DE60129029T2

DE60129029T2 - Nox-speicher

Info

Publication number: DE60129029T2
Application number: DE60129029T
Authority: DE
Inventors: Raj Rao Rajaram; Stephen Poulston
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: KR20040004376A; JP4994562B2; EP1322404B1; US20040042939A1; DE60129029D1; EP1322404A1; WO2002022241A1; US7287370B2; JP2004516400A; GB0022786D0; AU2001287882A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine NO_x-Fallenzusammensetzung.
Hersteller sind zunehmend an Motoren interessiert, die unter mager laufenden Bedingungen arbeiten, um ihre Fahrzeuge anzutreiben. Ein Grund dafür ist, dass Magerverbrennungsmotoren weniger CO₂ erzeugen. Dies ist vorteilhaft wegen der zukünftigen Emissionsgesetzgebung, die darauf abzielt, CO₂ zu reduzieren, der Verbraucher aber auch von der zunehmenden Treibstoffwirtschaftlichkeit profitiert. Die Verwendung von Motormanagementtechniken und/oder der Einsatz von ein oder mehreren Katalysatoren in einem Abgassystem eines Fahrzeugs kann die Gaszusammensetzung des Abgases kontrollieren oder steuern, so dass das Fahrzeug die relevante Emissionsgesetzgebung erfüllt.
Eine Form eines Magerverbrennungsmotors ist ein direkt einspritzender Ottomotor, der konstruiert ist, um unter stöchiometrischen und mageren Bedingungen zu laufen oder zu arbeiten. Wenn er mager läuft, werden relativ geringe Mengen oder Gehalte an NO_x gebildet, die nicht reduziert (entfernt) werden können in Gegenwart der relativ hohen Mengen oder Gehalte an Sauerstoff in dem Abgas. Reduzierende Spezies, z.B. unverbrannte Kohlenwasserstoffe, können NO_x zu N₂ während stöchiometrischer oder fett laufender Bedingungen reduzieren, da vergleichsweise weniger Sauerstoff vorliegt als während mager laufender Bedingungen. Um NO_x in Magerverbrennungsmotoren zu steuern, wurde ein NO_x-Absorber/Katalysator entwickelt, der NO_x speichern kann, z.B. als Nitrat, wenn ein Motor mager läuft. Bei einer stöchiometrischen oder fetten Umgebung, wird das Nitrat als thermodynamisch instabil verstanden, und das gespeicherte NO_x wird freigesetzt und wird durch die reduzierende Spezies, die in dem Abgas vorliegt, reduziert. Dieser NO_x-Absorber/Katalysator wird üblich NO_x-Falle genannt. Durch periodische Steuerung des Zeitraums stöchiometrisch oder fett zu laufen, wird gespeichertes NO_x reduziert und die NO_x-Falle regeneriert.
Eine typische NO_x-Fallenformulierung schließt eine katalytische Oxidationskomponente ein, wie Platin, eine NO_x-Speicherkomponente, wie Barium, und einen Reduktionskatalysator, z.B. Rhodium. Ein üblicherweise angegebener Mechanismus zur NO_x-Speicherung während eines Magermotorbetriebs für diese Formulierung ist: (i) NO + 1/2O₂ → NO₂; und (ii) BaO + NO₂ + 1/2O₂ → Ba(NO₃)₂. In der ersten Stufe reagiert das Stickstoffoxid mit Sauerstoff an aktiven oder wirksamen Oxidationsstellen auf dem Platin, um NO₂ zu bilden. Die zweite Stufe schließt eine Adsorption des NO₂ durch das Speichermaterial in der Form eines anorganischen Nitrats ein.
Wenn der Motor unter fetten Bedingungen oder bei erhöhten Temperaturen läuft, wird die Nitratspezies thermodynamisch instabil und zersetzt sich, unter Erzeugung von NO oder NO₂ gemäß der Gleichung (iii) unten. Unter fetten Bedingungen, werden diese Stickoxide nachfolgend durch Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe zu N2 reduziert, was über dem Reduktionskatalysator stattfinden kann. (iii) Ba(NO₃)₂ → BaO + 2NO + 3/2O₂ oder Ba(NO₃)₂ → BaO + 2NO₂ + 1/2O₂; und (iv) NO + CO → 1/2N₂ + CO₂ (und andere Reaktionen). In den Reaktionen der Gleichungen (i) bis (iv) oben ist die reaktive Bariumspezies als Oxid angegeben. Es wird jedoch verstanden, dass in Gegenwart von Luft das meiste des Bariums in der Form des Carbonats oder möglicherweise des Hydroxids vorliegt. Die obigen Reaktionsschemata können entsprechend angepasst werden für Spezies von Barium, die von dem Oxid verschieden sind.
NO_x-Speicherzusammensetzungen, die Kalium und Mangan einschließen, sind bekannt. Es wurde auch vorgeschlagen, dass Kalium und Strontium das Vermögen von Platin, Stickstoffoxid zu Stickstoffdioxid in Abgasen von einem mager laufenden Motor zu oxidieren, vergiften können. Um dieses Problem zu ver meiden wurde vorgeschlagen, dass Alkalimetalle und Erdalkalimetalle auf einem ersten porösen Träger getragen oder geträgert werden können, und das Platin auf einem zweiten porösen Träger getragen oder geträgert wird.
Erdalkalimetalle, wie Barium, können als relative Niedrigtemperatur-NO_x-Speicherkomponenten betrachtet werden. Dies deshalb, weil die Bariumnitratspeicherform thermisch instabil ist oberhalb von etwa 350°C in Abgasen von etwa Lambda = 1. Wir betrachten Alkalimetalle, z.B. Kalium oder Cäsium, als relative Hochtemperatur-NO_x-Speicherkomponenten, weil die thermische Stabilität der Nitratspeicherformen dieser Komponenten bis zu etwa 550°C in Abgasen von etwa Lambda = 1 reichen.
Eine Abgaszusammensetzung von etwa Lambda = 1 weist kein netto oxidierendes oder reduzierendes Potenzial auf, da die Konzentration von Oxidanzien und Reduktionsmitteln, die vorliegen, im Wesentlichen im Gleichgewicht liegen oder ausgeglichen sind. Ein solches Abgas kann in einem Motor, z.B. einem Ottomotor, der bei einem Luft-zu-Treibstoff-Verhältnis von etwa 14,7:1 läuft, erzeugt werden, wobei das Abgassystem keine Abgasrezirkulation oder Nachverbrennungsinjektion von Luft oder Kohlenwasserstoff einschließt.
Wir fanden, dass Alkalimetalle das Vermögen oder die Fähigkeit von Platin basierenden Katalysatoren Kohlenwasserstoff (KW) in dem Abgas zu oxidieren, vergiften kann, während für eine optimale Niedrigtemperatur-NO_x-Speicherwirksamkeit, das Erdalkalimetall ganz genau verbunden sein sollte mit dem Platinoxidationskatalysator. Wir fanden nun einen Weg zur Verwendung von sowohl Hoch- als auch Niedrigtemperatur-NO_x-Speicherkomponenten in einer NO_x-Fallenzusammensetzung, während einer wesentlichen Beibehaltung der Platin-KW-Umsetzungsaktivität.
Gemäß einem Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine NO_x-Fallenzusammensetzung bereit, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 10 definiert ist.
„Getrennt" ist hierin definiert als „soweit wie möglich an einem chemischen Wechselwirken gehindert zu sein". Mit „im Wesentlichen beizubehalten" meinen wir hierin, dass „zumindest 60 % der Wirksamkeit des frischen Katalysators beibehalten werden" und in beispielhaften Ausführungsformen „zumindest 70 % der Wirksamkeit des frischen Katalysators beibehalten werden", „zumindest 80 % der Wirksamkeit des frischen Katalysators beibehalten werden" und „zumindest 90 % der Wirksamkeit des frischen Katalysators beibehalten werden".
Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht das zweite Trägermaterial aus der mindestens einen NO_x-Speicherkomponente.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die mindestens eine erste NO_x-Speicherkomponente verbunden mit mindestens einem Oxidationskatalysator aus unedlem Metall. Der mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall kann Mangan, Chrom, Kobalt oder Eisen oder Gemische von beliebigen zwei oder mehreren davon umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform steht der mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall für Mangan.
Während die Erfindung im Allgemeinen Anwendung findet bei Magerverbrennungsmotoren, insbesondere Ottomotoren, wie direkt einspritzenden Ottomotoren, kann sie auch verwendet werden in Verbindung mit anderen Magerverbrennungsmotoren, die Dieselmotoren einschließen.
Abgesehen von dem verbesserten Temperaturfenster für eine maximale NO_x-Speicherwirksamkeit gegenüber bekannten Zusammensetzungen verstehen wir, dass für die äquivalente Menge oder den äquivalenten Gehalt an Niedertemperatur-NO_x-Speicherwirksamkeit, die Zusammensetzung der Erfindung weniger PGM einsetzt als eine bekannte Zusammensetzung, die Platin und Barium einschließt. Außerdem ist es nicht notwendig, weitere teure Katalysatoren in ein Abgassystem einzuschließen, um KW zu behandeln, um gegenwärtige und künftige Emissionsgesetzgebung zu erfüllen, da die Wirksamkeit der KW-Oxidation des PGM nicht beeinträchtigt wird.
Das Merkmal des Getrenntseins kann auf eine Vielzahl von Wegen erreicht werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine erste Trägermaterial in einer getrennten Schicht oberhalb des mindestens einen zweiten Trägermaterials. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine erste Trägermaterial in einer getrennten Schicht unterhalb des mindestens einen zweiten Trägermaterials. Es ist möglich, dass während einer Hochtemperaturalterung, eine Wanderung von Alkalimetall stattfinden kann, z.B. in die Poren eines Cordieritmonoliths. Durch Bereitstellung des mindestens einen ersten Trägermaterials und des mindestens einen zweiten Trägermaterials in verschiedenen Schichten voneinander gibt es eine geringe Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Wechselwirkungen, die stattfinden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegen das mindestens eine erste Trägermaterial und der verbundene mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall in einer getrennten Schicht oberhalb des mindestens einen zweiten Trägermaterials vor. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegen das mindestens eine erste Trägermaterial und der verbundene mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall in einer getrennten Schicht unterhalb des mindestens einen zweiten Trägermaterials vor. Eine weitere Klärung, wie Komponenten in einer Katalysatorzusammensetzung getrennt werden können, kann in unserer WO 98/03251 gefunden werden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das mindestens eine zweite Trägermaterial in einem Abgassystem angeordnet, so dass es vorgeschaltet oder stromaufwärts von dem mindestens einen ersten Träger ist. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Trägermaterial in einem Abgassystem angeordnet, so dass es sich nachgeschaltet oder stromabwärts zu dem mindestens einen ersten Trägermaterial befindet. Dies kann erreicht werden durch Beschichten jedes Teils der Zusammensetzung auf getrennten Substraten oder als getrennte Zonen auf dem gleichen Substrat (oder „einzelnen Baustein oder Backstein (single brick)"). Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Trägermaterial in einem Abgassystem angeordnet, so dass es sich vorgeschaltet oder stromaufwärts zu dem mindestens einen ersten Trägermaterial und verbundenen mindestens einen Oxidationskatalysator aus unedlem Metall befindet. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Trägermaterial in einem Abgassystem angeordnet, so dass es sich nachgeschaltet oder stromabwärts zu dem mindestens einen ersten Trägermaterial und verbundenen mindestens einen Oxidationskatalysator aus unedlem Metall befindet.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall geträgert auf dem mindestens einen ersten Trägermaterial. Die nahe oder enge Verbindung oder Vereinigung der NO_x-Speicherkomponente und des Oxidationskatalysators sorgt für eine höhere NO_x-Speicherwirksamkeit.
Die NO_x-Speicherkomponenten und die Oxidationskatalysatoren aus unedlem Metall der vorliegenden Erfindung liegen in der Regel in der Form von Oxiden vor, aber es ist bekannt, dass diese Materialien in Gegenwart von Luft auch in der Form von Carbonaten und Hydroxiden vorliegen können. Wo Gemische von zwei oder mehreren NO_x-Speicherkomponenten oder Oxidationskatalysatoren aus unedlem Metall vorliegen, kann jedes Gemisch auch als ein gemischtes Oxid vorliegen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Alkalimetall mindestens eines von Kalium und Cäsium.
Die mindestens eine zweite NO_x-Speicherkomponenten kann mindestens ein Erdalkalimetall und mindestens ein Seltenerdmetall einschließen. Die mindestens eine Erdalkalimetall-NO_x-Speicherkomponente kann Barium, Calcium, Strontium oder Magnesium oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren davon sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die mindestens eine zweite NO_x-Speicherkomponente Barium. Das mindestens eine Seltenerdmetall kann Lanthan, Yttrium, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium oder Lutetium oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren davon sein.
Die NO_x-Fallenzusammensetzung gemäß der Erfindung kann ferner einen Katalysator umfassen, der im Stande ist NO_x in einem Abgas zu reduzieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der NO_x-Reduktionskatalysator Rhodium.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Fallenzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, umfassend Cäsium und mindestens ein drittes Trägermaterial umfassend Rhodium, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen über einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Speicherzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Cäsium umfasst und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen unter einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Speicherzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Cäsium und Mangan und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen über einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Speicherzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, umfassend Cäsium und Mangan, und mindestens ein drittes Trägermaterial, umfassend Rhodium, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen unter einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Fallenzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Kalium umfasst, und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen über einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin oder Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Fallenzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Kalium umfasst, und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen unter einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Speicherzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Kalium und Mangan umfasst, und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen über einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die NO_x-Fallenzusammensetzung mindestens ein erstes Trägermaterial, das Kalium und Mangan umfasst, und mindestens ein drittes Trägermaterial, das Rhodium umfasst, wobei das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial in einer Schicht vorliegen unter einer Schicht, die mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das Platin und Barium trägt.
Das mindestens eine erste Trägermaterial, das mindestens eine zweite Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial können Aluminiumoxid, Ceroxid, Zirconiumoxid oder Titanoxid oder ein gemischtes Oxid von beliebigen zwei oder mehreren davon oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren von beliebigen der vorstehenden Oxide sein, die gegebenenfalls stabilisiert oder „dotiert" sind mit Lanthan, Yttrium, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium oder Lutetium. Natürlich können das mindestens eine erste Trägermaterial und das mindestens eine zweite Trägermaterial und das mindestens eine dritte Trägermaterial jeweils gleich oder verschieden sein, und wenn sie verschieden sind, können sie jeweils ausgewählt werden aus der Liste der obigen Träger.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunkts stellt die vorliegende Erfindung ein Metall- oder Keramiksubstrat bereit, das beschichtet ist mit einer NO_x-Fallenzusammensetzung gemäß der Erfindung. Wenn das Substrat für ein Keramiksubstrat steht, ist es Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Zirconiumoxid oder Natrium/Zirconiumoxid/Phosphat. Bei einer beispielhaften Ausführungsform steht das keramische Substrat für Cordierit.
Das Substrat kann eine beliebige Anordnung haben, die üblicherweise in der Technik verwendet wird, wie ein Honigwabendurchflussmonolith. Es können jedoch Schaum- oder Kugelformen eines Substrats bei einer Alternative oder weiteren Ausführungsform verwendet werden.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunkts stellt die Erfindung ein Abgassystem bereit für einen Magerverbrennungsmotor, der eine NO_x-Fallenzusammensetzung einschließt gemäß der Erfindung oder ein Sub strat, das beschichtet ist mit der Zusammensetzung gemäß der Erfindung. Mit „Magerverbrennungsmotor" meinen wir hierin einen Motor, der gesteuert wird, so dass er während zumindest eines Teils seines normalen Betriebs auf einem mageren oder stöchiometrischen Luft-zu-Treibstoff-Verhältnisses läuft, d.h. wo λ > 1 gilt. Magerverbrennungsmotoren, wie hierin definiert, schließen Teilmagerverbrennungsottomotoren ein, die eine Vielzahl von Injektoren verwenden, die solche mit luftunterstützter Direkteinspritzung und Hochdruckdirekteinspritzung einschließen, Dieselmotoren oder Motoren, die auf alternativen Treibstoffen laufen, wie komprimiertes Naturgas oder Erdgas oder flüssiges Erdölgas oder Propangas.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Abgassystem ein erstes Substrat, das beschichtet ist mit dem mindestens einen ersten Trägermaterial und ein zweites Substrat, das beschichtet ist mit dem mindestens einen zweiten Trägermaterial, wobei das erste Substrat entweder vorgeschaltet oder nachgeschaltet zu dem zweiten Substrat angeordnet ist.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Abgassystem der Erfindung ferner Einrichtungen zur Steuerung der Redoxzusammensetzung des Abgases.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Steuerung der Redoxzusammensetzung des Abgases mindestens eines von: einer Einrichtung zur Injektion des Kohlenwasserstoffs in das Abgas; eine Einrichtung zur Einstellung des Zündzeitpunkts für mindestens einen Motorzylinder; und eine Einrichtung zur Einstellung des Motor-Luft-zu-Treibstoff-Verhältnisses.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung des Abgassystems eine elektronische Steuereinheit (ECU (electronic control unit)). Die ECU kann z.B. einen vorprogrammierten Mikroprozessor umfassen.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Fahrzeug bereit, das einen Magerverbrennungsmotor und ein Abgassystem gemäß der Erfindung einschließt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor ein Magerverbrennungsottomotor. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Motor ein direkt einspritzender Ottomotor (GDI(gasoline direct injection)-Motor).
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung oder eines Substrats, das beschichtet ist mit einer NO_x-Fallenzusammensetzung gemäß der Erfindung, kann verwendet werden, um NO_x zu absorbieren aus Abgasen eines Magerverbrennungsmotors während magerer Lauf-Bedingungen.
Außerdem kann die NO_x-Fallenzusammensetzung gemäß der Erfindung oder eines Substrats gemäß der Erfindung zur Oxidation von Kohlenwasserstoff in einem Magerverbrennungsmotorabgas während magerer oder stöchiometrischer Lauf-Bedingungen verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer NO_x-Fallenzusammensetzung, wobei die Zusammensetzung mindestens eine NO_x-Speicherkomponente umfasst, die mindestens ein Alkalimetall und mindestens ein zweites Trägermaterial einschließt, das einen Platinoxidationskatalysator umfasst und mindestens eine NO_x-Speicherkomponente, die kein Alkalimetall ist, umfasst ein Trennen des Alkalimetalls und des Platinoxidationskatalysators.
Verfahren zur Herstellung einer NO_x-Fallenzusammensetzung zur Verwendung bei den Abgassystemen sind gut bekannt und werden in Einzelheiten hier nicht erklärt werden. Die Trägermaterialien für die NO_x-Speicherzusammensetzung können erhalten werden unter Verwendung von Festkörperreaktionen oder Fest/Fest-Reaktionen der Oxide oder beliebiger anderer Vorläufer, wie Carbonaten. Sie können auch herge stellt werden über eine nasse Route, d.h. durch Kristallisation oder Niederschlagen mit einer Base der Salze der Trägermaterialkomponenten, dann Calcinieren. Die NO_x-Speicherkomponenten, die geträgert werden auf einem Trägermaterial, können auf das Trägermaterial imprägniert werden unter Verwendung der einleitenden Nasstechnik und Calcinieren. Eine bevorzugte Maßnahme zur Herstellung einer co-geträgerten Kalium- und Mangankomponente ist es, einen geeigneten Träger mit Kaliumpermanganat zu imprägnieren.
Damit die Erfindung noch vollständiger verstanden wird, werden die folgenden Beispiele nur zur Veranschaulichung bereitgestellt und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 einen Graph zeigt, der die Propenanspringwirksamkeit zeigt, wie sie dargestellt wird durch den prozentualen (%) Umsatz von Propen in einem synthetischen Gasgemisch gegenüber der Temperatur für zwei einzeln geschichtete NO_x-Fallenzusammensetzungen; und
2 einen Graph zeigt, der die Propenanspringwirksamkeit zeigt, wie sie dargestellt wird durch den prozentualen (%) Umsatz von Propen in einem synthetischen Gasgemisch gegenüber der Temperatur für einen einzel- oder einen doppeltgeschichteten Katalysator.
Beispiel 1
Die Propen-, d.h. Kohlenwasserstoff-, Anspringwirksamkeit (light-off activity), wie sie dargestellt wird durch die prozentuale (%) Umsetzung von Propen für zwei NO_x-Fallenzusammensetzungen, die als wirksame Komponenten ein physikalisches Gemisch einschließen von: 2 Gew.-% Platin/10 Gew.-% Barium/10 Gew.-% Cäsium; bzw. 2 Gew.-% Platin/2 Gew.-% Barium (beides calciniert in Luft bei 500 °C zwei Stunden lang) wurde untersucht auf einer synthetischen Gaseinheit über einen Bereich von Temperaturen. Die wirksamen oder aktiven Komponenten wurden geträgert auf einem Gemisch von gemischten Oxiden von Ceroxid-Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid. Die Zusammensetzung des synthetischen Gasgemischs vor einem Kontaktieren des Katalysators betrug 400 ppm Propen, 500 ppm NO, 7,5 % 0₂, 0,5 % CO, 15 % CO₂, 4,5 % H₂O. Ein Massenspektrometer wurde verwendet, um die Zusammensetzung des Gases, das den Katalysator verlässt, zu bestimmen und zu quantifizieren. Die prozentuale (%) Umsetzung von Propen, aufgezeichnet bei jeder Temperatur für jede Zusammensetzung, ist in der 1 gezeigt.
Es ist aus der 1 ersichtlich, dass die Propenanspringwirksamkeit der Zusammensetzung, die Cäsium einschließt, deutlich geringer ist als bei der Zusammensetzung ohne Cäsium. Dies veranschaulicht das Vergiften der KW-Oxidationsaktivität von Platin, wenn es nahe in Verbindung ist mit Hochtemperatur-NO_x-Speicherkomponenten, wie Cäsium. Es ist auch ersichtlich, dass das Barium die KW-Oxidationsaktivität des Platins nicht vergiftet.
Beispiel 2
Das experimentelle Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt mit zwei weiteren NO_x-Speicherzusammensetzungen. Die erste ist ein physikalisches Gemisch von 2 Gew.-% Platin/10 Gew.-% Barium auf einem Trägermaterial und 10 Gew.-% Kalium/10 Gew.-% Mangan auf einem zweiten Trägermaterial; und die zweite umfasst die gleichen Komponenten, aber die Platin/Barium-Komponente ist in einer getrennten Schicht unterhalb der Mangan/Kalium-Komponente. Bei dem geschichteten Katalysator wurde jede Komponente getrennt hergestellt durch Calcinieren in Luft bei 500 °C über einen Zeitraum von zwei Stunden, dann calciniert in Luft bei 800 °C für weitere zwei Stunden. Bei der Einzelschichtausführungsform wurde das physikalische Gemisch bei 500 °C und bei 800 °C für den angegebenen Zeitraum calciniert. Der prozentuale (%) Umsatz von Propen, aufgenommen bei jeder Temperatur, für jede Zusammensetzung ist in der 2 gezeigt.
Wie ersichtlich ist, wird die KW-Umsetzungsaktivität des Platins zu einer suboptimalen Leistungen beeinträchtigt, selbst wenn die mindestens eine Alkalimetallkomponente und die Platinoxidationskatalysatorkomponente auf getrennten Trägermaterialien geträgert werden, gefolgt von einer Hochtemperaturalterung. Durch physikalisches Trennen dieser Komponenten wird die KW-Umsetzungsaktivität des Platinoxidationskatalysators jedoch im Wesentlichen beibehalten.

Claims

NO_x-Fallenzusammensetzung, umfassend: (a) mindestens eine erste NO_x-Speicherkomponente, umfassend mindestens ein Alkalimetall, geträgert auf mindestens einem ersten Trägermaterial; und (b) einen Platinoxidationskatalysator und mindestens eine zweite NO_x-Speicherkomponente, umfassend mindestens ein Erdalkalimetall oder mindestens ein Seltenerdmetall oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren davon, geträgert auf mindestens einem zweiten Trägermaterial, wobei der Platinoxidationskatalysator und das mindestens eine Alkalimetall physikalisch getrennt sind, um dadurch im Wesentlichen die Wirksamkeit der Kohlenwasserstoffumsetzung des Platinoxidationskatalysators beizubehalten.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine erste NO_x-Speicherkomponente verbunden ist mit mindestens einem Oxidationskatalysator aus unedlem Metall.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall Mangan, Chrom, Kobalt oder Eisen oder Gemische von beliebigen zwei oder mehreren davon umfasst.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der mindestens eine Oxidationskatalysator aus unedlem Metall auf dem ersten Trägermaterial geträgert ist.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine zweite Trägermaterial aus der mindestens einen zweiten NO_x-Speicherkomponente besteht.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei das mindestens eine Alkalimetall für mindestens eines von Kalium und Cäsium steht.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei die mindestens eine Erdalkalimetall-NO_x-Speicherkomponente für Barium, Calcium, Strontium oder Magnesium oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren davon steht.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, die ferner einen Katalysator umfasst, der im Stande ist NO_x zu reduzieren, wie Rhodium.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Träger Aluminiumoxid, Ceroxid, Zirconiumoxid oder Titanoxid oder ein gemischtes Oxid von beliebigen zwei oder mehreren davon oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren von beliebigen der vorstehenden Oxide, jedes gegebenenfalls mit einem Seltenerdmetall stabilisiert, umfasst.
NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei das oder jedes Seltenerdmetall für Lanthan, Yttrium, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium oder Lutetium oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehreren davon steht.
Substrat, beschichtet mit einer NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch.
Substrat nach Anspruch 11, umfassend erste und zweite Zonen, wobei die erste Zone die mindestens eine erste NO_x-Speicherkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, und die zweite Zone den Platinoxidationskatalysator nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Gehäuse oder Hülle, das/die ein Substrat nach einem beliebigen der Ansprüche 11 oder 12 einschließt.
Gehäuse oder Hülle, umfassend erste und zweite Substrate, wobei das erste Substrat die mindestens eine erste NO_x-Speicherkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, und das zweite Substrat den Platinoxidationskatalysator nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Abgassystem für einen Magerverbrennungsmotor, das eine NO_x-Fallenzusammensetzung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 oder ein Substrat nach Anspruch 11 oder 12 einschließt.
Abgassystem nach Anspruch 15, umfassend ein erstes Substrat, das beschichtet ist mit dem mindestens einen ersten Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und ein zweites Substrat, das beschichtet ist mit dem mindestens einen zweiten Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Substrat entweder vorgeschaltet oder nachgeschaltet zu dem zweiten Substrat angeordnet ist.