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Die
Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung von Abgas, welches
aus einer Verbrennungseinrichtung abgegeben wird, wie einem Motor
oder einem Boiler, und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas.
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In
den letzten Jahren wurden Kraftfahrzeuge mit niedrigen Kraftstoffverbrauch
im Hinblick auf die Erschöpfung
der Benzinressourcen und die Aufwärumung der Erde gefordert.
In diesem Zusammenhang wurde der Entwicklung von Magermotorkraftfahrzeugen
Aufmerksamkeit geschenkt. Bei dem Magermotorkraftfahrzeugen befindet
sich das Abgas (Atmosphäre)
in einem mageren Bereich, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases während
des mageren Betriebs im Vergleich mit einem stöchiometrischen Maß mager
ist. In dem Fall, dass ein herkömmlicher
Dreiwegekatalysator in solch einem mageren Bereich einer Abgasatmosphäre verwendet
wird, kann die Reduktion des NOx unter der Wirkung des Überschusses
an Sauerstoff unzureichend sein. Daher ist es besonders erwünscht, Abgasreinigungskatalysatoren
zu entwickeln, welche wirksam NOx reduzieren können, auch in Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff.
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In
der EP-A-0856350 ist ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gezeigt,
welcher ein Aluminiumoxidbasismaterial mit Gamma-Aluminiumoxid und
eine Suspension aus Bindemittel wie Böhmit, umfasst, wobei der Bindemittelanteil
in der Beschichtung 15 Gew.-% betrug.
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Im
Hinblick auf das Obige wurden eine Vielzahl von Katalysatoren zur
Reinigung von Abgas zur Reduktion von NOx in dem mageren Bereich
des Abgases vorgeschlagen. Ein Beispiel dieser Katalysatoren zur Reinigung
von Abgas ist in der JP 5-168860 offenbart, wobei Platin und Lanthan
auf einem porösen
Substrat getragen werden, so dass NOx in dem mageren Bereich des
Abgases gespeichert wird und freigesetzt wird, wenn sich die Konzentration
an Sauerstoff verringert.
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Die
herkömmlichen
Katalysatoren zur Reinigung von Abgas einschließlich des Katalysators, welcher in
JP 5-168860 offenbart ist, zeigen jedoch Probleme, insofern dass
sie eine unzureichende Leistung zeigen und nicht ausreichend aktiviert
werden können,
wenn die Temperatur des Abgases relativ niedrig ist (zum Beispiel
in einem niedrigen Bereich von 100 bis 250°C). Zusätzlich ist in dem Kraftstoff
und dem Schmieröl
Schwe fel enthalten, und daher wird dieser Schwefel in Form von Oxid
in das Abgas abgegeben. Dieser Schwefel vergiftet ein NOx absorbierendes
oder speicherndes Material in dem herkömmlichen Katalysator zur Reinigung von
Abgas, wodurch die NOx Absorptionsfähigkeit des NOx absorbierenden
Materials verringert wird.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator
zur Reinigung von Abgas und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas
bereitzustellen, wobei NOx in dem Abgas effektiv absorbiert oder
gespeichert werden kann, wobei das Abgas nicht durch S vergiftet
wird.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten
Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, welcher eine
hohe Aktivität
bei niedrigen Temperaturen, wie 150 bis 500°C, zeigt.
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Dieser
Gegenstand wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Katalysator zur Reinigung von Abgas gelöst, umfassend
wenigstens ein Edelmetall gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium, und
Böhmit-Aluminiumoxid,
wobei das Böhmit-Aluminiumoxid
in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je Liter des Katalysators
zur Reinigung von Abgas enthalten ist und, wobei das wenigstens
eine Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid
getragen wird.
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Der
Gegenstand wird gemäß der vorliegenden
Erfindung des Weiteren durch ein Verfahren zur Reinigung von Abgas
gelöst,
umfassend das Herstellen eines Katalysators zur Reinigung von Abgas,
umfassend wenigstens ein Edelmetall, gewählt aus der Gruppe bestehend
aus Platin, Palladium und Rhodium, und Böhmit-Aluminiumoxid, wobei das
Böhmit-Aluminiumoxid
in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g je ein Liter des
Katalysators zur Reinigung von Abgas enthalten ist, und wobei das
Abgas aus einer Verbrennungseinrichtung durch den Katalysator zur
Reinigung von Abgas fließt,
so dass die Stickstoffoxide in dem Abgas aus der Verbrennungseinrichtung
von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert werden,
wenn sich das Abgas in einem mageren Bereich befindet, und durch
den Katalysator zur Reinigung von Abgas zu Stickstoff reduziert
werden, wenn sich das Abgas in einem Bereich befindet, einschließlich eines
stöchiometrischen
Bereichs und eines fetten Bereichs, und wobei das wenigstens eine
Edelmetall auf dem Böhmit-Aluminiumoxid
getragen wird.
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Hierbei
ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der Katalysator
zur Reinigung von Abgas eine sehr hohe Aktivität bei niedrigen Temperaturen,
wie 150 bis 500°C,
zeigt.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angeführt. Im
Folgenden wird die Erfindung im größeren Detail anhand verschiedener
Ausführungsformen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei:
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1 eine
schematische Illustration darstellt, welche ein Konzept eines Mechanismus
zeigt, wobei NOx von einem Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden
Erfindung gespeichert wird; und
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2 eine
schematische Darstellung darstellt, welche ein Konzept eines Mechanismus
zeigt, wobei NOx von einem herkömmlichen
Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Katalysator zur Reinigung von Abgas wenigstens
ein Edelmetall gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium; und
Böhmit-Aluminiumoxid dient
als ein Basismaterial. In diesem Katalysator zur Reinigung von Abgas
werden Stickstoffoxide in dem Abgas aus einer Verbrennungseinrichtung
von dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gespeichert, wenn sich das
Abgas in dem mageren Bereich befindet, und wird durch den Katalysator
zur Reinigung von Abgas zu Stickstoff reduziert, wenn sich das Abgas
in einem Bereich befindet, einschließlich eines stöchiometrischen Bereich
und eines fetten Bereichs.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf Basis der folgenden Erkenntnis der
Erfinder durchgeführt:
Im Allgemeinen existieren OH Gruppen (sogenannte Oberflächenhydroxylgruppen)
an dem Oberflächenbereich
des Aluminiumoxids. In dem mageren Bereich oder der mageren Atmosphäre des Abgases,
kann, bei einer gegenseitigen Wirkung zwischen diesen OH Gruppen
und NOx, welches in der Anwesenheit von Edelmetallen, wie Pt, Pd,
Rh und/oder dergleichen oxidiert wurde, NOx (NO2)
von dem Aluminiumoxid gespeichert oder an diesem gehalten werden.
Insbesondere wird NOx an den OH Gruppen festgehalten. Zusätzlich wird
das von den OH Gruppen gehaltene NO2 in
Stickstoff (N2) umgewandelt, wenn sich die
Konzentration des reduzierendes Gases, wie HC, CO und dergleichen,
in dem Abgas verringert. Das obige NOx, welches in der Anwesenheit von
E delmetallen oxidiert wurde, wurde als ein Ergebnis der Infrarotspektroskopieanalyse
als NO2 identifiziert.
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Die
Verbrennungseinrichtung ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotor.
In dem mageren Bereich weist das aus dem Motor ausgestoßene Abgas
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf,
welches magerer (an Kraftstoff) ist, als ein stöchiometrischer Wert, bei welchem
der Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird, welches
ein magereres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, als ein stöchometrischer
Wert. In dem stöchiometrischen
Bereich weist das Abgas ein im Allgemeinen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf,
wobei der Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird,
mit einem im Allgemeinen stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
In dem fetten Bereich weist das Abgas ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf,
welches reicher (an Kraftstoff) ist als der stöchiometrische Wert, wobei der
Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch
versorgt wird, mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mehr als dem stöchiometrischen
Wert. Es sollte klar sein, dass in dem mageren Bereich oder der
Atmolsphäre,
die Konzentration an oxidierendem Gas relativ zu der Konzentration
des reduzierenden Gases, wie HC und CO, hoch ist. Es sollte des
Weiteren klar sein, dass die Verbrennungseinrichtung ein Ofen, ein
Brenner oder ein Boiler sein kann.
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Gemäß der obigen
Erkenntnisse, dass NOx von den OH Gruppen des Basismaterials, wie
Aluminiumoxid, gehalten werden kann, wird deutlich, dass das Basismaterial
des Katalysators zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung
vorzugsweise eine große
Anzahl (Menge) an OH-Oberflächengruppen
in dem Oberflächenbereich
aufweist. Ein bekanntes Bespiel solches eines Basismaterials ist
Böhmit-Aluminiumoxid, dargestellt
durch die chemische Formel AlOOH. In einem herkömmlichen Verfahren wurde aktiviertes
Aluminiumoxid als ein Basismaterial (auf welchem die Metallbestandteile
des Katalysators getragen werden) eines Katalysators zur Reinigung
von Abgas verwendet. Das aktivierte Aluminiumoxid weist OH Gruppen
mit einem bestimmten Maße
auf, wohingegen Böhmit-Aluminiumoxid
eine große
Anzahl (Menge) an OH Gruppen besitzt. Es ist bevorzugt, dass Böhmit-Aluminiumoxid
als das Basismaterial in dem Katalysator zur Reinigung von Abgas
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das Basismaterial ist
jedoch nicht besonders auf Böhmit-Aluminiumoxid
beschränkt,
so dass das Basismaterial auch aus anderen Materialien (mit einer
relativ großen
Anzahl an OH-Oberflächengruppen)
bestehen kann, als Böhmit-Aluminiumoxid.
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Die
Menge oder der Anteil der Anwesenheit von OH Gruppen in dem Basismaterial
kann zum Beispiel durch ein XRD (Röntgenstrahlbeugungs) Verfahren
und eine NMR (Kemresonanzspektroskopie) Analyse spezifiziert oder
gemessen werden. Das XRD Verfahren kann die Anwesenheit von Aluminiumverbindungen,
welche OH Gruppen enthalten, spezifizieren. Die NMR Analyse kann
Verhältnisse
der Anwesenheit von OH Gruppen bereitstellen.
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Böhmit-Aluminiumoxid
wird vorzugsweise in einer Menge in dem Bereich von 20 bis 400 g
verwendet, bevorzugter in einer Menge in dem Bereich von 50 bis
400 g je ein Liter des Katalysators zur Reinigung von Abgas oder
je ein Liter des monolithischen Substrats, in dem Fall, dass das
Böhmit-Aluminiumoxid
von dem monolithischen Substrat getragen wird. Wenn die Menge oder
der Anteil des Böhmit-Aluminiumoxids
weniger als 20 g je ein Liter des Katalysators beträgt, ist
die Anzahl (Menge) der OH Gruppen unzureichend, so dass keine ausreichende
Wirkung der Bindundung von NOx an OH Gruppen im Oberflächenbereich
des Böhmit-Aluminiumoxids
erzielt werden kann. Auch wenn die Menge oder Anteil des Böhmit-Aluminiumoxids
400 g je ein Liter des Katalysators überschreitet, kann eine vorteilhafte
Wirkung entsprechend einer erhöhten
Menge an Böhmit-Aluminiumoxid
nicht erzielt werden.
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Die
Edelmetalle, wie Pt, Pd und Rh, dienen nicht nur als Metallbestandteile
des Katalysators zur Reduktion von Nox, sondern dienen auch als
metallische Bestandteile des Katalysators zur Oxidation von HC und CO,
wodurch das Abgas, welches vom Motor abgegeben wird, vollständig gereinigt
wird.
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Der
Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung
weist vorzugsweise eine hohe Wärmebeständigkeit
auf, wobei die Tatsache berücksichtigt
wird, dass der Katalysator hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Für diesen
Zweck können
metallische Bestandteile des Katalysators zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit
der Edelmetalle und Aluminiumoxid in dem Katalysator zur Reinigung
von Abgas enthalten sein, wobei Cerdioxid, Zirkondioxid, Lanthan,
Barium und/oder dergleichen auf Böhmit-Aluminiumoxid getragen
werden. Solch ein Cerdioxid und/oder dergleichen wurden herkömmlicher
Weise für
den gleichen Zweck in Dreiwegekatalysatoren verwendet.
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Vorzugsweise
werden Edelmetalle, wie Pt, Pd und/oder Rh, direkt auf dem Böhmit-Aluminiumoxid getragen.
Hierdurch nähern
sich die Edelmetalle) und OH Gruppen in dem Oberflächenbereich
des Basismaterials einander an, so dass eine gegenseitige Wirkung
zwischen NOx auf den Edelmetallen und den OH-Oberflächengruppen
einfach auftritt, wodurch die Wirkung des Bindung des NOx, welches
durch die Edelmetalle reduziert wird, an den OH Gruppen des Oberflächenbereichs
erhöht
wird.
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Zusätzlich ist
es bevorzugt, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas Verbindungen
von Alkalimetall, Verbindungen aus Erdalkalimetall und/oder Verbindungen
aus Seltenerdmetall als einen metallischen Bestandteil des Katalysators
enthält,
wodurch die Absorptionsfähigkeit
für NO2 weiter verbessert wird, und so die NOx
Reduktionswirksamkeit verbessert wird. Man nimmt an, dass das Elektronenspenden
von den obigen metallischen Bestandteilen des Katalysators an die
Oberflächen
OH Gruppen an dem Oberflächenbereich
des Böhmit-Aluminiumoxids
auftritt, wodurch die wechselseitige Wirkung zwischen NOx und OH
Gruppen an dem Oberflächenbereich
unterstützt
wird. Bevorzugte Beispiele des Alkalimetalls, Erdalkalimetalls und
Seltenerdmetalls im Hinblick auf die Rohrstoffmenge und die Leichtigkeit
der Handhabung sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium
(Rb), Cesium (Cs), Strontium (Sr), Barium (Ba), und/oder Lanthan
(La), wobei jede Kombination der obigen Metalle verwendet werden
kann.
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1 zeigt
schematisch ein Konzept eines Mechanismus wobei NOx von dem Basismaterial
(Böhmit-Aluminiumoxid)
in dem Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung
absorbiert wird. Wie aus 1 deutlich wird, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung NOx durch ein Edelmetall (metallischer Bestandteil des
Katalysators) reduziert und anschließend nicht nur von dem Alkalimetall
und/oder dergleichen absorbiert, sondern auch von den OH Gruppen
des Böhmit-Aluminiumoxids
absorbiert oder mit diesem kombiniert. Als ein Ergebnis kann der
Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung mehr
NOx absorbieren als ein herkömmlicher ähnlicher
Katalysator zur Reinigung von Abgas, welcher schematisch in 2 dargestellt
ist. Bei dem herkömmlichen
Katalysator zur Reinigung von Abgas, welcher in 2 gezeigt
ist, wird NOx durch Edelmetall reduziert (metallischer Katalysatorbestandteil)
und anschließend von
dem Alkalimetall und/oder dergleichen absorbiert. Daher kann der
Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung im
Vergleich mit herkömmlichen ähnlichen
Katalysatoren zur Reinigung von Abgas mehr NOx wirksam absorbieren.
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Zusätzlich weist
der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung
ein Merkmal auf, einer S-Vergiftung freisetzenden oder zurücknehmenden
Eigenschaft, durch welche der Katalysator leicht vor der Vergiftung
mit Schwefel geschützt
werden kann. Dies liegt daran, dass bei dem Katalysator zur Reinigung von
Abgas gemäß der Erfindung,
S dazu neigt einfach von den OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids freigegeben
werden, auch wenn OH Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids mit S vergiftet
sind.
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Des
Weiteren zeigt der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden
Erfindung ein Merkmal, dass er eine hohe Niedertemperaturaktivität aufweist.
Dies liegt daran, dass die Absorptionsreaktion von NOx an den OH
Gruppen des Böhmit-Aluminiumoxids
bei relativ niedrigen Temperaturen auftreten kann.
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Es
ist bevorzugt, dass der Katalysator zur Reinigung von Abgas verwendet
wird, indem die Katalysatorbestandteile (das Basismaterial und die
Edelmetalle der vorliegenden Erfindung auf einer Vielzahl von Formen
von Substraten) aufgebracht werden. Bevorzugte Beispiele der Substrate
sind monolithische Substrate gebildet durch wärmebeständiges Material, wie ein keramischer
Cordieritsubstratwabenkörper
und ein rostfreier Stahlsubstratwabenkörper. Um das monolithische
Substrat mit dem Basismaterial und wenigstens einem Edelmetall der
vorliegenden Erfindung zu beschichten, wird zum Beispiel Pulvermaterial,
welches Böhmit-Aluminiumoxid
enthält,
in einem nassen Verfahren oder in der Anwesenheit einer Flüssigkeit
pulverisiert, um eine Aufschlämmung
zu bilden; und anschließend
wird die Aufschlämmung
auf das monolithische Substrat aufgebracht, um eine katalytische
Beschichtung auf der Oberfläche
des monolithischen Substrats zu bilden. Das wenigstens eine Edelmetall
wird auch von dem monolithischen Substrat getragen, wenn das wenigstens
eine Edelmetall zuvor auf dem Pulver des Böhmit-Aluminiumoxids oder anderen Pulvern
getragen wird, gefolgt von Mischen, oder durch das Tränken des
monolithischen Substrats mit einer Lösung enthaltend das wenigstens eine
Edelmetall nachdem die anderen Katalysatorbestandteile als das wenigstens
eine Edelmetall von dem monolithischen Substrat getragen wird. Hierdurch
wird der Katalysator zur Reinigung von Abgas der vorliegenden Erfindung
hergestellt.
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Der
Katalysator zur Reinigung von Abgas wird in einem Abgasdurchgang
des Verbrennungsmotors angeordnet, in welchem NOx wirksam reduziert
oder entfernt werden kann, indem die Zusammensetzung des Abgases
auf solch eine Weise gesteuert wird, dass sich das Abgas abwechselnd
im mageren Bereich und dem stöchiometrischen
Bereich, oder im mageren Bereich und dem fetten Bereich befindet.
Es ist klar, dass NOx von den Katalysatorbestandteilen absorbiert
oder festgehalten oder gespeichert wird, wenn sich das Abgas in dem
mageren Bereich befindet, und dass das gespeicherte NOx in N2 um gewandelt wird, wenn sich das Abgas in
dem stöchiometrischen
oder fetten Bereich befindet.
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Es
sollte auch festgehalten werden, dass der Katalysator zur Reinigung
von Abgas gemäß der vorliegenden
Erfindung NOx absorbieren und halten kann und das gehaltene NOx
in N2 bei sehr niedrigen Temperaturen, wie
150°C, umwandeln
kann. Demzufolge wird die Reduktion und die Entfernung von NOx möglich, auch
wenn sich die Temperatur an einer Position unmittelbar stromaufwärts des
Katalysators zur Reinigung von Abgas in einem Bereich von 150 bis
500°C befindet,
wobei sich das Abgas im mageren Bereich befindet. Es wird angenommen,
dass durch den Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Wechselwirkung zwischen NO2 und
OH Gruppen bei Temperaturen auftritt, die niedriger sind als solche,
bei denen die gegenseitige Wirkung zwischen NOx und Alkalimetall
oder Erdalkalimetall bei herkömmlichen
Katalysatoren auftritt, wie in 2 dargestellt.
Zusätzlich
wird festgehalten, dass NOx des Weiteren durch den Katalysator zur
Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden
Erfindung wirksam reduziert oder entfernt werden kann, in dem Fall,
dass sich das Luft/Kraftstoff (Luft/Kraftstoff) Verhältnis des
Luft/Kraftstoff-Gemisches, welches dem Motor zugeführt wird,
in einem Bereich von 20 bis 50 und innerhalb eines Bereiches von
10,0 bis 14,6 befindet.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
im Vergleich mit Vergleichsbeispielen deutlicher, wobei diese Beispiele
die Erfindung jedoch nur beschreiben sollen und nicht den Umfang
der Erfindung beschränken
sollen.
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BEISPIEL 1
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Zunächst wurde
Böhmit-Aluminiumoxidpulver
mit einer wässrigen
Lösung
aus Dinitrodiamminplatin getränkt
und getrocknet und anschließend
in Luft bei 400°C
für 1 Stunde
gebrannt, wodurch Pt-tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver
(Pulver A) erhalten wurde, dessen Pt Konzentration 5,0 Gew.-% betrug.
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Zusätzlich wurde
Böhmit-Aluminiumoxidpulver
mit einer wässrigen
Lösung
aus Rh Nitrat getränkt
und getrocknet und anschließend
für 1 Stunde
in Luft bei 400°C
gebrannt, wo durch Rh tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver
(Pulver B) erhalten wurden, dessen Rh Konzentration 2,0 Gew.-% betrug.
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Anschließend wurde
eine Porzellankugelmühle
mit 320 g des Pulvers A, 158 g des Pulvers B, 423 g eines aktivierten
Aluminiumoxidpulvers und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von Mischen und
Pulverisieren, wodurch eine Aufschlämmung erhalten wurde. Diese
Aufschlämmung
wurde auf ein keramisches wabenkörperartiges
monolithisches Cordieritsubstrat mit einem Volumen von 1,7 Litern
und 400 (axial erstreckenden) Zellen je Quadratinch aufgebracht,
so dass die dünnen
Wände der
Zellen mit der Aufschlämmung
beschichtet wurden. Anschließend
wurde auf das beschichtete monolithische Substrat ein Luftstrom
geblasen, um einen Überschuss
an Aufschlämmung
aus den Zellen zu entfernen, und bei 130°C getrocknet und anschließend bei 400°C für 1 Stunde
gebrannt, wodurch ein Katalysator gebildet wurde, mit einer katalytischen
Beschichtung, die auf den Wänden
der Zellen des monolithischen Substrats ausgebildet war. Das Gewicht
der katalytischen Beschichtung betrug 200 g je 1 Liter des monolithischen
Substrats, wobei 100 g Böhmit-Aluminiumoxid
je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden.
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Der
so gebildete Katalysator wurde mit einer wässrigen Lösung aus Ba Acetat getränkt, und
getrocknet und anschließend
in Luft bei 400°C
für 1 Stunde
gebrannt. Als ein Ergebnis wurde ein Katalysator zur Reinigung von
Abgas des Beispiels 1 hergestellt, mit einer katalytischen Beschichtung
auf dem monolithischen Substrat, wobei das gesamte Gewicht der katalytischen
Beschichtungen 250 g je 1 Liter des monolithischen Substrats betrug.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Ein
Verfahren wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme,
dass Böhmit-Aluminiumoxidpulver
in Pulver A und Pulver B durch aktiviertes Aluminiumoxid ersetzt
wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von Abgas des Vergleichsbeispiels
1 hergestellt wurde.
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BEISPIEL 2
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Ein
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass
ein Teil des Böhmit-Aluminiumoxids
in Pulver A durch aktiviertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, so dass
20 g Böhmit-Aluminiumoxid
je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden, wodurch
ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde.
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BEISPIEL 3
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Ein
Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass
ein Teil des Böhmit-Aluminiumoxids
in Pulver A durch aktviertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, so dass
50 g Böhmit-Aluminiumoxid
je ein Liter des monolithischen Substrats getragen wurden, wodurch
ein Katalysator zur Reinigung von Abgas gemäß Beispiel 3 hergestellt wurde.
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BEISPIEL 4
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Zunächst wurde
Böhmit-Aluminiumoxidpulver
mit einer wässrigen
Lösung
aus Palladiumnitrat getränkt und
getrocknet und anschließend
in Luft bei 400°C
für 1 Stunde
gebrannte, um so ein Pd-tragendes Böhmit-Aluminiumoxidpulver (Pulver
C) zu erhalten, dessen Pd Konzentration 5,0 Gew.-% betrug.
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Nachfolgend
wurde eine Porzellankugelmühle
mit 160 g Pulver A, 158 g Pulver B, 160 g Pulver C, 423 g aktivierten
Aluminiumoxidpulver und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von Mischen und
Pulverisieren, um so eine Aufschlämmung zu erhalten. Die Aufschlämmung wurde
auf ein keramisches wabenkörperartiges
monolithisches Codieritsubstrat aufgebracht, mit einem Volumen von
1,7 Litern und 400 (sich axial ersteckenden) Zellen je Quadratinch,
so dass die dünnen
Wände der
Zellen mit der Aufschlämmung
beschichtet wurden. Anschließend
wurde durch das beschichtete monolithische Substrat ein Luftstrom
geblasen, um einen Überschuss
an Aufschlämmung
aus den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und anschließend bei
400°C für 1 Stunde
gebrannt. Als ein Ergebnis wurde ein Katalysator zur Reinigung von
Abgas nach Beispiel 4 hergestellt, wobei eine katalytische Schicht
auf den Wänden
der Zellen des monolithischen Substrats sich ausgebildet hatte. Das
Gewicht der katalytischen Schicht betrug 200 g je ein Liter des
monolithischen Substrats.
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BEISPIEL 5
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Ein
Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass
die wässrige
Lösung
aus Ba Acetat durch eine wässrige
Lösung
aus Na Karbonat ersetzt wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung von
Abgas gemäß Beispiel
5 hergestellt wurde.
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BEISPIEL 6
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Ein
Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass
die wässrige
Lösung
aus Ba Acetat durch eine wässrige
Lösung
aus Cs Karbonat ersetzt wurde, wodurch ein Katalysator zur Reinigung
von Abgas nach Beispiel 6 hergestellt wurde.
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ÜBERPRÜFUNG DER
LEISTUNG DES KATALYSATORS ZUR REINIGUNG VON ABGAS
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Überprüfungen (bezüglich der
Emissionsleistung) wurde an den Katalysatoren zur Reinigung von
Abgas der Beispiele und Vergleichsbeispiele durchgeführt, wobei
jeder der Katalysatoren zur Reinigung von Abgas in ein Abgassystem
eines Verbrennungsmotors eine Kraftfahrzeuges mit einem Hubraum
von 2.000 cc eingebaut wurde.
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Bei
der Überprüfung der
Emissionsleistung wurde der Motor betrieben, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Luft/Kraftstoff-Gemisches, welches dem Motor zugeführt werden
sollte, auf solch eine Weise gesteuert wurde, dass ein Zyklus wiederholt
wurde, bestehend aus einem ersten Bereich (30 Sekunden), bei welchem
das Luft/Kraftstoff (Luft/Kraftstoff) Verhältnis mager ist (20), ein zweiter
Bereich (4 Sekunden), in welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis fett
ist (11,0) und ein dritter Bereich (5 Sekunden), bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis stöchiometrisch
(14,7) ist. Während
der Untersuchung wurde eine Konzentration A der Gasbestandteile
(HC, CO und NOx) in dem Abgas aus dem Motor in einem Zustand, in
welchem kein Katalysator zur Reinigung von Abgas bereitgestellt
wurde, gemessen und eine Konzentration B in dem Abgas, welches durch
den Katalysator zur Reinigung von Abgas emittierte, gemessen, wodurch
die Wirksamkeit zur Reinigung des Abgases erhalten wurde („Umwandlungsrate
(%)" der Gasbestandteile),
wie in Tabelle 1 dargestellt.
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Die
Umwandlung jedes Katalysators zur Reinigung von Abgas wurde unter
einer ersten Bedingung bestimmt, bei welcher sich die Temperatur
des Abgases an einer Position unmittelbar stromaufwärts des
Katalysators 200°C
betrug, und unter einer zweiten Be dingung, wobei die gleiche Temperatur
des Abgases 350°C betrug.
Die Umwandlungsrate (%) wurde durch eine Formel berechnet [(die
Konzentration A des Gasbestandteils – die Konzentration B des Gasbestandteils/die
Konzentration A des Gasbestandteils)], wobei die Konzentrationen
als „ppm" gemessen wurden.
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Vor
der Überprüfung wurden
die Katalysatoren zur Reinigung von Abgas der Beispiele und Vergleichsbeispiele
einem Beständigkeitstest
unterworfen, wobei jeder Katalysator in das Abgassystem eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs eingebaut wurde, mit einem Hubraum von 4.400
ccm. Der Motor wurde für 50
Stunden unter Verwendung von üblichen
Benzin (in Japan) als Kraftstoff betrieben, wobei die Temperatur des
Abgases an einer Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators auf 650°C gehalten
wurde. Das übliche
Benzin hatte die Bezeichnung „Nisseki
Datsu Gasolin" und
wurde von Nippon Oil Co. Ltd. hergestellt und wies einen S Gehalt
von nicht mehr als 30 ppm auf. Anschließend wurde jeder Katalysator
zur Reinigung von Abgas einer S Vergiftungsbehandlung unterworfen,
wobei der Motor welcher mit dem Katalysator zur Reinigung von Abgas
bereitgestellt war, 5 Stunden betrieben wurde, unter Verwendung
eines Benzins mit einer S Konzentration von 300 ppm als Kraftstoff,
wobei die Temperatur des Abgases an der Position unmittelbar stromaufwärts des
Katalysators auf 350°C
gehalten wurde. Anschließend
wurde jeder Katalysator zur Reinigung von Abgas einer S freisetzenden
Behandlung unterworfen, um das S von dem Katalysator freizugeben, indem
der Motor, welcher mit dem Katalysator zur Reinigung von Abgas versehen
wurde, für
30 Minuten unter Verwendung eines normalen japanischen Benzins als
Kraftstoff betrieben wurde, wobei die Temperatur des Abgases an
der Position unmittelbar stromaufwärts des Katalysators auf 650°C gehalten
wurde.
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Die
obige Überprüfung zeigt,
dass da die Katalysatoren zur Reinigung von Abgas der vorliegenden
Erfindung, welches Basismaterial mit viel Hydroxylgruppen an der
Oberfläche
enthält,
das NOx in dem Abgas wirksam absorbiert oder gespeichert werden
kann, während
eine Vergiftung durch S kaum auftritt.
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Obwohl
die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
oder Beispiele der Erfindung beschrieben wurde, soll die Erfindung
nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen oder Beispiele
begrenzt sein. Modifikationen und Änderungen der Ausführungsformen
oder Beispiele, welche oben beschrieben wurden, sind Fachleuten
auf dem Gebiet klar, im Hinblick auf die obige Lehre. Der Umfang
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.
