DE69706795T2 - Katalysatorträger aus Siliciumcarbidschaum mit verstärkter Aussenhaut und entsprechende katalytische Systeme - Google Patents
Katalysatorträger aus Siliciumcarbidschaum mit verstärkter Aussenhaut und entsprechende katalytische SystemeInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft das Gebiet der katalytischen Systeme und insbesondere der Katalysatorträger aus SiC-Schaum.
- Aus der französischen Anmeldung FR-A1-2705340 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von SiC-Schaumstoffen und deren Verwendung als Katalysatorträger, insbesondere für Auspufftöpfe, bekannt.
- Ein Problem bei der Verwendung von SiC-Schaumstoffen als Katalysatorträger ist die Sprödigkeit und Brüchigkeit dieses Schaums bei mechanischen Belastungen, die sowohl bei der Handhabung des Trägers als auch bei seinem Einbringen und Einsetzen in den Katalysator entstehen.
- Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, einen Träger herzustellen, der sich ohne physische Beschädigung, insbesondere durch Zerbröckeln des Schaums, handhaben lässt und auch dem Druck standhält, der zur Befestigung eines solchen Trägers in einem Katalysator erforderlich ist. Ein weiteres Problem bei der Verwendung dieser SiC-Schäume als Träger ist eine gewisse Unterschiedlichkeit der Endmaße nach Abschluss der einzelnen Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens, so wie es in der Anmeldung FR- A1-2705340 beschrieben ist.
- Das katalytische System muss jedoch mit den vorgegebenen Abmessungen in eine metallische Auspufftopfverkleidung eingeführt werden. Größere Unterschiede in den Abmessungen des Katalysatorträgers sind daher ausdrücklich zu vermeiden.
- Ein erster Gegenstand der Erfindung besteht in einem Katalysatorträger aus SiC-Schaum mit verstärkter Außenhaut.
- Ein zweiter Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung dieses Trägers aus SiC-Schaum mit verstärkter Außenhaut.
- Ein weiterer Gegenstand besteht aus den katalytischen Systemen, in denen ein solcher Träger eingebaut ist.
- Bei der Erfindung handelt es sich um einen Katalysatorträger aus SiC-Schaum in Gestalt eines monolithischen Formkörpers mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, der dadurch gekennzeichnet ist, dass
- a) der Körper Außenwände (oder -flächen) hat (auch Seitenwände genannt), die von einem Mediumfluss, welcher der Einwirkung des Katalysators ausgesetzt ist, nicht durchdrungen werden sollen und eine verstärkte Außenhaut aufweisen,
- b) die Außenhaut SiC enthält und bessere mechanische Eigenschaften aufweist als der Schaum, so dass an der Grenzfläche Außenhaut- Siliciumcarbidschaum ein hoher Festigkeitsgradient entsteht,
- c) die Dicke der Außenhaut so gewählt wird, dass die Handhabung und die Umwandlung des Trägers in ein katalytisches System und die spätere Verwendung des katalytischen Systems insbesondere ohne Zerbröckeln des Trägers ermöglicht werden.
- Die Außenwände, die nicht dazu vorgesehen sind, den Durchfluss des durch den Katalysator zu behandelnden Mediums sicherzustellen, können somit ganz oder auch nur teilweise mit der Außenhaut versehen werden.
- Ein Dichtegradient liegt auch an der Grenzfläche Außenhaut-Schaum vor und wird so gewählt, dass der Zusammenhalt zwischen Schaumkörper (zur Aufnahme des Katalysators) und Außenhaut gewährleistet ist; dieser Zusammenhalt muss während der Herstellung des Trägers, seiner Verarbeitung zu einem katalytischen System bzw. der Verwendung des katalytischen Systems erhalten bleiben.
- Der Dichtegradient zwischen Außenhaut und Schaum erstreckt sich über eine Dicke von mindestens 5%, vorzugsweise 10% der Außenhautdicke, um den Zusammenhalt zwischen Außenhaut und Schaum zu gewährleisten.
- Im Grunde kann man sagen, dass die Außenhaut von generell mehr als 0,5 mm Dicke im wesentlichen aus SiC besteht und dadurch erzielt wird - worauf später noch im einzelnen eingegangen werden soll - dass die Seitenwand eines Formkörpers aus SiC-Schaum mit großer spezifischer Oberfläche auf einer bestimmten Dicke so mit SiC verstärkt wird, dass sich schließlich eine Kontinuität zwischen dem Schaumkörper und der Außenhaut ergibt, wobei 5 letztere den wesentlichen Teil der sichtbaren Makroporosität (Porengröße generell > 1 mm) des Schaums, aus dem sie hervorgegangen ist, verloren, aber an mechanischen Eigenschaften gewonnen hat.
- So besitzt der erfindungsgemäße Träger nicht nur eine sehr gute Festigkeit gegenüber Druck und Zerbröckeln sowie eine sehr leichte Verarbeitbarkeit dank seiner hochfesten Außenhaut, sondern auch eine sehr gute Scherfestigkeit zwischen seiner Außenhaut und seinem Schaumkörper mit großer spezifischer Oberfläche dank der Kontinuität des Materials zwischen Außenhaut und Schaum.
- Die Außenhaut weist typischerweise eine Druckfestigkeit auf, die mindestens fünfmal höher ist als die des Schaums, und/oder eine mittlere Dichte, die mindestens fünfmal höher ist als die des Schaums.
- In die Außenhaut können Verstärkungselemente in gewöhnlich geteilter und/oder feinst verteilter Form eingeschlossen werden; dabei handelt es sich vorwiegend um mineralische Füllstoffe feuerfesten, inerten Typs in Form von Teilchen, Fasern, etc., wie Oxide, Kohlenstoffe, Carbide (z. B. SiC), Nitride oder deren Verbindungen.
- Dabei ist zu beachten, dass diese Außenhaut weder die Eigenschaften noch die Wirksamkeit eines aktiven Katalysatorträgers besitzt. Die katalytische Phase, die darauf abgeschieden werden könnte, hätte nämlich eine quasi inexistente Wirksamkeit, da die Millimeterporen, die den freien Umlauf der zu behandelnden Gase ermöglichen, wie gesagt verschwunden sind. Die Außenhaut hat somit keine zellige Struktur mehr, durch welche die Gase durchströmen können, sondern vielmehr die Struktur eines porösen Festkörpers, beispielsweise in der Art poröser feuerfester Steine; die Druckverluste sind bei gleicher Gasgeschwindigkeit typischerweise 100 bis 1000 mal höher in der Außenhaut als im Schaum, die Dichte ist 5 bis 15 mal höher, während die spezifische Oberfläche in der gleichen Größenordnung bleiben kann.
- Die Außenhaut kann mit einem reaktionsträgen Stoff, z. B. Wachs oder Paraffin, imprägniert werden, und zwar vor der Umwandlung des Trägers in ein katalytisches System durch Abscheiden der aktiven Phase auf den Schaum, wobei durch diese Imprägnierung verhindert wird, dass sich die aktive Phase unnötig auf der Außenhaut abscheidet.
- Der erfindungsgemäße Träger (Schaumkörper und Außenhaut) hat eine spezifische Oberfläche BET von mindestens 1 m²/g, typischerweise 1 bis 40 m²/g und gewöhnlich 5 und 40 m²/g. Festgestellt wird auch eine mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 5 verbesserte Druckfestigkeit zwischen einem Schaumstoffträger mit Außenhaut und demselben Schaumstoffträger ohne Außenhaut. Außerdem ist die Dichte der Außenhaut mindestens 2 mal, vorzugsweise 5 mal höher als die des Schaums. Der Träger enthält nicht mehr als 0,5% (vorzugsweise 0,1%) Restsilicium.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgers gemäß vorstehender Beschreibung, bei dem:
- a) ein Formkörper aus Polyurethanschaum mit einer Suspension aus Si-Pulver in einem organischen Harz, die vorzugweise 1 bis 10 Masse-% Vernetzer aufweist und deren Molekül Sauerstoff enthält, imprägniert wird, wobei das Gewichtsverhältnis Silicium zu Harz im allgemeinen im Bereich von 0,55 bis 1,20 liegt; Suspension, Pulver und Harz werden dabei Schaumsuspension, Schaumpulver und Schaumharz genannt;
- b) der Schaumsuspensionsüberschuss beispielsweise durch Zentrifugieren, Verdichten, Schleudern, etc. entfernt wird; das Verhältnis Schaumharzmasse, mit der das Polyurethan imprägniert wird, zu Polyurethanmasse beträgt dann typischerweise 3 bis 9;
- c) das im Polyurethanschaum enthaltene Schaumharz durch schrittweise Erhöhung der Temperatur vernetzt (bzw. polymerisiert) wird; diese Wärmebehandlung umfasst in der Regel eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von mindestens 3ºC/min, vorzugsweise etwa 5ºC/min, bis auf eine Temperatur zwischen 200 und 400ºC, vorzugsweise 200-300ºC, wobei diese Temperatur mindestens 5 Minuten, typischerweise 5 bis 90 Minuten gehalten wird;
- d) die Außenwände, die von dem mit dem Katalysatorträger zu behandelnden Mediumfluss nicht durchdrungen werden sollen, nach erfolgter Abkühlung ganz oder teilweise mit einem Gemisch aus Si-Pulver, organischem Harz, das vorzugsweise 1 bis 10 Masse-% Vernetzer und vorteilhaft einen mineralischen Verstärkungsfüllstoff enthält, versehen werden, wobei Gemisch, Pulver und Harz Außenhautgemisch, Außenhautpulver und Außenhautharz genannt werden; das Gewichtsverhältnis Außenhautsiliciumpulver zu Außenhautharz beträgt vorteilhaft 0,55 bis 120.
- e) das auf die Außenflächen des Polyurethanschaums aufgetragene Außenhautharz durch eine Wärmebehandlung, die im allgemeinen der im Schritt c) genannten entspricht, vernetzt (bzw. polymerisiert) wird;
- f) der Polyurethanschaum und der Außenhaut- und der Schaumharz durch schrittweise Erhöhung der Temperatur bis auf typischerweise 1000ºC unter nicht oxidierender Atmosphäre und vorzugsweise mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 1 bis 10ºC/min oder besser 1 bis 5ºC/min gleichzeitig verkohlt werden;
- g) das Si-Schaumpulver und Außenhautpulver und der im vorhergehenden Schritt erzeugte Schaumkohlenstoff und der Außenhautkohlenstoff bei schrittweiser Erhöhung der Temperatur von 1000ºC auf eine Temperatur zwischen 1300ºC und 1600ºC mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit kleiner 10ºC/min. vorzugsweise 1 bis 4ºC/min, unter Inertatmosphäre gleichzeitig in Silciumcarbid umgewandelt werden, und Halten der Temperatur T während mindestens 0,5 h, vorzugsweise 2 bis 5 Stunden, weiterhin unter nicht oxidierender Atmosphäre;
- h) der Restkohlenstoff durch Oxidation des Produkts in der Regel bei 650ºC bis 950ºC entfernt wird.
- Der in die Außenhautsuspension eingebrachte mineralische Füllstoff, beispielsweise feines SiC-Pulver, ermöglicht es insbesondere, die unterschiedlichen Schrumpfungsgrade zwischen Schaumkörper und Außenhaut zu reduzieren und dadurch die Versprödung des Außenhaut-Schaum-Verbunds zu verhindern. Er neigt des Weiteren dazu, die spezifische Oberfläche der Außenhaut abzudichten, wodurch die unnötige Ablagerung und damit der Verlust an katalytischer Phase in der Außenhaut vermieden wird.
- Das feste Werkstück kann nach jeder Vernetzungsphase (c, e) bearbeitet werden, wobei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gleichmäßige lineare Schrumpfungen im fertigen Träger erzielt werden können und damit ein sehr guter Maßgenauigkeitsbereich.
- Bei einer Variante des Verfahrens wird von einem Formkörper aus SiC-Schaum mit großer spezifischer Oberfläche ausgegangen, der durch Kombination der oben beschriebenen Schritte a, b, c, f, g hergestellt werden kann oder mit beliebigen anderen Verfahren, beispielsweise solchen, die im o. g. Stand der Technik beschrieben sind, wobei man dann auf diesen SiC-Schaum die oben beschriebenen Schritte d, e, f, g, h anwendet.
- Der Schritt d) zum Aufbringen des Außenhautgemischs kann mit beliebigen bekannten Mitteln durchgeführt werden, derart, dass das Gemisch durch die Außenfläche des Polyurethan- oder SiC-Schaums hindurch in diesen eindringt und dabei eine Schichtdicke entsteht, die der gewünschten Außenhautdicke entspricht, in der Regel > 05 mm.
- Dieses Aufbringen erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer oder mehrerer Spritzdüsen, mit denen das Außenhautgemisch in einem oder mehreren Arbeitsgängen auf den Schaumkörper aufgespritzt wird, oder durch Eintauchen der Außenfläche in das Außenhautgemisch. Die Eindringtiefe des Gemischs wird mit der Durchsatzrate des Gemischs, der eingetauchten Höhe, der Viskosität des Gemischs, seiner Temperatur, der Auftragsgeschwindigkeit, der Zahl der Arbeitsgänge, usw. geregelt.
- Der optionale Verstärkungsfüllstoff besteht beispielsweise aus SiC-Teilchen oder -Fasern.
- Anstatt das Außenhautgemisch direkt auf den Polyurethan (PUR)- oder SiC- Schaum aufzubringen, kann man es zumindest stellenweise vermittels eines Trägers aufbringen, so dass dieser Zwischenträger in den fertigen Katalysatorträger eingebettet wird. Der Zwischenträger kann film- oder folienartig ausgestaltet sein und bei der Verkohlung abgebaut werden, wobei Kohlenstoff zurückbleibt (zum Beispiel Kunststoff oder typischerweise ein Cellulosenaturstoff), um den Zusammenhalt von, Außenhaut und Schaum zu gewährleisten, oder auch ein als Gewebe, Gitter oder durchbrochenes Band ausgeführter Träger sein, der das Außenhautgemisch durchlässt und nach Erhitzen verbleiben kann.
- Der Zwischenträger kann mit dem Außenhautgemisch überzogen werden, bevor er auf die Außenwände aufgebracht wird. Er ist dann an vorbestimmten Stellen der Außenwände in den Katalysatorträger eingebettet.
- Es ist von Vorteil, für eine gegebene Schaumsuspensionszusammensetzung ein Außenhautgemisch zu wählen, mit dem jegliche Gefahr der Lösung des Zusammenhalts zwischen Schaum und Außenhaut, bedingt durch die unterschiedliche Schrumpfung von Schaum und Außenhaut bei den Wärmebehandlungen, ausgeschaltet wird.
- Besitzt der Formkörper eine Symmetrieachse, ist es von Vorteil, den Schritt c) zur Vernetzung des Schaumharzes in einem Rotationsreaktor durchzuführen, wodurch vermieden werden kann, dass sich der Schaum unter der Einwirkung seines Gewichts verformt oder verklebt, bevor er vollständig ausgehärtet ist.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die katalytischen Systeme, die aus dem erfindungsgemäßen Träger hergestellt werden.
- Ein solches katalytisches System umfasst zusätzlich zu dem genannten Träger einen auf den SiC-Schaum abgeschiedenen Katalysator (oder eine aktive katalytische Phase) - das Ganze kann dabei von einer Metallverkleidung umgeben sein - in dem ein zu behandelndes Gas umläuft, z. B. Auspufftopf und Abgase eines Fahrzeugs. Insbesondere in diesem Fall kann der Träger zunächst mit einer Cerinschicht versehen werden, die mit Platin und Rhodium überzogen ist. Um die Ablagerung der kostspieligen aktiven Phase in der Außenhaut zu begrenzen, kann man, wie dies bereits dargestellt wurde, ein Außenhautgemisch verwenden, das einen mineralischen Füllstoff enthält, und/oder die Außenhaut mit einem reaktionsträgen Stoff vom Typ Wachs oder Paraffin behandeln; auf diese Weise hat die Außenhaut einen Massenanteil an aktiver Phase, der weniger als 10% und sogar weniger als 1% des Anteils der im Schaum enthaltenen aktiven Phase ausmacht.
- Man kann den Katalysatorverlust auch durch eine geringere Dicke der Außenhaut herabsetzen.
- Es wurden erfindungsgemäße Träger aus SiC-Schaum mit einer ca. 3 mm dicken Außenhaut und der Form eines Zylinders von 60 mm Durchmesser und 100 mm Länge wie folgt hergestellt:
- - Imprägnierung von 36 g Polyurethanschaum mit 45 ppi (Poren pro Inch) mit einer Si enthaltenden Schaumsuspension in Furfurolharz (Si-Masse- Harzmasse = 0,7) mit 3 Masse-% Vernetzer (Hexamethylentetramin): der imprägnierte Block hat eine Masse von 470 g (Harzmasse- Polyurethanschaum 7,09).
- - Ofentrocknung bei 200ºC während 1 Stunde in einem Drehgerüst, das dafür sorgt, dass sich der Schaum weder verklebt noch verformt; Temperaturanstiegsgeschwindigkeit 5ºC/min; Masse nach erfolgter Ofentrocknung 338 g. Bearbeitung von 4 Werkstücken mit 60 mm Durchmesser und 100 mm Länge, Masse 33 g.
- - Beschichtung der Seitenflächen der Werkstücke - mit Ausnahme der Zylinderenden im Hinblick auf den späteren Durchfluss des durch den Katalysator zu behandelnden Stoffs - mit einem Außenhautgemisch, das Silicium und Furfurolharz mit 3 Masse-% Vernetzer enthält (Si-Masse- Harzmasse = 0,7) mit Hilfe einer Spritzdüse; das Außenhautgemisch wird auf 60ºC erwärmt und befindet sich in einem Druckbehälter (etwa 1 bar). Dadurch ergibt sich auf der Spritzdüse ein kontinuierlicher 3 mm-Strahl und eine 5 Durchsatzleistung von 21 g Gemisch/min. Mit einer Vorlaufgeschwindigkeit der Spritzdüse von 35 mm/min und einer Schaumrotation von 16 U/min wird eine kontinuierliche Außenhaut gebildet.
- - Ofentrocknung des mit dem Außenhautgemisch beschichteten Schaums in einem Drehgerüst zur Vermeidung von Verklebungserscheinungen, mit einem 0 Temperaturanstieg von 5ºC/min von Raumtemperatur auf 200ºC während 15 Minuten. Masse eines Werkstücks nach erfolgter Ofentrocknung: 79,4 g.
- - Verkohlung, und dann Karburierung des Siliciums und Umwandlung des bei der Verkohlung angefallenen Kohlenstoffs in Siliciumcarbid durch Erhöhung der Temperatur um 5ºC/min von Raumtemperatur auf 250ºC, dann um 3ºC/min von 250ºC auf 1370ºC, und Halten der Temperatur auf 1370ºC während 4 h; das Ganze erfolgt unter Argonzufuhr mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 3,5 cm/s (TPN). Die Masse nach erfolgter Synthese beträgt 55,6 g.
- - der überschüssige Restkohlenstoff wird durch Oxidation an Luft bei 810ºC entfernt (7% Restkohlenstoff).
- Der Träger (Schaum + Außenhaut) hat bei einer Außenhautdicke von 3 ± 0,5 mm eine spezifische Oberfläche von 14,5 m²/g und eine zwischen zwei parallelen Platten gemessene Druckfestigkeit von 14 bar. Es versteht sich von selbst, dass eine solche am fertigen Träger gemessene Druckfestigkeit nicht nur von der Beschaffenheit des Schaums und der Außenhaut abhängt, sondern auch von den Dimensionen des Trägers, der Außenhautschichtdicke, mit anderen Worten von der Geometrie der Trägerkomponenten.
- Der Schaum allein hat eine Druckfestigkeit von 0,3 bar.
- Die Schaumdichte beträgt 0,09 g/cm³.
- Die mittlere Außenhautdichte beträgt 1,10 g/cm³; in Schaumnähe liegt diese Dichte zwischen 0,09 und 1,10 g/cm³, ein solcher Gradient gewährleistet den Zusammenhalt zwischen Außenhaut und Schaum.
- In diesem Beispiel wurde ein Träger mil: einer diskontinuierlichen Außenhaut hergestellt.
- Das zylinderförmige Werkstück aus PUR-Schaum mit der vernetzten Schaumsuspension hat einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 140 mm. Die Temperatur des Außenhautgemischs beträgt 60ºC, die Durchsatzrate 20 g/min. Mit einer Vorlaufgeschwindigkeit der Spritzdüse von 55 mm/min und einer Drehzahl von 5, 5 U/min wurde auf der Außenfläche des Zylinders eine Außenhaut in Gestalt eines nicht kontinuierlichen spiralförmig (schraubenartig) gewickelten Bandes mit einem Wicklungsschritt von 1 cm hergestellt.
- Nach Umwandlung in Siliciumcarbid beträgt die Druckfestigkeit des monolithischen Trägers 9 bar.
- Nach der gleichen Methode können auch andere Motive hergestellt werden, zum Beispiel Kreuzspiralen, Ringe und/oder diskontinuierliche Mantellinien, etc.
- In diesem Beispiel wurde ein Katalysatorträger verglichen, dessen Außenhaut mit einem Inertstoff behandelt bzw. nicht behandelt wurde.
- Behandelt wurde zunächst ein Träger zur Aufnahme eines Katalysators bestehend aus einer Cerinschicht und einer darüber liegenden Pt-Schicht, ohne dass die Außenhaut mit einem Inertstoff behandelt wurde.
- Die Außenhaut des Trägers hat eine Porosität von 5% mit einem Porendurchmesser von 100 bis 300 um.
- Nach erfolgter Imprägnierung zum Aufbringen der aktiven katalytischen Phase enthalten Außenhaut sowie SiC-Schaumkörper (in Masse-%) 30% Cerin und 0,4% Pt in der Außenhaut und 0,8% Pt im Schaum.
- Im Anschluss daran wurde Wachs vom Typ Siliplast TP 6000 (Schutzmarke der Firma ZSCHIMMER & SCHWARZ aus Lahnstein/Rhein) mit einem Schmelzpunkt von 102ºC auf die Außenhaut eines identischen Katalysatorträgers aufgestrichen, wobei die Außenhaut auf einer Temperatur von 120ºC und der Schaum auf 20ºC gehalten wurde.
- Nach Aufbringen der aktiven Phasen wie vorstehend beschrieben wurde festgestellt, dass die Außenhaut (in Masse-%) nur 5% Cerin und 0,06% Pt und der Schaum normale Cerin- bzw. Pt-Mengen von 28% bzw. 0,9% enthielt.
Claims (16)
1. Katalysatorträger aus SiC-Schaum in Gestalt eines monolithischen
Formkörpers mit verbesserter mechanischer Festigkeit, dadurch
gekennzeichnet, dass
a) der Körper Außenwände hat, die von einem Mediumfluss, welcher der
Einwirkung des Katalysators ausgesetzt ist, nicht durchdrungen werden
sollen und eine verstärkte Außenhaut aufweisen,
b) die Außenhaut SiC enthält und bessere mechanische Eigenschaften
aufweist als der Schaum, so dass an der Grenzfläche Außenhaut-
Siliciumcarbidschaum ein hoher Festigkeitsgradient erzeugt wird,
c) die Dicke der Außenhaut so gewählt wird, dass die Bearbeitung und
die Umwandlung des Trägers in ein katalytisches System und dann die
spätere Verwendung des katalytischen Systems ermöglicht werden.
2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er an der
Grenzfläche Außenhaut-Schaum einen solchen Dichtegradienten aufweist,
dass der Zusammenhalt zwischen Außenhaut und Schaum gewährleistet
ist.
3. Träger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
eine Druckfestigkeit, die mindestens zweimal, vorzugsweise fünfmal höher
ist als die eines gleichen Trägers ohne Außenhaut, eine mittlere Dichte der
Außenhaut, die mindestens fünfmal höher ist als die des Schaums.
4. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenhaut mechanische Verstärkungselemente, vorzugsweise in
Form eines mineralischen Füllstoffs und/oder eines Zwischenträgers
aufweist.
5. Träger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Außenhaut einen reaktionsträgen Stoff, vorzugsweise Wachs, Paraffin
oder einen mineralischen Füllstoff enthält.
6. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
er mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: eine spezifische
Oberfläche BET größer als 1 m²/g, vorzugsweise größer als 5 m²/g, einen
Restsiliciumgehalt von höchstens 0,5%, vorzugsweise 0,1%.
7. Verfahren zur Herstellung des Katalysatorträgers gemäß Anspruch 1 bis 6,
bei dem:
a) ein Formkörper aus Polyurethanschaum mit einer Suspension von Si-
Pulver in einem organischen Harz, dessen Molekül Sauerstoff enthält,
imprägniert wird, wobei die Suspension, das Pulver und das Harz
Schaumsuspension, Schaumpulver und Schaumharz genannt werden,
b) der Schaumsuspensionsüberschuss entfernt wird,
c) das im Polyurethanschaum enthaltene Schaumharz durch schrittweise
Erhöhung der Temperatur vernetzt wird,
d) die Außenwände, die von dem mit dem Katalysatorträger zu
behandelnden Mediumfluss nicht durchdrungen werden sollen, nach
erfolgter Abkühlung ganz oder teilweise mit einem Gemisch aus Si-
Pulver und organischem Harz, das vorteilhaft einen mineralischen
Verstärkungsfüllstoff enthält, versehen werden, wobei das Gemisch,
das Pulver und das Harz Außenhautgemisch, Außenhautpulver und
Außenhautharz genannt werden,
e) das auf die Außenflächen des Schaums aufgetragene Außenhautharz
durch eine Wärmebehandlung wie in Schritt c) vernetzt wird,
f) der Polyurethanschaum und die Außenhaut- und Schaumharze durch
schrittweise Erhöhung der Temperatur unter nicht oxidierender
Atmosphäre gleichzeitig verkohlt werden,
g) die Si-Schaum- und Außenhautpulver karburiert und die im
vorhergehenden Schritt erzeugten Schaum- und Außenhautkohlenstoffe bei
schrittweiser Erhöhung der Temperatur gleichzeitig silicidiert werden,
h) der Restkohlenstoff durch Oxidierung des Produkts entfernt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Bearbeitung des Formkörpers zumindest nach einem der Schritte c) und e)
durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer gegebenen Schaumsuspensionszusammensetzung eine
solche Außenhautgemischzusammensetzung gewählt wird, dass ihre
Schrumpfung nicht zu einer Lösung des Zusammenhalts zwischen
Schaum und Außenhaut führt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenhautgemisch mit beliebigen bekannten Mitteln,
vorzugsweise durch Spritzen mittels wenigstens einer Düse oder durch
Eintauchen aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenhautgemisch vermittels eines Trägers auf die Außenwand
aufgebracht wird, so dass der Zwischenträger in den Katalysatorträger
eingebettet wird, wobei der Zwischenträger vorher eventuell mit dem
Außenhautgemisch versehen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass dann, wenn der Formkörper eine Symmetrieachse besitzt, der
Vernetzungsschritt c) in einem Rotationsreaktor durchgeführt wird, um den
Körper entsprechend der Symmetrieachse in Drehbewegung zu versetzen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die resultierende Außenhaut des Katalysatorträgers mit einem
reaktionsträgen Stoff, vorzugsweise mit Wachs oder Paraffin behandelt
wird.
14. Katalytisches System mit dem Katalysatorträger gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 6 oder hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 7 bis 13.
15. Katalytisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
es mit einem Katalysator belegt ist, wobei dieser Katalysator vorzugsweise
einen Cerinüberzug aufweist, welcher mit einem Pt- und Rh-Überzug
versehen ist.
16. Katalytisches System nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die Außenhaut des Katalysatorträgers einen
Katalysatorgehalt hat, der weniger als 10% des im Schaum enthaltenen
Katalysatorgehalts ausmacht.
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