BR112020026548A2 - Composição catalisadora, artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, sistema de tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, e, método de tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna - Google Patents

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Shuhei NAGAOKA
Ken-Ichi Shimizu
Takashi TOYAO
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Abstract

composição catalisadora, e, artigo catalisador para o tratamento de gás de escape. trata-se de um artigo catalisador de três vias, e de seu uso em um sistema de escape para motores de combustão interna. o artigo catalisador para tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato; e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente pgm e um primeiro óxido inorgânico (pd sobre alumina estabilizada com la), sendo que a razão de intensidade no ir entre co de ponte e co de topo sobre o componente pgm é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de co.

Description

1 / 36 COMPOSIÇÃO CATALISADORA, E, ARTIGO CATALISADOR PARA O
TRATAMENTO DE GÁS DE ESCAPE CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere a um artigo catalisado útil no tratamento de emissões de gás de escape proveniente de motores a gasolina.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os motores de combustão interna produzem gases de escape que contêm vários poluentes, incluindo hidrocarbonetos (HCs), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio ("NOx"). Sistemas de controle de emissões, incluindo catalisadores de gás de escape, são amplamente usados para reduzir a quantidade emitida destes poluentes para a atmosfera. Um catalisador comumente utilizado para aplicações em motores a gasolina é o catalisador de três vias (TWC - "three-way catalyst"). Os TWCs realizam três funções principais: (1) oxidação de CO; (2) oxidação de HCs não queimados; e (3) redução de NOx para N2.
[003] Na maioria dos conversores catalíticos, metais do grupo da platina (PGMs) (e.g., Pt, Pd, e Rh) têm sido amplamente usados como sítio ativo de conversão catalítica com outros compostos inorgânicos, por exemplo, alumina e óxido misto de céria-zircônia para os carreadores de suporte. Como a temperatura de TWC alcançaria cerca de 1.000 °C, particularmente sob operação de alta carga do veículo a gasolina, os carreadores de suporte são habitualmente estabilizados por elemento dopante. No caso de materiais de alumina, por exemplo, a durabilidade térmica é significativamente aprimorada por lantânio (La) dopado e o teor mais baixo inferior a 5% em peso de La tem sido tipicamente usado na alumina para TWC porque a estabilidade térmica dos materiais de alumina alcança o máximo a cerca de 1 a 2% em peso e é quase inalterada até 5% em peso (por exemplo, consulte Thevenin et al., Journal of Catalysis, 2002, 207, 139-149; Shinjoh, Journal of Alloys and Compounds, 2006, 408-412, 1061-1064). Esta estabilidade térmica
2 / 36 aprimorada do carreador de suporte contribui para dispersão mais alta das partículas de PGM para preparar TWC com desempenho catalítico mais alto.
[004] Por outro lado, no gás de escape de motor a gasolina, a concentração de CO é significativamente mais alta que aquela dos outros gases nocivos de HC e NOx de modo que o PGM é habitualmente envenenado pela alta concentração de CO, isto é, cobrindo o sítio ativo de PGM pelo CO fortemente adsorvido, resultando em desempenho catalítico desativado. A medida preventiva contra o envenenamento de PGM é outra abordagem técnica para manter o sítio ativo de PGM e para promover a conversão catalítica na presença de alta concentração de gás CO. A presente invenção atende a estas necessidades para reduzir o efeito do envenenamento por CO para o desempenho de TWC aprimorado.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[005] Um aspecto da presente revelação se refere a uma composição catalisadora compreendendo um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no infravermelho (IR) entre CO de ponte e CO de topo no componente PGM é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[006] Outro aspecto da presente revelação se refere a uma composição catalisadora compreendendo um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no infravermelho (IR) entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo no componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[007] Outro aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato, e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO
3 / 36 de topo no componente PGM é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[008] Outro aspecto da presente revelação refere-se a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato; e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de gem- dicarbonila e CO de topo no componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[009] Outro aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato; uma primeira região catalítica sobre o substrato, sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM, e um primeiro óxido inorgânico; e uma segunda região catalítica sobre o substrato, sendo que a segunda região catalítica compreende um segundo componente PGM, e um segundo óxido inorgânico, sendo que pelo menos um dentre o primeiro óxido inorgânico e o segundo óxido inorgânico é dopado com 10 a 30% de dopante.
[0010] A invenção também abrange um sistema de escape para motores de combustão interna que compreende o componente de catalisador de três vias da invenção.
[0011] A invenção também abrange o tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna, em particular para o tratamento de gás de escape de um motor a gasolina. O método compreende colocar o gás de escape em contato com o componente ou artigo catalisador de três vias da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0012] A Figura 1a mostra as razões de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo em catalisadores de Pd/La-alumina com diferentes carregamentos de La; e a Figura 1b mostra os espectros no IR entre CO de
4 / 36 ponte e CO de topo em catalisadores de Pd/La-Al2O3.
[0013] A Figura 2 mostra os desempenhos do catalisador em catalisadores revestidos com Pd/La-alumina com diferentes carregamentos de La.
[0014] A Figura 3a mostra a razão de intensidade no IR entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo em catalisadores de Rh/La-Al2O3 com diferentes carregamentos de La; e a Figura 3b mostra os espectros no IR entre CO de gem-carbonila e CO de topo em catalisadores de Rh/La-Al2O3.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0015] A presente invenção se refere ao tratamento catalítico de gás de escape de combustão, como aquele produzido por motores a gasolina ou outros motores, e aos sistemas e artigos catalíticos relacionados. Mais especificamente, a invenção se refere ao tratamento simultâneo de NOx, CO e HC em um sistema de escape veicular.
[0016] A maior parte do desenvolvimento da tecnologia em TWC tem focado a estabilidade térmica aprimorada para manter a mais alta dispersão de PGM para aprimorar o desempenho mediante o desenvolvimento de materiais de suporte dopados com durabilidade térmica mais alta. O dopante para o suporte tem focado o seu uso como estabilizante para TWC, e o teor de dopante inferior a 5% em peso é suficiente para estabilizar os materiais. De fato, a dopagem de La em alumina aprimora a área superficial após envelhecimento térmico a 1.000 °C de 60 m2/g a La = 0% em peso a 90 m2/g a La = 5% em peso, e dopagem de La adicional não ocasiona aprimoramento adicional da área superficial, por exemplo, 67 m2/g a La = 20% em peso. Surpreendentemente, os inventores descobriram uma supressão eficaz do envenenamento por CO sobre PGM que apenas apareceu com materiais de suporte altamente dopados. Os inventores descobriram uma nova função do elemento dopado no material de suporte para a utilização eficaz do sítio ativo de PGM mesmo sob altas concentrações gás CO. Os processos da presente
5 / 36 invenção podem potencialmente reduzir a quantidade de PGM e diminuir os custos do catalisador.
[0017] Um aspecto da presente revelação se refere a uma composição catalisadora compreendendo um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no infravermelho (IR) entre CO de ponte e CO de topo sobre o componente PGM é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[0018] O componente PGM pode ser Pd, Rh, ou Pt. Em algumas modalidades, o componente PGM é Pd ou Rh. Em modalidades adicionais, o componente PGM é Pd.
[0019] A composição catalisadora pode compreender até 20% em peso do componente PGM. De preferência, a composição catalisadora pode compreender 0,05 a 10% em peso, com mais preferência, 0,2 a 5% em peso do componente PGM.
[0020] A composição catalisadora pode compreender adicionalmente outro componente PGM.
[0021] O procedimento padrão de adsorção de CO pode ser o seguinte. Para o precondicionamento, pós de catalisador PGM são oxidados (10% de O2, 100 cm3/min, gás inerte He) para remover contaminantes orgânicos e então reduzidos sob 3% de H2 (100 cm3/min, gás inerte He) para formar PGM metálico do catalisador. Então, o gás CO (1% de CO, 100 cm3/min, gás inerte He) é introduzido para a adsorção, e os espectros no IR são obtidos à temperatura ambiente (por exemplo, cerca de 20 a 25 °C). A quantidade de amostras em pó pode ser tipicamente de 30 mg para a medição no IR.
[0022] Tipicamente, dois grandes estados de adsorção de CO sobre PGM aparecem nos espectros no IR. O pico de absorção no IR a cerca de 2090 cm-1 para Pd, 2070 cm-1 para Rh, ou 2090 cm-1 para Pt é atribuível ao sítio de topo onde CO está se ligando a um átomo de PGM na superfície da
6 / 36 partícula. O pico de absorção no IR a cerca de 1990 cm-1 para Pd, 1870 cm-1 para Rh, ou 1850 cm-1 para Pt é atribuível ao sítio de ponte onde CO está se ligando a dois átomos de PGM na superfície da partícula. O sítio de ponte fornece CO fortemente adsorvido sobre a superfície de PGM, e o CO no sítio de ponte assim estabilizado pode bloquear o sítio de adsorção de PGM, isto é, o envenenamento do sítio ativo por CO. O sítio de topo torna o CO mais fracamente adsorvido sobre a superfície de PGM, a dessorção e a reação do CO de topo podem ser favorecidas com respeito ao CO de ponte. A razão reduzida entre o CO no sítio de ponte e o CO no sítio de topo pode indicar que a influência do envenenamento por CO em PGM tende a ser suprimida.
[0023] A razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo sobre o componente PGM pode ser menor que 5:2 ou 2:1.
[0024] O óxido inorgânico pode ser um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O óxido inorgânico é, de preferência, um óxido metálico refratário que apresenta estabilidade química e física em altas temperaturas, como as temperaturas associadas ao escape do motor a gasolina. O óxido inorgânico pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, e óxidos mistos ou óxidos compósitos das mesmas. Com mais preferência, o óxido inorgânico é alumina. O óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o componente PGM.
[0025] Os óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial.
[0026] O óxido inorgânico pode ser dopado com um dopante. O dopante pode ser selecionado do grupo que consiste em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce. De preferência, o dopante pode ser La, Ba, ou Ce. Com mais preferência, o dopante é La. O teor de dopante no óxido inorgânico (por
7 / 36 exemplo, alumina) pode ser de 10 a 30% em peso, 10 a 25% em peso, ou 10 a 20% em peso. O teor de dopante no óxido inorgânico (por exemplo, alumina) também pode ser de 15 a 30% em peso, 15 a 25% em peso, ou 15 a 20% em peso.
[0027] A composição catalisadora pode compreender adicionalmente um material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um componente metal alcalino ou metal alcalinoterroso.
[0028] O material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria- zircônia, e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o material OSC compreende o óxido misto de céria-zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[0029] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o material OSC pode funcionar como um material de suporte para o componente PGM. Em algumas modalidades, o componente PGM é suportado sobre o material OSC e o óxido inorgânico.
[0030] O material OSC (por exemplo, óxido misto de céria-zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no peso total da composição catalisadora.
[0031] O material OSC e o óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[0032] Alternativamente, o material OSC e o óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a
8 / 36 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3, e com a máxima preferência de 2:1 a 1:2.
[0033] Em algumas modalidades, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o material OSC. Alternativamente, ou em adição, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o óxido inorgânico. Ou seja, em algumas modalidades, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado, isto é, pode estar presente sobre, tanto no material OSC quanto no óxido inorgânico.
[0034] De preferência, o metal alcalino ou metal alcalino terroso é suportado/depositado sobre o óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o óxido inorgânico, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode estar em contato com o material OSC e também com o componente PGM.
[0035] O metal alcalino ou metal alcalino terroso é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no peso total da composição catalisadora.
[0036] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo, impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0037] Outro aspecto da presente revelação se refere a uma composição catalisadora compreendendo um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo sobre o componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[0038] O componente PGM pode ser Pd, Rh, ou Pt. Em algumas modalidades, o componente PGM é Pd ou Rh. Em modalidades adicionais, o
9 / 36 componente PGM é Rh.
[0039] A composição catalisadora pode compreender até 20% em peso do componente PGM. De preferência, a composição catalisadora pode compreender 0,05 a 10% em peso, com mais preferência, 0,2 a 5% em peso do componente PGM.
[0040] A composição catalisadora pode compreender adicionalmente outro componente PGM.
[0041] Tipicamente, dois grandes estados de adsorção de CO sobre PGM aparecem nos espectros no IR. O pico de absorção no IR a cerca de 2090 cm-1 para Pd, 2070 cm-1 para Rh, ou 2090 cm-1 para Pt é atribuível ao sítio de topo onde CO está se ligando a um átomo de PGM na superfície da partícula. O pico de absorção no IR a cerca de 1990 cm-1 para Pd, 1870 cm-1 para Rh, ou 1850 cm-1 para Pt é atribuível ao sítio de ponte onde CO está se ligando a dois átomos de PGM na superfície da partícula. O sítio de ponte fornece CO fortemente adsorvido sobre a superfície de PGM, e o CO no sítio de ponte assim estabilizado pode bloquear o sítio de adsorção de PGM, isto é, o envenenamento do sítio ativo por CO. O sítio de topo torna o CO mais fracamente adsorvido sobre a superfície de PGM, a dessorção e a reação do CO de topo podem ser favorecidas com respeito ao CO de ponte. A razão reduzida entre o CO no sítio de ponte e o CO no sítio de topo pode indicar que a influência do envenenamento por CO em PGM tende a ser suprimida.
[0042] No caso de Rh, o estado de adsorção adicional de gem- dicarbonila onde duas moléculas de CO estão se ligando a um átomo de Rh na superfície da partícula. Os picos de absorção no RI em torno de 2090 e 2030 cm-1 são atribuíveis ao sítio de gem-dicarbonila para Rh. A gem-dicarbonila é formação estável de complexo local de CO-Rh, isto é, o envenenamento do sítio ativo por CO, portanto, a reatividade catalítica é mais baixa para o CO de gem-carbonila do que para o CO de topo em Rh. A razão reduzida entre CO de gem-dicarbonila e CO no sítio de topo pode indicar que a influência do
10 / 36 envenenamento por CO em Rh tende a ser suprimida.
[0043] A razão de intensidade no IR entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo sobre o componente PGM pode ser menor que 4:1, 3:1, ou 5:2.
[0044] O óxido inorgânico pode ser um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O óxido inorgânico é, de preferência, um óxido metálico refratário que apresenta estabilidade química e física em altas temperaturas, como as temperaturas associadas ao escape do motor a gasolina. O óxido inorgânico pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, e óxidos mistos ou óxidos compósitos das mesmas. Com mais preferência, o óxido inorgânico é alumina. O óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o componente PGM.
[0045] Os óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial.
[0046] O óxido inorgânico pode ser dopado com um dopante. O dopante pode ser selecionado do grupo que consiste em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce. De preferência, o dopante pode ser La, Ba, ou Ce. Com mais preferência, o dopante é La. O teor de dopante no óxido inorgânico (por exemplo, alumina) pode ser de 10 a 30% em peso, 10 a 25% em peso, ou 10 a 20% em peso. O teor de dopante no óxido inorgânico (por exemplo, alumina) também pode ser de 15 a 30% em peso, 15 a 25% em peso, ou 15 a 20% em peso.
[0047] A composição catalisadora pode compreender adicionalmente um material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um componente metal alcalino ou metal alcalino terroso.
[0048] O material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria-
11 / 36 zircônia, e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o material OSC compreende o óxido misto de céria-zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[0049] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o material OSC pode funcionar como um material de suporte para o componente PGM. Em algumas modalidades, o componente PGM é suportado sobre o material OSC e o óxido inorgânico.
[0050] O material OSC (por exemplo, óxido misto de céria-zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no peso total da composição catalisadora.
[0051] O material OSC e o óxido inorgânico podem ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[0052] Alternativamente, o material OSC e o óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3; e com a máxima preferência, de 2:1 a 1:2.
[0053] Em algumas modalidades, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o material OSC. Alternativamente, ou em adição, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o óxido inorgânico. Ou seja, em algumas modalidades, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado, isto é, pode estar presente sobre, tanto no material OSC quanto no óxido inorgânico.
[0054] De preferência, o metal alcalino ou metal alcalino terroso é
12 / 36 suportado/depositado sobre o óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o óxido inorgânico, o metal alcalino ou metal alcalino terroso pode estar em contato com o material OSC e também com o componente PGM.
[0055] O metal alcalino ou metal alcalino terroso é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no peso total da composição catalisadora.
[0056] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo, impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0057] Outro aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato, e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo no componente PGM é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[0058] O primeiro componente PGM pode ser Pd, Rh, ou Pt. Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM é Pd ou Rh. Em modalidades adicionais, o primeiro componente PGM é Pd. Em ainda outra modalidade adicional, a primeira região catalítica é substancialmente isenta de PGMs diferentes de paládio.
[0059] A primeira região catalítica pode compreender até 350 g/pé3 do primeiro componente PGM. De preferência, a primeira região catalítica pode compreender 10 a 300 g/pé3, com mais preferência, 25 a 150 g/pé3 do primeiro componente PGM.
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[0060] A razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo sobre primeiro componente PGM pode ser menor que 5:2 ou 2:1.
[0061] O primeiro óxido inorgânico pode ser um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O primeiro óxido inorgânico é, de preferência, um óxido de metal refratário que apresenta estabilidade química e física em altas temperaturas, como as temperatura associadas com o escape de motor a gasolina. O primeiro óxido inorgânico pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, e óxidos mistos ou óxidos compósitos das mesmas. Com mais preferência, o primeiro óxido inorgânico é alumina. O primeiro óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o primeiro componente PGM.
[0062] Os primeiros óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial.
[0063] O primeiro óxido inorgânico pode ser dopado com um dopante. O dopante pode ser selecionado do grupo que consiste em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce. De preferência, o dopante pode ser La, Ba, ou Ce. Com mais preferência, o dopante é La. O teor de dopante no primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina) pode ser de 10 a 30% em peso, 10 a 25% em peso, ou 10 a 20% em peso. O teor de dopante no primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina) também pode ser de 15 a 30% em peso, 15 a 25% em peso, ou 15 a 20% em peso.
[0064] A primeira região catalítica pode compreender adicionalmente um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um primeiro componente de metal alcalino ou metal alcalino-terroso.
[0065] O carregamento de washcoat total da primeira região catalítica pode ser de 0,1 a 5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total
14 / 36 da primeira região catalítica é de 0,5 a 3,5 g/pol3, com a máxima preferência, o carregamento de washcoat total da primeira região catalítica é de 1 a 2,5 g/pol3.
[0066] O primeiro material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria-zircônia e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o segundo material OSC compreende óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[0067] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o primeiro material OSC pode funcionar como um material de suporte para o primeiro componente PGM. Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM é suportado sobre o primeiro material OSC e o primeiro óxido inorgânico.
[0068] O primeiro material OSC (por exemplo, óxido misto de céria- zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da primeira região catalítica.
[0069] O carregamento de primeiro material OSC na primeira região catalítica pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de primeiro material OSC na primeira região catalítica não é maior que 1,2 g/pol3, 1,0 g/pol3, 0,9 g/pol3, 0,8 g/pol3, 0,7 g/pol3, ou 0,6 g/pol3.
[0070] O primeiro material OSC e o primeiro óxido inorgânico podem ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[0071] Alternativamente, o primeiro material OSC e o primeiro óxido
15 / 36 inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3; e com a máxima preferência, de 2:1 a 1:2.
[0072] Em algumas modalidades, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o primeiro material OSC. Alternativamente, ou adicionalmente, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o óxido inorgânico. Isto é, em algumas modalidades, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre, isto é, pode estar presente sobre, tanto o primeiro material OSC quanto o primeiro óxido inorgânico.
[0073] De preferência, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso é suportado/depositado sobre o primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o primeiro óxido inorgânico, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso pode estar em contato com o primeiro material OSC e também com o primeiro componente PGM.
[0074] O primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou o estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no carregamento de washcoat total da primeira região catalítica.
[0075] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0076] O artigo catalisador pode compreender adicionalmente uma segunda região catalítica. A segunda região catalítica pode compreender um segundo componente PGM, um segundo material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), um segundo componente metal alcalino
16 / 36 ou metal alcalino-terroso, e/ou um segundo óxido inorgânico.
[0077] O segundo componente PGM é de preferência selecionado do grupo consistindo em paládio, platina, ródio, e uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o segundo componente PGM pode ser Pd, quando o primeiro componente de PGM é Rh. Em outras modalidades, o segundo componente PGM pode ser Rh, quando o primeiro componente PGM é Pd.
[0078] A segunda região catalítica pode compreender até 350 g/pé3 do segundo componente PGM. De preferência, a segunda região catalítica pode compreender 10 a 300 g/pé3, com mais preferência, 25 a 150 g/pé3 do segundo componente PGM.
[0079] O carregamento de washcoat total da segunda região catalítica pode de 0,1 a 5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total da segunda região catalítica é de 0,5 a 3,5 g/pol3, com a máxima preferência, o carregamento de washcoat total da segunda região catalítica é de 1 a 2,5 g/pol3.
[0080] O segundo óxido inorgânico é, de preferência, um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O segundo óxido inorgânico é, de preferência, selecionado do grupo consistindo em alumina, magnésia, lantana, sílica, neodímio, praseodímio, óxidos de ítrio, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compostos dos mesmos. Com mais preferência, o segundo óxido inorgânico é de preferência selecionado do grupo consistindo em óxidos de alumina, magnésia, sílica, lantânio, neodímio, praseodímio, óxidos de ítrio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Particularmente preferivelmente, o segundo óxido inorgânico é alumina, um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um segundo óxido inorgânico especialmente preferencial é um óxido compósito de lantânio/alumina. O segundo óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o segundo componente PGM, e/ou para o segundo metal alcalino
17 / 36 ou metal alcalino terroso.
[0081] Os segundos óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial. Outros segundos óxidos inorgânicos preferenciais incluem óxidos compósitos de lantânio/alumina, opcionalmente compreendendo adicionalmente um componente contendo cério, por exemplo, céria. Nestes casos, a céria pode estar presente sobre a superfície do óxido compósito de lantânio/alumina, por exemplo, como um revestimento.
[0082] Alternativamente, o segundo óxido inorgânico também pode ter as mesmas características que o primeiro óxido inorgânico (por exemplo, com dopante de 10 a 30%, e/ou a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo sobre o segundo componente PGM pode ser menor que 3:1).
[0083] O segundo material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria-zircônia e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o segundo material OSC compreende o óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[0084] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o segundo material OSC pode funcionar como um material de suporte para o segundo componente PGM. Em algumas modalidades, o segundo componente PGM é suportado sobre o segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico.
[0085] O segundo material OSC (por exemplo, óxido misto de céria-
18 / 36 zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da segunda região catalítica.
[0086] O carregamento de segundo material OSC na segunda região catalítica pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de segundo material OSC na segunda região catalítica é de no máximo 1,2 g/pol3, 1,0 g/pol3, 0,9 g/pol3, 0,8 g/pol3, 0,7 g/pol3, ou 0,6 g/pol3.
[0087] O segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico podem ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[0088] Alternativamente, o segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3; e com a máxima preferência, de 2:1 a 1:2.
[0089] Em algumas modalidades, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o segundo material OSC. Alternativamente, ou adicionalmente, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o segundo óxido inorgânico. Isto é, em algumas modalidades, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre, isto é, pode estar presente sobre, tanto o segundo material OSC quanto o segundo óxido inorgânico.
[0090] De preferência, o segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso é suportado/depositado sobre o segundo óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o segundo óxido inorgânico, o segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso pode estar em contato com o segundo material OSC e também com o segundo componente PGM.
[0091] O segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso é, de
19 / 36 preferência, bário ou estrôncio. De preferência, o bário ou estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no carregamento de washcoat total da segunda região catalítica.
[0092] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0093] Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 60:1 a 1:60. De preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 30:1 a 1:30. Com maior preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 20:1 a 1:20. Com a máxima preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 15:1 a 1:15.
[0094] Outro aspecto da presente revelação refere-se a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato; e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de gem- dicarbonila e CO de topo no componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[0095] O primeiro componente PGM pode ser Pd, Rh, ou Pt. Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM é Pd ou Rh. Em modalidades adicionais, o primeiro componente PGM é Rh. Em ainda outra modalidade adicional, a primeira região catalítica é substancialmente isenta de PGMs diferentes de Rh.
[0096] A primeira região catalítica pode compreender até 350 g/pé3 do primeiro componente PGM. De preferência, a primeira região catalítica
20 / 36 pode compreender 10 a 300 g/pé3, com mais preferência, 25 a 150 g/pé3 do primeiro componente PGM.
[0097] A razão de intensidade no IR entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo sobre o primeiro componente PGM pode ser menor que 4:1, 3:1, ou 5:2.
[0098] O primeiro óxido inorgânico pode ser um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O primeiro óxido inorgânico é, de preferência, um óxido de metal refratário que apresenta estabilidade química e física em altas temperaturas, como as temperatura associadas com o escape de motor a gasolina. O primeiro óxido inorgânico pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, e óxidos mistos ou óxidos compósitos das mesmas. Com mais preferência, o primeiro óxido inorgânico é alumina. O primeiro óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o primeiro componente PGM.
[0099] Os primeiros óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial.
[00100] O primeiro óxido inorgânico pode ser dopado com um dopante. O dopante pode ser selecionado do grupo que consiste em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce. De preferência, o dopante pode ser La, Ba, ou Ce. Com mais preferência, o dopante é La. O teor de dopante no primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina) pode ser de 10 a 30% em peso, 10 a 25% em peso, ou 10 a 20% em peso. O teor de dopante no primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina) também pode ser de 15 a 30% em peso, 15 a 25% em peso, ou 15 a 20% em peso.
[00101] A primeira região catalítica pode compreender adicionalmente um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC),
21 / 36 e/ou um primeiro componente de metal alcalino ou metal alcalino-terroso.
[00102] O carregamento de washcoat total da primeira região catalítica pode ser de 0,1 a 5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total da primeira região catalítica é de 0,5 a 3,5 g/pol3, com a máxima preferência, o carregamento de washcoat total da primeira região catalítica é de 1 a 2,5 g/pol3.
[00103] O primeiro material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria-zircônia e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o segundo material OSC compreende óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[00104] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o primeiro material OSC pode funcionar como um material de suporte para o primeiro componente PGM. Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM é suportado sobre o primeiro material OSC e o primeiro óxido inorgânico.
[00105] O primeiro material OSC (por exemplo, óxido misto de céria- zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da primeira região catalítica.
[00106] O carregamento de primeiro material OSC na primeira região catalítica pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de primeiro material OSC na primeira região catalítica não é maior que 1,2 g/pol3, 1,0 g/pol3, 0,9 g/pol3, 0,8 g/pol3, 0,7 g/pol3, ou 0,6 g/pol3.
[00107] O primeiro material OSC e o primeiro óxido inorgânico podem ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou
22 / 36 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[00108] Alternativamente, o primeiro material OSC e o primeiro óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3; e com a máxima preferência, de 2:1 a 1:2.
[00109] Em algumas modalidades, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o primeiro material OSC. Alternativamente, ou adicionalmente, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso pode ser depositado sobre o óxido inorgânico. Isto é, em algumas modalidades, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre, isto é, pode estar presente sobre, tanto o primeiro material OSC quanto o primeiro óxido inorgânico.
[00110] De preferência, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso é suportado/depositado sobre o primeiro óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o primeiro óxido inorgânico, o primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso pode estar em contato com o primeiro material OSC e também com o primeiro componente PGM.
[00111] O primeiro metal alcalino ou metal alcalino terroso é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou o estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no carregamento de washcoat total da primeira região catalítica.
[00112] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[00113] O artigo catalisador pode compreender adicionalmente uma
23 / 36 segunda região catalítica. A segunda região catalítica pode compreender um segundo componente PGM, um segundo material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), um segundo componente metal alcalino ou metal alcalino-terroso, e/ou um segundo óxido inorgânico.
[00114] O segundo componente PGM é de preferência selecionado do grupo consistindo em paládio, platina, ródio, e uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o segundo componente PGM pode ser Pd, quando o primeiro componente de PGM é Rh. Em outras modalidades, o segundo componente PGM pode ser Rh, quando o primeiro componente PGM é Pd.
[00115] A segunda região catalítica pode compreender até 350 g/pé3 do segundo componente PGM. De preferência, a segunda região catalítica pode compreender 10 a 300 g/pé3, com mais preferência, 25 a 150 g/pé3 do segundo componente PGM.
[00116] O carregamento de washcoat total da segunda região catalítica pode de 0,1 a 5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total da segunda região catalítica é de 0,5 a 3,5 g/pol3, com a máxima preferência, o carregamento de washcoat total da segunda região catalítica é de 1 a 2,5 g/pol3.
[00117] O segundo óxido inorgânico é, de preferência, um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O segundo óxido inorgânico é, de preferência, selecionado do grupo consistindo em alumina, magnésia, lantana, sílica, neodímio, praseodímio, óxidos de ítrio, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compostos dos mesmos. Com mais preferência, o segundo óxido inorgânico é de preferência selecionado do grupo consistindo em óxidos de alumina, magnésia, sílica, lantânio, neodímio, praseodímio, óxidos de ítrio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Particularmente preferivelmente, o segundo óxido inorgânico é alumina, um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um
24 / 36 segundo óxido inorgânico especialmente preferencial é um óxido compósito de lantânio/alumina. O segundo óxido inorgânico pode ser um material de suporte para o segundo componente PGM, e/ou para o segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso.
[00118] Os segundos óxidos inorgânicos preferenciais têm, de preferência, uma área superficial nova maior que 80 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g. Óxidos inorgânicos de grande área superficial, tendo uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina de grande área superficial. Outros segundos óxidos inorgânicos preferenciais incluem óxidos compósitos de lantânio/alumina, opcionalmente compreendendo adicionalmente um componente contendo cério, por exemplo, céria. Nestes casos, a céria pode estar presente sobre a superfície do óxido compósito de lantânio/alumina, por exemplo, como um revestimento.
[00119] Alternativamente, o segundo óxido inorgânico também pode ter as mesmas características que o primeiro óxido inorgânico (por exemplo, com dopante de 10 a 30%, e/ou a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo sobre o segundo componente PGM pode ser menor que 3:1).
[00120] O segundo material OSC é selecionado, de preferência, do grupo consistindo em óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de céria-zircônia e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o segundo material OSC compreende o óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[00121] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão entre mols de zircônia e mols de céria de pelo menos 50:50, de preferência, mais alta que 60:40, com mais preferência, mais alta que 75:25. Além disso, o segundo material OSC pode funcionar como um material de suporte para o segundo
25 / 36 componente PGM. Em algumas modalidades, o segundo componente PGM é suportado sobre o segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico.
[00122] O segundo material OSC (por exemplo, óxido misto de céria- zircônia) pode ser de 10 a 90% em peso, de preferência, de 25 a 75% em peso, com mais preferência, de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da segunda região catalítica.
[00123] O carregamento de segundo material OSC na segunda região catalítica pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de segundo material OSC na segunda região catalítica é de no máximo 1,2 g/pol3, 1,0 g/pol3, 0,9 g/pol3, 0,8 g/pol3, 0,7 g/pol3, ou 0,6 g/pol3.
[00124] O segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico podem ter uma razão em peso de no máximo 10:1, de preferência, no máximo 8:1 ou 5:1, com mais preferência, no máximo 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência, no máximo 2:1.
[00125] Alternativamente, o segundo material OSC e o segundo óxido inorgânico pode ter uma razão em peso de 10:1 a 1:10, de preferência, de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência, de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3, e com a máxima preferência de 2:1 a 1:2.
[00126] Em algumas modalidades, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o segundo material OSC. Alternativamente, ou adicionalmente, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre o segundo óxido inorgânico. Isto é, em algumas modalidades, o segundo metal alcalino ou metal alcalino-terroso pode ser depositado sobre, isto é, pode estar presente sobre, tanto o segundo material OSC quanto o segundo óxido inorgânico.
[00127] De preferência, o segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso é suportado/depositado sobre o segundo óxido inorgânico (por exemplo, alumina). Adicionalmente a, ou alternativamente a, estar em contato com o segundo óxido inorgânico, o segundo metal alcalino ou metal alcalino
26 / 36 terroso pode estar em contato com o segundo material OSC e também com o segundo componente PGM.
[00128] O segundo metal alcalino ou metal alcalino terroso é, de preferência, bário ou estrôncio. De preferência, o bário ou estrôncio, se presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso, com base no carregamento de washcoat total da segunda região catalítica.
[00129] De preferência o bário está presente como um material compósito de BaCO3. Tal material pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[00130] Em algumas modalidades, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 60:1 a 1:60. De preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM tem uma razão em peso de 30:1 a 1:30. Com maior preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 20:1 a 1:20. Com a máxima preferência, o primeiro componente PGM e o segundo componente PGM têm uma razão em peso de 15:1 a 1:15.
[00131] Outro aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para o tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato; uma primeira região catalítica sobre o substrato, sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM, e um primeiro óxido inorgânico; e uma segunda região catalítica sobre o substrato, sendo que a segunda região catalítica compreende um segundo componente PGM, e um segundo óxido inorgânico, sendo que pelo menos um dentre o primeiro óxido inorgânico e o segundo óxido inorgânico é dopado com 10 a 30% de dopante.
[00132] O artigo catalisador pode ter a razão entre CO de ponte CO e CO de topo no primeiro componente PGM (por exemplo, Pd) menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
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[00133] O artigo catalisador pode ter a razão entre CO de gem- dicarbonila e CO de topo sobre o segundo componente PGM (por exemplo, Rh) menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO.
[00134] O dopante para o primeiro óxido inorgânico ou o segundo óxido inorgânico é, cada um, independentemente selecionado do grupo consistindo em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce. Em modalidades adicionais, o dopante para o primeiro óxido inorgânico ou o segundo óxido inorgânico é La.
[00135] Todos(as) os(as) recursos, faixas, limitações revelados(as) acima, no terceiro aspecto e/ou no quarto aspecto da presente revelação, são aplicáveis sob este quinto aspecto da presente revelação.
[00136] O artigo catalítico da invenção pode compreender componentes adicionais que são conhecidos pelo versado na técnica. Por exemplo, as composições da invenção podem compreender adicionalmente pelo menos um aglutinante e/ou pelo menos um tensoativo. Quando um aglutinante está presente, são preferenciais os aglutinantes de alumina dispersíveis.
[00137] De preferência o substrato é um monólito de fluxo passante, ou filtro de fluxo de parede de particulado de gasolina. Com mais preferência, o substrato é um monólito de fluxo passante.
[00138] O substrato monolítico de fluxo passante tem uma primeira face e uma segunda face definindo uma direção longitudinal entre si. O substrato monolítico de fluxo passante tem uma pluralidade de canais estendendo-se entre a primeira face e a segunda face. A pluralidade de canais se estende na direção longitudinal e fornecem uma pluralidade de superfícies internas (por exemplo, as superfícies das paredes que definem cada canal). Cada um dentre a pluralidade de canais tem uma abertura na primeira face e uma abertura na segunda face. Para evitar dúvidas, o substrato monolítico de fluxo passante não é um filtro de fluxo de parede.
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[00139] A primeira face está tipicamente em uma extremidade de entrada do substrato e a segunda face está em uma extremidade de saída do substrato.
[00140] Os canais podem ter uma largura constante e cada pluralidade de canais pode ter uma largura de canal uniforme.
[00141] De preferência, dentro de um plano ortogonal à direção longitudinal, o substrato monolítico tem de 100 a 900 canais por polegada quadrada, de preferência, de 300 a 750. Por exemplo, na primeira face, a densidade dos primeiros canais abertos e dos segundos canais fechados é de 300 a 750 canais por polegada quadrada. Os canais podem ter seções transversais que são retangulares, quadradas, circulares, ovais, triangulares, hexagonais ou outros formatos poligonais.
[00142] O substrato monolítico age como um suporte para reter material catalítico. Os materiais adequados para a formação do substrato monolítico incluem materiais similares a cerâmica como cordierita, carbureto de silício, nitreto de silício, zircônia, mulita, espodumena, magnésia de sílica alumina ou silicato de zircônio, ou de metal refratário poroso. Tais materiais e seu uso na fabricação de substratos monolitos porosos são bem conhecidos na técnica.
[00143] Deve ser observado que o substrato monolítico de fluxo passante aqui descrito é um componente simples (isto é, um único bloco). No entanto, durante a formação de um sistema de tratamento de emissão, o monolito usado pode ser formado pela adesão em conjunto de uma pluralidade de canais ou pela adesão em conjunto de uma pluralidade de monolitos menores, conforme descrito aqui. Tais técnicas são bem conhecidas na técnica, assim como os envoltórios e as configurações adequados do sistema de tratamento de emissão.
[00144] Em modalidades nas quais o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato cerâmico, o substrato cerâmico pode ser
29 / 36 produzido a partir de qualquer material refratário, por exemplo, alumina, sílica, óxido de titânio, céria, zircônia, magnésia, zeólitos, nitreto de silício, carbureto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio, aluminossilicatos e metalo-aluminossilicatos (como cordierita e espodumena), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Cordierita, um aluminossilicato de magnésio, e carbeto de silício, são particularmente preferenciais.
[00145] Em modalidades nas quais o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato metálico, o substrato metálico pode ser produzido a partir de qualquer metal adequado, e em particular, metais e ligas de metal resistentes ao calor, como titânio e aço inoxidável, bem como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio em adição a outros metais.
[00146] Em algumas modalidades, a primeira região catalítica é suportada/depositada diretamente sobre o substrato. Em modalidades adicionais, a segunda região catalítica é suportada/depositada sobre a primeira região catalítica.
[00147] Em outras modalidades, a segunda região catalítica é suportada/depositada diretamente sobre o substrato. Em modalidades adicionais, a primeira região catalítica é suportada/depositada sobre a segunda região catalítica.
[00148] Outro aspecto da presente revelação se refere a um método para o tratamento de um gás de escape veicular contendo NOx, CO, e HC, com o uso do artigo catalisador aqui descrito. Os conversores catalíticos equipados com TWC produzidos de acordo com a invenção mostraram um desempenho catalítico aprimorado em comparação com TWC convencional (por exemplo, consulte os Exemplos 3 e 5, e as Tabelas 2 e 3).
[00149] Um outro aspecto da presente revelação se refere a um sistema para o tratamento de gás de escape veicular que compreende o artigo
30 / 36 catalisador aqui descrito juntamente com um conduto para transferir o gás de escape através do sistema. Definições
[00150] O termo washcoat é bem conhecido na técnica e se refere a um revestimento aderente que é aplicado em um substrato habitualmente durante a produção de um catalisador.
[00151] O acrônimo "PGM", conforme usado aqui, se refere a "metal do grupo da platina" ["Platinum Group Metal"]. O termo "metal do grupo da platina" se refere geralmente a um metal selecionado do grupo consistindo em Ru, Rh, Pd, Os, Ir e Pt, de preferência a um metal selecionado do grupo consistindo em Ru, Rh, Pd, Ir e Pt. Em geral, o termo "PGM" se refere, de preferência, a um metal selecionado do grupo consistindo em Rh, Pt e Pd.
[00152] O termo "óxido misto" conforme usado aqui se refere geralmente a uma mistura de óxidos em uma fase única, como é convencionalmente conhecido na técnica. O termo "óxido composto" como usado aqui se refere geralmente a uma composição de óxidos que tem mais de uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.
[00153] A expressão "consistir essencialmente em" como usada aqui limita o escopo de um recurso para incluir os materiais específicos, e quaisquer outros materiais ou quaisquer outras etapas que não afetam materialmente as características básicas deste recurso, como por exemplo impurezas menores. A expressão "consiste essencialmente em" abrange a expressão "consistindo em".
[00154] A expressão "substancialmente isento de" como usada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do conteúdo de uma região, uma camada ou uma zona, significa o material em uma quantidade pequena, como ≤ 5% em peso, de preferência ≤ 2% em peso, com mais preferência ≤ 1% em peso. A expressão "substancialmente isento de" abrange a expressão "não compreende".
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[00155] A expressão "essencialmente isento de" como usada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do conteúdo de uma região, uma camada ou uma zona, significa o material em uma quantidade traço, como ≤ 1% em peso, de preferência ≤ 0,5% em peso, com mais preferência ≤ 0,1% em peso. A expressão "essencialmente isento de" abrange a expressão "não compreende".
[00156] Qualquer referência a uma quantidade de dopante, particularmente uma quantidade total, expressa como um % em peso, como aqui usado, se refere ao peso do material de suporte ou do óxido de metal refratário do mesmo.
[00157] O termo "carregamento" conforme utilizado aqui se refere a uma medição em unidades de g/pé3 sobre uma base em peso de metal.
[00158] Os seguintes exemplos ilustram meramente a invenção. As pessoas versadas na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e escopo das reivindicações. Exemplos Materiais
[00159] Todos os materiais estão disponíveis comercialmente e foram obtidos junto a fornecedores conhecidos, exceto onde especificado em contrário. Procedimento geral para a síntese de óxido inorgânico dopado
[00160] Um γ-Al2O3 comercialmente disponível com área superficial de cerca de 150 m2/g foi usado como um suporte de Al2O3, e a adição de La ao suporte de Al2O3 foi realizada como segue. Uma solução aquosa contendo La(NO3)3 (concentração de La = 2,0 mmol/mL) foi impregnada sobre o suporte de Al2O3 com o carregamento alvo de La. Isto foi seguido por secagem a 120 °C durante 2 h e calcinação em ar a 600 °C durante 2 h para produzir os materiais de Al2O3 dopados com La. Exemplo 1
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[00161] Pós de catalisador com 3% em peso de Pd suportado em alumina dopada com La com o teor de La = 1, 4, 10, e 15% em peso foram expostos ao CO sob procedimento padrão de adsorção de CO. A razão entre CO no sítio de ponte e CO no sítio de topo foi detectada por espectroscopia no IR.
[00162] Conforme mostrado na Figura 1a e na Figura 1b, a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo foi reduzida com o aumento do teor de La no suporte de alumina. A razão reduzida entre CO de ponte e CO topo pode indicar que o envenenamento por CO em PGM tende a ser suprimida. Exemplo 2
[00163] O teste de desempenho do catalisador foi realizado no catalisador revestido sobre substrato de cordierita, consistindo em 1% em peso de Pd suportado sobre alumina dopada com La com o teor de La = 5 ou 10% em peso, sob as seguintes condições usando um gás de escape simulado tendo composição mostrada na Tabela 1.
[00164] No teste de desempenho do catalisador, foi avaliada a temperatura na qual foi convertido 50% de cada um dos componentes HC, CO e NOx. Quanto mais baixa a temperatura na qual 50% foi convertido significa o melhor desempenho como um catalisador de purificação de gás de escape.
[00165] No teste de desempenho do catalisador, a vazão de gás foi ajustada a uma velocidade espacial de 100.000/h, a temperatura foi elevada de 100 °C para 400 °C a uma taxa de 25 °C/min, a composição do gás após passar através do catalisador foi analisada e a taxa de conversão foi medida. Tabela 1. Composição de gás simulada para o teste de desempenho C3H6 CO H2 NOx O2 CO2 H 2O N2 (ppm) (%) (%) (ppm) (%) (%) (%) 430 0,6 0,2 1.000 0,6 15 10 Restante
[00166] Conforme mostrado na Figura 2, as temperaturas na conversão de 50% para HC, CO e NO foram mais baixas para alumina dopada
33 / 36 com alto teor de La (com La = 10% em peso) do que com baixo teor de La (com La = 5% em peso). Exemplo 3 Catalisador 1 (Comparativo)
[00167] O catalisador 1 é um catalisador comercial de três vias (Pd-Rh) com uma estrutura em camada dupla. A camada inferior consiste em Pd suportado sobre um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com 4% em peso de La, promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,5 g/pol3 com um carregamento de Pd de 90 g/pé3. A camada superior consiste em Rh suportado sobre um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com La. O carregamento de washcoat da camada superior foi de cerca de 1,0 g/pol3 com um carregamento de Rh de 9 g/pé3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 1 foi de cerca de 3,5 g/pol3. Catalisador 2
[00168] O catalisador 2 é um catalisador comercial de três vias (Pd-Rh) com uma estrutura em camada dupla. A camada inferior consiste em Pd suportado sobre um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina dopada com alto teor de La de 15% em peso, promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,5 g/pol3 com um carregamento de Pd de 90 g/pé3. A camada superior consiste em Rh suportado sobre um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com La. O carregamento de washcoat da camada superior foi de cerca de 1,0 g/pol3 com um carregamento de Rh de 9 g/pé3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 2 foi de cerca de 3,5 g/pol3.
[00169] O Catalisador Comparativo 1 e o Catalisador 2 foram envelhecidos em bancada durante 75 horas com ciclos de envelhecimento com corte de combustível, com temperatura de pico a 950 °C. As emissões de veículo foram conduzidas em um veículo comercial com motor de 1,5 litros.
34 / 36 As emissões foram medidas pré- e pós-catalisador. Tabela 2. Desempenho dos catalisadores por análise das emissões em saco Emissões ponderadas do tubo de escape (g/km) HC NMHC CO/10 NOx Catalisador Comparativo 1 0,033 0,023 0,089 0,021 Catalisador 2 0,027 0,018 0,063 0,019
[00170] Conforme mostrado na Tabela 2, o Catalisador 2 mostrou redução significativa da emissão de HC, NMHC, CO e NOx em comparação com o Catalisador Comparativo 1. Exemplo 4
[00171] Pós de catalisador com 3% em peso de Rh suportado sobre alumina dopada com La com o teor de La=1, 4, 10, e 15% em peso foram expostos ao CO sob procedimento padrão de adsorção de CO. A razão entre CO no sítio de gem-dicarbonila e CO no sítio de topo foi detectada por espectroscopia no IR.
[00172] Conforme mostrado na Figura 3a e na Figura 3b, a razão de intensidade no IR entre CO de gem-carbonila e CO de topo foi reduzida com o aumento do teor de La no suporte de alumina. A razão reduzida entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo pode indicar que o envenenamento por CO em PGM tende a ser suprimido. Exemplo 5 Catalisador 3 (Comparativo)
[00173] O Catalisador 3 é um catalisador comercial de três vias (Pd- Rh) com uma estrutura em camada dupla. A camada inferior consiste em Pd suportado sobre um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com 4% em peso de La, promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,0 g/pol3 com um carregamento de Pd de 140 g/pé3. A camada superior consiste em Rh suportado sobre um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com La. O carregamento de washcoat da camada superior foi de cerca de 1,0 g/pol3 com um carregamento de Rh de 25 g/pé3. O carregamento de washcoat total
35 / 36 do Catalisador 3 foi de cerca de 3,0 g/pol3. Catalisador 4
[00174] O Catalisador 4 é um catalisador comercial de três vias (Pd- Rh) com uma estrutura em camada dupla. A camada inferior consiste em Pd suportado sobre um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina estabilizada com 4% em peso de La, promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,0 g/pol3 com um carregamento de Pd de 140 g/pé3. A camada superior consiste em Rh suportado sobre um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina dopada com alto teor de La de 15% em peso. O carregamento de washcoat da camada superior foi de cerca de 1,0 g/pol3 com um carregamento de Rh de 25 g/pé3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 4 foi de cerca de 3,0 g/pol3. Catalisador 5
[00175] O Catalisador 5 é um catalisador comercial de três vias (Pd- Rh) com uma estrutura em camada dupla. A camada inferior consiste em Pd suportado sobre um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina dopada com alto teor de La de 15% em peso, promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,0 g/pol3 com um carregamento de Pd de 140 g/pé3. A camada superior consiste em Rh suportado sobre um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina dopada com alto teor de La de 15% em peso. O carregamento de washcoat da camada superior foi de cerca de 1,0 g/pol3 com um carregamento de Rh de 25 g/pé3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 5 foi de cerca de 3,0 g/pol3.
[00176] O Catalisador Comparativo 3, o Catalisador 4, e o Catalisador 5, foram envelhecidos em bancada durante 75 horas com ciclos de envelhecimento com corte de combustível, com temperatura de pico de 950 °C. As emissões de veículos foram conduzidas em um veículo comercial com motor de 1,5 litros. As emissões foram medidas pré- e pós-catalisador.
36 / 36 Tabela 3 Desempenho dos catalisadores por análise das emissões em saco Emissões ponderadas do tubo de escape (g/km) HC NMHC C0/10 NOx Catalisador Comparativo 3 0,018 0,009 0,071 0,015 Catalisador 4 0,014 0,007 0,048 0,013 Catalisador 5 0,013 0,007 0,027 0,010
[00177] Conforme mostrado na Tabela 3, o Catalisador 4 e o Catalisador 5 mostraram redução significativa das emissões de HC, NMHC, CO, e NOx em comparação com o Catalisador Comparativo 3.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Composição catalisadora, caracterizada por compreender um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no infravermelho (IR) entre CO de ponte e CO de topo no componente PGM ser menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO e por compreender adicionalmente um material de capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um componente metal alcalino ou metal alcalino-terroso.
2. Composição catalisadora de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o óxido inorgânico ser alumina.
3. Composição catalisadora de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o óxido inorgânico ser dopado com um dopante.
4. Composição catalisadora, caracterizada por compreender um componente metálico do grupo da platina (PGM) e um óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no infravermelho (IR) entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo no componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO e por compreender adicionalmente um material de capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um componente metal alcalino ou metal alcalino-terroso.
5. Composição catalisadora de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o óxido inorgânico ser alumina.
6. Composição catalisadora de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por o óxido inorgânico ser dopado com um dopante.
7. Artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, caracterizado por compreender: um substrato; e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de ponte e CO de topo no componente PGM é menor que 3:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO e compreende adicionalmente um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um primeiro componente metal alcalino ou metal alcalinoterroso.
8. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o primeiro óxido inorgânico ser alumina.
9. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado por o primeiro óxido inorgânico ser dopado com um dopante.
10. Artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, caracterizado por compreender: um substrato; e uma primeira região catalítica sobre o substrato; sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM e um primeiro óxido inorgânico, sendo que a razão de intensidade no IR entre CO de gem-dicarbonila e CO de topo no componente PGM é menor que 5:1 sob procedimento padrão de adsorção de CO e compreende adicionalmente um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e/ou um primeiro componente metal alcalino ou metal alcalino-terroso.
11. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 35, caracterizado por o primeiro óxido inorgânico ser alumina.
12. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 35 ou 36, caracterizado por o primeiro óxido inorgânico ser dopado com um dopante.
13. Artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, caracterizado por compreender: um substrato; uma primeira região catalítica sobre o substrato, sendo que a primeira região catalítica compreende um primeiro componente PGM, e um primeiro óxido inorgânico; e uma segunda região catalítica sobre o substrato, sendo que a segunda região catalítica compreende um segundo componente PGM e um segundo óxido inorgânico; sendo que pelo menos um dentre o primeiro óxido inorgânico e o segundo óxido inorgânico é dopado com 10 a 30% de dopante.
14. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 51, caracterizado por o dopante para o primeiro óxido inorgânico e/ou o segundo óxido inorgânico ser, cada um, independentemente selecionado do grupo que consiste em La, Sr, Si, Ba, Y, Pr, Nd, e Ce.
15. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 51 ou 52, caracterizado por o primeiro óxido inorgânico ser alumina.
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