und das Nuosept 95-Konservierungsmittel wurde von Huls-Creanova erworben.
  • Wie in Beispiel I beschrieben, wurden zunächst Kühler-Minikerne von Ford Taurus mit zwei Ansätzen beschichtet, und sie wurden nach der Wärmebehandlung bei 150°C für 24 Stunden einem Adhäsionstest mit Ultraschall unterworfen. Die Adhäsionstestergebnisse sind in Tabelle G zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass auch wenn eine geringe Menge des Rhoplex P-376-Acryl-Bindemittels durch ein Silicon-Bindemittel ersetzt wird (während das gleiche Gesamtmaß des Bindemittels in der Zusammensetzung beibehalten wurde), sich die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Behandlung bei 150°C dramatisch verbesserte.
    Tabelle G: Werte der Adhäsion der Beschichtung und katalytischen Aktivität
    Ansatz Zusammensetzung Beschichtungsverlust (%) Ozonumwandlung (%)
    R (NM-18688-32-9-1) 3% Rhodoline 226/35 8% Attagel 50 6% Rhoplex P-376 6% Elite 22 2,5% XLO-HVP 0,5% Rhodasurf BC-720 0,57% Nuosept 95 47 32
    S (NM-18688-32-10-5) 3% Rhodoline 226/35 8% Attagel 50 9% Rhoplex P-376 3% Silres M-50E 2,5% XLO-HVP 0,5% Rhodasurf BC-720 0,57% Nuosept 95 31 28
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden zunächst 400 cpsi keramische Minikerne mit zwei Katalysator-Aufschlämmungsansätzen beschichtet und anschließend einer Überprüfung der katalytischen Aktivität unterworfen. Die Ergebnisse der Ozonumwandlung sind in Tabelle G zusammengefasst. Die Werte zeigten, dass das Einführen des Silicon-Bindemittels in die Zusammensetzung der Aufschlämmung nur eine geringe Wirkung auf die katalytische Aktivität hatte.
  • Beispiel VIII
  • Ein Katalysator-Aufschlämmungsansatz ("T") wurde gemäß des allgemeinen Verfahrens, welches im Beispiel I angeführt ist, hergestellt. Modifikationen an der exakten chemischen Zusammensetzung wurden durchgeführt, wie unten angegeben. Alle Mengen der Bestandteile basierten auf Feststoffen relativ zu MnO2. Jeder Bestandteil wurde separat zugegeben, und die Aufschlämmung wurde nachfolgend für 5 bis 10 Minuten auf einer Walzenmühle gemischt, vor der Zugabe des nächsten Bestandteils. Die Aufschlämmung wies eine Zusammensetzung von 3% Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel, 3% Attagel 50-Suspensionshilfsmittel, 10% Nacrylic X-4280- Acryl-Bindemittel, und 3% XLO-HVP-Cellulose-Verdickungsmittel auf. Das Rhodoline 226/35-Dispersionsmittel wurde von Rhodia erworben, das Attagel 50 wurde von Engelhard Corporation erworben, das Nacrylic X-4280-Acryl-Bindemittel wurde von National Starch and Chemical Company erworben und das XLO-HVP-Verdickungsmittel wurde von Akzo-Nobel erworben.
  • Verdünnte Lösungen der folgenden Silicon-Latex-Emulsionen wurden hergestellt durch das Mischen von 1% (Feststoffbasis) jeder der Emulsionen in entionisiertem Wasser: Silres M-50E (Wacker Silicones); Silres MP-42E (Wacker Silicones); und EL45539 VP (Wacker Silicones).
  • Vier Kühler-Minikerne von Ford Taurus wurden mit der Katalysatoraufschlämmung "T" beschichtet, gemäß des Verfahrens, das in Beispiel I ausgeführt ist, mit der Ausnahme, dass das Trocknen bei 60°C anstelle von 90°C durchgeführt wurde. Nachfolgend wurden drei der mit dem Katalysator beschichteten Minikerne in die drei verdünnten Silicon-Emulsionslösungen eingetaucht, welche oben hergestellt wurden (ein Minikern je Lösung). Die Proben wurden aus den Lösungen entfernt, getrocknet und anschließend mit einem Luftmesser behandelt, um überschüssige Lösung zu entfernen. Die Proben wurden bei 60°C für ungefähr 30 Minuten getrocknet. Alle vier beschichteten Kühler-Minikerne wurden anschließend auf 150°C für 24 Stunden in einem Konvektionsofen mit Luft erwärmt. Nach der Wärmebehandlung wurden die Proben einer Adhäsionsüberprüfung mit Ultraschall unterworfen, wie in Beispiel I ausgeführt. Die Ergebnisse des Adhäsionstests sind in Tabelle H zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass das Tränken einer MnO2-Katalysator-Kühlerbeschichtung mit der Silicon-Latex-Emulsion die Adhäsion der Katalysatorbeschichtung nach der Wärmebehandlung bei 150°C wesentlich verbessert.
    Tabelle H: Werte der Adhäsion der Beschichtung und der katalytischen Aktivität
    Silicon-Emulsions-Tauchlösung Beschichtungsverlust (%) Ozonumwand lung (%)
    Keine 64 32
    1% Silres M-50E 35 27
    1% Silres M-42E 42 32
    1% EL45539 VP 36 29
  • Wie im Beispiel I beschrieben, wurden vier 400 cpsi keramische Minikerne mit der Aufschlämmungszusammensetzung "T" beschichtet. Nachfolgend wurden drei der Katalysator-beschichteten Minikerne in die drei verdünnten Silicon-Emulsionslösungen eingetaucht, hergestellt wie oben (ein Minikern je Lösung). Die Proben wurden aus der Lösung entfernt, abgegossen, und anschließend mit einem Luftmesser behandelt, um eine überschüssige Lösung zu entfernen. Die Proben wurden bei 90°C für ungefähr 30 Minuten getrocknet. Die Proben wurden einer Überprüfung der katalytischen Aktivität unterworfen, wie im Beispiel I beschrieben. Die Ergebnisse der Ozonumwandlungen sind in Tabelle H zusammengefasst. Die Werte zeigen, dass das Tränken der Silicon-Latex-Emulsion in eine MnO2-Kühlerkatalysatorbeschichtung kaum oder wenig Wirkung auf die katalytische Aktivität ausübt.

Claims (10)

  1. Struktur umfassend eine Mischung, welche auf einem Metallsubstrat aufgebracht ist, wobei die Mischung umfasst: (a) eine Katalysatorzusammensetzung, welche ein Mangandioxid umfasst, (b) ein polymeres Bindemittel, und (c) einen Ton.
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei die Mischung des Weiteren ein Silikonpolymer umfasst.
  3. Struktur nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel ein auf Acryl basierendes Polymer ist.
  4. Struktur nach Anspruch 1, wobei der Ton Attapulgit ist.
  5. Struktur nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat Aluminium umfasst.
  6. Verfahren zur Verbesserung der Haftung einer Katalysatorzusammensetzung, welche Mangandioxid enthält, an einem Metallsubstrat, umfassend die Schritte: (a) Bilden einer Mischung, durch das Kombinieren der Katalysatorzusammensetzung mit einem polymeren Bindemittel und Ton, und (b) Aufbringen der Mischung auf ein Metallsubstrat.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Silikonpolymer während des Schrittes (a) auch mit dem Katalysatormaterial kombiniert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das polymere Bindemittel ein auf Akryl basierendes Polymer ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Ton Attapulgit ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metallsubstrat Aluminium umfasst.
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