DE69910791T2

DE69910791T2 - Abgaskatalysator enthaltend rhodium, zirkon-, cer- und lanthanoxid

Info

Publication number: DE69910791T2
Application number: DE69910791T
Authority: DE
Inventors: Paul Joseph Andersen
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: PL198392B1; NO20006550L; CN1313787A; CZ20004881A3; NO321689B1; CA2335812A1; BR9911494A; WO1999067020A1; JP4454855B2; CZ297085B6; NZ509109A; JP2002518171A; PL345033A1; KR100604139B1; EP1098702A1; GB9813367D0; AU4518199A; EP1098702B1; ES2207236T3; DE69910791D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Katalysatorzusammensetzung und auf ein Verfahren zum Katalysieren einer chemischen Reaktion, bei der sie verwendet wird.
Rhodium wird häufig als katalytisch aktives Material bei der Reduktion von Stickstoffoxiden (NO_x) zu Stickstoff verwendet. Aus diesem Grund wird es als katalytisch aktive Komponente eines Drei-Wege-Katalysators (TWC) zur Behandlung von Motorabgasen verwendet. Drei-Wege-Katalysatoren arbeiten in der Weise, dass sie bei oder etwa bei stöchiometrischen Motorbetriebsbedingungen NO_x in Stickstoff, CO in CO₂ und Kohlenwasserstoffe (HC) in CO₂ und H₂O umwandeln. Mit TWC werden hohe Umwandlungen von CO und NO_x erreicht, wenn sie als katalytisch aktives Material eine große Menge Palladium, beispielsweise 3,53 × 10³ g/m³ (100 g/ft³), oder eine Kombination aus einer geringen Menge Rhodium, z. B. 211 g/m³ (6 g/ft³), und einer mittleren Menge Palladium, z. B. 1,91 × 10³ g/m³ (54 g/ft³), oder einer mittleren Menge Platin, z. B. 1,17 × 10³ g/m³ (33 g/ft³) oder mittleren Mengen von Palladium und Platin enthalten. Die Edelmetall-Komponenten Platin, Palladium und Rhodium sind jedoch selten und teuer und tragen zu einem großen Anteil zu den Gesamtkosten eines Katalysators bei.
Es wurde nun gefunden, dass durch Aufbringen von Rhodium lediglich auf einen Träger, der Ceroxid, Zirkoniumoxid und Lanthanoxid enthält und frei von Platin und Palladium ist, eine vergleichbare Drei-Wege-Katalysatoraktivität erzielt werden kann, ohne dass Palladium darin enthalten ist, verglichen mit den bekannten Drei-Wege-Katalysatorzusammensetzungen, die sowohl Rhodium als auch Palladium enthalten.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Drei-Wege-Katalysatorzusammensetzung, die Rhodium auf einem Träger enthält, der frei von Platin und Palladium ist, wobei der Träger umfasst:

(a) 52 bis 88% Zirkoniumoxid,
(b') 10 bis 40% Ceroxid und
(b'') 2 bis 8% Lanthanoxid,

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Diese Kombination von Merkmalen bietet den Vorteil, dass der Katalysator billiger in der Herstellung ist, weil nicht nur kein Palladium erforderlich ist, sondern die erforderliche Rhodium-Menge auch geringer ist als bei bekannten Katalysatoren des Standes der Technik.
Ein weiterer Vorteil ist der, dass der erfindungsgemäße Katalysator gegen Vergiftung durch Schwefel enthaltende Verbindungen in den Motorabgasen weniger empfindlich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Katalysieren einer chemischen Reaktion, die umfasst die Reduktion von Stickstoffoxid zu Stickstoff, wobei das Verfahren umfasst das Inkontaktbringen des Stickstoffoxids mit einer erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung.
Es gibt einen umfangreichen Stand der Technik auf dem Gebiet der Katalysatoren, der erfindungsgemäße Katalysator ist daraus jedoch nicht bekannt.
In dem US-Patent 5 057 483 ist eine Katalysatorzusammensetzung beschrieben, die einen Carrier aufweist, auf den ein katalytisches Material aufgebracht ist, das umfasst einen ersten Überzug, der auf den Carrier aufgebracht ist und umfasst einen ersten aktivierten Aluminiumoxid-Träger, eine katalytisch wirksame Menge einer ersten katalytischen Platin-Komponente, die auf dem ersten Aluminiumoxid-Träger dispergiert ist, und eine katalytisch wirksame Menge von Ceroxid-Pulver, sowie einen zweiten Überzug, der auf den Carrier aufgebracht ist und umfasst einen gleichzeitig gebildeten Seltenerdmetalloxid-Zirkoniumoxid-Träger, eine katalytisch wirksame Menge einer ersten katalytischen Rhodium-Komponente, die auf dem gleichzeitig gebildeten Seltenerdmetalloxid-Zirkoniumoxid-Träger dispergiert ist, einen zweiten aktivierten Aluminiumoxid-Träger und eine katalytisch wirksame Menge einer zweiten katalytischen Platin-Komponente, die auf dem zweiten Aluminiumoxid-Träger dispergiert ist.
In der PCT-Publikation WO 98/03251 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Platingruppenmetall-Drei-Wege-Katalysator-Zusammensetzung beschrieben, die eine bei hoher Temperatur katalytische Komponente und eine bei niedriger Temperatur katalytische Komponente enthält, wobei jede katalytische Komponente in der Katalysatorzusammensetzung in Form von getrennten einzelnen Teilchen in der gleichen Washcoat-Schicht vorliegen, wobei das Verfahren umfasst (a) die Bildung eines nicht-porösen Substrats aus einem kombinierten Washcoat aus einem Hochtemperatur-Katalysator-Trägermaterial und einem Niedertemperatur-Katalysator-Trägermaterial aus einer Aufschlämmung, in der jedes der Katalysator-Trägermaterialien eine ausreichend große Teilchengröße aufweist, um so zu verhindern, dass jedes Katalysator-Trägermaterial mit dem flüssigen Medium der Aufschlämmung eine Lösung oder ein Sol bildet; und (b) das Imprägnieren jedes Katalysator-Trägermaterials entweder nach der Bildung des Washcoats auf dem nicht-porösen Substrat oder vor der Bildung der Washcoat-Aufschlämmung mit einem oder mehreren Platingruppenmetallen.
Die erfindungsgenäße Katalysatorzusammensetzung weist eine überraschend hohe Aktivität auf, insbesondere in Bezug auf die Reduktion von Stickstoffoxid zu Stickstoff, insbesondere in Kombination mit der Oxidation von CO zu CO₂. Sie weist auch eine hohe Aktivität in Bezug auf die Oxidation von HC zu CO₂ und H₂O auf. Sie weist ferner eine hohe thermische Beständigkeit auf. Sie ist daher insbesondere wirksam als Drei-Wege-Katalysator (TWC). Die Anwesenheit von Pt oder Pd ist nicht erforderlich. Der erfindungsgemäße Katalysator enthält nur eine geringe Konzentration von Rh auf dem Träger, das Pt und das Pd der Katalysatoren des Standes der Technik fehlt und der Gehalt an dieser niedrigen Konzentration von Rh führt zu einer verhältnismäßig geringen NO_x Umwandlung und zu niedrigen CO- und HC-Umwandlungen. Der erfindungsgemäße Katalysator ergibt die gleiche Umwandlung von CO in CO₂ und von NO_x in Stickstoff wie die Katalysatoren des Standes der Technik, welche die gleiche Menge von Rh, jedoch zusätzlich Pd enthalten. Der erfindungsgemäße Katalysator ist weniger empfindlich gegenüber einer S-Vergiftung als die Katalysatoren, die in erster Linie auf einer hohen Pd-Beladung basieren.
Die erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung umfasst eine niedrige Konzentration von Rhodium auf einem speziellen Träger, dessen wesentliche Komponenten in hoher Konzentration in dem Katalysator vorliegen.
Der Katalysator kann in konventioneller Form vorliegen, z. B. in Form eines Pellet-Betts oder -Schaums, vorzugsweise hat er jedoch die Form eines wabenförmigen Monoliths, durch dessen Löcher das Motorabgas strömt und in dessen Löchern das Rhodium auf einen Träger aufgebracht ist. Der Katalysator hat, unabhängig davon, ob es sich um einen Monolithen oder ein Pellet-Bett oder einen Pellet-Schaum oder eine andere Form handelt, ein bestimmtes Gesamtvolumen und auf dieses Volumen bezieht sich die Rhodium-Konzentration von 73 bis 244 × 10^–3 g/cm³ (1,2–4,0 g/in³) des Trägers. Das Volumen umfasst die Hohlräume innerhalb des Katalysators, beispielsweise die unbesetzten Teile eines Monoliths, durch den das Gas strömt; dies ist ein bequemer Weg, die Konzentration auszudrücken.
Die Katalysatorzusammensetzung enthält eine Gesamtmenge von Rhodium und Träger von 73 bis 244 × 10^–3 g/cm³ (1,2–4,0 g/in³), vorzugsweise von 73 bis 195 × 10^–3 g/cm³ (1,2–3,2 g/in³). Die Konzentration des Rhodiums auf dem Träger beträgt 0,035 bis 0,35%, vorzugsweise 0,1 bis 0,35%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Rhodium und Träger.
Der erfindungsgemäße Träger umfasst:

Vorzugsweise umfasst der Träger:

(a) 72 bis 82% Zirkoniumoxid,
(b') 15 bis 25% Ceroxid und
(b'') 3 bis 5% Lanthanoxid,

(a), (b') und (b'') machen vorzugsweise 100% des Trägers aus, obgleich auch andere Materialien darin vorhanden sein können; Aluminiumoxid wird jedoch vorzugsweise vermieden, um Rhodium-Aluminiumoxid-Wechselwirkungen zu vermeiden. (a), (b') und (b'') machen im allgemeinen 90 bis 100 Gew.-% des Trägers aus. Besonders bevorzugt ist ein Träger, der im Wesentlichen besteht aus

Die Katalysatorzusammensetzung umfasst Rhodium auf dem Träger. Sie kann zusätzliche Materialien enthalten, die ihrerseits konventionell sein können. Beispielsweise kann das Rhodium auf dem Träger im Gemisch mit einem H₂S-unterdrückenden Material, beispielsweise einem oder mehreren der Oxide NiO, Fe₂O₃, Co₃O₄ und MnO₂, vorliegen, wobei NiO bevorzugt ist. Alternativ kann das H₂S-unterdrückende Material in Form einer Schicht über dem Rhodium auf dem Träger vorliegen. Die Beladung mit dem H₂S unterdrückenden Material beträgt in der Regel 3,1 bis 30,5 × 10^–3 g/cm³ (0,05–0,5 g/in³).
Das Rhodium auf dem Träger in der Zusammensetzung kann im Gemisch mit einem Material vorliegen, das die Haftung einer Washcoat-Schicht, die das Rhodium enthält, auf dem Träger verbessert, beispielsweise die Haftung an einem Monolithen, oder es kann im Gemisch mit einem Material vorliegen, das die Washcoat-Schicht gegen Sintern bei hohen Temperaturen stabilisiert. Ein bevorzugtes Material, das beide Funktionen erfüllt, ist ein teilchenförmiges Oxid, bei dem es sich um eine Mischung von Aluminiumoxid und Lanthanoxid handelt, die vorzugsweise 2 bis 7% Lanthanoxid enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht von Aluminiumoxid und Lanthanoxid.
Das Rhodium auf dem Träger in der Zusammensetzung kann im Gemisch mit einem anderen katalytisch aktiven Material vorliegen, das insbesondere umfasst ein oder mehr Metalle aus der Gruppe Rh, Pt und Pd, auf einem getrennten Träger. Vorzugsweise ist jedoch kein weiteres Rh vorhanden. Dadurch, dass Pt und/oder Pd auf diesem getrennten Träger vorliegt (vorliegen), sind sie von dem Rh auf dem erfindungsgemäßen Träger getrennt. Der getrennte Träger kann ein konventioneller Oxidträger sein. Alternativ kann das andere katalytisch aktive Material auf einem Träger in einer Schicht vorliegen, die getrennt ist von dem Rhodium auf dem Träger.
Die Katalysatorzusammensetzung enthält in der Regel 35,3 bis 882,9 g/m³ (1–25 g/ft³), beispielsweise 35,3 bis 317,8 g/m³ (1–9 g/ft³) Rhodium, das auf dem Träger vorliegt, der (a), (b') und (b'') umfasst.
Die Katalysatorzusammensetzung kann Promotoren enthalten. Wenn sie Pd enthält, können Nicht-Edehnetall-Promotoren, wie z. B. Erdalkalimetall-, beispielsweise Ba-Promotoren oder La- oder Nd-Promotoren, vorhanden sein.
Die Katalysatorzusammensetzung kann auf jede geeignete Weise hergestellt werden, beispielsweise auf eine Weise, die ihrerseits konventionell ist. Ein Rh-Vorläufer wird vorzugsweise auf dem Träger abgeschieden, der (a), (b') und (b'') umfasst, und der den Rh-Vorläufer tragende Träger wird calciniert. Vor oder nach der Bildung des das Rh tragenden Trägers wird der Träger vorzugsweise in Form einer Schicht aufgebracht auf einen Carrier, beispielsweise einen wabenförmigen Monolithen. Das Beschichten kann durchgeführt werden durch Eintauchen des Monolithen in eine wässrige Aufschlämmung des Trägers oder durch Hindurchführen des Monolithen durch einen Vorhang aus der Aufschlämmung. Die Aufschlämmung kann zusätzliche Materialien oder Vorläufer davon, die der Katalysator enthalten soll, beispielsweise die vorstehend angegebenen Materialien, enthalten. Alternativ oder zusätzlich können weitere Materialien oder Vorläufer davon in eine Schicht oberhalb oder unterhalb der Schicht, die das Rhodium auf dem Träger umfasst, eingeführt werden, dies ist jedoch nicht bevorzugt. Die Schicht oberhalb oder unterhalb kann eingeführt werden analog zu der Art, in der das Rhodium auf dem Träger eingeführt worden ist, in der Regel mittels einer wässrigen Aufschlämmung.
Der Rh-Vorläufer kann auf dem Träger abgeschieden werden durch Imprägnieren des Trägers mit einer wässrigen Lösung des Rh-Vorläufers, wie z. B. RhCl₃ oder vorzugsweise Rh(NO₃)₃. Alternativ kann der Rh-Vorläufer durch Präzipitation auf dem Träger abgeschieden werden, beispielsweise durch Hydrolyse eines Rh-Salzes wie Rh(NO₃)₃. Vorzugsweise wird der Träger mit einer wässrigen Lösung eines Rh-Vorläufers imprägniert, aus dem imprägnierten Träger wird eine wässrige Aufschlämmung hergestellt, die wässrige Aufschlämmung wird in Form eines Überzugs auf den Träger aufgebracht und der beschichtete Träger wird calciniert.
Der Rh-Vorläufer, der auf dem Träger abgeschieden worden ist, kann im Gemisch mit anderen Materialien (oder Vorläufern davon) vorliegen, die in der gleichen Schicht wie das Rh vorhanden sein sollen. Alternativ können diese anderen Materialien oder Vorläufer auf dem getrennten Träger abgeschieden werden, beispielsweise nach dem Aufbringen des Trägers in Form eines Überzugs auf den Carrier.
Die Katalysatorzusammensetzung ist geeignet zum Katalysieren einer chemischen Reaktion, die umfasst die Reduktion von Stickstoffoxid zu Stickstoff durch Inkontaktbringen des Stickstoffoxids mit dem Katalysator. Die Katalysatorzusammensetzung ist insbesondere geeignet zur Bekämpfung der Luftverschmutzung aus einem Motorabgas, das Stickstoffoxid, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe enthält, durch Inkontaktbringen des Abgases mit dem Katalysator. Die Katalysatorzusammensetzung kann für Verwendungszwecke verwendet werden, die ihrerseits konventionell sind. Der Motor ist vorzugsweise derjenige eines Fahrzeugs, insbesondere eines Automobils. Der Motor ist vorzugsweise ein Benzinmotor. Die Katalysatorzusammensetzung kann eng an den Motor angekoppelt sein oder sie kann vorzugsweise unter dem Boden des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Katalysatorzusammensetzung kann zusammen mit anderen Katalysatoren verwendet werden, beispielsweise kann sie als Unterflur-Katalysator in Kombination mit einem eng angekoppelten Katalysator verwendet werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1
Ein CeLa-stabilisiertes Zirkoniumoxid/Rh-Material wurde hergestellt durch Imprägnieren eines CeLa-stabilisierten Zirkoniumoxid-Materials mit einer wässrigen Lösung von Rh (NO₃)₃ unter Anwendung des Nassverfahrens bis zu einer Konzentration von 0,22 Gew.-% Rh. Das Nassverfahren ist ein bekanntes Verfahren, bei dem eine Probe des Materials, das imprägniert werden soll, mit einem steigenden Volumen Wasser in Kontakt gebracht wird, bis kein Wasser mehr absorbiert wird, um so das maximale Volumen zu bestimmen, welches das Material aufnehmen kann, und bei dem dann das zu imprägnierende Material mit diesem Volumen einer wässrigen Lösung des Imprägnierungsmittels in Kontakt gebracht wird. Das CeLa-stabilisierte Zirkoniumoxid-Material hatte die Zusammensetzung 4% La₂O₃, 20% CeO₂ und 76% ZrO₂. Eine Menge NiO wurde in Wasser bis zu einer Zusammensetzung mit einem Feststoffgehalt von etwa 4 Gew.-% aufgeschlämmt und nass gemahlen bis auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 6 μm Nachdem die NiO-Aufschlämmung nass gemahlen worden war, wurde das CeLa-stabilisierte Zirkoniumoxid/Rh zugegeben und die resultierende Aufschlämmung wurde weiter nass gemahlen bis zu einer mittleren Teilchengröße von etwa 5 μm unter Bildung einer Aufschlämmung (A) mit einer Feststoff-Zusammensetzung von etwa 65 Gew.-%. Getrennt davon wurde La-stabilisiertes Aluminiumoxid mit der Zusammensetzung 4 Gew.-% La₂O₃ und 96 Gew.-% Al₂O₃ in Wasser aufgeschlämmt bis zu einer Zusammensetzung von etwa 40 Gew.-% Feststoffen und dann nass gemahlen bis auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 μm zur Bildung einer Aufschlämmung (B). Die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) wurden in einem Gewichtsverhältnis (A) : (B) von 2,42 : 1, bezogen auf Feststoffe, miteinander gemischt und auf eine Feststoff-Zusammensetzung von etwa 50 Gew.-% eingestellt und in Form eines Überzugs auf einen konventionellen Cordierit-Waben-Monolithen mit 62 Löchern/cm² (400 Löchern/inch²) durch Eintauchen beschichtet. Nach dem Abblasen des überschüssigen Washcoats mit Druckluft wurde das beschichtete Substraten dann bei 60°C getrocknet und in einem Luftstrom bei 500°C calciniert.
Die Gesamtbeladung betrug 145 × 10^–3 g/cm³ (2,39 g/in³) bei einer Zusammensetzung von 29,21 Gew.-% La-stabilisiertes Aluminiumoxid, 66,87 Gew.-% CeLa-stabilisiertem Zirkoniumoxid, 3,77 Gew.-% NiO and 0,15 Gew.-% Rh. Der Katalysator umfasste somit Rhodium auf einem Träger, bestehend aus 76% Zirkoniumoxid, 20% Ceroxid und 4% Lanthanoxid, und er enthielt 97,6 × 10³ g/cm³ (1,60 g/in³) einer Gesamtmenge von Zirkoniumoxid und Seltenerdmetalloxid in dem Zirkoniumoxid plus Seltenerdmetalloxid-Träger.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Menge NiO wurde in Wasser aufgeschlämmt bis zu einer Zusammensetzung von etwa 4 Gew.-% Feststoffen und nass gemahlen bis auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 6 μm. Zu der resultierenden NiO-Aufschlämmung wurde Zr-stabilisiertes Ceroxid zugegeben, dann wurde weiter nass gemahlen auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 μm unter Bildung einer Aufschlämmung (A) mit einem Feststoff-Gehalt von etwa 65 Gew.-%. Das Zr-stabilisierte Ceroxid hatte die Zusammensetzung 58% CeO₂ und 42% ZrO₂. Getrennt davon wurde La-stabilisiertes Aluminiumoxid mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 in Wasser aufgeschlämmt bis zu einem Gehalt von etwa 40 Gew.-% Feststoffen, und dann nass gemahlen bis auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 μm unter Bildung einer Aufschlämmung (B). Die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) wurden in einem Gewichtsverhältnis A : B von 2,42 : 1, bezogen auf Feststoffe, miteinander gemischt und auf einen Feststoffgehalt von etwa 50 Gew.-% eingestellt und in Form eines Überzugs durch Eintauchen auf einen Monolithen aufgebracht, der mit dem in Beispiel 1 verwendeten identisch war. Nach dem Abblasen des überschüssen Washcoats mit Druckluft wurde das beschichtete Substrat dann bei 60°C getrocknet und in einem Luftstrom bei 500°C calci niert. Das resultierende beschichtete Substrat wurde unter Verwendung einer Pd(NO₃)₂ : Rh(NO₃)₃ : Nd(NO₃)₃-Lösung, die auch 150 g Citronensäure/l Citronensäure enthielt, mit PD : Rh : Nd imprägniert und dann erneut bei 60 °C getrocknet und in einem Luftstrom bei 500°C calciniert. Danach wurde das Substrat mit Barium imprägniert unter Bildung einer Bariumacetat-Lösung und wiederum bei 60°C getrocknet und in einem Luftstrom bei 500°C calciniert.
Die Gesamtbeladung betrug 186 × 10^–3 g/cm³ (3,05 g/in³) mit einer Zusammensetzung aus 23,0 Gew.-% Lastabilisiertem Aluminiumoxid, 52,5 Gew.-% Zr-stabilisiertem Ceroxid, 3,0 Gew.-% NiO, 7,0 Gew.-% Nd₂O₃, 13,4 Gew.-% BaO, 0,99 Gew.-% Pd und 0,11 Gew.-% Rh. Der Katalysator umfasste somit Rhodium auf einem Träger, bestehend aus 58% Ceroxid und 42% Zirkoniumoxid, und er enthielt insgesamt 97,6 × 10^–3 g/cm³ (1,60 g/in³) Cerdioxid und Seltenerdmetalloxid des Trägers aus Zirkoniumoxid plus Seltenerdmetalloxid. Dieser Katalysator ist ein im Handel erhältlicher TWC.
Vergleichsbeispiel 2
Das Vergleichsbeispiels 1 wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass kein Pd(NO₃)₂ verwendet wurde, sodass das Produkt kein Pd enthielt.
Die Gesamtbeladung betrug 183,7 × 10^–3 g/cm³ (3,01 g/in³) mit einer Zusammensetzung aus 23,19 Gew.-% La-stabilisiertem Aluminiumoxid, 53,10 Gew.-% Zr-stabilisiertem Ceroxid, 2,99 Gew.-% NiO, 6,98 Gew.-% Nd₂O₃, 13,62 Gew.-% BaO und 0,12 Gew.-% Rh. Der Katalysator umfasste somit Rhodium auf einem Träger, bestehend aus 58% Ceroxid und 42% Zirkoniumoxid, und enthielt 97,6 × 10^–3 g/cm³ (1,60 g/in³) Zirkoniumoxid und Seltenerdmetalleloxid des Trägers aus Zirkoniumoxid plus Seltenerdmetalloxid.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiele 3 und 4
Die in Beispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Katalysatoren wurden jeweils auf einem Motor-Dynamometer-Zyklus gealtert, der 100 000 Meilen Straßenalterung simulierte. Die Dauer des Zyklus betrug 120 h und die Katalysatortemperaturen lagen in dem Bereich von 850 bis 1000°C. Nach dieser Alterung wurde der Katalysator auf einem Testmotor-Dynamometer fixiert und es wurde der Prozentsatz der Umwandlungen von Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxid (NO_x) in dem Abgas bei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen bei einer Abgas-Temperatur am Katalysatoreinlass von 450°C bestimmt. Bei einem speziellen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (das nahe dem stöchiometrischen Verhältnis liegt) sind die Prozentsätze an CO- und NO_x Umwandlung gleich und dieser Umwandlungswert wird als CO/NO_x Schnittpunkt (COP) bezeichnet. Der COP für jeden Katalysator nach dem Altern ist in der Tabelle 1 zusammen mit dem HC-Wirkungsgrad des gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, bei dem der COP auftritt, angegeben. Die COP- und HC-Wirkungsgrade repräsentierten gemeinsam die TWC-Aktivität.
Tabelle 1 TWC-Aktivität nach 100 000 Meilen simulierter Alterung auf der Straße
Jeder der Katalysatoren enthielt im Wesentlichen die gleiche Menge Rh, aus der Tabelle ist jedoch zu ersehen, dass der Katalysator des Beispiels 1 CO- und NO_x Umwandlungsaktivitäten aufwies, die äquivalent zu denjenigen eines Standard-TWC waren, der zusätzlich eine signifikante Menge von teurem Edelmetall Pd enthielt. Daraus ist auch zu ersehen, dass das bloße Weglassen von Pd aus dem Standard-TWC zu einem drastischen Aktivitätsverlust führte.
Beispiel 3
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Rh-Konzentration in dem imprägnierten CeLa-stabilisierten Zirkoniumoxid 0,11 Gew.-% betrug und die Gesamtbeladung 286,8 × 10³ g/cm³ (4,70 g/in³) betrug bei einer Zusammensetzung aus 68,09 Gew.-% CeLa-stabilisiertem Zirkoniumoxid, 29,78 Gew.-% La-stabilisiertem Aluminiumoxid, 1,92 Gew.-% NiO und 0,076 Gew.-% Rh.
Beispiel 4
Der Katalysator des Beispiels 3 wurde nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren getestet und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Tabelle 2 TWC-Aktivität nach 100 000 Meilen similierter Alterung auf der Straße
Innerhalb der bei diesen Tests ermittelten Standard-Abweichungen sind die in der Tabelle 2 angegebenen Ergebnisse äquivalent zu denjenigen, wie sie für Beispiel 2 in der Tabelle 1 angegeben sind.

Claims

Drei-Wege-Katalysatorzusammensetzung, die auf einem ersten Träger, der frei von Platin und Palladium ist, Rhodium umfasst, wobei der erste Träger umfasst: (a) 52 bis 88% Zirkoniumdioxid und (b') 10 bis 40% Cerdioxid und (b'') 2 bis 8% Lanthanoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht von (a), (b') und (b''), wobei die Konzentration des Rhodiums auf dem ersten Träger 0,035 bis 0,35% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht von Rhodium und dem ersten Träger, der Katalysator 73 bis 244 × 10^–3 g·cm³ (1,2–4,0 g/inch³) einer Gesamtmenge von (a), (b') und (b'') enthält und (a), (b') und (b'') 90 bis 100 Gew.-% des ersten Trägers ausmachen.
Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1, worin der erste Träger anfasst: (a) 72 bis 82% Zirkoniumdioxid, (b') 15 bis 25% Cerdioxid und (b'') 3 bis 5% Lanthanoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht von (a), (b') und (b'').
Katalysatorzusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die 35,3 bis 882,9 g/m³ (1–25 g/ft³ Rhodium enthält.
Katalysatorzusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die außerdem ein H₂S unterdrückendes Material enthält.
Katalysatorzusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die außerdem ein teilchenförmiges Oxid enthält.
Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 5, in der das teilchenförmige Oxid ein gemischtes Oxid von Lantan und Aluminium ist.
Katalysatorzusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die außerdem Platin und/oder Palladium auf einem zweiten Träger umfasst.
Träger, der eine Katalysatorzusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch enthält, wobei der Träger ein wabenförmiger Monolith, ein Pellet-Bett oder ein Schaum ist.
Verfahren zum Katalysieren einer chemischen Reaktion, das die Reduktion von Stickstoffoxid zu Stickstoff umfasst, wobei das Verfahren umfasst das Inkontaktbringen des Stickstoffoxids mit einer Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung einer Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Reduktion von Stickstoffoxiden zu Stickstoff zur Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und/oder zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser, wobei die Stickstoffoxide, die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid in dem Abgas eines bei stöchiometrischen Bedingungen betriebenen Benzin-Verbrennungsmotors enthalten sind.
Abgassystem für einen Verbrennungsmotor, das eine Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einen Träger nach Anspruch 8 umfasst.
Verbrennungsmotor, der ein Abgassystem nach Anspruch 11 umfasst.
Motor nach Anspruch 12, bei dem es sich um einen Benzinmotor handelt.
Fahrzeug, das einen Motor nach Anspruch 12 oder 13 enthält.