ES2392989B2 - CATALYTIC TRAP OF HYDROCARBONS CONTAINED IN THE EMISSIONS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE. - Google Patents

CATALYTIC TRAP OF HYDROCARBONS CONTAINED IN THE EMISSIONS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE. Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a una trampa catalítica de hidrocarburos contenidos en gases de escape producidos por un motor de combustión interna, caracterizada porque está libre de metales nobles y comprende al menos una capa de un tamiz molecular de fórmula XH-ZSM-5, donde X representa uno o varios metales de transición y H-ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al comprendida entre 10 y 20, que presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60% del total de protones presentes en la zeolita en su estado original. La invención también contempla el método de obtención de dicha trampa, su uso en un convertidor catalítico de un motor de combustión y en el propio motor, así como el método de eliminación de hidrocarburos mediante dicha trampa.The present invention refers to a catalytic trap of hydrocarbons contained in exhaust gases produced by an internal combustion engine, characterized in that it is free of noble metals and comprises at least one layer of a molecular sieve of formula XH-ZSM-5, where X represents one or more transition metals and H-ZSM-5 represents a zeolite with a Si / Al ratio between 10 and 20, which presents in its internal structure an ionic exchange of protons for metal cations in a percentage comprised between 20 % and 60% of the total protons present in the zeolite in its original state. The invention also contemplates the method of obtaining said trap, its use in a catalytic converter of a combustion engine and in the engine itself, as well as the method of removing hydrocarbons by means of said trap.

Description

TRAMPA CATALÍTICA DE HIDROCARBUROS CONTENIDOS EN LAS EMISIONES DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA SECTOR DE LA TÉCNICA CATALYTIC TRAP OF HYDROCARBONS CONTAINED IN THE EMISSIONS FROM AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE TECHNICAL SECTOR

Esta invención se encuadra dentro del área de la tecnología química y más concretamente se trata de un catalizador no basado en metales nobles (libre de cualquier metal noble) para la reducción de las emisiones de hidrocarburos, fundamentalmente durante el arranque en frío This invention falls within the area of chemical technology and more specifically it is a catalyst not based on noble metals (free of any noble metal) for the reduction of hydrocarbon emissions, mainly during cold start

de of
motores de combustión interna aunque actúa durante todo motors  of combustion internal even if act during everything

el the
ciclo de funcionamiento del mismo, desde el arranque cycle of functioning of the same, since  the start

hasta until
la parada. the stop.

ESTADO STATE
DE LA TÉCNICA OF THE TECHNIQUE

En In
los motores de combustión interna los combustibles the motors of combustion internal the fuels

líquidos alimentados se queman con la cantidad necesaria de aire produciéndose su combustión completa a dióxido de carbono y agua, junto con otros subproductos de la combustión incompleta, como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos inquemados, y otros gases contaminantes, como son los óxidos de nitrógeno. Los combustibles líquidos que se alimentan generalmente son gasolina y diesel, si bien también se pueden alimentar diferentes alcoholes, como etanol o metanol y algunas de sus mezclas. De acuerdo con lo anterior, los gases de escape de los motores contienen gases contaminantes que tienen que ser limpiados antes de ser liberados a la atmósfera y así poder cumplir con las normativas medioambientales fijadas por las diferentes políticas gubernamentales. fed liquids are burned with the necessary amount of air producing their complete combustion to carbon dioxide and water, along with other by-products of incomplete combustion, such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons, and other polluting gases, such as oxides nitrogen. The liquid fuels that are fed are generally gasoline and diesel, although different alcohols can also be fed, such as ethanol or methanol and some of their mixtures. In accordance with the above, the exhaust gases from engines contain polluting gases that have to be cleaned before being released into the atmosphere in order to comply with the environmental regulations set by different government policies.

El tratamiento de los gases de salida de motores de combustión interna para convertir compuestos tóxicos tales como hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogeno (NOx) e incluso partículas (por ejemplo hollín en el caso de motores diesel) en compuestos inocuos tales como agua, C02 y nitrógeno es una tecnología bien establecida. Este proceso se lleva a cabo poniendo en contacto la corriente de salida de gases con un dispositivo The treatment of exhaust gases from internal combustion engines to convert toxic compounds such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), oxides of nitrogen (NOx) and even particles (for example soot in the case of diesel engines) in harmless compounds such as water, C02 and nitrogen it is a well established technology. This process is carried out by contacting the exhaust gas stream with a device

o sistema de control y reducción de dichos contaminantes denominado en el campo como convertidor catalítico, y que suele comprender en el actual estado del arte un catalizador de tres vías en motores de gasolina. Estos catalizadores, ubicados en el escape antes de la salida de los gases a la atmósfera, son capaces de oxidar los HC y el CO y reducir los NOx; algunos ejemplos de catalizadores de tres vías son aquellos descritos en U. S. Pat. No. 4, 52 8, 2 7 9. Sin embargo, los catalizadores de tres vías no son activos durante todo el ciclo de conducción, sino que, lamentablemente, no comienzan a operar hasta que el catalizador alcanza temperaturas del orden de los 2O O °C. Así, las emisiones de hidrocarburos en los vehículos de gasolina se producen principalmente durante el arranque en frío de sus motores de combustión. or control and reduction system for said pollutants, known in the field as a catalytic converter, and which usually comprises, in the current state of the art, a three-way catalyst in gasoline engines. These catalysts, located in the exhaust before the gases exit into the atmosphere, are capable of oxidizing HC and CO and reducing NOx; some examples of three-way catalysts are those described in U. S. Pat. No. 4, 52 8, 2 7 9. However, the three-way catalysts are not active during the entire conduction cycle, but unfortunately do not start operating until the catalyst reaches temperatures of the order of 2O O ° C. Thus, hydrocarbon emissions in gasoline vehicles occur mainly during the cold start of their combustion engines.

En el caso de los motores diesel, el dispositivo de reducción/eliminación de contaminantes de la corriente de gases de salida del motor suele comprender un catalizador de oxidación de doble vía para reducir las emisiones de HC y el CO, un filtro de partículas para la eliminación de hollines, así como diversos dispositivos para el control de NOx. De nuevo, los catalizadores de oxidación de doble vía no son activos durante todo el ciclo de conducción y la mayoría de las emisiones de los HC se producen durante el arranque en frío. Como se puede observar, se trata de un dispositivo mucho más complejo que el de los motores de gasolina, ya que se trabaja en exceso de oxígeno, unas condiciones que no permiten realizar de forma simultánea en un único sistema la reducción de NOx para su eliminación, como si que ocurre en el caso de los catalizadores de tres vías. In the case of diesel engines, the device for reducing / removing pollutants from the engine exhaust gas stream usually comprises a two-way oxidation catalyst to reduce emissions of HC and CO, a particulate filter for soot removal, as well as various devices for NOx control. Again, two-way oxidation catalysts are not active throughout the entire driving cycle, and most HC emissions occur during cold start. As can be seen, it is a much more complex device than that of gasoline engines, since it works in excess of oxygen, conditions that do not allow the reduction of NOx to be carried out simultaneously in a single system for its elimination , as if it happens in the case of three-way catalysts.

De forma general, este dispositivo de control y reducción de gases y partículas se va a denominar en este documento quot;convertidor catalíticoquot;, el cual comprende o engloba diferentes sistemas de control dependiendo del tipo In general, this device for the control and reduction of gases and particles is going to be called in this document "catalytic converter", which includes or encompasses different control systems depending on the type

de combustible utilizado en el motor. Así, este sistema comprende el catalizador que realiza la función de oxidación de HC y CO, que puede ser de doble vía en los motores diesel o de tres vías en los motores de gasolina (dado que también realiza la reducción de los NOx). Dicho convertidor catalítico englobaría además del mencionado catalizador de oxidación otros elementos necesarios como una carcasa, sensores de detección y medición de gases, of fuel used in the engine. Thus, this system includes the catalyst that performs the oxidation function of HC and CO, which can be two-way in diesel engines or three-way in gasoline engines (since it also reduces NOx). Said catalytic converter would include, in addition to the aforementioned oxidation catalyst, other necessary elements such as a casing, detection sensors and gas measurement,

válvulas, valves,
filtros de partículas y dispositivos de control filters of particles and devices of control

de of
NOx en el caso de motores diesel, trampas de HC o NOx in the case  of motors diesel, traps  of HC or

trampas traps
catalíticas como la definida en la presente catalytic how the definite in the Present

solicitud. request.

La The
aparición de normativas cada vez más restrictivas appearance of normative every time plus restrictive

en materia de emisiones para vehículos ha llevado, tanto a los fabricantes de automóviles como de convertidores catalíticos/catalizadores, a intentar reducir las emisiones de hidrocarburos durante el arranque en frío. Esto es debido a que, como ya se ha mencionado, el catalizador empleado en los coches necesita entre 60 y 120 segundos para llegar a una temperatura de alrededor de 200 a 300 °C. Durante este período, el catalizador no presenta actividad y la cantidad de hidrocarburos (HC) liberados se ha estimado en el 50-80% del total. Para la resolución de este problema medioambiental, se han planteado diferentes alternativas. Entre ellas, cabe destacar la incorporación de sólidos inorgánicos como adsorbentes antes del catalizador de doble vía o de tres vías (CTV), lo que se conoce como trampas de hidrocarburos. En este sistema, idealmente, los HC son retenidos a bajas temperaturas y no son liberados hasta que el catalizador de doble vía o de tres vías ha alcanzado la temperatura de encendido. Regarding emissions for vehicles, it has led both automobile manufacturers and catalytic converters / catalysts to try to reduce hydrocarbon emissions during cold start. This is because, as already mentioned, the catalyst used in cars takes between 60 and 120 seconds to reach a temperature of around 200 to 300 ° C. During this period, the catalyst has no activity and the amount of hydrocarbons (HC) released has been estimated at 50-80% of the total. For the resolution of this environmental problem, different alternatives have been proposed. Among them, it is worth highlighting the incorporation of inorganic solids as adsorbents before the double-way or three-way catalyst (CTV), which is known as hydrocarbon traps. In this system, ideally, HCs are retained at low temperatures and are not released until the dual-way or three-way catalyst has reached ignition temperature.

Los materiales que se han estudiado para su aplicación como trampas de HC son numerosos, destacando distintos tipos de tamices moleculares y en particular zeolitas. Así, se han estudiado materiales tales como ZSM-5, Mordenita, The materials that have been studied for its application as HC traps are numerous, highlighting different types of molecular sieves and in particular zeolites. Thus, materials such as ZSM-5, Mordenite,

BETA, Y, SAPO-S y SAP0-41 entre muchos otros. Algunas referencias que se encuentran recientemente en la bibliografía son: M.H. Zahedi-Niaki, M. Eic, S. Kaliaguine, Microporous Mesoporous Mater. 102 (2007) 171-177. J. M. 5 López, M. V. Navarro, T. García, R. Murillo, A. M. Mastral, BETA, Y, SAPO-S and SAP0-41 among many others. Some references recently found in the bibliography are: M.H. Zahedi-Niaki, M. Eic, S. Kaliaguine, Microporous Mesoporous Mater. 102 (2007) 171-177. J. M. 5 López, M. V. Navarro, T. García, R. Murillo, A. M. Mastral,

F. J. Varela-Gandía, D. Lozano-Castelló, A. Bueno-López, D. Cazorla-Amorós. Microporous Mesoporous Mater. 130 (2010) 239-247. S.P. Elangovan, M. Ogura, S. Ernst, M. Hartmann, F. J. Varela-Gandía, D. Lozano-Castelló, A. Bueno-López, D. Cazorla-Amorós. Microporous Mesoporous Mater. 130 (2010) 239-247. S.P. Elangovan, M. Ogura, S. Ernst, M. Hartmann,

S. Tontisirin, M.E. Davis, T. Okubo, Micropor. Mesopor. 1O Mater. 9 6 ( 2 O O 6) 21 O. S. Tontisirin, M.E. Davis, T. Okubo, Micropor. Mesopor. 1O Mater. 9 6 (2 O O 6) 21 O.

En el estado del arte se pueden encontrar numerosas referencias describiendo la preparación y el uso de trampas de hidrocarburos para minimizar sus emisiones durante el arranque en frío. Por ejemplo, una de estas referencias Numerous references can be found in the state of the art describing the preparation and use of hydrocarbon traps to minimize their emissions during cold start. For example, one of these references

15 recientes es U.S. Pat. No. 2008/0159936. En esta patente, se reivindica la reducción de las emisiones de hidrocarburos durante el arranque en frío de un motor mediante el efecto conjunto de una trampa de hidrocarburos y de un catalizador de tres vías actual. La trampa de Recent 15 is U.S. Pat. No. 2008/0159936. In this patent, the reduction of hydrocarbon emissions during the cold start of an engine is claimed through the joint effect of a hydrocarbon trap and a current three-way catalyst. The trap of

20 hidrocarburos consiste en una mezcla de varios tamices moleculares con distinto tamaño de poro, simultaneando la presencia de uno o varios tamices moleculares con poros no mayores de aquellos presentes en sólidos con anillos de 8 miembros; con uno a varios tamices moleculares con tamaños Hydrocarbons consists of a mixture of several molecular sieves with different pore sizes, simulating the presence of one or more molecular sieves with pores no larger than those present in solids with 8-membered rings; with one to several molecular sieves with sizes

25 de poro mayores a los presentes en sólidos con anillos de al menos 10 miembros. En esta patente se dan referencias sobre otros métodos de preparación y usos de trampas de HC, en los que se utilizan diferentes configuraciones en la disposición de la trampa de hidrocarburos, ya sea previa al 25 pores larger than those present in solids with rings of at least 10 members. In this patent references are given on other methods of preparation and uses of HC traps, in which different configurations are used in the arrangement of the hydrocarbon trap, either prior to

30 catalizador que realiza la función de oxidación (de doble vía o de tres vías) o bien posterior a él, lo que conlleva la incorporación de complicados sistemas de válvulas para el tratamiento de la corriente de HC concentrada, una vez se produce su desorción desde la trampa de HC a altas 30 catalyst that performs the oxidation function (double-track or three-way) or after it, which entails the incorporation of complicated valve systems for the treatment of the concentrated HC stream, once its desorption occurs from the HC trap at high

35 temperaturas. En todas ellas los materiales únicamente actúan como adsorbentes de HC que posteriormente son tratados en otro lecho mediante un catalizador de oxidación 35 temperatures. In all of them the materials only act as HC adsorbents that are subsequently treated in another bed by means of an oxidation catalyst

(de dos o de tres vías). Como alternativa a estos sistemas de dos lechos, y ya mostrado previamente por otros inventores, en la patente U.S. Pat. No. 2008/0159936 también se indica que la incorporación de metales nobles que actúan como catalizadores de oxidación de HC, tales como Pt, Pd, Rh y Ru o sus mezclas, impregnados sobre los anteriores tamices moleculares lleva al desarrollo de trampas catalíticas de HC basadas en metales nobles, donde los HC son adsorbidos a bajas temperaturas y oxidados a C02 y H20 previamente a que se produzca su desorción. La incorporación de adsorbente y catalizador en un solo lecho es de gran interés, ya que no solamente permite reducir la complejidad del sistema sino que también puede llevar a una reducción del peso del convertidor catalítico. (two or three way). As an alternative to these two-bed systems, and previously shown by other inventors, in U.S. Patent No. Pat. No. 2008/0159936 it is also indicated that the incorporation of noble metals that act as HC oxidation catalysts, such as Pt, Pd, Rh and Ru or their mixtures, impregnated on the previous molecular sieves leads to the development of HC catalytic traps based on noble metals, where the HC are adsorbed at low temperatures and oxidized to C02 and H20 before desorption occurs. The incorporation of adsorbent and catalyst in a single bed is of great interest, since it not only reduces the complexity of the system but can also lead to a reduction in the weight of the catalytic converter.

El uso de sistemas incorporando la trampa de hidrocarburos y un elemento que actúa como catalizador de oxidación de los HC (denominándose a dicho sistema trampa catalítica) como dos materiales diferentes en un mismo sustrato contenido en el convertidor catalítico también se muestra en U.S. Pat. No. 5,772,972. Este sistema consiste en un sistema híbrido formado por una trampa de hidrocarburos y uno o varios metales nobles que actúan como catalizadores de oxidación depositados sobre un mismo monolito de cordierita. Donde la trampa de hidrocarburos está constituida por una zeolita H-ZSM-5 intercambiada con Cu o Pt. En esta invención se postula como un parámetro muy importante la relación Si/Al. Fijando relaciones entre 30 y 150 como valores necesarios para que se reduzca el efecto The use of systems incorporating the hydrocarbon trap and an element that acts as an oxidation catalyst for the HCs (being called said catalytic trap system) as two different materials in the same substrate contained in the catalytic converter is also shown in U.S. Pat. No. 5,772,972. This system consists of a hybrid system formed by a hydrocarbon trap and one or more noble metals that act as oxidation catalysts deposited on the same cordierite monolith. Where the hydrocarbon trap consists of an H-ZSM-5 zeolite exchanged with Cu or Pt. In this invention, the Si / Al ratio is postulated as a very important parameter. Setting ratios between 30 and 150 as necessary values to reduce the effect

negativo negative
de la presencia de grandes porcentajes de agua. of the presence of big percentages of Water.

Además, Further,
se hace necesaria la incorporación de metales I know make necessary the incorporation of metals

nobles noble
para que el material se comporte como trampa for than the material I know behavior how trap

catalítica. catalytic.

En U.S. Pat. No. 6,074,973 se da un método para desarrollar un sistema mixto trampa de hidrocarburos/catalizador de oxidación o trampa catalítica basada en metales nobles, a partir de una mezcla física de sólidos. En este caso, paladio y plata son dispersados sobre partículas de un óxido inorgánico refractario y partículas de una o varias entre las siguientes zeolitas ZSM-5, BETA, Y, MCM-22 o EU-1 con una relación Si:Al de al menos 10. In U.S. Pat. No. 6,074,973 gives a method for developing a mixed hydrocarbon trap / oxidation catalyst or noble metal based catalyst trap, from a physical mixture of solids. In this case, palladium and silver are dispersed on particles of a refractory inorganic oxide and particles of one or more among the following zeolites ZSM-5, BETA, Y, MCM-22 or EU-1 with a Si: Al ratio of at least 10.

U.S. Pat. No. 2007/0129236 muestra una trampa catalítica de HC basada en metales nobles que actúan como catalizadores de oxidación compuesta por zeolitas intercambiadas con plata como trampa de HC y metales nobles como catalizador de oxidación. Adsorbente y catalizador se sitúan sobre un mismo sustrato, ya sea en una única capa o como dos capas independientes situadas una encima de la otra. U.S. Pat. No. 2007/0129236 shows a HC catalyst trap based on noble metals that act as oxidation catalysts composed of silver exchanged zeolites as the HC trap and noble metals as an oxidation catalyst. Adsorbent and catalyst are placed on the same substrate, either in a single layer or as two independent layers on top of each other.

En el resumen de la solicitud de patente japonesa JP 6-153650 se muestra un adsorbente-catalizador o trampa An adsorbent-catalyst or trap is shown in the summary of Japanese patent application JP 6-153650

catalítica catalytic
basada en metales nobles que actúan como based in metals noble than they act how

catalizadores catalysts
de oxidación de HC, el cual consiste en of oxidation of HC, the which consists in

partículas particles
en las que se combinan una capa de un in the than I know combine a cap of a

catalizador catalyst
de Pd sobre alúmina estabilizada con ceria y of P.S on alumina stabilized with ceria and

otra capa con el adsorbente actuando como trampa de HC. La trampa de HC está constituida por zeolitas con una relación Si :Al de 40 o mayor, donde se incluyen ZSM-5 y BETA. En estas zeolitas se pueden incorporar diferentes iones, ya sea mediante métodos de inmersión o de intercambio iónico. La presencia de iones de metales incrementa la capacidad de adsorción de HC. Entre estos iones se incluyen los de Ag, Pd, Pt, Au, Ni, Cu, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti y Al. De entre todos ellos, se destaca que la presencia de al menos uno de los cationes de Cu, Ag o Au lleva a una gran adsorción de HC incluso en presencia de H20. Se indica que el contenido en el ión metálico debe ser superior al 20% y another layer with the adsorbent acting as an HC trap. The HC trap is made up of zeolites with a Si: Al ratio of 40 or greater, which includes ZSM-5 and BETA. Different ions can be incorporated into these zeolites, either by immersion or ion exchange methods. The presence of metal ions increases the adsorption capacity of HC. These ions include those of Ag, Pd, Pt, Au, Ni, Cu, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti and Al. Among all of them, it is highlighted that the presence of at least one of the cations Cu, Ag or Au leads to a great adsorption of HC even in the presence of H20. It is indicated that the content of the metal ion must be greater than 20% and

preferiblemente superior al 40%, con respecto a los átomos de Al en la zeolita. preferably greater than 40%, with respect to the Al atoms in the zeolite.

Un sistema mejorado de trampa catalítica en el que se incrementa la oxidación de los HC, si bien también basado en metales nobles, se muestra en WO 02/07859 A2. La composición de esta invención comprende un sustrato con varias capas. Una primera capa con zeolita, que actúa como adsorbente de HC. Otra capa de un metal activo en íntimo contacto con la zeolita y una o varias capas de un catalizador de oxidación de HC. La principal diferencia con las invenciones previas radica en que el metal activo solamente favorece la oxidación total de los HC, pero no afecta a la capacidad de adsorción del material. El metal activo puede estar constituido por uno o varios metales alcalinos o alcalino-térreos, principalmente Cs, mientras que las trampas de HC pueden ser zeolitas sintéticas o naturales, así como zeolitas ácidas, básicas o neutras. Zeolitas sintéticas incluyen ZSM-5, BETA, Y, ultraestable-Y, ferrierita, mordenita y MCM-22, prefiriendo ZSM-5 y BETA. La relación Si:Al puede estar comprendida entre 1 y 500, con valores preferidos entre 15 y 150. An improved catalytic trap system in which HC oxidation is increased, although also based on noble metals, is shown in WO 02/07859 A2. The composition of this invention comprises a multi-layered substrate. A first layer with zeolite, which acts as an adsorbent for HC. Another layer of an active metal in close contact with the zeolite and one or more layers of a HC oxidation catalyst. The main difference from previous inventions is that the active metal only favors the total oxidation of the HC, but does not affect the adsorption capacity of the material. The active metal can be made up of one or more alkali or alkaline earth metals, mainly Cs, while the HC traps can be synthetic or natural zeolites, as well as acidic, basic or neutral zeolites. Synthetic zeolites include ZSM-5, BETA, Y, ultrastable-Y, ferrierite, mordenite, and MCM-22, preferring ZSM-5 and BETA. The Si: Al ratio can be between 1 and 500, with preferred values between 15 and 150.

Como se ha tratado de resaltar en este apartado, el problema para el control de las emisiones de los gases contaminantes contenidos en la corriente de escape de un motor de combustión interna, en particular de los hidrocarburos, es más acusado durante el arranque en frío de los motores, periodo durante el que el motor se encuentra por debajo de temperatura estándar de operación dando lugar a un mayor número de emisiones y durante el que los catalizadores en el estado del arte utilizados para As it has been tried to highlight in this section, the problem for controlling the emissions of the polluting gases contained in the exhaust stream of an internal combustion engine, in particular of hydrocarbons, is more pronounced during the cold start of engines, a period during which the engine is below the standard operating temperature giving rise to a greater number of emissions and during which the catalysts in the state of the art used to

convertir turn into
estas emisiones en productos inocuos se these emissions in products innocuous I know

encuentran find
con gran probabilidad por debajo de su with great probability by below of its

temperatura temperature
de operación. Durante los primeros 30 a 12 O of operation. During the first 30 to 12 O

segundos, los niveles de CO se sitúan en un intervalo entre el 1 y el 2% en volumen, mientras que los hidrocarburos van desde las 500 hasta las 1000 ppmv. Esta invención seconds, CO levels are in the range of 1 to 2% by volume, while hydrocarbons range from 500 to 1000 ppmv. This invention

proporciona una trampa catalítica y un método para la reducción de las emisiones de hidrocarburos durante y después del arranque en frío de un motor de combustión interna, y que, adicionalmente y muy ventajosamente, también actúa como catalizador de oxidación durante el funcionamiento en caliente del motor, sin emplear metales nobles. provides a catalytic trap and a method for reducing hydrocarbon emissions during and after the cold start of an internal combustion engine, and which, additionally and very advantageously, also acts as an oxidation catalyst during hot engine operation , without using noble metals.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Descripción breve de la invención La invención se refiere en primer lugar a una trampa catalítica basada en un material adsorbente para reducir las emisiones de hidrocarburos (HC) en los gases de salida de un motor de combustión interna y, en particular, para minimizar las emisiones de estos compuestos durante la operación de arranque en frío de un motor. Dicha trampa catalítica se caracteriza en su forma más esencial por que está libre de metales nobles y comprende una o varias capas de un tamiz molecular de fórmula DESCRIPTION OF THE INVENTION Brief description of the invention The invention relates firstly to a catalytic trap based on an adsorbent material to reduce hydrocarbon (HC) emissions in the exhaust gases of an internal combustion engine and, in particular, to minimize emissions of these compounds during the cold start operation of an engine. Said catalytic trap is characterized in its most essential form in that it is free of noble metals and comprises one or more layers of a molecular sieve of the formula

XH-ZSM-5, donde X representa uno o varios metales de transición y H-ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al comprendida entre 10 y 20, incluidos ambos límites, y que presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos de X en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60%, incluidos ambos límites, del total de protones presentes en la zeolita en su estado original. XH-ZSM-5, where X represents one or more transition metals and H-ZSM-5 represents a zeolite with a Si / Al ratio between 10 and 20, including both limits, and which has an ion exchange in its internal structure of protons by metal cations of X in a percentage between 20% and 60%, including both limits, of the total protons present in the zeolite in its original state.

A diferencia de las trampas catalíticas hasta ahora conocidas en el campo, este material adsorbente puede capturar los hidrocarburos durante el arranque en frío del motor y oxidar los gases durante el funcionamiento del mismo en caliente prescindiendo de metales nobles, que se utilizan en el estado de la técnica como catalizadores de oxidación. Las ventajas son estructurales (simplificación Unlike the catalytic traps hitherto known in the field, this adsorbent material can capture the hydrocarbons during the cold start of the engine and oxidize the gases during the hot operation of the engine without using noble metals, which are used in the state of the technique as oxidation catalysts. The advantages are structural (simplification

de los sistemas de control y reducción de contaminantes en of pollutant control and reduction systems in

motores de combustión interna) como económicas (el precio internal combustion engines) as economical (the price

de los metales nobles comúnmente utilizados puede ser de of commonly used noble metals can be of

hasta 100 veces mayor que otros metales no nobles) up to 100 times greater than other non-noble metals)

5 5
Básicamente, el lecho de trampa catalítica libre de Basically the catalytic trap bed free of

metales nobles está compuesto por una zeolita H-ZSM-5 con noble metal is composed of a H-ZSM-5 zeolite with

una relación Si/Al comprendida entre 10 y 20, dicha zeolita a Si / Al ratio between 10 and 20, said zeolite

estando intercambiada parcialmente con cationes de uno o being partially exchanged with cations of one or

varios metales no nobles (por ejemplo, cobre), donde el various non-noble metals (for example, copper), where the

1 O 1 O
porcentaje de intercambio debe de estar comprendido entre exchange percentage must be between

un 20% y un 60% del total de los protones presentes en el 20% and 60% of the total protons present in the

material original, dando lugar a un material denominado XH-original material, giving rise to a material called XH-

ZSM-5. Para un comportamiento óptimo de la trampa ZSM-5. For optimal trap behavior

catalítica, el o los metales deben estar intercambiados en catalytic, the metal or metals must be exchanged in

15 fifteen
el interior de la estructura de la zeolita y nunca sobre la inside the zeolite structure and never on the

superficie externa de la misma. Las zeolitas que abarca external surface of it. The zeolites covered

esta invención como trampas catalíticas de hidrocarburos se this invention as hydrocarbon catalytic traps are

limitan a zeolitas ácidas H-ZSM-5 con una relación Si/Al limited to H-ZSM-5 acidic zeolites with Si / Al ratio

menor de 20 y siempre mayor de 10, de forma que se under 20 and always over 10, so that

2 O 2 O
proporcionan los suficientes sitios y en las posiciones provide enough sites and in positions

adecuadas para llevar a cabo el intercambio parcial con suitable to carry out the partial exchange with

cationes metálicos. El porcentaje de cationes metálicos metal cations. The percentage of metal cations

intercambiado es siempre igual o mayor de 20% y menor o exchanged is always equal to or greater than 20% and less or

igual de 60% del total de protones que hay en el material equal to 60% of the total protons in the material

25 25
zeolítico de referencia, y todo este metal (o metales) reference zeolitic, and all this metal (or metals)

tiene que estar presente como cationes intercambiados en la must be present as cations exchanged in the

estructura interna de la zeolita. Zeolite internal structure.

Este material es capaz de reducir las emisiones de This material is capable of reducing emissions of

hidrocarburos tanto en motores de combustión interna hydrocarbons both in internal combustion engines

30 30
trabajando con mezclas casi estequiométricas como con working with quasi stoichiometric mixtures as with

mezclas pobres en combustible. fuel-poor blends.

De esta forma, el flujo de salida de los gases de In this way, the outflow of gases from

escape se pasa por un lecho de la trampa catalítica objeto escape is passed through a bed of the object catalytic trap

de esta invención que adsorbe los HC a bajas temperaturas of this invention that adsorbs HC at low temperatures

35 35
como las que predominan durante el arranque del motor de such as those that predominate during engine start

combustión. Adicionalmente, presenta la ventaja de que a combustion. Additionally, it has the advantage that

altas temperaturas es capaz de llevar a cabo tanto la high temperatures is able to carry out both the

oxidación total de los HC retenidos por la trampa total oxidation of the HC retained by the trap

catalítica como la de aquellos presentes en la corriente de catalytic like that of those present in the stream

5 5
gases de escape, dando lugar a una corriente de salida de exhaust gases, giving rise to an exhaust current of

gases inocua en HC y que puede ser liberada a la atmósfera. gases are harmless in HC and can be released into the atmosphere.

La principal diferencia entre esta invención y otros The main difference between this invention and others

materiales descritos previamente en el estado del arte se materials previously described in the state of the art are

basa en que este material es una trampa catalítica que based on the fact that this material is a catalytic trap that

1 O 1 O
permite prescindir de cualquier elemento o capa adicional allows to dispense with any additional element or layer

constituida por un catalizador de oxidación basado en uno o consisting of an oxidation catalyst based on one or

varios metales nobles, de forma que en un solo lecho y sin various noble metals, so that in a single bed and without

la necesidad de incorporar materiales de alto coste se the need to incorporate high-cost materials is

pueden eliminar totalmente las emisiones de HC sin requerir can totally eliminate HC emissions without requiring

15 fifteen
un tratamiento posterior de la corriente. Esto permite que further treatment of the current. This allows

la trampa catalítica pueda ser colocada en cualquier the catalytic trap can be placed anywhere

posición con respecto a los distintos sistemas de control position with respect to the different control systems

ya descritos en el estado del arte para la reducción de already described in the state of the art for the reduction of

emisiones de otros contaminantes presentes en la corriente emissions of other pollutants present in the stream

2 O 2 O
de gases, dado que la eliminación total de HC se produce of gases, since the total elimination of HC occurs

sobre la trampa catalítica. Preferentemente, la trampa about the catalytic trap. Preferably the trap

catalítica se sitúa en una posición posterior a los otros catalytic is situated in a position posterior to the others

sistemas de control, lo que facilita una eliminación de las control systems, facilitating the elimination of

emisiones de HC no sólo durante el arranque en frío sino HC emissions not only during cold start but

25 25
también durante el ciclo de conducción, sin la necesidad de also during the driving cycle, without the need for

complejos sistemas de válvulas u otros dispositivos y complex valve systems or other devices and

reduce significativamente el estrés térmico al que se significantly reduces the thermal stress at which

somete a una trampa de hidrocarburos situada antes de los submits to an oil trap located before the

otros sistemas de control de emisiones del convertidor other converter emission control systems

30 30
catalítico. Además, de forma novedosa, se propone el empleo catalytic. In addition, in a novel way, the use of

de una zeolita ZSM-5 con una relación Si/Al inferior a la of a ZSM-5 zeolite with a Si / Al ratio lower than

utilizada por otros autores en zeolitas intercambiadas, used by other authors in exchanged zeolites,

pese a su supuestamente demostrada pérdida de prestaciones despite his supposedly proven loss of benefits

como trampa de hidrocarburos en presencia de agua (10% as a hydrocarbon trap in the presence of water (10%

35 35
v/v), ya que se necesita disponer de un sólido que contenga v / v), since you need to have a solid that contains

un número elevado de protones para su posterior intercambio parcial con el o los metales. Esta característica es clave en el desarrollo de la presente invención, ya que permite obtener un sólido en el que se dé la coexistencia del metal a high number of protons for their subsequent partial exchange with the metal or metals. This characteristic is key in the development of the present invention, since it allows obtaining a solid in which the coexistence of the metal occurs.

o metales y protones en una relación óptima en el interior de los canales, lo que da lugar a una trampa catalítica donde de forma novedosa se combina el papel de trampa de HC y de catalizador de oxidación en un solo lecho durante todo el ciclo de arranque en frío. or metals and protons in an optimal relationship inside the channels, which gives rise to a catalytic trap where, in a novel way, the role of the HC trap and the oxidation catalyst is combined in a single bed throughout the start-up cycle cold.

Otra ventaja de la presente trampa catalítica es que puede realizar la reducción efectiva de las emisiones de hidrocarburos durante el arranque en frío de vehículos con motores de combustión interna durante al menos 500 arranques en frío, es decir, no se ve deteriorado por su uso. Another advantage of the present catalytic trap is that it can achieve the effective reduction of hydrocarbon emissions during the cold start of vehicles with internal combustion engines during at least 500 cold starts, that is, it is not deteriorated by its use.

La presente invención engloba también un lecho o sustrato de la trampa catalítica aquí descrita. The present invention also encompasses a bed or substrate of the catalytic trap described herein.

Asimismo, constituye otro objeto de la presente invención un convertidor catalítico que comprende la trampa catalítica aquí descrita que no se basa en metales nobles. Normalmente aunque no siempre necesariamente, dicho convertidor catalítico comprende además, como otros Also, another object of the present invention is a catalytic converter comprising the catalytic trap described here that is not based on noble metals. Usually, but not necessarily, such a catalytic converter further comprises, like others

sistemas systems
de control de emisiones, un catalizador de of control of emissions, a catalyst of

oxidación oxidation
de HC, que es de tres vías en el caso de of HC, than is of three tracks in the case of

vehículos vehicles
que operen con motores de gasolina y un than operate with motors of gasoline and a

catalizador catalyst
de dos vías junto a un filtro de partículas y of two tracks together to a filter of particles and

un sistema de control de emisiones de NOx en vehículos con motores diesel. Asimismo, otro objetivo de la presente invención es el motor de combustión que comprende la trampa catalítica de eliminación de hidrocarburos, o el convertidor catalítico en el que ésta se integra. a NOx emission control system in vehicles with diesel engines. Likewise, another objective of the present invention is the combustion engine that comprises the catalytic trap for the elimination of hydrocarbons, or the catalytic converter in which it is integrated.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

Preferentemente X es seleccionado dentro del grupo compuesto por Cu, Fe, Zn, Co, Ni y cualquier combinación de los mismos, y más preferentemente todavía X es cobre. X is preferably selected from the group consisting of Cu, Fe, Zn, Co, Ni and any combination thereof, and still more preferably X is copper.

También preferentemente, la zeolita presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos de X en un porcentaje comprendido entre el 30% y el 50% incluidos ambos límites, siendo dicho intercambio más preferentemente todavía del 40%. Also preferably, the zeolite has in its internal structure an ionic exchange of protons for metal cations of X in a percentage comprised between 30% and 50% including both limits, said exchange being still more preferably 40%.

En una realización preferida, la trampa catalítica libre de metales nobles consiste concretamente en una o varias capas del tamiz molecular descrito en el apartado anterior, en cualquiera de sus variantes. In a preferred embodiment, the noble metal free catalytic trap consists specifically of one or more layers of the molecular sieve described in the previous section, in any of its variants.

En otra realización más preferida, la trampa catalítica libre de metales nobles consiste en una o varias capas de un tamiz molecular de fórmula In another more preferred embodiment, the noble metal free catalytic trap consists of one or more layers of a molecular sieve of the formula

CuH-ZSM-5, donde Cu es cobre y H-ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al comprendida entre 10 y 20, incluidos ambos límites, y que presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes Cu en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60%, incluidos CuH-ZSM-5, where Cu is copper and H-ZSM-5 represents a zeolite with a Si / Al ratio of between 10 and 20, including both limits, and which presents in its internal structure an ionic exchange of protons for Cu cations in a percentage between 20% and 60%, including

ambos límites, both limits,
del total de protones presentes en la of the total of protons present in the

zeolita zeolite
en su estado original. in its state original.

La The
trampa catalítica suele presentarse, aunque no trap catalytic usually introduce oneself, even if not

siempre necesariamente, en forma de lecho o sustrato por el que se hace pasar la corriente de gases a tratar. always necessarily, in the form of a bed or substrate through which the stream of gases to be treated is passed.

También de forma preferida, la trampa catalítica puede estar soportada en una matriz, como suele ocurrir con este tipo de materiales, y más preferentemente la matriz es un monolito de cordierita. Also preferably, the catalytic trap can be supported on a matrix, as is usually the case with this type of material, and more preferably the matrix is a cordierite monolith.

Como ya se ha indicado en cuanto al sistema o dispositivo de control y reducción de gases contaminantes y partículas contenidos en una corriente de escape de un motor de combustión interna, que se denomina convertidor catalítico y que comprende la trampa catalítica aquí descrita, éste representa el actual estado del arte en la reducción de emisiones contaminantes en gases de escape como son CO y NOx, entre otros. Dicho convertidor As already indicated with regard to the system or device for the control and reduction of polluting gases and particles contained in an exhaust stream of an internal combustion engine, which is called a catalytic converter and which comprises the catalytic trap described here, this represents the current state of the art in reducing polluting emissions in exhaust gases such as CO and NOx, among others. Said converter

catalítico puede preferentemente comprender un catalizador de oxidación de HC, que en el caso de vehículos con motores de gasolina es un catalizador de tres vías que puede estar conectado a la trampa catalítica en su parte posterior (después de que los gases pasen por la trampa) o anterior (antes de la trampa), aunque ésta última posición es más preferida (es decir, la trampa está ubicada en una posición posterior al catalizador de tres vías, según la dirección de paso de la corriente de gases a tratar) . En el caso de vehículos con motores diesel, el catalizador de oxidación es preferiblemente un catalizador de dos vías. Adicionalmente, y de manera más preferida, el convertidor catalítico en motores diesel comprende además un filtro de partículas y un sistema de eliminación de NOx. Como se deriva de estos comentarios, la naturaleza de este convertidor será dependiente tanto del tipo de combustible utilizado (gasolina o diesel) cómo de la estequiometría de Catalytic may preferably comprise an HC oxidation catalyst, which in the case of gasoline powered vehicles is a three-way catalyst that can be connected to the catalytic trap at its rear (after gases pass through the trap) or earlier (before the trap), although the latter position is more preferred (that is, the trap is located in a position after the three-way catalyst, depending on the direction of passage of the gas stream to be treated). In the case of vehicles with diesel engines, the oxidation catalyst is preferably a two-way catalyst. Additionally, and more preferably, the catalytic converter in diesel engines further comprises a particulate filter and a NOx removal system. As derived from these comments, the nature of this converter will depend on both the type of fuel used (gasoline or diesel) and the stoichiometry of

la mezcla mix
alimentada en el caso de motores de gasolina. De fed in the case of motors of gasoline. Of

manera way
preferida, el convertidor catalítico no emplea (se preferred, the converter catalytic not employs (I know

encuentra find
libre de) elementos y dispositivos de free of) elements and devices of

recirculación recirculation
de los gases de escape, ya que no son of the gases of escape, already than not are

necesarios necessary
gracias a la trampa catalítica empleada. Thank you to the trap catalytic used.

Con quot;conectado aquot; o quot;ubicadoquot; la presente memoria se refiere a la posibilidad de que un elemento se conecte a otro o se ubique en un posición determinada, al modo de quot;puede conectarse aquot;, o quot;puede ubicarsequot;. With "connected here"; or quot; locatedquot; the present memory refers to the possibility that one element connects to another or is located in a certain position, in the manner of "it can be connected here", or "it can be located".

En la presente invención, el método para eliminar hidrocarburos contenidos en una corriente de salida de gases del motor de combustión interna comprende hacer pasar dicha corriente por un lecho de la trampa catalítica aquí descrita. Por tanto, queda también descrito el uso de la trampa catalítica objeto de la presente invención para la eliminación de hidrocarburos en motores de combustión interna. Esta trampa catalítica se aplica preferentemente en convertidores catalíticos (o sistemas de control y In the present invention, the method for removing hydrocarbons contained in a gas exhaust stream from the internal combustion engine comprises passing said stream through a bed of the catalytic trap described here. Therefore, the use of the catalytic trap object of the present invention for the removal of hydrocarbons in internal combustion engines is also described. This catalytic trap is preferably applied in catalytic converters (or control systems and

reducción de gases contaminantes y partículas contenidos en reduction of polluting gases and particles contained in

una corriente de escape de un motor de combustión interna) an exhaust stream from an internal combustion engine)

que no emplean (libres de) recirculación de los gases de that do not use (free of) gas recirculation

escape. escape.

5 5
En una realización preferida, el flujo o corriente de In a preferred embodiment, the flow or current of

gases se hace pasar por un catalizador de oxidación de HC, gases is passed through a HC oxidation catalyst,

más preferentemente de tres vías en un vehículo operado con more preferably three-way in a vehicle operated with

un motor de gasolina y de dos vías en uno de motor diesel, a gasoline engine and a two-way in a diesel engine,

que está ubicado en el convertidor catalítico que which is located in the catalytic converter that

1O 1O
represente el actual estado del arte en la reducción de represent the current state of the art in reducing

emisiones contaminantes en gases de escape, como los pollutant emissions in exhaust gases, such as

anteriormente comentados. Es decir, en esta realización previously discussed. That is, in this embodiment

concreta se propone pasar la mezcla de gases de salida del concrete it is proposed to pass the mixture of exhaust gases from the

catalizador de oxidación de HC, preferentemente de tres HC oxidation catalyst, preferably three

15 fifteen
vías en motores de gasolina y de dos vías en motores two-way on gasoline engines and two-way on engines

diesel, a través de la trampa catalítica descrita, diesel, through the described catalytic trap,

preferentemente siendo una zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente preferably being a CuH-ZSM-5 zeolite partially

intercambiada con cobre que presente las características exchanged with copper that has the characteristics

aquí descritas y que actúe como trampa catalítica de described here and acting as a catalytic trap for

20 twenty
hidrocarburos. De esta forma, no es necesario incorporar un hydrocarbons. Thus, it is not necessary to incorporate a

catalizador que trate la corriente posteriormente como se catalyst that treats the stream later as

menciona en otras invenciones. No obstante, otras mentioned in other inventions. However, other

disposiciones del conjunto catalizador-trampa catalítica catalyst-catalytic trap assembly arrangements

son también posibles para lograr la reducción de las are also possible to achieve the reduction of

25 25
emisiones de hidrocarburos durante el arranque en frío, hydrocarbon emissions during cold start,

como las descritas en el estado del arte. like those described in the state of the art.

Otro objeto de la presente invención es un método de Another object of the present invention is a method of

obtención de una trampa catalítica libre de metales nobles obtaining a catalytic trap free of noble metals

que comprende una o varias capas de un tamiz molecular de comprising one or more layers of a molecular sieve of

30 30
fórmula formula

XH-ZSM-5, XH-ZSM-5,

donde X representa uno o varios metales de transición y H-where X represents one or more transition metals and H-

ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al ZSM-5 represents a zeolite with a Si / Al ratio

comprendida entre 10 y 20, incluidos ambos límites, y que between 10 and 20, including both limits, and that

35 35
presenta en su estructura interior un intercambio iónico de presents in its internal structure an ionic exchange of

protones por cationes metálicos en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60%, incluidos ambos límites, del total de protones presentes en la zeolita en su estado original. protons by metal cations in a percentage between 20% and 60%, including both limits, of the total protons present in the zeolite in its original state.

Dicho método comprende: sintetizar la zeolita H-ZSM-5 en su forma ácida, mediante calcinación (de su forma amónica); e intercambiar iones metálicos del o los metales con iones de la estructura interna de la zeolita, mediante inmersión con agitación de dicha zeolita en una disolución precursora del o los metales, y posterior secado y calcinación. Said method comprises: synthesizing the H-ZSM-5 zeolite in its acid form, by calcination (in its ammonium form); and exchanging metal ions of the metal or metals with ions of the internal structure of the zeolite, by means of immersion with stirring of said zeolite in a precursor solution of the metal or metals, and subsequent drying and calcination.

Preferentemente X es seleccionado dentro del grupo compuesto por Cu, Fe, Zn, Co, Ni y cualquier combinación de los mismos, y más preferentemente todavía X es cobre, de tal forma que el tamiz molecular presenta la fórmula CuH-ZSM-5. X is preferably selected from the group consisting of Cu, Fe, Zn, Co, Ni and any combination thereof, and even more preferably X is copper, such that the molecular sieve has the formula CuH-ZSM-5.

Las zeolitas H-ZSM-5 de la presente invención se sintetizaron de manera preferida mediante el siguiente proceso: Se parte de la zeolita en su forma amónica, NH4+-ZSM-5, en un caso preferido con relación atómica silicio/aluminio igual a 15 (suministrada por la empresa Zeolyst International) y se calcina en aire en un intervalo de temperatura entre 450°C y 600 °C, incluidos ambos The H-ZSM-5 zeolites of the present invention are preferably synthesized by the following process: The zeolite is started in its ammonium form, NH4 + -ZSM-5, in a preferred case with a silicon / aluminum atomic ratio of 15 (supplied by Zeolyst International) and is calcined in air in a temperature range between 450 ° C and 600 ° C, including both

límites. limits.
De manera más preferida todavía, se calcina en Of way plus preferred still, I know calcine in

aire air
a 450°C durante 6 horas, empleando una rampa de to 450 ° C during 6 hours, employing a ramp of

calentamiento de warming up
5°C por minuto. 5 ° C per minute.

En otra realización preferida, el intercambio con cationes metálicos, preferentemente de cobre, se lleva a cabo empleando el siguiente procedimiento: In another preferred embodiment, the exchange with metal cations, preferably copper, is carried out using the following procedure:

--
poner en contacto la zeolita H-ZSM5 en forma ácida con una disolución precursora del o los metales, contacting zeolite H-ZSM5 in acidic form with a precursor solution of the metal or metals,

agitar la mezcla en un baño termostatizado a una temperatura comprendida entre 40°C y 80°C durante un -secar el sólido a una temperatura comprendida entre 100°C y 150°C, incluidos ambos límites; y Stir the mixture in a thermostatted bath at a temperature between 40 ° C and 80 ° C for a -drive the solid at a temperature between 100 ° C and 150 ° C, including both limits; and

tiempo weather
comprendido entre 10 y 25 horas, incluidos understood between 10 and 25 hours, included

ambos both of them
límites; limits;

-filtrar el -filter the
líquido; liquid;

-lavar el -wash the
sólido obtenido con agua destilada; solid obtained with Water distilled;

calcinar el sólido a una temperatura comprendida entre 450°C y 600°C, incluidos ambos límites, durante 4 horas empleando una rampa de calentamiento de 1 °C por minuto. Básicamente, se pone en contacto la zeolita ZSM-5 en calcine the solid at a temperature between 450 ° C and 600 ° C, including both limits, for 4 hours using a heating ramp of 1 ° C per minute. Basically, the ZSM-5 zeolite is contacted in

su forma ácida, H-ZSM-5, preparada como se describe en el párrafo anterior, con un determinado volumen y concentración de disolución precursora del o los metales, siendo por ejemplo en un caso preferido (aunque no exclusivo) Cu (N03) 2. 3H20, más preferentemente de concentración 3. 4 5 * 10-3 M. La mezcla permanece en agitación en un baño termostatizado a una temperatura y un tiempo óptimos (condiciones preferidas: 77 °C durante 18 horas). Transcurrido este tiempo se filtra el sólido y se lava con agua destilada. A continuación se seca la muestra a temperaturas entre 100°C y 150°C en aire incluidos ambos límites, más preferiblemente a 110°C y, por último, se calcina a temperaturas entre 450°C y 600°C incluidos ambos límites, más preferiblemente a 600°C, durante un intervalo de tiempo entre 2 y 6 horas, más preferiblemente durante 4 horas, empleando una rampa de calentamiento de 1 °C por minuto. its acid form, H-ZSM-5, prepared as described in the previous paragraph, with a certain volume and concentration of precursor solution of the metal or metals, being for example in a preferred (although not exclusive) case Cu (N03) 2 3H20, more preferably concentration 3. 4 5 * 10-3 M. The mixture remains stirred in a thermostated bath at an optimal temperature and time (preferred conditions: 77 ° C for 18 hours). After this time, the solid is filtered and washed with distilled water. The sample is then dried at temperatures between 100 ° C and 150 ° C in air including both limits, more preferably at 110 ° C and, finally, it is calcined at temperatures between 450 ° C and 600 ° C including both limits, more preferably at 600 ° C, for a time interval between 2 and 6 hours, more preferably for 4 hours, using a heating ramp of 1 ° C per minute.

Como se ha dicho, la trampa catalítica descrita en esta invención puede ser depositada sobre un monolito de cordierita por medio de los diferentes métodos conocidos en el estado del arte. Básicamente, en primer lugar se tiene que anclar la zeolita al monolito; para, en segundo lugar, proceder al secado y calcinación del material para As said, the catalytic trap described in this invention can be deposited on a cordierite monolith by means of the different methods known in the state of the art. Basically, you first have to anchor the zeolite to the monolith; to, secondly, proceed to drying and calcining the material to

acidificar la zeolita, antes de proceder al intercambio catiónico con el o los metales. Así, en una realización preferida, el método de obtención de la trampa catalítica soportada sobre una matriz comprende al menos las siguientes etapas: acidify the zeolite, before proceeding to the cation exchange with the metal or metals. Thus, in a preferred embodiment, the method of obtaining the catalytic trap supported on a matrix comprises at least the following steps:

--
depositar la zeolita en su forma amónica NH4+-zsM5 sobre la matriz mediante: preparación de una suspensión de dicha zeolita depositing the zeolite in its NH4 + -zsM5 ammonium form on the matrix by: preparing a suspension of said zeolite

con with
al menos un aglomerante y al menos un agente to the less a binder and to the less a agent

surfactante, surfactant,

posterior later
inmersión de la matriz en dicha immersion of the matrix in bliss

suspensión, suspension,
y and

· ·
secado y calcinación; drying and calcination;

acidificar acidify
la zeolita impregnada en la matriz the zeolite impregnated in the matrix

mediante calcinación del material formado en la etapa anterior a una temperatura comprendida entre 450 °C y 600°C, incluidos ambos límites; y -proceder al intercambio de iones metálicos de X con iones de la estructura interna de la zeolita, mediante inmersión con agitación de dicha zeolita impregnada en la matriz en su forma ácida en una disolución precursora del metal o metales X, y -posterior secado y calcinación. El método preferiblemente empleado para depositar la by calcining the material formed in the previous stage at a temperature between 450 ° C and 600 ° C, both limits included; and - proceed to the exchange of metal ions of X with ions of the internal structure of the zeolite, by means of immersion with agitation of said zeolite impregnated in the matrix in its acidic form in a precursor solution of the metal or metals X, and - subsequent drying calcination. The method preferably used to deposit the

zeolita ZSM-5 sobre el monolito de cordierita de estructura celular es el método de inmersión, también conocido como quot;dip-coatingquot;. Para ello se prepara una suspensión acuosa que, además de la zeolita comercial en su forma amónica, contiene al menos un aglomerante (por ej. sílice coloidal) para asegurar el anclaje de la zeolita al monolito y al menos un agente surfactante para dispersar el sólido; como agente surfactante se puede utilizar por ejemplo, aunque no exclusivamente, cualquiera de los compuestos registrados bajo el nombre Teepol, como Teepol 610 y Teepol 410 (sulfatos de alquilo secundario); Teepol 514 (mezcla de Zeolite ZSM-5 on cell structure cordierite monolith is the immersion method, also known as "dip-coating". For this, an aqueous suspension is prepared which, in addition to the commercial zeolite in its ammonium form, contains at least one binder (eg colloidal silica) to ensure the anchoring of the zeolite to the monolith and at least one surfactant to disperse the solid. ; As the surfactant, for example, but not exclusively, any of the compounds registered under the name Teepol can be used, such as Teepol 610 and Teepol 410 (secondary alkyl sulfates); Teepol 514 (mixture of

sulfato alquilo secundario y sulfonato alquil benceno); Teepol 515 (sulfonato alquil benceno); o Teepol CH53f (mezcla de sulfonatos alquil bencenos con condensados óxidos alquil fenol/etileno), entre otros. A continuación, se lleva a cabo la inmersión del monolito de cordierita en dicha suspensión durante entre 1 y 10 minutos, preferiblemente 3, y, seguidamente, se puede eliminar el exceso de suspensión empleando por ejemplo una pistola de aire comprimido. Después se realiza un secado, preferiblemente a temperatura ambiente durante un intervalo de tiempo entre 12 y 24 horas, incluidos ambos límites, y más preferiblemente durante 12 horas, empleando por ejemplo un dispositivo rotatorio, de manera que la zeolita quede uniformemente distribuida a lo largo de los canales del monolito. Transcurrido ese tiempo se pueden secar los monolitos utilizando preferiblemente una temperatura entre 150°C y 250°C incluidos ambos límites, y más preferiblemente a 200°C, entre 2 y 10 horas, más preferiblemente durante 4 horas, empleando una rampa de calentamiento muy lenta (preferiblemente, 1 °C por minuto), ya que una velocidad de secado superior puede provocar la salida brusca del agua adsorbida en la zeolita, dando lugar a grietas en la película de zeolita, lo cual podría afectar a la estabilidad mecánica de dicha capa de zeolita. secondary alkyl sulfate and alkyl benzene sulphonate); Teepol 515 (alkyl benzene sulfonate); or Teepol CH53f (mixture of alkyl benzene sulphonates with condensed alkyl phenol / ethylene oxides), among others. Subsequently, the cordierite monolith is immersed in said suspension for between 1 and 10 minutes, preferably 3, and then the excess suspension can be removed using, for example, a compressed air gun. Drying is then carried out, preferably at room temperature for a period of time between 12 and 24 hours, including both limits, and more preferably for 12 hours, using for example a rotary device, so that the zeolite is uniformly distributed throughout of the monolith channels. After this time, the monoliths can be dried preferably using a temperature between 150 ° C and 250 ° C including both limits, and more preferably at 200 ° C, between 2 and 10 hours, more preferably for 4 hours, using a very warm ramp. slow (preferably 1 ° C per minute), since a higher drying speed can cause the abrupt water adsorbed on the zeolite to leave, leading to cracks in the zeolite film, which could affect the mechanical stability of said zeolite zeolite layer.

Seguidamente Then
se calcinan los monolitos a una temperatura I know calcine the monoliths to a temperature

preferiblemente preferably
comprendida entre 350°C y 450°C, más understood between 350 ° C and 450 ° C, plus

preferiblemente preferably
a 400°C, entre 2 y 10 horas, más to 400 ° C, between 2 and 10 hours, plus

preferiblemente preferably
4 horas. Tanto el secado como la 4 hours. So much the drying how the

calcinación se pueden llevar a cabo en una mufla. Con el fin de que el recubrimiento de zeolita sea estable, se realiza opcionalmente un tratamiento de los monolitos con un baño de ultrasonidos, de manera que la zeolita inestable mecánicamente se desprende del monolito. calcination can be carried out in a flask. In order for the zeolite coating to be stable, the monoliths are optionally treated with an ultrasound bath, so that the mechanically unstable zeolite is detached from the monolith.

De esta manera se obtiene un depósito de zeolita ZSM-5 en su forma amónica y, a continuación, se calcinan los monolitos en aire a una temperatura comprendida preferiblemente entre 450°C y 600°C incluidos ambos límites, más preferiblemente a 450°C, entre 2 y 10 horas, más preferiblemente 6 horas, para obtener la forma ácida, H-ZSM-5, de la que se parte para realizar el intercambio con cationes metálicos. Para llevar a cabo dicho intercambio, se pone en contacto la zeolita soportada sobre el monolito con una disolución precursora del o los metales de concentración determinada, siendo en este caso ilustrativo y no limitante en que X es Cu una solución de Cu(N03)2.3H20. La mezcla permanece en agitación en un baño termostatizado a una temperatura óptima durante un tiempo determinado, transcurrido el cual se filtra y se lava el monolito con agua destilada. A continuación se seca preferiblemente a ll0°C en aire y, por último se calcina a una temperatura comprendida entre 450°C y 600°C incluidos ambos límites, más preferiblemente a 600°C, entre 2 y 10 horas, más preferiblemente 4, empleando una rampa de calentamiento muy lenta (preferiblemente, 1 °C por minuto). In this way, a deposit of ZSM-5 zeolite in its ammonium form is obtained, and then the monoliths are calcined in air at a temperature preferably between 450 ° C and 600 ° C including both limits, more preferably at 450 ° C , between 2 and 10 hours, more preferably 6 hours, to obtain the acid form, H-ZSM-5, from which it starts to perform the exchange with metal cations. In order to carry out this exchange, the zeolite supported on the monolith is contacted with a precursor solution of the metal or metals of determined concentration, in this case illustrative and not limiting in that X is Cu a solution of Cu (N03) 2.3 H20. The mixture remains stirred in a thermostated bath at an optimal temperature for a certain time, after which time the monolith is filtered and washed with distilled water. It is then preferably dried at 11 ° C in air and, finally, it is calcined at a temperature between 450 ° C and 600 ° C including both limits, more preferably at 600 ° C, between 2 and 10 hours, more preferably 4, using a very slow heating ramp (preferably 1 ° C per minute).

La importancia que tiene el hecho de llevar a cabo el intercambio parcial de los protones por cationes metálicos de metales no nobles se muestra en la Figura l. En esta Figura se representa el comportamiento de una trampa de hidrocarburos H-ZSM-5 con relación Si/Al superior a 10 e inferior a 20 durante un ciclo de arranque en frío simulado. Las condiciones experimentales que se utilizaron para realizar el ciclo de arranque en frío fueron las siguientes: The importance of carrying out the partial exchange of protons for metal cations of non-noble metals is shown in Figure l. This figure represents the behavior of an H-ZSM-5 hydrocarbon trap with a Si / Al ratio greater than 10 and less than 20 during a simulated cold start cycle. The experimental conditions used to carry out the cold start cycle were as follows:

lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0% 02, 10%H2 0 y balance Ar. 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 02, 10% H2 0 and balance Ar.

Velocidad espacial: 10000 horas-1 Space speed: 10000 hours-1

Rampa de calentamiento: 50 °C/min Heating ramp: 50 ° C / min

Trampa catalítica en forma de polvo Catalytic trap in powder form

Se puede ver en la Figura 1 la evolución de la concentración de propeno (línea negra continua) y tolueno (línea negra discontinua) a la salida de la zeolita H-ZSM- You can see in Figure 1 the evolution of the concentration of propene (solid black line) and toluene (dashed black line) at the exit of the H-ZSM zeolite-

5. En este sólido, se observa que tanto propeno como tolueno son liberados de la trampa, por lo que no es adecuado como trampa catalítica en una disposición posterior al catalizador de tres vías, como se propone en la presente invención. Además, el hecho de que los hidrocarburos se liberen a temperaturas inferiores a 200 °C, hace que este sólido tampoco sea adecuado para su aplicación como trampa de hidrocarburos en cualquiera de las disposiciones existentes en el estado del arte. 5. In this solid, it is observed that both propene and toluene are released from the trap, so it is not suitable as a catalytic trap in a post-three-way catalyst arrangement, as proposed in the present invention. Furthermore, the fact that the hydrocarbons are released at temperatures below 200 ° C, makes this solid also not suitable for application as a hydrocarbon trap in any of the existing state of the art provisions.

La necesidad de optimizar el porcentaje de protones intercambiados con cationes metálicos, queda reflejada en la Figura 2, en la que se muestra el comportamiento de una trampa catalítica de hidrocarburos CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con relación Si/Al superior a 10 e inferior a 20 durante un ciclo de arranque en frío simulado y un porcentaje de cobre intercambiado inferior al 20%. Las condiciones experimentales que se utilizaron para realizar el ciclo de arranque en frío fueron las siguientes: The need to optimize the percentage of protons exchanged with metal cations is reflected in Figure 2, which shows the behavior of a CuH-ZSM-5 hydrocarbon catalytic trap partially exchanged with copper cations with a Si / Al ratio greater than 10 and less than 20 during a simulated cold start cycle and a percentage of copper exchanged less than 20%. The experimental conditions used to carry out the cold start cycle were as follows:

lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0% 0 2, 10%H2 0 y balance Ar. 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 0 2, 10% H2 0 and balance Ar.

Velocidad espacial: 10000 horas-1 Space speed: 10000 hours-1

Rampa de calentamiento: 50 °C/min Heating ramp: 50 ° C / min

Trampa catalítica en forma de polvo Se puede ver en la Figura 2 la evolución de la Catalytic trap in powder form You can see in Figure 2 the evolution of the

concentración de propeno (línea negra continua) y tolueno (línea negra discontinua) a la salida de la zeolita CuH-ZSM-5. De forma análoga a la zeolita no intercambiada con cobre, en este sólido también se observa que tanto propeno como tolueno son liberados de la trampa, por lo que no es adecuado como trampa catalítica en una disposición posterior al catalizador de tres vías, como se propone en la presente invención. Además, el hecho de que los hidrocarburos se liberen a temperaturas inferiores a 200 concentration of propene (solid black line) and toluene (dashed black line) at the exit of the CuH-ZSM-5 zeolite. In an analogous way to the zeolite not exchanged with copper, in this solid it is also observed that both propene and toluene are released from the trap, so it is not suitable as a catalytic trap in a post-catalyst three-way arrangement, as proposed in the present invention. Furthermore, the fact that hydrocarbons are released at temperatures below 200

°C, hace que este sólido tampoco sea adecuado para su aplicación como trampa de hidrocarburos en cualquiera de las disposiciones existentes en el estado del arte. ° C, makes this solid also not suitable for application as a hydrocarbon trap in any of the provisions existing in the state of the art.

La importancia de la localización de los cationes cobre en el interior de los canales de las zeolitas, se pone de manifiesto en los resultados presentados en la Figura 3 . Estos resultados corresponden a un sólido CuH-ZSM-5 con relación Si/Al superior a 10 e inferior a 20 y que tiene un contenido total de cobre del 1.4% en peso, del cual sólo una parte está intercambiado en el interior de la estructura de la zeolita, y el resto del cobre está formando nanopartículas de óxido de cobre en la superficie de la zeolita (observado mediante imágenes de TEM (Figura The importance of the location of the copper cations inside the zeolite channels is shown in the results presented in Figure 3. These results correspond to a solid CuH-ZSM-5 with Si / Al ratio greater than 10 and less than 20 and that has a total copper content of 1.4% by weight, of which only a part is exchanged inside the structure of the zeolite, and the rest of the copper is forming copper oxide nanoparticles on the surface of the zeolite (observed using TEM images (Figure

4) • 4) •

Las condiciones experimentales que se utilizaron para realizar el ciclo de arranque en frío fueron las siguientes: The experimental conditions used to carry out the cold start cycle were as follows:

lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0% 0 2, 10%H2 0 y balance Ar. 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 0 2, 10% H2 0 and balance Ar.

Velocidad espacial: 10000 horas-1 Space speed: 10000 hours-1

Rampa de calentamiento: 50 °C/min Heating ramp: 50 ° C / min

Trampa catalítica en forma de polvo Se puede ver en la Figura 3 la evolución de la Catalytic trap in powder form You can see in Figure 3 the evolution of the

concentración de propeno (linea negra continua) y tolueno (línea negra discontinua) a la salida de la zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cobre en la que no todo el cobre está en el interior de los canales de la zeolita. En esta muestra se observa que mientras el tolueno es liberado de la trampa, el propeno queda retenido hasta temperaturas lo suficientemente elevadas para que se lleve a cabo su combustión catalítica. Por lo tanto, este material tampoco es adecuado como trampa catalítica en una disposición posterior al catalizador de tres vías, como se propone en la presente invención. Sin embargo, en este caso, el hecho de que sólo se liberen hidrocarburos a concentration of propene (solid black line) and toluene (dashed black line) at the exit of the CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper in which not all the copper is inside the zeolite channels. In this sample it is observed that while the toluene is released from the trap, the propene is retained until temperatures high enough for its catalytic combustion to take place. Therefore, this material is also not suitable as a catalytic trap in a post-three-way catalyst arrangement, as proposed in the present invention. However, in this case, the fact that only hydrocarbons are released to

temperaturas superiores a 250 °C, hace que este sólido sí temperatures above 250 ° C, this solid does

que sea adecuado para su aplicación como trampa de hidrocarburos en cualquiera de las disposiciones existentes en el estado del arte, en las cuales el catalizador se dispone antes del catalizador de tres vías. which is suitable for application as a hydrocarbon trap in any of the existing state of the art provisions, in which the catalyst is arranged before the three-way catalyst.

La importancia de disponer de un sólido con el contenido y localización adecuados de iones cobre se pone de manifiesto en los resultados mostrados en la Figura 5. Estos resultactos corresponden a un sólido CuH-ZSM-5 con relación Si/Al superior a 10 e inferior a 20, que se preparó utilizando una cantidad de cobre suficiente para que el intercambio iónico estuviera en un intervalo entre el 20-60% y eligiendo unas condiciones de intercambio óptimas para que todo el cobre estuviera intercambiado en el interior de los canales de la zeolita y nunca formando nanopartículas de óxido de cobre en la superficie de la zeolita (confirmado mediante imágenes de TEM (Figura 6). Cabe destacar que, debido a las condiciones de intercambio utilizadas (condiciones óptimas necesarias para la preparación de los materiales objeto de la presente invención) , el sólido resultante tiene un porcentaje de intercambio iónico superior al sólido presentado en la Figura 3 (confirmado mediante un estudio de Espectroscopia Infrarroja por Reflectancia Difusa (DRIFT); resultactos no incluidos en la presente patente) . The importance of having a solid with the appropriate content and location of copper ions is shown in the results shown in Figure 5. These results correspond to a CuH-ZSM-5 solid with Si / Al ratio greater than 10 and less to 20, which was prepared using a sufficient amount of copper so that the ion exchange was in a range between 20-60% and choosing optimal exchange conditions so that all the copper was exchanged inside the zeolite channels and never forming copper oxide nanoparticles on the surface of the zeolite (confirmed by TEM images (Figure 6). It should be noted that, due to the exchange conditions used (optimal conditions necessary for the preparation of the materials object of the present invention), the resulting solid has a higher ion exchange percentage than the solid presented in Figure 3 (confirmed by a Spectroscopic study Diffuse Reflectance Infrared (DRIFT); results not included in the present patent).

Las condiciones experimentales que se utilizaron para realizar el ciclo de arranque en frío fueron las siguientes: The experimental conditions used to carry out the cold start cycle were as follows:

lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0% 0 2, 10%H2 0 y balance Ar. 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 0 2, 10% H2 0 and balance Ar.

Velocidad espacial: 10000 horas-1 Space speed: 10000 hours-1

Rampa de calentamiento: 50 °C/min Heating ramp: 50 ° C / min

Trampa catalítica en forma de polvo Catalytic trap in powder form

Se puede ver en la Figura 5 la evolución de la concentración de propeno (linea negra continua) y tolueno You can see in Figure 5 the evolution of the concentration of propene (solid black line) and toluene

(línea negra discontinua) a la salida de la zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cobre (dentro del rango óptimo entre 20-60%) en la que todo el cobre está en el interior de los canales de la zeolita. En esta muestra se observa que tanto el tolueno como el propeno quedan retenidos hasta temperaturas lo suficientemente elevadas para que se lleve a cabo su combustión catalítica. Por lo tanto, este material resulta un material adecuado como trampa catalítica en una disposición posterior al catalizador de tres vías, como se propone en la presente invención. Además, el hecho de que no se liberen hidrocarburos en todo el intervalo de temperaturas, hace que este sólido también sea adecuado para su aplicación como trampa de hidrocarburos en cualquiera de las disposiciones existentes en el estado del arte. (dashed black line) at the exit of the CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper (within the optimal range between 20-60%) in which all the copper is inside the zeolite channels. In this sample, it is observed that both toluene and propene are retained at temperatures high enough for their catalytic combustion to take place. Therefore, this material becomes a suitable material as a catalytic trap in a post-three-way catalyst arrangement, as proposed in the present invention. Furthermore, the fact that no hydrocarbons are released throughout the temperature range, makes this solid also suitable for application as a hydrocarbon trap in any of the existing state-of-the-art arrangements.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1 muestra el comportamiento de una zeolita H-ZSM-5 (obtenida mediante calcinación de la zeolita ZSM-5 comercial a 600°C durante 6 horas) durante el arranque en frío simulado de un motor de combustión interna. La composición de la corriente de gases es: 100 ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, 1.0%02, 10% H20 y balance Ar. La línea continua muestra la evolución de la concentración de tolueno y la línea discontinua la evolución de la concentración de propeno con el tiempo. La rampa de temperatura se muestra en color gris. Figure 1 shows the behavior of an H-ZSM-5 zeolite (obtained by calcining the commercial ZSM-5 zeolite at 600 ° C for 6 hours) during simulated cold starting of an internal combustion engine. The composition of the gas stream is: 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, 1.0% 02, 10% H20 and balance Ar. The solid line shows the evolution of the toluene concentration and the dashed line the evolution of the propene concentration over time. The temperature ramp is shown in gray.

Figura 2 muestra el comportamiento de una zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre (porcentaje de intercambio teórico inferior al 20%) con un contenido en cobre de 0.5 % en peso durante el arranque en frío simulado de un motor de combustión interna. La composición de la corriente de gases es: 100 ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, 1.0%02, 10% H20 y balance Ar. La línea continua muestra la evolución de la concentración de tolueno y la línea discontinua la evolución de la Figure 2 shows the behavior of a CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper cations (theoretical exchange percentage less than 20%) with a copper content of 0.5% by weight during the simulated cold start of an internal combustion engine . The composition of the gas stream is: 100 ppmv propene, 87 ppmv toluene, 1.0% 02, 10% H20 and balance Ar. The solid line shows the evolution of the toluene concentration and the dashed line the evolution of the

concentración de propeno con el tiempo. La rampa de temperatura se muestra en color gris. Propene concentration over time. The temperature ramp is shown in gray.

Figura 3 muestra el comportamiento de una zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con un contenido total en cobre de l. 4 % en peso, del cual sólo una parte está intercambiado como cationes cobre, durante el arranque en frío simulado de un motor de combustión interna. La composición de la corriente de gases es: 1 O O ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0%02, 10% H20 y balance Ar. La línea continua muestra la evolución de la concentración de tolueno y la línea discontinua la evolución de la concentración de propeno con el tiempo. La rampa de temperatura se muestra en color gris. Figure 3 shows the behavior of a CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper cations with a total copper content of l. 4% by weight, of which only a part is exchanged as copper cations, during the simulated cold start of an internal combustion engine. The composition of the gas stream is: 1 O O ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 02, 10% H20 and balance Ar. The solid line shows the evolution of the toluene concentration and the dashed line the evolution of the propene concentration over time. The temperature ramp is shown in gray.

Figura 4 muestra imágenes obtenidas mediante microscopia electrónica de transmisión de la muestra CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con un contenido en cobre total de 1.4 %. Figure 4 shows images obtained by transmission electron microscopy of the CuH-ZSM-5 sample partially exchanged with copper cations with a total copper content of 1.4%.

Figura 5 muestra el comportamiento de una zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con un contenido total en cobre de 0.7 % en peso, del cual prácticamente todo está intercambiado como cationes cobre, durante el arranque en frío simulado de un motor de combustión interna. La composición de la corriente de gases es: lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, l. 0%02, 10% H20 y balance Ar. La línea continua muestra la evolución de la concentración de tolueno y la línea discontinua la evolución de la concentración de propeno con el tiempo. La rampa de temperatura se muestra en color gris. Figure 5 shows the behavior of a CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper cations with a total copper content of 0.7% by weight, of which practically everything is exchanged as copper cations, during the simulated cold start of a internal combustion. The composition of the gas stream is: lOO ppmv propene, 87 ppmv toluene, l. 0% 02, 10% H20 and balance Ar. The solid line shows the evolution of the toluene concentration and the dashed line the evolution of the propene concentration over time. The temperature ramp is shown in gray.

Figura 6 muestra imágenes obtenidas mediante microscopia electrónica de transmisión de la muestra CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con un contenido en cobre de 0.7 %. Figure 6 shows images obtained by transmission electron microscopy of the CuH-ZSM-5 sample partially exchanged with copper cations with a copper content of 0.7%.

Figura 7 compara el comportamiento de dos zeolitas CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiadas con cationes cobre en el cuarto ciclo de un arranque en frío simulado de un motor Figure 7 compares the behavior of two CuH-ZSM-5 zeolites partially exchanged with copper cations in the fourth cycle of a simulated cold start of an engine

de combustión interna. Estas dos zeolitas tienen diferente grado de intercambio iónico: una primera zeolita CuH-ZSM-5 con un contenido en cobre total de 1.4 % en peso, del cual sólo una parte está intercambiado en el interior de la estructura de la zeolita y el resto del cobre está formando nanopartículas de óxido de cobre en la superficie de la zeolita; una segunda zeolita CuH-ZSM-5 con un contenido en cobre de O. 7 % en peso, del cual prácticamente todo está intercambiado como cationes cobre. La selección de las condiciones de intercambio iónico apropiadas en el caso de esta segunda zeolita ha dado lugar a un porcentaje de intercambio iónico superior en este sólido en comparación al obtenido para la primera zeolita, a pesar de su menor contenido total en cobre. La composición de la corriente de gases para todos los ciclos es aproximadamente: lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, 1.0%02, 10% H20 y balanceAr. Las líneas continuas en negro y en gris muestran la evolución de la concentración de tolueno para las zeolitas CuH-ZSM-5 con 1.4 % en peso y 0.7 % en peso, respectivamente, y las líneas discontinuas en negro y en gris muestran la evolución de la concentración de propeno con el tiempo para las zeolitas CuH-ZSM-5 con 1.4 % en peso y 0.7 % en peso, respectivamente. La rampa de temperatura se muestra en línea negra punteada. internal combustion. These two zeolites have different degrees of ion exchange: a first CuH-ZSM-5 zeolite with a total copper content of 1.4% by weight, of which only a part is exchanged inside the zeolite structure and the rest of the copper is forming copper oxide nanoparticles on the surface of the zeolite; a second CuH-ZSM-5 zeolite with a copper content of O. 7% by weight, of which practically everything is exchanged as copper cations. The selection of appropriate ion exchange conditions in the case of this second zeolite has resulted in a higher ion exchange percentage in this solid compared to that obtained for the first zeolite, despite its lower total copper content. The composition of the gas stream for all cycles is approximately: lOO ppmv propene, 87 ppmv toluene, 1.0% 02, 10% H20 and balanceAr. The solid black and gray lines show the evolution of the toluene concentration for the CuH-ZSM-5 zeolites with 1.4% by weight and 0.7% by weight, respectively, and the dashed lines in black and gray show the evolution of the propene concentration over time for the CuH-ZSM-5 zeolites at 1.4% by weight and 0.7% by weight, respectively. The temperature ramp is shown in a dotted black line.

Figura 8 muestra el comportamiento de una zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre con un contenido en cobre de O. 7 % en peso soportada sobre un monolito de cordierita durante el arranque en frío simulado de un motor de combustión interna. La composición de la corriente de gases es: lOO ppmv propeno, 87 ppmv tolueno, Figure 8 shows the behavior of a CuH-ZSM-5 zeolite partially exchanged with copper cations with a copper content of O. 7% by weight supported on a cordierite monolith during the simulated cold start of an internal combustion engine. The composition of the gas stream is: lOO ppmv propene, 87 ppmv toluene,

l. 0%02, 10% H2 0 y balance Ar. La línea continua muestra la evolución de la concentración de tolueno y la línea discontinua la evolución de la concentración de propeno con el tiempo. La rampa de temperatura se muestra en color gris. l. 0% 02, 10% H2 0 and balance Ar. The solid line shows the evolution of the toluene concentration and the dashed line the evolution of the propene concentration over time. The temperature ramp is shown in gray.

EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN Ejemplo l. Preparación muestra H-ZSM-5 con un 0.7% Cu EXAMPLES OF CARRYING OUT THE INVENTION Example l. Preparation of H-ZSM-5 sample with 0.7% Cu

A continuación se describe el procedimiento experimental empleado en la preparación de una muestra H-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cobre, con un contenido en cobre de O. 7 % en peso, del cual prácticamente todo está intercambiado como cationes cobre (porcentaje de intercambio de 30%) Se parte de la zeolita en su forma amónica, NH4+-zsM-5, con relación atómica Si/Al igual a 15 The following describes the experimental procedure used in the preparation of an H-ZSM-5 sample partially exchanged with copper, with a copper content of O. 7% by weight, of which practically everything is exchanged as copper cations (percentage of exchange 30%) It starts from the zeolite in its ammonium form, NH4 + -zsM-5, with Si / Atomic ratio equal to 15

(suministrada por la empresa ZEOLYST INTERNATIONAL) y se calcina en aire a 450 o C durante 6 horas, empleando una rampa de calentamiento de 5°C por minuto. A continuación se lleva a cabo el intercambio con cationes cobre en unas condiciones adecuadas que permite que todo el cobre se intercambie en el interior de los canales de la zeolita. Dicha muestra fue preparada poniendo en contacto la zeolita en su forma ácida con una disolución de precursor de cobre, Cu(N03) 2.3H20 3.45 milimolar (relación zeolita/disolución de 315 O g 1-1 ) • Dicha mezcla se mantiene en agitación en un baño termostatizado a 77°C durante 18 horas. A continuación se filtra la suspensión y se lava con agua destilada. Seguidamente se seca la zeolita a 110°C durante 15 horas y, finalmente, se calcina en aire a 550°C durante 4 horas, empleando una rampa de calentamiento de 1 grado centígrado por minuto. (supplied by the company ZEOLYST INTERNATIONAL) and calcined in air at 450 o C for 6 hours, using a heating ramp of 5 ° C per minute. The exchange with copper cations is then carried out under suitable conditions that allow all the copper to be exchanged inside the zeolite channels. Said sample was prepared by contacting the zeolite in its acid form with a copper precursor solution, Cu (N03) 2.3H20 3.45 millimolar (zeolite / solution ratio of 315 O g 1-1) • Said mixture is kept stirring in a thermostated bath at 77 ° C for 18 hours. The suspension is then filtered and washed with distilled water. The zeolite is then dried at 110 ° C for 15 hours and, finally, it is calcined in air at 550 ° C for 4 hours, using a heating ramp of 1 degree centigrade per minute.

Ejemplo 2. Simulación de ciclos de arranque en frío Example 2. Simulation of cold start cycles

Para determinar el comportamiento de la trampa catalítica descrita anteriormente en condiciones próximas a las reales de operación, se han llevado a cabo ciclos simulados de arranque en frío. Para ello, el lecho de trampa catalítica, cuya masa es de 200 mg, se sitúa en el centro de un tubo de acero inoxidable con un diámetro interno de 0.64 cm y una longitud de 36 cm. Al comienzo de cada uno de los ciclos de encendido en frío, se hace pasar un flujo de gases de escape simulados para establecer unas To determine the behavior of the catalytic trap described above under conditions close to actual operating conditions, simulated cold start cycles have been carried out. For this, the catalytic trap bed, whose mass is 200 mg, is located in the center of a stainless steel tube with an internal diameter of 0.64 cm and a length of 36 cm. At the start of each of the cold ignition cycles, a simulated exhaust gas flow is passed to establish

condiciones de velocidad espacial de 10000 horas-1, space velocity conditions of 10,000 hours-1,

aumentando simultáneamente la temperatura desde 30°C hasta simultaneously increasing the temperature from 30 ° C to

600°C a una velocidad de 50°C por minuto manteniendo la 600 ° C at a speed of 50 ° C per minute maintaining the

zeolita a esta temperatura durante un periodo de 1 hora. zeolite at this temperature for a period of 1 hour.

5 5
Dicha mezcla de gases está compuesta por 100 ppmv de This gas mixture is composed of 100 ppmv of

propeno, 87 ppmv de tolueno, 1% vol. de oxígeno, 10% vol. propene, 87 ppmv toluene, 1 vol.% oxygen, 10% vol.

de agua y balance de argón. Durante este experimento, los of water and argon balance. During this experiment, the

gases de salida del sistema se analizan mediante un exhaust gases from the system are analyzed using a

espectrómetro de masas que detecta la concentración de cada mass spectrometer that detects the concentration of each

10 10
uno de los gases que abandonan el lecho de adsorbente. Los one of the gases leaving the adsorbent bed. The

resultados obtenidos para la zeolita H-ZSM-5 parcialmente results obtained for the H-ZSM-5 zeolite partially

intercambiada con cobre según se muestra en el Ejemplo 1 exchanged with copper as shown in Example 1

(porcentaje de intercambio 30%) se presentan en la Figura (exchange percentage 30%) are presented in Figure

5. Se puede observar como esta trampa catalítica presenta 5. You can see how this catalytic trap presents

15 fifteen
un 100% de eficiencia en la reducción de las emisiones de 100% efficiency in reducing emissions

propeno y tolueno durante el ciclo de arranque en frío propene and toluene during the cold start cycle

simulado. Por lo tanto, este material resulta un material simulated. Therefore, this material is a material

óptimo como trampa catalítica en una disposición posterior optimal as a catalytic trap in a subsequent arrangement

al catalizador de tres vías, como se propone en la presente to the three-way catalyst, as proposed herein

2 O 2 O
invención. Además, el hecho de que no se liberen invention. Also, the fact that they are not released

hidrocarburos en todo el rango de temperaturas, hace que hydrocarbons in the entire temperature range, makes

este sólido también sea adecuado para su aplicación como this solid is also suitable for application as

trampa de hidrocarburos en cualquiera de las disposiciones hydrocarbon trap in any of the provisions

existentes en el estado del arte. existing in the state of the art.

25 25
Ejemplo 3. Evaluación de la estabilidad de la zeolita CuH- Example 3. Evaluation of the stability of the zeolite CuH-

ZSM-5. ZSM-5.

El Ejemplo 2 fue repetido cuatro veces. Así, después Example 2 was repeated four times. So after

de que la muestra se mantuviera a 600°C por 1 hora se that the sample was kept at 600 ° C for 1 hour was

dejaba enfriar hasta que la temperatura del lecho alcanzaba let cool until bed temperature reached

30 30
los 30°C. Posteriormente, se volvía a realizar el 30 ° C. Subsequently, the

experimento en las mismas condiciones que las descritas experiment in the same conditions as those described

anteriormente. En la Figura 7 se muestran los resultactos previously. The results are shown in Figure 7

obtenidos en el cuarto ciclo, en los que se demuestra la obtained in the fourth cycle, in which the

alta estabilidad de la trampa catalítica pese al alto high stability of the catalytic trap despite the high

35 35
contenido en humedad y la alta temperatura alcanzada. moisture content and high temperature reached.

Temperaturas superiores no caben ser esperadas en la trampa catalítica durante su operación, debido a su disposición posterior al catalizador de tres vías, dentro del circuito de los gases de escape. En la misma figura se incluye también los resultados obtenidos en el cuarto ciclo correspondientes a la zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre y que tiene un contenido total de cobre del 1. 4% en peso, del cual sólo una parte está intercambiado en el interior de la estructura de la zeolita, y el resto del cobre está formando nanopartículas de óxido de cobre en la superficie de la zeolita (observado mediante imágenes de TEM (Figura 4). Debido a las condiciones de intercambio utilizadas (fuera de las óptimas necesarias para la preparación de los materiales objeto de la presente invención), el sólido resultante tiene un porcentaje de intercambio iónico inferior al sólido preparado en el Ejemplo 1, y cuyos resultados se presentan también en la presente figura. La comparación de los resultados de ambos sólidos en la Figura 7 pone de manifiesto que la muestra con menor contenido de cationes cobre intercambiados en el interior de la estructura de la zeolita (muestra con mayor contenido total de cobre, l. 4% en peso), además de no ser adecuada como trampa catalítica de hidrocarburos, sufre desactivación con el número de ciclos, como se puede apreciar comparando con los resultados mostrados en la Figura 3. Higher temperatures cannot be expected in the catalytic trap during its operation, due to its subsequent disposition to the three-way catalyst, within the exhaust gas circuit. The same figure also includes the results obtained in the fourth cycle corresponding to the zeolite CuH-ZSM-5 partially exchanged with copper cations and which has a total copper content of 1.4% by weight, of which only part is exchanged inside the zeolite structure, and the rest of the copper is forming copper oxide nanoparticles on the surface of the zeolite (observed by TEM images (Figure 4). Due to the exchange conditions used (outside the optimum necessary for the preparation of the materials object of the present invention), the resulting solid has a lower ion exchange percentage than the solid prepared in Example 1, and whose results are also presented in the present figure. of both solids in Figure 7 shows that the sample with the lowest content of copper cations exchanged inside the zeolite structure (sample c With a higher total copper content, l. 4% by weight), in addition to not being suitable as a hydrocarbon catalytic trap, it undergoes deactivation with the number of cycles, as can be seen comparing with the results shown in Figure 3.

Ejemplo 4. Preparación de un monolito de cordierita soportado con zeolita CuH-ZSM-5 Example 4. Preparation of a monolith of cordierite supported with zeolite CuH-ZSM-5

Inicialmente se soporta la zeolita ZSM-5, en su forma amónica, sobre el monolito de cordierita de 2 cm de longitud y 1 cm de diámetro, empleando para ello el método Initially, the ZSM-5 zeolite, in its ammonium form, is supported on the cordierite monolith, 2 cm long and 1 cm in diameter, using the method

de of
inmersión. A continuación se realiza un tratamiento immersion. TO continuation I know makes a treatment

térmico thermal
a 450°C durante 6 horas, empleando una rampa de to 450 ° C during 6 hours, employing a ramp of

calentamiento heating
de 5°C por minuto para obtener la forma of 5 ° C by minute for obtain the shape

ácida, H-ZSM-5. Seguidamente se pone en contacto la zeolita acidic, H-ZSM-5. The zeolite is then contacted

soportada con una disolución de Cu(N03) 2.3H20 3.45 milimolar y se realizan los mismos pasos experimentales que se describen en el Ejemplo 1 para la zeolita en polvo. Para determinar el comportamiento de la trampa catalítica en su forma de monolito en condiciones próximas a las reales de operación, se han llevado a cabo ciclos de arranque en frío simulados. Para ello, el monolito anteriormente descrito, se sitúa en el centro de un tubo de acero inoxidable con un diámetro interno de 2. 05 cm y una longitud de 36 cm. En cada uno de los ciclos de encendido en frío, desde el inicio del experimento se hace pasar a través del monolito una mezcla de gases de escape simulados en unas condiciones de velocidad espacial equivalentes a las utilizadas en los experimentos de zeolitas en polvo (Ejemplo 2), pero ajustándolas a la masa de zeolita soportada, aumentando simultáneamente la temperatura desde 30°C hasta 600°C a una velocidad de 50 °C por minuto manteniendo la zeolita a esta temperatura durante un periodo de 1 hora. Dicha mezcla de gases está compuesta por 100 ppmv de propeno, 87 ppmv de tolueno, 1% vol. de oxígeno, 10% vol. de agua y balance de argón. Durante este experimento, el gas de salida del sistema se analiza mediante un espectrómetro de masas que detecta la concentración de cada uno de los gases que abandonan el lecho de adsorbente. Los resultados obtenidos para la este monolito de cordierita con la zeolita CuH-ZSM-5 parcialmente intercambiada con cationes cobre (porcentaje de intercambio 30%) se muestran en la Figura 8. Se puede observar como esta trampa catalítica presenta un 100% de eficiencia en la reducción de las emisiones de propeno y tolueno durante el ciclo de arranque en frío simulado. De este modo, se comprueba como la trampa catalítica se comporta de forma eficiente tanto en forma de polvo como soportada sobre un monolito de cordierita. supported with a solution of Cu (N03) 2.3H20 3.45 millimolar and perform the same experimental steps described in Example 1 for the zeolite powder. To determine the behavior of the catalytic trap in its monolith form in conditions close to the real ones of operation, simulated cold start cycles have been carried out. For this, the previously described monolith is placed in the center of a stainless steel tube with an internal diameter of 2.05 cm and a length of 36 cm. In each of the cold ignition cycles, a simulated exhaust gas mixture is passed through the monolith from the start of the experiment under space velocity conditions equivalent to those used in the powder zeolite experiments (Example 2 ), but adjusting them to the supported zeolite mass, simultaneously increasing the temperature from 30 ° C to 600 ° C at a speed of 50 ° C per minute keeping the zeolite at this temperature for a period of 1 hour. Said gas mixture is composed of 100 ppmv of propene, 87 ppmv of toluene, 1% vol. oxygen, 10% vol. of water and argon balance. During this experiment, the exhaust gas from the system is analyzed using a mass spectrometer that detects the concentration of each of the gases leaving the adsorbent bed. The results obtained for this cordierite monolith with the zeolite CuH-ZSM-5 partially exchanged with copper cations (exchange percentage 30%) are shown in Figure 8. It can be seen how this catalytic trap has 100% efficiency in the reduction of propene and toluene emissions during the simulated cold start cycle. In this way, it is verified how the catalytic trap behaves efficiently both in powder form and supported on a cordierite monolith.

Claims (22)

REIVINDICACIONES l. Trampa catalítica de hidrocarburos contenidos en gases de escape producidos por un motor de combustión interna, caracterizada por que está libre de metales nobles y l. Catalytic trap of hydrocarbons contained in exhaust gases produced by an internal combustion engine, characterized in that it is free of noble metals and 5 comprende al menos una capa de un tamiz molecular de fórmula 5 comprises at least one layer of a molecular sieve of the formula XH-ZSM-5, donde X representa uno o varios metales de transición y H-ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al XH-ZSM-5, where X represents one or more transition metals and H-ZSM-5 represents a zeolite with a Si / Al ratio 10 comprendida entre 10 y 20, incluidos ambos límites, y que presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60%, incluidos ambos límites, del total de protones presentes en la zeolita en su estado 10 comprised between 10 and 20, including both limits, and which presents in its internal structure an ion exchange of protons for metal cations in a percentage comprised between 20% and 60%, including both limits, of the total protons present in the zeolite in its state 15 original. 15 original. 2. Trampa catalítica según la reivindicación 1, donde X es seleccionado dentro del grupo compuesto por Cu, Fe, Zn, Co, Ni y cualquier combinación de los mismos. 2. Catalytic trap according to claim 1, where X is selected from the group consisting of Cu, Fe, Zn, Co, Ni and any combination thereof.
3. 3.
Trampa catalítica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde X es cobre. Catalytic trap according to any one of claims 1 or 2, where X is copper.
4. Four.
Trampa catalítica según una cualquiera de las Catalytic trap according to any one of the
2 5 reivindicaciones 1 a 3, donde la zeolita presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos de X en un porcentaje comprendido entre el 30% y el 50%, incluidos ambos límites. 2 5 claims 1 to 3, where the zeolite has in its internal structure an ionic exchange of protons for metal cations of X in a percentage between 30% and 50%, including both limits. 30 5. Trampa catalítica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que se encuentra soportada sobre una matriz. Catalytic trap according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that it is supported on a matrix.
6. Trampa catalítica según la reivindicación 5, donde la 35 matriz es un monolito de cordierita. 6. Catalytic trap according to claim 5, wherein the matrix is a monolith of cordierite.
7. 7.
Un lecho de la trampa catalítica descrita según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores. A bed of the catalytic trap described according to any one of the preceding claims.
8. 8.
Un convertidor catalítico para control y reducción de gases contaminantes y partículas contenidos en una corriente de escape de un motor de combustión interna, que comprende la trampa catalítica descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y que se encuentra libre de elementos de recirculación de los gases de escape. A catalytic converter for the control and reduction of polluting gases and particles contained in an exhaust stream of an internal combustion engine, which comprises the catalytic trap described in any one of claims 1 to 6 and which is free of recirculation elements of exhaust gases.
9. 9.
Convertidor catalítico según la reivindicación anterior, que comprende además un catalizador de oxidación de hidrocarburos posicionado antes de la trampa catalítica de acuerdo con la dirección de paso de la corriente de gases. Catalytic converter according to the preceding claim, further comprising a hydrocarbon oxidation catalyst positioned before the catalytic trap according to the direction of passage of the gas stream.
10. 10.
Convertidor catalítico según la reivindicación 9, donde el catalizador es un catalizador de tres vías en el caso de un motor de gasolina, o un catalizador de dos vías en un motor diesel. Catalytic converter according to claim 9, wherein the catalyst is a three-way catalyst in the case of a gasoline engine, or a two-way catalyst in a diesel engine.
11. eleven.
Motor de combustión interna que comprende la trampa catalítica descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. Internal combustion engine comprising the catalytic trap described in any one of claims 1 to 6.
12. 12.
Uso de la trampa catalítica descrita según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en un motor de combustión interna. Use of the described catalytic trap according to any one of claims 1 to 6 in an internal combustion engine.
13. 13.
Método para eliminar hidrocarburos de una corriente de gases de escape producidos en un motor de combustión interna, caracterizado por que comprende dirigir y hacer pasar dicha corriente por un lecho de la trampa catalítica descrita según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a Method for removing hydrocarbons from an exhaust gas stream produced in an internal combustion engine, characterized in that it comprises directing and passing said stream through a bed of the catalytic trap described according to any one of claims 1 to
6. 6.
14. 14.
Método según la reivindicación anterior, donde la corriente de gases se dirige y hace pasar por un catalizador de oxidación de hidrocarburos antes de hacer pasar dicha corriente por la trampa catalítica. Method according to the preceding claim, where the gas stream is directed and passes through a hydrocarbon oxidation catalyst before passing said stream through the catalytic trap.
15. fifteen.
Método de obtención de la trampa catalítica descrita según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que comprende al menos: Method for obtaining the catalytic trap described according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises at least:
sintetizar la zeolita H-ZSM-5 en su forma ácida, mediante calcinación; y -proceder al intercambio de iones metálicos de X con iones de la estructura interna de la zeolita, mediante inmersión con agitación de dicha zeolita en una disolución precursora del metal o metales, y -posterior secado y calcinación. synthesize zeolite H-ZSM-5 in its acid form, by calcination; and - proceed to the exchange of metal ions of X with ions of the internal structure of the zeolite, by means of immersion with stirring of said zeolite in a precursor solution of the metal or metals, and - subsequent drying and calcination.
16. 16.
Método de acuerdo con la reivindicación anterior, donde la síntesis de la zeolita H-ZSM5 en forma ácida se lleva a cabo calcinando al aire una forma amónica NH4+-zsM5 de dicha zeolita con una relación atómica silicio/aluminio iguala 15, a una temperatura comprendida entre 450°C y 600°C, incluidos ambos límites. Method according to the preceding claim, where the synthesis of the H-ZSM5 zeolite in acidic form is carried out by calcining in air an NH4 + -zsM5 ammonium form of said zeolite with a silicon / aluminum atomic ratio equal to 15, at a temperature comprised between 450 ° C and 600 ° C, including both limits.
17. 17.
Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16, donde el intercambio de cationes se lleva a cabo mediante las siguientes etapas: Method according to any one of claims 15 or 16, where the cation exchange is carried out by the following steps:
--
poner en contacto la zeolita H-ZSM5 en forma ácida con una disolución precursora del o los metales, contacting zeolite H-ZSM5 in acidic form with a precursor solution of the metal or metals,
agitar la mezcla en un baño termostatizado a una temperatura comprendida entre 40 °C y 80 °C, durante un tiempo comprendido entre 1 O y 2 5 horas, incluidos ambos límites; -filtrar el líquido; -lavar el sólido obtenido con agua destilada; -secar el sólido a una temperatura comprendida entre 100°C y 150°C, incluidos ambos límites; y Shake the mixture in a thermostated bath at a temperature between 40 ° C and 80 ° C, for a time between 1 O and 2 5 hours, including both limits; -filtrate the liquid; -wash the solid obtained with distilled water; - drying the solid at a temperature between 100 ° C and 150 ° C, including both limits; and calcinar el sólido a una temperatura comprendida entre 450°C y 600°C, incluidos ambos límites, durante 4 horas empleando una rampa de calentamiento de 1 °C por minuto. calcine the solid at a temperature between 450 ° C and 600 ° C, including both limits, for 4 hours using a heating ramp of 1 ° C per minute.
18. Método de obtención de la trampa catalítica descrita según una cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado por que comprende al menos las siguientes etapas: 18. Method for obtaining the catalytic trap described according to any one of claims 5 or 6, characterized in that it comprises at least the following steps:
--
depositar la zeolita en su forma amónica NH4+ -ZSM5 sobre la matriz mediante: · preparación de una suspensión de dicha zeolita deposit the zeolite in its ammonium form NH4 + -ZSM5 on the matrix by: · preparing a suspension of said zeolite
con with
al menos un aglomerante y al menos un agente to the less a binder and to the less a agent
surfactante, surfactant,
posterior later
inmersión de la matriz en dicha immersion of the matrix in bliss
suspensión, suspension,
y and
· ·
secado y calcinación; drying and calcination;
acidificar acidify
la zeolita impregnada en la matriz the zeolite impregnated in the matrix
mediante calcinación del material formado en la etapa anterior; y -proceder al intercambio de iones metálicos de X con iones de la estructura interna de la zeolita, mediante inmersión con agitación de dicha zeolita impregnada en la matriz en su forma ácida en una disolución precursora del metal o metales X, y -posterior secado y calcinación. by calcining the material formed in the previous stage; and - proceed to the exchange of metal ions of X with ions of the internal structure of the zeolite, by means of immersion with agitation of said zeolite impregnated in the matrix in its acidic form in a precursor solution of the metal or metals X, and - subsequent drying calcination.
19. 19.
Método de acuerdo con la reivindicación anterior, donde la matriz se sumerge en la suspensión durante un tiempo comprendido entre 1 y 1 O minutos; el secado antes de la acidificación se realiza primero a temperatura ambiente durante 12 horas y después a una temperatura comprendida entre 150°C y 250°C durante un tiempo comprendido entre 2 y 10 horas, con una rampa de temperatura de l°C por minuto. Method according to the preceding claim, where the matrix is immersed in the suspension for a time comprised between 1 and 10 minutes; drying before acidification is carried out first at room temperature for 12 hours and then at a temperature between 150 ° C and 250 ° C for a time between 2 and 10 hours, with a temperature ramp of l ° C per minute .
20. twenty.
Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 19, donde la calcinación para la acidificación de la zeolita se realiza a una temperatura comprendida entre 450°C y 600°C, incluidos ambos límites. Method according to any one of claims 18 or 19, where the calcination for the acidification of the zeolite is carried out at a temperature comprised between 450 ° C and 600 ° C, including both limits.
21. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 2 O, donde el secado tras el intercambio de iones se realiza en aire a 110°C y la calcinación entre 450°C y 600°C durante 2 y 10 horas. 21. Method according to any one of claims 18 to 2 O, wherein drying after ion exchange is carried out in air at 110 ° C and calcination between 450 ° C and 600 ° C for 2 to 10 hours. 22. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, donde tras depositar la zeolita en la matriz y antes de la acidificación, el material se somete a un baño de ultrasonidos. 22. Method according to any one of claims 18 to 21, wherein after depositing the zeolite in the matrix and before acidification, the material is subjected to an ultrasound bath.
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