ES2928633T3 - Método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno, COV y monóxido de carbono en un gas de escape - Google Patents

Método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno, COV y monóxido de carbono en un gas de escape Download PDF

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Abstract

Método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno COV y monóxido de carbono en un gas de escape, el catalizador comprende al menos un metal del grupo del platino, óxido de vanadio, titania y opcionalmente óxido de tungsteno. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno, COV y monóxido de carbono en un gas de escape
La presente invención se refiere a la fabricación de un catalizador de forma monolítica para su uso en la eliminación o reducción del contenido de óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos volátiles (COV) y monóxido de carbono de gas de escape.
En particular, la invención proporciona un método para la preparación de un catalizador que comprende óxido de vanadio, titania y metales del grupo del platino (MGP) soportados sobre y dentro de las paredes de un sustrato monolítico con gradientes axiales y radiales reducidos de concentraciones de paladio sobre el sustrato.
Los MGP, en particular los catalizadores de óxido de vanadio promovidos por paladio, ofrecen una actividad de oxidación de CO y COV muy alta en combinación con una actividad de reducción catalítica selectiva (RCS) de moderada a alta de óxidos de nitrógeno y una alta resistencia al azufre.
Los catalizadores de forma monolítica del tipo anterior se preparan normalmente recubriendo el sustrato monolítico con un revestimiento que contiene un material portador de catalizador e impregnando el sustrato recubierto con una disolución de precursores de los óxidos de metal activos catalíticos. Alternativamente, el revestimiento también puede contener los precursores.
El revestimiento de un sustrato monolítico o monolítico de panal de abeja se realiza habitualmente mediante captación de suspensión en el sustrato vertiendo la suspensión en los canales del sustrato monolítico, sumergiendo el sustrato en un lado en la suspensión de revestimiento y aplicando opcionalmente vacío en el lado opuesto o bombeando la suspensión de revestimiento al interior de los canales.
Tras haberse recubierto con el revestimiento, el sustrato se seca y finalmente se calcina para la activación de los componentes catalíticos en el recubrimiento.
Un problema con el revestimiento y/o la impregnación del sustrato es que puede afectar a los gradientes de concentración de los componentes catalíticos, tanto a través del grosor de la capa de revestimiento como a lo largo del eje de los canales en un monolito. Como tal, tiene un impacto potencial sobre la calidad y el rendimiento del catalizador acabado tal como se mencionó anteriormente.
Los gradientes de concentración son desventajosos en particular en catalizadores de RCS de vanadio promovidos por MGP. La actividad catalítica en la reacción de RCS y la oxidación de CO y COV depende de la concentración de MGP sobre la superficie activa catalítica del sustrato recubierto.
La formación de gradientes es en particular un problema en la impregnación de un sustrato que está precargado con óxido de vanadio. Eso se debe a la fuerte y rápida adsorción de MGP sobre óxido de vanadio en el sustrato de catalizador que hace necesario impregnar el sustrato de catalizador con cantidades en exceso de paladio/platino con el fin de alcanzar una carga mínima en el centro del sustrato. El proceso de producción también puede ser difícil de controlar, por ejemplo, el agotamiento de los precursores de MGP si se aplica impregnación en húmedo.
Para utilizar de manera eficiente los MGP costosos y proporcionar la actividad de oxidación requerida en todas las partes del sustrato es necesario evitar la formación de gradientes de concentración de MGP por toda la longitud axial y vertical del sustrato catalizado.
Hemos encontrado que los gradientes pueden eliminarse o disminuirse sustancialmente cuando se disminuye la tasa de adsorción de MGP sobre un sustrato de catalizador. En lugar de tener compuestos precursores de MGP disueltos en un líquido de impregnación acuoso, los compuestos precursores se añaden a una suspensión acuosa que contiene compuestos de vanadio precipitados sobre partículas de titania, que actúan como portador para los MGP y que se usa para el recubrimiento del sustrato. En esta suspensión acuosa, los compuestos de MGP se adsorben sobre las partículas de compuesto de vanadio soportado y de ese modo no se disuelven en la fase acuosa de la suspensión acuosa, lo que de lo contrario daría como resultado gradientes no deseados debido a la fuerte y rápida adsorción de compuestos de MGP disueltos sobre la superficie y posiblemente dentro de las paredes del sustrato.
Conforme a los hallazgos y las observaciones anteriores, esta invención proporciona un método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno, COV y monóxido de carbono en un gas de escape, comprendiendo el catalizador al menos un metal del grupo del platino, óxido de vanadio, titania y opcionalmente óxido de tungsteno, comprendiendo el método las etapas de:
a) proporcionar un sustrato monolítico;
b) proporcionar una disolución acuosa de un compuesto de vanadio;
c) proporcionar una disolución acuosa de uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino;
d) añadir partículas de titania a la disolución acuosa del compuesto de vanadio para obtener una suspensión que comprende las partículas de titania suspendidas en la disolución de compuesto de vanadio acuosa;
e) hacer precipitar al menos parte del compuesto de vanadio en la suspensión de la etapa d) sobre la superficie de las partículas de titania para obtener una suspensión de partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania;
f) ajustar el valor de pH de la suspensión a un valor de al menos 6 y añadir la disolución acuosa del uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino a la suspensión para la que se ha ajustado el pH de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania para obtener una suspensión de revestimiento que contiene una fase sólida suspendida con el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino adsorbidos sobre las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania; o
añadir la disolución acuosa del uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino a la suspensión de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania y ajustar posteriormente el valor de pH de la suspensión a un valor de al menos 6 para obtener una suspensión de revestimiento que contiene una fase sólida suspendida con el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino adsorbidos sobre las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania;
g) recubrir el sustrato monolítico con una capa de la suspensión de revestimiento de la etapa f);
h) disminuir el valor de pH de la capa recubierta sobre el sustrato monolítico por debajo de 6 y disolver el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania sobre y al interior de las paredes del sustrato monolítico; y
i) secar y calcinar el sustrato monolítico revestido.
El valor de pH de la suspensión es uno de los parámetros clave en la fase de adición de disolución de los compuestos de paladio/platino y tiene que monitorizarse cuidadosamente hasta al menos 6. El propósito de ajustar el valor de pH de la suspensión es impedir la disolución del/de los compuesto(s) de MGP en la fase acuosa de la suspensión con el fin de controlar una captación más lenta y uniforme del/de los compuesto(s) sobre el sustrato de catalizador.
Los experimentos han mostrado que valores de pH que disminuyen por debajo de 6 dan como resultado la disolución de cantidades crecientes del/de los compuesto(s) de MGP en la fase acuosa de la suspensión y el revestimiento preparado a partir de la suspensión.
Basándose en estos experimentos, la suspensión se ajusta preferiblemente a pH 8, lo que también permite una cierta caída en el valor de pH en las etapas de preparación posteriores.
Se ha mostrado adicionalmente que particularmente el metavanadato de amonio (AMV) potencia la adsorción de compuestos de Pd sobre las partículas de titania-compuesto de vanadio en la suspensión. La adición de AMV garantiza que el Pd no se disuelva en la fase acuosa hasta un pH de 6.
Por tanto, en una realización preferida de la invención, el compuesto de vanadio usado en la invención es metavanadato de amonio.
Se sabe que el paladio metálico u oxídico es el catalizador más útil en la eliminación catalítica combinada de monóxido de carbono, COV y óxidos de nitrógeno.
En consecuencia, el al menos un compuesto del al menos un metal del grupo del platino es uno o más compuestos de paladio, que en la etapa de calcinación de la invención se convierte en paladio metálico y/u oxídico.
La suspensión preparada tal como se describió anteriormente se usa para revestir sustratos monolíticos. Debido a que el/los compuesto(s) de MGP se retiene(n) en la fase sólida del revestimiento, el/los compuesto(s) de MGP se distribuirá(n) uniformemente sobre todo el exterior de las paredes en el sustrato monolítico. En ese punto, el valor de pH del revestimiento húmedo presente sobre la pared se disminuye por debajo de 6 y el/los compuesto(s) de MGP se disuelve(n) de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania y empieza(n) a migrar al interior de las paredes y finalmente acaba(n) distribuido(s) uniformemente en el interior de y sobre las paredes.
Se ha observado adicionalmente que un sustrato monolítico que comprende óxido de vanadio, titania y opcionalmente tungsteno antes de revestirse con el revestimiento preparado según la invención, presenta sitios de ácido tanto de Bronsted como de Lewis, lo que disminuye el valor de pH de la capa de revestimiento por debajo de 6 tras haberse aplicado el revestimiento sobre la superficie del sustrato monolítico. En ese punto, la acidez de óxido de vanadio titania contenida en el sustrato monolítico empieza a disminuir el valor de pH de la capa de recubrimiento húmeda y el/los compuesto(s) de MGP se disuelve(n) de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania en la capa de revestimiento y empieza(n) a migrar al interior de las paredes. De este modo, el/los compuesto(s) de MGP se distribuye(n) uniformemente al interior de las paredes del sustrato monolítico.
Por tanto, en una realización específica de la invención, el sustrato monolítico proporcionado en la etapa a) del método según la invención se dota de óxido de vanadio, titania y opcionalmente óxido de tungsteno dentro de las paredes antes de recubrirse con el revestimiento. El óxido de vanadio comprendido en el sustrato monolítico es preferiblemente pentóxido de vanadio que tiene la actividad más alta en la reacción de RCS.
Un compuesto de MGP preferido para su uso en la invención es nitrato de paladio, que es soluble en agua y precipita a un valor de pH de aproximadamente 6 o superior, tal como se desea en la invención.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Método para la preparación de un catalizador monolítico para la reducción de óxidos de nitrógeno, COV y monóxido de carbono en un gas de escape, comprendiendo el catalizador al menos un metal del grupo del platino, óxido de vanadio y titania, comprendiendo el método las etapas de:
    a) proporcionar un sustrato monolítico;
    b) proporcionar una disolución acuosa de un compuesto de vanadio;
    c) proporcionar una disolución acuosa de uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino; d) añadir partículas de titania a la disolución acuosa del compuesto de vanadio para obtener una suspensión que comprende las partículas de titania suspendidas en la disolución de compuesto de vanadio acuosa;
    e) hacer precipitar al menos parte del compuesto de vanadio en la suspensión de la etapa d) sobre la superficie de las partículas de titania para obtener una suspensión de partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania;
    f) ajustar el valor de pH de la suspensión a un valor de al menos 6 y añadir la disolución acuosa del uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino a la suspensión para la que se ha ajustado el pH de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania para obtener una suspensión de revestimiento que contiene una fase sólida suspendida con el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino adsorbidos sobre las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania; o
    añadir la disolución acuosa del uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino a la suspensión de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania y ajustar posteriormente el valor de pH de la suspensión a un valor de al menos 6 para obtener una suspensión de revestimiento que contiene una fase sólida suspendida con el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino adsorbidos sobre las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania;
    g) recubrir el sustrato monolítico con una capa de la suspensión de revestimiento de la etapa f);
    h) disminuir el valor de pH de la capa recubierta sobre el sustrato monolítico por debajo de 6 y disolver el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino de las partículas de compuesto de vanadio soportado sobre titania sobre y al interior de las paredes del sustrato monolítico; y
    i) secar y calcinar el sustrato monolítico revestido.
  2. 2. - El método según la reivindicación 1, en el que el valor de pH en la etapa f) se ajusta a al menos 8.
  3. 3. - El método según la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto de vanadio es metavanadato de amonio.
  4. 4. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el al menos un compuesto del metal del grupo del platino es uno o más compuestos de paladio.
  5. 5. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el valor de pH de la capa de revestimiento en la etapa h) se disminuye proporcionando óxido de vanadio y titania en el sustrato monolítico proporcionado en la etapa a).
  6. 6. - El método según la reivindicación 5, en el que el óxido de vanadio es pentóxido de vanadio.
  7. 7. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el uno o más compuestos del al menos un metal del grupo del platino es nitrato de paladio.
  8. 8. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el catalizador comprende además óxido de tungsteno.
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