DE69931592T2

DE69931592T2 - Katalysator zum Reinigen von Abgas

Info

Publication number: DE69931592T2
Application number: DE69931592T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Minamiaizu-gun Fukushima-ken Yamashita; Shinji Toyota-shi Tsuji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: US6372688B1; DE69931592D1; JP2000189799A; JP3575307B2; EP1016448B1; EP1016448A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator zur Reinigung eines Abgases und ein Herstellungsverfahren dafür. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Katalysator zur Reinigung eines Abgases, einen Katalysator, welcher daran gehindert wird die Reinigungsleistung zu verschlechtern, selbst wenn er bei erhöhten Temperaturen in mageren Atmosphären verwendet wird, und ein Verfahren für die Herstellung desselben.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Herkömmlicherweise wird ein Edelmetall, wie etwa Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd) als ein Katalysatorbestandteil in einem Katalysator zur Reinigung eines Abgases verwendet, ein Katalysator welcher in einem Abgassystem eines Automobils angeordnet ist. Diese Edelmetalle sind für die Verwendung auf einen Oxidträger, wie etwa Aluminiumoxid (Al₂O₃) geladen. Von ihnen ist Pt häufiger als Rh als ein Rohstoff vorhanden und weist eine höhere katalytische Aktivität als Pt auf. Daher wird hauptsächlich Pt in einem Katalysator zur Reinigung eines Abgases eines Automobils verwendet.
Jedoch wird Pt bei erhöhten Temperaturen in mageren Atmosphären oxidiert, wird einem Kornwachstum unterworfen, verringert die spezifische Oberfläche und als Folge wird seine katalytische Aktivität stark verringert. In jüngster Zeit wurde die Maschinenleistung verbessert, die Möglichkeiten für das Fahren mit hoher Geschwindigkeit wurden ausgeweitet und weiterhin wurden die Abgasregelungen verschärft. Als ein Ergebnis gibt es eine Tendenz, dass die Temperaturen des Abgases immer stärker ansteigen. Folglich war es sehr erwünscht, Mittel zur Unterdrückung des Kornwachstums von Pt zu entwickeln.
Daher schlug der Anmelder der vorliegenden Erfindung in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 62-277,150 einen Katalysator vor, welcher ein Verbundstoffoxid vom Perovskite-Typ nutzt, welcher aus Pt und einem Lanthanidelement oder einem Erdalkalielement besteht. In Übereinstimmung mit diesem Katalysator, war die thermische Verschlechterung und die Legierung von Pt im Vergleich zu den herkömmlichen Pt/Al₂O₃ Katalysatoren unterdrückt. Daher war die Beständigkeit des Katalysators bemerkenswert erhöht.
Jedoch ist vor kurzem die Abgastemperatur bemerkenswert hoch. Selbst bei dem in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 62-277,150 offenbarten Katalysator, beginnt sich das Verbundstoffoxid vom Perovskite-Typ thermisch in einem Temperaturbereich zu zersetzen, der 900°C überschreitet. Folglich, um mit einer weiteren Erhöhung der Abgastemperatur in der nahen Zukunft fertig zu werden, ist es notwendig das Kornwachstum von Pt selbst in einem Temperaturbereich zu unterdrücken, der 1.000°C übersteigt.
Daher unternahmen die Erfinder ernsthafte Untersuchungen und Entwicklungen und schlugen in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 10-358 einen Katalysator vor. Der Katalysator wird hergestellt durch Mischen eines Pulvers, das ein Pt-Verbundstoffoxid und ein γ-Al₂O₃-Pulver umfasst. Das Pt-Verbundstoffoxid enthält Pt und ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalielementen und Elementen der Gruppe 3A in dem Periodensystem der Elemente. In Übereinstimmung mit dem Katalysator, da Pt in die Kristalle des Verbundstoffsoxids aufgenommen und darin stabilisiert wird, ist es möglich eine hohe Wärmebeständigkeit von 1.000°C oder mehr zu erzielen.
Jedoch, selbst wenn der in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 10-358 offenbarte Katalysator bei erhöhten Temperaturen in mageren Atmosphären verwendet wird, wurde herausgefunden, dass das Pt-Verbundstoffoxid in einem bestimmten Umfang einem Sintern unterzogen wird. Daher wurde gefunden, dass die spezifische Oberfläche abnimmt, so dass die Reinigungsleistung nachlässt.
Das Dokument EP-A-0574494 beschreibt einen Katalysator, der ein Verbundstoffoxid MO/Al₂O₃ umfasst, wobei M ein Erdkalimetall als Träger und eine Platinstrukturschicht mit Pt-Clustern in einer Matrix bestehend aus Erdalkalioxid ist.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die vorher beschriebenen Umstände entwickelt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Sintern des Pt-Verbundstoffoxids durch weitere Erhöhung der Wärmebeständigkeit des Pt-Verbundstoffoxids zu unterdrücken, und weiterhin die Beständigkeit durch Unterdrückung des Körnerwachstums der Pt-Cluster zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung erfüllt die vorher erwähnten Aufgaben, und ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Katalysator für die Reinigung eines Abgases ist, mit:
einem Verbundstoffoxidträger mit einer durch M·Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist; und
einer Platinstrukturschicht, die auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers gebildet ist und eine Matrix hauptsächlich bestehend aus einem Erdalkalimetalloxid enthält, in welche Platincluster gleichmäßig dispergiert sind, wobei der Teilchendurchmesser der Platincluster der Platinstrukturschicht 10 nm oder weniger ist.
Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Katalysator zur Reinigung eines Abgases ist, mit:
einem Verbundstoffoxidträger mit einer durch M·Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist;
einer Verbundstoffoxidschicht, die auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers gebildet ist, und die M und wenigstens ein anderes Erdalkalimetall als M enthält; und
einer Platinstrukturschicht, die auf einer Oberfläche der Verbundstoffoxidschicht gebildet ist und eine hauptsächlich aus einem Erdalkalimetalloxid bestehende Matrix enthält, in welche Platincluster gleichmäßig dispergiert sind, wobei der Teilchendurchmesser der Platincluster der Platinstrukturschicht 10 nm oder weniger ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der vorher erwähnten Katalysatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren für die Herstellung eines Katalysators zur Reinigung eines Abgases ist mit den Schritten von:
Mischen einer Lösung, in welchem ein Alkoxid, das ein Erdalkalimetall enthält, und eine Platinverbindung gelöst sind, mit Verbundstoffoxidträgerteilchen mit einer durch M Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welchem M ein Erdalkalimetall ist, dadurch Hydrolysieren des Alkoxids; und
Brennen des resultierenden hydrolysierten Produkts, wodurch eine Platinstrukturschicht auf einer Oberfläche der Verbundstoffoxidträgerteilchen erzeugt wird, wobei die Platinstrukturschicht eine Matrix hauptsächlich bestehend aus einem Erdalkalimetalloxid enthält, in welchem Platincluster gleichmäßig dispergiert sind.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Katalysatoren zur Reinigung eines Abgases kann nämlich die Vergröberung der Pt-Cluster weiter unterdrückt werden. Demgemäß können die vorliegenden Katalysatoren zur Reinigung eines Abgases eine hohe Reinigungsleistung aufweisen, selbst nach einer Beständigkeitsuntersuchung, in welchem sie auf 1.000°C erwärmt werden, und sind extrem gut hinsichtlich ihrer Wärmebeständigkeit.
Indessen können in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Herstellungsverfahren die vorher erwähnten Katalysatoren mit guter Wärmebeständigkeit stabil und sicher hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständigere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele ihrer Vorteile wird einfach erzielt werden, da sie besser verstanden wird durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung berücksichtigt wird, wobei alle davon einen Teil der Offenbarung bilden:
Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht für die Veranschaulichung einer Anordnung eines abgasreinigenden Katalysators eines erfindungsgemäßen Beispiels;
die 2 ist eine elektronmikroskopische Fotografie für die Veranschaulichung einer anfänglichen Teilchenanordnung eines Katalysators des Beispiels Nr. 2;
die 3 ist eine elektronmikroskopische Fotografie zur Veranschaulichung einer Teilchenanordnung des Katalysators des Beispiels Nr. 2 nach einem Beständigkeitstest;
die 4 ist eine elektronmikroskopische Fotografie für die Veranschaulichung einer Teilchenanordnung eines Katalysators des Vergleichsbeispiels Nr. 1 nach einem Beständigkeitstest; und
die 5 ist eine grafische Darstellung für die Veranschaulichung der Verteilungen der Teilchendurchmesser der Katalysatoren des Beispiels Nr. 2 und des Vergleichsbeispiels Nr. 1 nach einem Beständigkeitstest.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nach allgemeiner Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann ein weiteres Verständnis mit Bezug auf die spezifischen bevorzugten Ausführungsformen erzielt werden, welche hierin nur zum Zweck der Veranschaulichung vorgesehen werden, und nicht beabsichtigen, den Umfang der angehängten Ansprüche zu begrenzen.
Gemäß den Untersuchungen der Erfinder wurde das Folgende herausgefunden: das Sintern des Pt-Verbundstoffoxids tritt am häufigsten auf, wenn das Pt-Verbundstoffoxid unabhängig vorhanden ist; das Sintern tritt weniger aber größer auf, wenn das Pt-Verbundstoffoxid mit einem Oxidträger gemischt wird und das Sintern wird am meisten unterdrückt, wenn das Pt-Verbundstoffoxid auf einer Oberfläche des Oxidträgers in einer laminaren Art und Weise gebildet wird.
Überdies wurde herausgefunden, dass der Oxidträger unwahrscheinlicher mit dem Pt-Verbundstoffoxid reagiert, wenn der Verbundstoffoxidträger eingesetzt wird, welcher eine durch M·Al₂O₄ angegebene Spinellstruktur hat, in welcher M ein Erdalkalimetall ist. Zusätzlich wurde herausgefunden, dass Platincluster selbst bei 1.000°C in einer Platinstruktur stabil sind, welche eine Matrix hauptsächlich bestehend aus einem Erdalkalimetalloxid enthält, in welche Platincluster gleichmäßig dispergiert sind. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Entdeckungen entwickelt.
Zum Beispiel wird in dem vorliegenden Katalysator zur Reinigung eines Abgases die Platinstrukturschicht auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers gebildet. Der Verbundstoffoxidträger hat eine durch M·Al₂O₄ angegebene Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist. Die Platinstrukturschicht enthält die Matrix hauptsächlich bestehend aus dem Erdalkalimetalloxid, in welche die Platincluster gleichmäßig dispergiert sind. Die Platincluster in der Platinstruktur sind extrem stabil, selbst wenn sie auf 1.000°C erwärmt werden.
Ein Oxid, wie etwa Al₂O₃ und SiO₂, reagiert mit der Platinstruktur bei erhöhten Temperaturen, um zum Beispiel SrAl₂O₄ und ähnliches zu bilden. Demgemäß ist die Stabilität der Platincluster gering und die Platincluster werden grob. Daher tritt ein Nachteil auf, dass die Reinigungsleistung abnimmt. Jedoch reagiert der Verbundstoffoxidträger mit einer durch M·Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetallelement ist, mit geringerer Wahrscheinlichkeit mit der Platinstruktur, selbst bei erhöhten Temperaturen. Folglich werden die Platincluster mit geringerer Wahrscheinlichkeit grobkörnig.
Ferner kann das Sintern der Platinstruktur selbst durch Bildung der Platinstruktur in einer laminaren Art und Weise unterdrückt werden. Demgemäß ist es möglich das Grobkörnigwerden der Platincluster zu unterdrücken, was aus dem Sintern der Platinstruktur selbst resultiert.
In den vorliegenden Katalysatoren zur Reinigung eines Abgases wird angenommen, dass die Platincluster durch die synergistischen Wirkungen dieser Vorgänge daran gehemmt werden grobkörnig zu werden. Folglich sind die vorliegenden Katalysatoren zur Reinigung eines Abgases hervorragend in Bezug auf die Wärmebeständigkeit.
Der Verbundstoffoxidträger mit einer Spinellstruktur wird durch M·Al₂O₄ angegeben. Das Erdalkalimetall M kann wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Ca, Sr und Ba sein. Unter ihnen ist es insbesondere bevorzugt wenigstens eines von Sr und Ba zu verwenden. Es ist bevorzugter, dass der Verbundstoffoxidträger eine höhere spezifische Oberfläche aufweist. Jedoch ist es wichtig, dass die spezifische Oberfläche nicht vor und nach einem Beständigkeitstest schwankt. Wenn die spezifische Oberfläche nicht vor und nach einem Beständigkeitstest schwankt, weist der Verbundstoffoxidträger vollständig die Vorteile auf, selbst wenn die spezifische Oberfläche etwa 15 m²/g ist.
Die Platinstrukturschicht wird durch die gleichmäßige Dispersion der Platincluster in der hauptsächlich aus einem Erdalkalimetalloxid bestehenden Matrix aufgebaut. Das Erdalkalimetall kann wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Ca, Sr und Ba sein.
Die Platinstruktur ist eine Struktur, welche die Matrix hauptsächlich bestehend aus einem Erdalkalimetalloxid enthält, in welche die Platincluster gleichmäßig dispergiert sind. Die spezifische Zusammensetzung ist unbekannt, aber es wird als ein Verbundstoffoxid aus einem Erdalkalimetall und Pt angesehen. Bezüglich der Zusammensetzung der Platinstrukturschicht kann das Verhältnis des Erdalkalimetalls in Bezug auf das Platin bevorzugt in dem Bereich von 2:1 bis 70:1 eines Molverhältnisses fallen. Wenn die Platincluster kleiner als der Bereich sind, wird keine erwünschte Reinigungsaktivität erhalten. Wenn die Platincluster größer als der Bereich sind, ist es wahrscheinlich, dass die Platincluster granulär wachsen, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden.
Der Teilchendurchmesser der Platincluster in der Platinstruktur kann 10 nm oder weniger sein. Wenn der Teilchendurchmesser der Platincluster mehr als 10 nm ist wird die Oberfläche reduziert, wobei die katalytisch aktiven Stellen abnehmen. Daher kann keine erwünschte katalytische Aktivität erzielt werden. Wenn der Teilchendurchmesser der Platincluster 10 nm oder weniger ist, kann der Teilchendurchmesser der Platincluster 10 nm oder weniger sein, selbst nachdem ein Beständigkeitstest durchgeführt wurde, in welchem die vorliegenden Katalysatoren auf 1.000°C für 5 Stunden erwärmt wurden. Folglich kann eine hohe Reinigungsleistung nach dem Beständigkeitstest erhalten werden.
Es ist bevorzugt, dass eine Dicke der Platinstrukturschicht 0,05 μm oder weniger ist. Es ist besonders bevorzugt, dass die Dicke in der Größenordnung der Primärteilchen sein kann. Wenn die Dicke der Platinstrukturschicht zunimmt, steigt das Sintern der Platinstruktur selbst nicht bevorzugt an.
In dem vorliegenden abgasreinigenden Katalysator gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die Verbundstoffoxidschicht zwischen dem vorher erwähnten Verbundstoffoxidträger und der Platinstrukturschicht gebildet. Die Verbundstoffoxidschicht enthält das Erdalkalimetall M, welches ein aufbauendes Element von M·Al₂O₄ ist, das als der Verbundstoffoxidträger dient, und ein Erdalkalimetall, das unterschiedlich zu M ist. Durch Einfügen der Verbundstoffoxidschicht wird die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem Verbundstoffoxidträger und der Platinstrukturschicht verbessert, so dass das Sintern der Platinstrukturschicht weiter unterdrückt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass das zu M unterschiedliche Erdalkalimetall des bildenden Elements der Verbundstoffoxidschicht identisch mit dem Erdalkalimetall des bildenden Elements der Platinstrukturschicht sein kann. Folglich wird die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem Verbundstoffoxidträger und der Platinstrukturschicht weiterhin verbessert, so dass das Sintern der Platinstrukturschicht stärker unterdrückt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass eine Dicke der Verbundstoffoxidschicht in den Bereich von 0,02 bis 0,1 μm fallen kann. Wenn die Dicke der Verbundstoffoxidschicht außerhalb dieses Bereichs kommt, wird die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem Verbundstoffoxidträger und der Platinstrukturschicht nicht wie erwünscht verbessert.
Nebenbei ist die spezifische Oberfläche eines Katalysators proportional zu einer Anzahl der aktiven Platinstellen, welche auf der Oberfläche des Katalysators vorhanden sind. Daher ist eine größere spezifische Oberfläche bevorzugter. Um die spezifische Oberfläche zu erhöhen, ist es bevorzugt, einen feinen teilchenförmigen Verbundstoffoxidträger einzusetzen, der eine spezifische Oberfläche von 15 m²/g oder mehr aufweist, wie vorher erwähnt, und die laminare Platinstrukturschicht auf der Oberfläche zu bilden. Um auf diese Weise die laminare Plattenstrukturschicht zu bilden, ist es möglich das Alkoxidverfahren (oder Sol-Gel-Verfahren) oder das Gas-Phasen-Abscheidungsverfahren zu nutzen.
Daher wird in dem vorliegenden Herstellungsverfahren für die stabile Herstellung des vorliegenden Katalysators zur Reinigung eines Abgases eine Lösung enthält, in welchem ein Alkoxid, das ein Erdalkalielement und eine Platinverbindung, gelöst werden, zunächst mit Verbundstoffoxidträgerteilchen mit einer durch M·Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist, gemischt, und dadurch wird das Alkoxid hydrolysiert. Dann werden die resultierenden hydrolysierten Produkte gebrannt und dadurch wird die Platinstrukturschicht auf einer Oberfläche der Verbundstoffoxidträgerteilchen gebildet.
In dem Alkoxidverfahren wird ein Alkoxid in einem Lösungsmittel, wie etwa einem Alkohol, gelöst, um eine Lösung herzustellen. Das Alkoxid wird hydrolysiert und gealtert, um die Oxidvorläufer, d.h. die festen Hydroxide auszufällen. Dann werden die ausgefällten Oxidvorläufer gebrannt, um Oxide zu erzeugen. Daher werden in den vorliegenden Herstellungsverfahren die durch Hydrolysieren und Altern gebildeten Hydroxide auf der Oberfläche der daneben vorhandenen Verbundstoffoxidträgerteilchen ausgefällt, und dann werden sie gebrannt und als die laminare Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des teilchenförmigen Trägers gebildet.
Als den in dem vorliegenden Herstellungsverfahren eingesetzten Verbundstoffoxidträger ist es möglich, ein Verbundstoffoxidträger identisch mit demjenigen zu verwenden, der in den vorliegenden Katalysatoren zur Reinigung eines Abgases verwendet wird. Für das Lösungsmittel, welches das Alkoxid löst, kann unabhängig eine Vielzahl von Alkoholen verwendet werden, oder zwei oder mehr von ihnen können zur Verwendung gemischt werden. Es ist bevorzugt, dass ein gemischtes Lösungsmittel aus einem Ether und einem Alkohol verwendet werden kann. Mit dieser Anordnung wird das Ausfällen des Pt-Acetylacetonats während der Hydrolyse unterdrückt, und ein homogenes Gel kann erhalten werden. Die Sorten und Mischungsverhältnisse des Ethers und des Alkohols können verschiedentlich in Übereinstimmung mit den Arten und Mengen der eingesetzten Alkoxide ausgebildet werden.
Die resultierenden vorliegenden Katalysatoren können durch herkömmliche Verfahren pelletiert und können in ihre tatsächliche Anwendungen als ein pelletierter Katalysator genommen werden. Überdies können sie auf ein Wabenträgersubstrat hergestellt aus Cordierit oder Metall beschichtet werden, und können in ihre tatsächlichen Anwendungen als ein monolithischer Katalysator genommen werden. Folglich können sie in verschiedenen Verwendungen, wie etwa oxidierenden Katalysatoren, Dreiweg-Katalysatoren, Magerverbrennungsmaschinen-Katalysatoren, Dieselmotoren-Katalysatoren und Katalysatoren vom NO_x-Lagerungs-und-Reduktions-Typ verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird hiernach ausführlich mit Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Beispiel Nr. 1
Die 1 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysators, welcher in diesem Beispiel hergestellt wurde. Dieser Katalysator besteht aus einem Verbundstoffoxidteilchen 1 und einer Platinstrukturschicht 2. Das Verbundstoffoxidteilchen 1 umfasst MgAl₂O₄. Die Platinstrukturschicht 2 wird auf der Oberfläche des Verbundstoffoxidteilchens 1 gebildet, und es wird angenommen, dass sie eine Struktur Sr₅PtO₇ hat. Ein Herstellungsverfahren dieses Katalysators wird hiernach beschrieben und die Beschreibung ersetzt die ausführliche Beschreibung der Anordnung des Katalysators.
75 g 2-Propanol und 25 g 2-Methoxymethanol wurden gemischt. In das gemischte Lösungsmittel wurden 3,29 g Sr(OC₃H₇)₂ und 1,26 g Pt(C₅H₇O₂)₂ gegeben. Die resultierende Mischung wurde unter Reflux bei 80°C für 12 Stunden gerührt, wodurch eine Alkoxidlösung hergestellt wurde.
Währenddessen wurden 75 g 2-Propanol und 25 g 2-Methoxymethanol gemischt. In das gemischte Lösungsmittel wurden 47,6 g kommerziell erhältliches MgAl₂O₄ (spezifische Oberfläche 20 m²/g) gegeben. Die resultierende Mischung wurde gerührt und auf 80°C erwärmt, wodurch eine Trägerdispersion erzeugt wurde.
Dann wurde in die bei 80°C gehaltene Trägerdispersion die vorher erwähnte, bei 80°C gehaltene Alkoxidlösung gegeben. Die resultierende Mischung wurde bei 80°C gehalten und unter Reflux für eine Stunde gerührt. Während des Rührens der Mischung wurden 0,40 g entionisiertes Wasser zugegeben. Die Mischung wurde wieder bei 80°C gehalten und weiterhin unter Reflux für 4 Stunden gerührt, wodurch die Hydrolyse und das Altern durchgeführt wurde.
Die resultierende Dispersion wurde mit einem Sauglüfter bei 100°C entfettet, wurde danach weiterhin in N₂ bei 300°C entfettet und wurde schließlich bei 500°C für 3 Stunden gebrannt. Auf diese Weise wurde das Katalysatorpulver dieses Beispiels erhalten. Von diesem Katalysator wird angenommen, dass er durch Bildung der durch Sr₅PtO₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers aufgebaut wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Eine elektronmikroskopische Fotografie dieses Katalysators wird in 2 gezeigt. Aus der 2 ist ersichtlich, dass die Platincluster mit weniger als 10 nm auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers gebildet wurden.
Beispiel Nr. 2
Außer dass 4,09 g Ba(OC₃H₇)₂ anstelle von Sr(OC₃H₇)₂ verwendet wurde, wurde der Katalysator des Beispiels Nr. 2 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Bildung der durch Ba₅PtO₇ angegebenen Platin-Verbundstoffoxidschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers gebildet wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 3
Sr(OC₃H₇)₂ und Al(OC₃H₇)₃ wurden verwendet, und SrAl₂O₄ wurde durch das Sol-Gel-Verfahren synthetisiert. Die Brennbedingungen am Ende waren 1.000°C für 5 Stunden. Die spezifische Oberfläche des resultierenden SrAl₂O₄ war 22 m²/g.
Außer dass 4,09 g dieses SrAl₂O₄ anstelle von MgAl₂O₄ verwendet wurde, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 3 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch Sr₅PtO₇ angegebenen Platin-Verbundstoffoxidschicht auf der Oberfläche des SrAl₂O₄-Trägers aufgebaut wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 4
Ba(OC₃H₇)₂ und Al(OC₃H₇)₃ wurden verwendet, und BaAl₂O₄ wurde durch das Sol-Gel-Verfahren synthetisiert. Die Brennbedingungen am Ende waren 1.000°C für 5 Stunden. Die spezifische Oberfläche des resultierenden BaAl₂O₄ war 43 m²/g.
Außer dass 4,09 g dieses BaAl₂O₄ anstelle von MgAl₂O₄ verwendet wurde und außer dass 4,09 g Ba(OC₃H₇)₂ anstelle von Sr(OC₃H₇)₂ verwendet wurde, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 4 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch Ba₅PtO₇ angegebenen Platin-Verbundstoffoxidschicht auf der Oberfläche des BaAl₂O₄-Trägers aufgebaut wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 5
Außer dass der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils nach dem Brennen als Sr₆₀PtO₆₂ angenommen wurde, so dass die Beschickungsmengen des Ausgangsmaterials eingestellt wurden, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 5 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch Sr₆₀PtO₆₂ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers aufgebaut wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 6
Außer dass der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils nach dem Brennen als SrPtO₃ angenommen wurde, so dass die Beschickungsmengen des Ausgangsmaterials eingestellt wurden, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 6 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch SrPtO₃ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 7
Außer dass der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils nach dem Brennen als Sr₉₀PtO₄₇ angenommen wurde, so dass die Beschickungsmengen des Ausgangsmaterials eingestellt wurden, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 7 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch Sr₉₀PtO₄₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers ausgebildet ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 8
Außer dass Ba(OC₃H₇)₂ anstelle von Sr(OC₃H₇)₂ verwendet wurde, und außer dass der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils nach dem Brennen als Ba₂₀PtO₆₂ angenommen wurde, so dass die Beschickungsmenge der Ausgangsmaterialen eingestellt wurden, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 8 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der durch Ba₂₀PtO₆₂ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Trägers aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 9
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils nach dem Brennen wurde als Sr₅PtO₇/SrMgAl_0,2O_2,3/MgAl₂O₄ angenommen, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 47,12 g kommerziell erhältliches MgAl₂O₄ (spezifische Oberfläche 25 m²/g) gegeben. Als Nächstes wurden 0,6772 g Sr(NO₃)₂, 0,8205 g Mg(NO₃)₂·6H₂O und 0, 2400 g Al(NO₃)₃·9H₂O zugegeben und in der resultierenden Dispersion gelöst. Während des Rührens der Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C getrocknet und bei 800°C für 3 Stunden gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Pulver hergestellt, dessen MgAl₂O₄-Teilchenoberfläche mit einer Sr-Mg-Al-Verbundstoffoxidschicht versehen war.
Außer dass das vorher erwähnte Pulver anstelle von MgAl₂O₄ verwendet wurde, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 9 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch Ausbildung der Sr-Mg-Al-Verbundstoffoxidschicht auf der Oberfläche des MgAl₂O₄-Teilchens und außerdem durch Ausbildung der durch Sr₅PtO₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche der Sr-Mg-Al-Verbundstoffoxidschicht aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Beispiel Nr. 10
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils wurde nach dem Brennen als Ba₅PtO₇/BaMgO₂/MgAl₂O₄, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 48,66 g kommerziell erhältliches MgAl₂O₄ (spezifische Oberfläche 25 m²/g) gegeben. Als Nächstes wurden 0,8363 g Ba(NO₃)₂, 0,8205 g Mg(NO₃)₂·6H₂O zugegeben und in der resultierenden Dispersion gelöst. Während des Rührens der Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C getrocknet und bei 800°C für 3 Stunden gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Pulver hergestellt, dessen MgAl₂O₄-Teilchenoberfläche mit einer Ba-Mg-Verbundstoffoxidschicht versehen war.
Außer, dass das vorher erwähnte Pulver anstelle von MgAl₂O₄ verwendet wurde, wurde ein Katalysator des Beispiels Nr. 10 in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel Nr. 2 hergestellt. Es wird angenommen, dass dieser Katalysator durch die Ausbildung der Ba-Mg-Verbundstoffoxidschicht auf der Oberfläche der MgAl₂O₄-Teilchen und weiterhin durch die Ausbildung der durch Ba₅PtO₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf der Oberfläche der Ba-Mg-Verbundstoffoxidschicht aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 1
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 12,63 g einer wässrigen Dinitrodiamminplatinnitratlösung gegeben, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch eine metallische Pt-Umwandlung enthält, und weiterhin wurden 49,37 g eines γ-Al₂O₃-Pulver (spezifische Oberfläche 180 m²/g) zugegeben. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und danach in der Luft bei 500°C für 1 Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 1 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 1 das Pt hoch dispergiert selbst in den Poren der γ-Al₂O₃-Teilchen aufweist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 2
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 11,32 g einer wässrigen Dinitrodiamminplatinnitratlösung gegeben, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch eine metallische Pt-Umwandlung enthielt, weiterhin wurden 3,02 g Rhodiumnitrat zugegeben, welches Rh in einer Menge von 3 Gewichtsprozent durch eine metallische Rh-Umwandlung enthält, und 49,46 g eines γ-Al₂O₃-Pulvers (spezifische Oberfläche 180 m²/g) wurden weiter hinzugegeben. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und wurde danach in Luft bei 500°C für eine Stunde gebrannt. Derartig wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 2 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 2 das Pt und Rh hoch dispergiert selbst in den Poren der γ-Al₂O₃-Teilchen enthält. Die Ladungsmenge an Pt war 0,91 Gewichtsprozent und die Ladungsmenge an Rh war 0,18 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 3
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 12,63 g einer wässrigen Dinitrodiamminplatinnitratlösung gegeben, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch eine metallische Pt-Umwandlung enthält, und 49,37 g eines MgAl₂O₄-Pulvers (spezifische Oberfläche 25 m²/g) wurde weiter hinzugegeben. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und danach in Luft bei 500°C für eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 3 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 3 Pt hoch dispergiert selbst in den Poren der MgAl₂O₄-Teilchen war. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 4
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils wurde nach dem Brennen als Sr₅PtO₇ angenommen, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 47,62 g kommerziell erhältliches γ-Al₂O₃-Pulver (spezifische Oberfläche 180 m²/g) gegeben. Weiterhin wurden 3,386 g Sr(NO₃)₂ und 15,63 g einer wässrigen Dinitrodiamminplatinnitratlösung, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch eine metallische Pt-Umwandlung enthält, zugegeben und gelöst. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und danach in Luft bei 500°C für eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 4 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 4 durch Ausbildung der durch Sr₅PtO₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf den Oberflächen der Al₂O₃-Teilchen aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 5
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils wurde nach dem Brennen als Sr₅PtO₇ angenommen, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 47,62 g eines kommerziell erhältlichen SiO₂-Pulvers (spezifische Oberfläche 350 m²/g) gegeben. Ferner wurden 3,386 g Sr(NO₃)₂ und 15,63 g wässrige Dinitrodiamminplatinnitratlösung, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch eine metallische Pt-Umwandlung enthält, zugegeben und gelöst. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und wurde danach in Luft bei 700°C für eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 5 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 5 durch Ausbildung der Platinstrukturschicht angegeben durch Sr₅PtO₇ auf den Oberflächen der SiO₂-Teilchen aufgebaut wird. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 6
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils wurde nach dem Brennen als Sr₅PtO₇ angenommen, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 47,62 g kommerziell erhältliches ZrO₂-Pulver (spezifische Oberfläche 49 m²/g) gegeben. Ferner wurden 3,386 g Sr(NO₃)₂ und 15,63 g einer wässrigen Dinitrodiamminplatinnitratlösung, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch metallische Pt-Umwandlung enthält, zugegeben und gelöst. Während des Rührens der resultierenden Dispersion wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und wurde danach in Luft bei 700°C für eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 6 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 6 durch Ausbildung der durch Sr₅PtO₇ angegebenen Platinstrukturschicht auf den Oberflächen der ZrO₂-Teilchen aufgebaut ist. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Vergleichsbeispiel Nr. 7
Der Oxidationszustand des Ladungsbestandteils wurde nach dem Brennen als Ba₅PtO₇ angenommen, so dass die Beschickungs-und-Beladungs-Mengen berechnet wurden.
In 200 g entionisiertes Wasser wurden 47,62 g eines kommerziell erhältlichen γ-Al₂O₃-Pulvers (spezifische Oberfläche 180 m²/g) gegeben. Ferner wurden 3,386 g Ba(NO₃)₂ und 15,63 g wässrige Dinitrodiamminplatinnitratlösung, welche Pt in einer Menge von 4,0 Gewichtsprozent durch metallische Pt-Umwandlung enthält, zugegeben und gelöst. Während die resultierende Dispersion gerührt wurde, wurde die Dispersion auf 100°C erwärmt, um den Wasseranteil zu verdampfen. Dann wurde der resultierende Kuchen bei 120°C für 24 Stunden getrocknet und danach in Luft bei 700°C für eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysatorpulver des Vergleichsbeispiels Nr. 7 erhalten.
Es wird angenommen, dass der Katalysator dieses Vergleichsbeispiels Nr. 7 durch Ausbildung der durch Ba₅PtO₇ angegeben Platinstrukturschicht auf den Oberflächen der Al₂O₃-Teilchen gebildet wurden. Die Ladungsmenge an Pt war 1,25 Gewichtsprozent.
Bewertung und Untersuchung
Die Katalysatoren der Beispiele Nr. 1 bis 10 und die Katalysatoren der Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis 7 wurden entsprechend bei normaler Temperatur und hydrostatischem Druck durch eine Pressmaschine (CIP) unter Druck gesetzt. Danach wurden sie pulverisiert und dadurch in pelletförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 1,0 bis 1,7 mm geformt. Jeder der resultierenden pelletisierten Katalysatoren wurden bei normalen Druck in ein Beständigkeitsuntersuchungsgerät mit Fliesssystemreaktor gegeben und in einem Beständigkeitsmodellgas bei 1.000°C für 5 Stunden auf ihre Beständigkeit untersucht. Die Zusammensetzung des Beständigkeitsmodellgases wird in der Tabelle 1 angegeben, und war äquivalent zu A/F = 16 mit zugegebenem SO₂.
Nach der Beständigkeitsuntersuchung wurde jeder pelletisierte Katalysator bei normalen Druck in ein Beständigkeitsuntersuchungsgerät mit Fliesssystemreaktor in einer 2,0 g entsprechenden Endmenge gegeben und ein Bewertungsmodellgas wurde darin mit einer Fliessgeschwindigkeit von 5 L/min zugeführt. Die Zusammensetzung des Bewertungsmodellgases wird in Tabelle 1 angegeben und war äquivalent zum stöchiometrischen Punkt. Die Umwandlungen des C₃H₆-Bestandteils und des NO-Bestandteils wurden entsprechend in einem stationären Zustand bei verschiedenen Temperaturen des Katalysatorenbetts gemessen. Es ist zu bemerken, dass die Definition der Umwandlung durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. Umwandlung = 100 × {(Konzentration des Einlassgases) – (Konzentration im Auslassgas)}/(Konzentration im Einlassgas) Tabelle 1
Gemäß den erhaltenen Ergebnissen wurden die Beziehungen zwischen den Katalysatorbetttemperaturen bzw. den Umwandlungen aufgetragen und die Temperaturen wurden bestimmt, in welchen die Umwandlungen 50% waren. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefasst. Es ist zu bemerken, dass in der Tabelle 2 „HC-T50" die 50%-ige Umwandlungstemperatur für den C₃H₆-Bestandteil bedeutet, und das „NO-T50" die 50%-ige Umwandlungstemperatur für den NO-Bestandteil bedeutet. Tabelle 2
Es ist aus der Tabelle 2 ersichtlich, dass die Katalysatoren der Beispiele gut in Bezug auf die HC- und NO-Reinigungsaktivitäten waren, und dass sie ebenfalls gut in Bezug auf die Beständigkeit waren. Überdies ist es verständlich, dass die Reinigungsaktivitäten nach dem Beständigkeitstest weiterhin in den Katalysatoren verbessert war, wie etwa in Beispiel Nr. 9 und Beispiel Nr. 10, in welchen die Verbundstoffoxidschichten zwischen den Verbundstoffoxidträgern, die die Spinellstruktur haben, und den Platinstrukturschichten eingefügt waren, und in welchen die Verbundstoffoxidschichten die Erdalkalimetallelemente, die in zwei Arten von Verbundstoffoxidträgern enthalten sind, und den Platinstrukturschichten enthalten.
Beispiel Nr. 6 und Beispiel Nr. 7 waren den anderen Beispielen in Bezug auf die Reinigungsaktivitäten nach dem Beständigkeitstest unterlegen. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen aufgrund der folgenden Gründe auftrat. Die Reinigungsaktivitäten waren anfänglich gering, da die Pt-Gehalte in den Platinstrukturschichten übermäßig oder ungenügend waren. Das Kornwachstum der Platincluster trat in dem Beständigkeitstest auf.
Als Nächstes wurden die Katalysatoren des Beispiels Nr. 2 und des Vergleichsbeispiels Nr. 1 mit einem Rasterelektronmikroskop (REM) vor und nach dem Beständigkeitstest betrachtet, wodurch die Verteilungen der Teilchendurchmesser des Pt analysiert wurden. Die Ergebnisse werden in den 2 bis 5 gezeigt. Es ist zu bemerken, dass der Zustand der Katalysatoren des Vergleichsbeispiels Nr. 2 vor dem Beständigkeitstest nicht in den Zeichnungen gezeigt wird, weil Pt dispergiert und in einer atomaren Art und Weise beladen war, so dass es schwierig war die Katalysatoren mit der REM vor dem Beständigkeitstest zu betrachten. Das Folgende wurde aus den 2 bis 4 abgeschätzt. In den Katalysatoren des Vergleichsbeispiels Nr. 1 waren die Pt-Cluster durch den Beständigkeitstest auf einen Teilchendurchmesser vergröbert, welcher 10 nm überschritt, und keine Pt-Cluster, mit 10 nm oder weniger, wurden beobachtet. Währenddessen entwickelte sich in den Katalysatoren des Beispiels Nr. 2 insgesamt die Vergröberung der Pt-Cluster nach dem Beständigkeitstest. Jedoch gab es Pt-Cluster mit 10 nm oder weniger nach dem Beständigkeitstest.
Überdies ist aus 5 ersichtlich, dass der Katalysator des Beispiels Nr. 2 eine viel feinere Teilchendurchmesserverteilung an Pt als der Katalysator des Vergleichsbeispiels Nr. 1 aufwies.
Es wird nämlich angenommen, dass der Katalysator des Beispiels Nr. 2 hohe Reinigungsaktivitäten selbst nach dem Beständigkeitstest aufweist, weil eine große Anzahl der Pt-Cluster mit 20 nm oder weniger dort existieren.
Zusätzlich wurde eine EDX durchgeführt, um die Elemente in den oberflächlichen Bereichen der Katalysatoren des Beispiels Nr. 2 nach dem Beständigkeitstest zu analysieren. Es ist zu bemerken, dass die EDX-Analysen unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen durchgeführt wurden. Tabelle 3
Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass die Matrix, wo die Pt-Cluster des Beispiels Nr. 2 vorhanden waren, BaSO₄ ist. Es ist nämlich offensichtlich, dass trotz der Tatsache, dass die Matrix der Platinstrukturschicht durch Schwefel in dem Beständigkeitstest vergiftet wurde, die Pt-Cluster daran gehemmt wurden gröber zu werden. Es wird angenommen, dass dieser Vorteil aus der Anordnung des verwendeten Verbundstoffoxidträgers resultiert, der die Spinellstruktur hat.
Nach vollständiger Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird es für normale Fachleute offensichtlich sein, dass viele Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom wie hierin festgesetzten Umfang der Erfindung abzuweichen.
Ein Katalysator für die Reinigung eines Abgases enthält ein Verbundstoffoxidträger und eine Platinstrukturschicht. Der Verbundstoffoxidträger hat eine durch M·Al₂O₄ angegebene Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist. Die Platinstrukturschicht wird auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers ausgebildet und enthält eine Matrix, die hauptsächlich aus einem Erdalkalimetalloxid besteht, in welchem Platincluster gleichmäßig dispergiert sind. Die Verbundstoffoxidschicht kann zwischen den Verbundstoffoxidträger und der Platinstrukturschicht eingefügt werden. Ebenfalls ist ein optimales Verfahren für die Herstellung des Katalysators offenbart.

Claims

Katalysator zur Reinigung eines Abgases, mit: einem Verbundstoffoxidträger mit einer durch M·Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist; und einer Platinstrukturschicht, die auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers gebildet ist und eine Matrix hauptsächlich bestehend aus einem Erdalkalimetalloxid enthält, in welche Platincluster gleichmäßig dispergiert sind, wobei der Teilchendurchmesser der Platincluster der Platinstrukturschicht 10 nm oder weniger ist.
Katalysator zur Reinigung eines Abgases, mit: einem Verbundstoffoxidträger mit einer durch M Al₂O₄ angegebenen Spinellstruktur, in welcher M ein Erdalkalimetall ist; einer Verbundstoffoxidschicht, die auf einer Oberfläche des Verbundstoffoxidträgers gebildet ist, und die M und wenigstens ein anderes Erdalkalimetall als M enthält; und einer Platinstrukturschicht, die auf einer Oberfläche der Verbundstoffoxidschicht gebildet ist und eine hauptsächlich aus einem Erdalkalimetalloxid bestehende Matrix enthält, in welche Platincluster gleichmäßig dispergiert sind, wobei der Teilchendurchmesser der Platincluster der Platinstrukturschicht 10 nm oder weniger ist.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erdalkalimetall M wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Ca, Sr und Ba ist.
Katalysator nach Anspruch 3, wobei das Erdalkalimetall M wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sr und Ba ist.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erdalkalimetalloxid der Platinstrukturschicht wenigstens ein Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden von Mg, Ca, Sr und Ba ist.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Platinstrukturschicht der Anteil an Erdalkalimetall in Bezug auf Platin in einen Bereich eines Molverhältnisses von 2:1 bis 70:1 fällt.
Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Platinstrukturschicht 0,05 μm oder weniger ist.
Katalysator nach Anspruch 2, wobei das von M unterschiedliche Erdalkalimetall identisch mit dem Erdalkalimetall der Platinstrukturschicht ist.
Katalysator nach Anspruch 2, wobei die Dicke der Verbundstoffoxidschicht in einen Bereich von 0,02 bis 0,1 μm fällt.