BRPI1011478B1 - “catalisador purificador de gás de exaustão e método para a fabricação do mesmo” - Google Patents

Description

(54) Título: CATALISADOR PURIFICADOR DE GÁS DE EXAUSTÃO E MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DO MESMO (51) Int.CI.: B01J 23/63; B01D 53/94; B01J 23/58; B01J 23/656; B01J 23/89; B01J 35/02; F01N 3/10 (30) Prioridade Unionista: 04/03/2009 JP 2009-051071 (73) Titular(es): NISSAN MOTOR CO.,LTD (72) Inventor(es): KAZUYUKI SHIRATORI; KATSUO SUGA; MASANORI NAKAMURA; HIRONORI WAKAMATSU; HIROTO KIKUCHI; TETSURO NAITO; JUN IKEZAWA “CATALISADOR PURIFICADOR DE GÁS DE EXAUSTÃO E MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DO MESMO”

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um catalisador purificador de gás de exaustão adequadamente utilizado para purificar o gás de exaustão emitido de um motor de combustão interna, e um método para a fabricação do mesmo.

TÉCNICA ANTERIOR

Nos últimos anos, um catalisador de purificação do gás de exaustão em que partículas de metal nobre são suportadas em um veículo de óxido de metal têm sido amplamente utilizados, a fim de remover substâncias prejudiciais, tais como hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO) e óxido de nitrogênio (NOx) contidos nos gases de exaustão emitidos a partir de um motor de combustão interna. Um catalisador de purificação de gás de exaustão convencional contém uma grande quantidade de metal nobre, de modo a aumentar a durabilidade de partículas de metal nobre com relação às flutuações atmosféricas periféricas. Por outro lado, o uso de uma grande quantidade de metal nobre não é desejável em vista da proteção dos recursos do planeta.

Em consideração de tal problema, um catalisador foi descrito que contém metal de transição, como cério (Ce) para funcionar como um componente de armazenamento de oxigênio e manganês (Mn) para funcionar como um material de fornecimento de oxigênio ativo fornecido adjacente às partículas de metal nobre por uso de um método de impregnação (consultar a literatura patente 1). Este catalisador garante maior durabilidade das partículas do metal nobre, devido à prevenção de flutuações atmosféricas na periferia das partículas do metal nobre pelo metal de transição fornecido adjacente às partículas de metal nobre. Além disso, o catalisador purificador de gás de exaustão fabricado por tal método deverá ter maior atividade das partículas de metal nobre além da maior durabilidade das partículas de metal nobre.

LISTA DE CITAÇÕES

Literatura Patente 1: Publicação Não examinada de Patente Japonesa No. 2005000829

RESUMO DA INVENÇÃO

No entanto, em um catalisador purificador de gás de exaustão fabricado por um método de impregnação, partículas de metal nobre e partículas de metal de transição não são fornecidas em um estado de micropartícula mesmo se as partículas de metal nobre e as partículas de metal de transição entrem em contato entre si. Altemativamente, mesmo se as partículas de metais nobres e as partículas de metais de transição forem fornecidas em um estado de micropartícula, as partículas de metal nobre e as partículas de metal de transição não podem entrar em contato entre si, ou apenas uma pequena quantidade de partículas de metal nobre e as partículas de metais de transição podem entrar em contato entre si. Assim, uma melhoria em termos de durabilidade não é suficiente, uma vez que é difícil permitir que as partículas de metal de transição sejam fornecidas adjacentes às partículas de metal nobre, como pretendido.

A presente invenção foi feita tendo em vista tal problema convencional. É um objeto da presente invenção fornecer um catalisador purificador de gás de exaustão em que partículas de metal nobre e partículas de metal de transição são otimamente fornecidas mutuamente, de modo a aumentar a durabilidade e um desempenho de purificação, e para fornecer um método para a produção do catalisador.

Um catalisador purificador de gás de exaustão de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção inclui: partículas de metal nobre; partículas de metal nobre; um primeiro composto que suporta as partículas de metal nobre; e um segundo composto colocado em contato com as partículas de metal nobre e tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio, em que uma distância média entre o primeiro composto e o segundo composto está entre 5 nm e 300 nm.

Um método para a fabricação do catalisador purificador de gás de exaustão de acordo com o segundo aspecto da presente invenção inclui: pulverizar o primeiro composto e o segundo composto individualmente ou integralmente; e encerrar o primeiro composto e o segundo composto pulverizado com um precursor do composto terceiro simultaneamente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [Fig. 1] Fig. 1 é uma visão esquemática mostrando um catalisador de purificação de gás de exaustão de acordo com a modalidade da presente invenção. Fig. 1(a) é uma vista em perspectiva mostrando um catalisador purificador do gás de exaustão, Fig. 1(b) é uma visão esquemática parcialmente ampliada de um numeral de referência B na Fig. 1(a), e Fig. 1(c) é uma visão esquemática mostrando pó do catalisador.

[Fig. 2] Fig. 2 é uma micrografia mostrando uma distância entre um primeiro composto e um segundo composto em um pó de catalisador.

[Fig. 3]Fig. 3 é um gráfico que mostra uma relação entre uma distância entre um primeiro composto e um segundo composto, e a frequência do aparecimento.

[Fig. 4]Fig. 4 é um gráfico que mostra uma relação entre uma distância entre um primeiro composto e um segundo composto, e a frequência de aparecimento.

[Fig. 5] Fig. 5 é uma visão esquemática mostrando exemplos de pó de catalisador tendo diferentes graus de dispersão.

[Fig. 6] Fig. 6 é um gráfico que mostra uma relação entre o grau de dispersão e uma taxa de conversão de NOx.

[Fig. 7] Fig. 7 é um gráfico que mostra uma relação entre uma distância entre um primeiro composto e um segundo composto, e uma taxa de conversão de NOx.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

Uma descrição será feita abaixo em detalhes sobre a modalidade da presente invenção com referência aos desenhos. Observe que as razões dimensionais nos desenhos são exageradas por questão de conveniência de explicação, e podem ser diferentes as razões efetivas.

[Catalisador purificador de gás de exaustão]

Fig. 1 mostra um catalisador purificador de gás de exaustão (doravante também referido como um catalisador) de acordo com a modalidade da presente invenção. Como mostrado na Fig. 1(a), o catalisador purificador de gás de exaustão 1 inclui um substrato tipo favo de mel (um substrato inorgânico refratário) 2 tendo uma pluralidade de células 2a. O gás de exaustão passa pelas respectivas células 2a em uma direção F do fluxo de gás de exaustão, e entra em contato com uma camada de catalisador, de modo que o gás de exaustão é purificado.

O catalisador purificador do gás de exaustão 1 é fornecido com várias camadas catalisadoras 3 e 4 formadas na superfície interna do substrato 2 conforme mostrado na Fig. 1(b). As camadas de catalisador incluem pó de catalisador 5 contendo partículas de metal nobre 6, um primeiro composto 7 suportando as partículas de metal nobre 6, e um segundo composto 9 tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio e não colocado em contato com as partículas do metal nobre 6. Uma distância média entre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 está entre 5 nm e 300 nm. Observa-se que o primeiro composto 7 está em contato com as partículas do metal nobre 6 e tem o efeito de suprimir o movimento das partículas de metal nobre 6. Doravante, um composto tendo tal efeito é referido como um material de ancoragem.

Em geral a função extremamente importante para um catalisador purificador de gás de exaustão para um veículo é para fornecer suficientemente oxigênio ativo para as partículas de metal nobre, a fim de purificar o gás de exaustão. Portanto, um componente de armazenamento de oxigênio (material OSC), que é fornecido adjacente às partículas de metal nobre e funciona para absorver e liberar oxigênio ativo no momento das flutuações atmosféricas do gás de exaustão, é um material particularmente essencial para melhorar um desempenho de purificação do catalisador.

É necessário que o catalisador purificador do gás de exaustão ao qual o material OSC é adicionado tenha as seguintes três condições: (1) a quantidade do material OSC no catalisador (a quantidade de oxigênio adsorvido e liberado), (2) a velocidade de armazenamento e liberação de oxigênio do material OSC; e (3) a distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC, todas as quais sendo extremamente importantes. Em particular, a presente invenção está focada na condição (3) da distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC.

No caso de aumentar ou diminuir a quantidade do material OSC na condição (1), presume-se que há uma quantidade predeterminada ótima do material OSC. Ou seja, se a quantidade do material OSC no catalisador for insuficiente para a quantidade ótima, o oxigênio ativo não é fornecido suficientemente para as partículas de metal nobre no caso de uma atmosfera rica, por exemplo, no momento da aceleração. Como resultado, um desempenho para a purificação de HC e CO é diminuída. Por outro lado, se a quantidade de material OSC for excessiva para a quantidade ótima, oxigênio ativo que o material OSC absorve é excessivamente liberado no momento de uma grande mudança de uma atmosfera deficiente para uma atmosfera estequiométrica ou abundante, por exemplo, no momento da aceleração imediatamente após a desaceleração, ou injeção de combustível durante a desaceleração. Como resultado, um desempenho para a purificação de NOx é particularmente reduzido. Com base nessas razões, reconhece-se que há uma quantidade predeterminada ótima do material OSC no catalisador, e uma diminuição no desempenho catalítico pode ser causada por um aumento ou diminuição excessiva da quantidade do material OSC. A quantidade ótima do material OSC pode ser medida por testes. A quantidade do material OSC difere dependendo do tipo de metal nobre e a razão de metal nobre utilizada no catalisador; no entanto, a quantidade de material OSC é geralmente de 5 a 100 g/L em termos de conversão de CeO₂por volume do substrato. Além disso, a quantidade de armazenamento e liberação de oxigênio do material OSC pode ser obtida geralmente por análise termogravimétrica e térmica diferencial (TG-DTA) ou por uma medição de redução programada da temperatura (uma medida TPR). Por exemplo, de acordo com o método de medição por TPR, o material OSC é submetido ao pré-tratamento em uma atmosfera de oxigênio, a temperatura é aumentada em uma atmosfera redutora, como sob o fluxo de H₂, e H₂O ou CO₂ a ser liberado é quantificado, de modo que a quantidade de armazenamento e liberação de oxigênio é medida.

Assim, no caso de submeter o metal nobre à microparticulação para suportar o veículo, e otimamente determinar a quantidade de material OSC no catalisador, as partículas de metal nobre às quais a quantidade apropriada de oxigênio ativo é fornecida a partir do material OSC pode efetivamente utilizar o oxigênio ativo para a purificação do CO e HC e também a purificação NOx. Por outro lado, as partículas de metal nobre às quais a quantidade inapropriada de oxigênio ativo é fornecida podem não usar o oxigênio ativo de forma eficiente. Como resultado, preocupações acerca de purificação insuficiente de CO e HC, e também de purificação insuficiente de NOx pelas partículas de metal nobre podem ser levantadas.

Em vista de tal situação, a presente invenção é focada na condição (3) da distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC como descrito acima. Como a distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC é mais próxima, a eficiência de forne5 cimento de oxigênio ativo é aumentada quando nos casos de cada um dos quais têm a quantidade idêntica do material OSC no catalisador purificador de gás de exaustão são comparados. Portanto, o oxigênio ativo pode ser fornecido às partículas de metal nobre em um período muito mais curto de tempo no momento de flutuações atmosféricas. Assim, quando a distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC é próxima, o catalisador é considerado para garantir um efeito de uma melhoria de desempenho que é semelhante à melhoria da condição (2) de armazenamento de oxigênio e velocidade de liberação do material OSC, entre as três condições descritas acima.

Um método específico de colocar as partículas de metal nobre e o material OSC mais próximas entre si pode ser suportar as partículas de metal nobre no material OSC. No entanto, a estrutura na qual as partículas de metal nobre são suportadas no material OSC não é necessariamente apropriada por causa das seguintes razões. Primeiro, o material OSC tendo um armazenamento de oxigênio e capacidade de liberação geralmente causa uma grande diminuição na área superficial específica por causa de um crescimento de cristal sob uma atmosfera de gás de exaustão em temperatura elevada, em comparação com alumina ou similares conhecidos como um veículo para suportar as partículas de metal. Portanto, quando s partículas de metal nobre são suportadas no material OSC, um decréscimo na área superficial ativa tende a ser facilmente causado devido à agregação das partículas de metal nobre. Além disso, o ródio (Rh) tende a ter uma alta atividade catalítica em um estado de redução, e tende a ter uma atividade catalítica mais baixa em um elevado estado de oxidação. No caso em que tal metal nobre é suportado no material OSC, oxigênio ativo é fornecido principalmente na interface entre as partículas de metal nobre e o material OSC, e portanto, as partículas de metal nobre ficam em um estado de oxidação elevado. Como resultado, uma diminuição no desempenho catalítico é causada.

Por outro lado, se a estrutura na qual o metal nobre não é suportado diretamente no material OSC, o fornecimento de oxigênio ativo ao metal nobre é atrasado quando há uma grande distância entre o material OSC e o metal nobre. Como resultado, quando uma taxa de fluxo do gás de exaustão é rapidamente alterada durante a aceleração e similares, e uma atmosfera catalítica varia, uma reação de purificação pode não obedecer a mudança. Assim, um desempenho de purificação do catalisador é reduzido.

Em consideração aos assuntos conflitantes acima descritos, o objeto da presente invenção é prevenir uma diminuição na área superficial ativa por causa da agregação de partículas de metal nobre, evitar um estado de oxidação elevado das partículas de metal nobre e evitar um atraso no fornecimento de oxigênio ativo para as partículas de metal nobre, de modo a melhorar um desempenho de purificação do catalisador. Mais especificamente, um dos assuntos da presente invenção é ajustar uma distância média entre o primeiro composto que suporta as partículas de metal nobre e o segundo composto tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio entre 5 nm e 300 nm.Devido a tal configuração, a eficiência de fornecimento de oxigênio para o metal nobre é melhorada, e uma diminuição no desempenho catalítico devido a excesso de oxigênio é evitada.Quando a distância média é inferior a 5 nm, uma diminuição no desempenho de purificação pode ser causado por causa de um estado de oxidação elevado das partículas de metal nobre. Por outro lado, quando a distância média é maior do que 300 nm, o oxigênio não é suficientemente fornecido para as partículas de metal nobre, e como resultado, uma diminuição no desempenho de purificação pode ser causada. Um método para medir a distância entre o primeiro composto e o segundo composto será descrito abaixo.

Observe que a Publicação Internacional PCT W02007/52627 descreve o uso de cério como um primeiro composto. No entanto, esta publicação não descrever especificamente uma distância entre as partículas de metal nobre e um material OSC em pó de catalisador. Em geral, um material OSC é adicionado em uma camada catalisadora como outra partícula. Portanto, no caso de uso de tal método de adição no catalisador descrito na publicação acima mencionada, a distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC ajustada para 300 nm ou menos como no caso da presente invenção não é necessariamente apropriada. Isto porque, a fim de ajustar a distância para 300 nm ou menos usando um método de adição de um material OSC separadamente em uma camada de catalisador, o pó que suporta as partículas de metal nobre e as partículas de material OSC são ambos necessários que sejam pulverizados para terem um tamanho de 300 nm e, em seguida, aplicados para obter uma camada de revestimento. No entanto, quando a camada catalisadora é formada a partir de tal matéria-prima finamente pulverizada, um desempenho de difusão de gás tende a ser facilmente diminuído, uma vez que um volume de poros finos na camada catalisadora fornecida a partir dos intervalos entre as partículas é reduzido. Além disso, uma diminuição no desempenho da camada catalisadora pode ser causada, uma vez que a esfoliação da camada catalisadora é facilmente causada. Na presente invenção, no entanto, o material OSC (o segundo composto) contidos além do primeiro composto suportando as partículas de metal nobre é fornecido no pó catalisador. Portanto, a distância entre as partículas de metal nobre e o material OSC pode ajustada até a faixa de 5 nm e 300 nm, sem causar problemas com relação ao desempenho de difusão de gás no momento da formação da camada de catalisador, e esfoliação da camada catalisadora.

O pó catalizador 5 mostrado na Figura 1(c) inclui, além do primeiro composto 7 em contato com as partículas do metal nobre 6 e o segundo composto 9, um terceiro composto (um material de inclusão) 10, que encerra tanto o primeiro composto 7 quanto o segundo composto 9, e separa o primeiro composto 7 do segundo composto 9. Além disso, o pó catalisador 5 inclui unidades catalisadorasl 1 contendo as partículas de metal nobre 6 e partículas secundárias do primeiro composto 7, e unidades promotoras12 contendo partículas se7 cundárias do segundo composto 9, e as respectivas unidades são encerradas nas regiões divididas pelo terceiro composto 10. Deve ser observado que o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 podem ser fornecidos como partículas primárias nas regiões divididas pelo terceiro composto 10.

Uma vez que o terceiro composto 10 encerra ao mesmo tempo o primeiro composto 7 como um material de âncora e o segundo composto 9 como um material OSC, esta estrutura catalítica pode ser mantida mesmo após um ensaio de durabilidade. Além disso, uma vez que a agregação mútua e o contato do primeiro composto 7 suportando as partículas de metal nobre 6 com o segundo composto 9 como um material OSC são evitados devido ao terceiro composto 10, um catalisador de alto desempenho pode ser mantido mesmo após um ensaio de durabilidade.

O pó do catalisador 5 será explicado mais especifícamente. No pó do catalisadorõ, as partículas de metal nobre 6 e as partículas do primeiro composto 7 entram em contato entre si, e as partículas de metal nobre 6 e o primeiro composto 7 são quimicamente unidas, de modo que o movimento das partículas de metal nobre 6 é evitado.Além disso, a periferia do primeiro composto 7 em que as partículas de metal nobre 6 são suportadas é coberta e encerrada com o terceiro composto 10, de modo que o movimento das partículas de metal nobre 6 além da seção dividida pelo terceiro composto 10 seja fisicamente suprimido.A saber, o terceiro composto 10 que funciona como um membro de divisão pode evitar que as partículas de metal nobre 6 mudem para a fase de vapor por causa da oxidação, e se movam para agregar com as partículas de metal nobre adjacentes. Além disso, uma vez que o primeiro composto 7 é encerrado na seção dividida pelo terceiro composto 10, um contato e agregação mútuo dos respectivos primeiros compostos 7 além da seção particionada pelo terceiro composto 10 são evitados. Assim, não apenas a agregação do primeiro composto 7, mas também a agregação das partículas do metal nobre 6 suportadas no primeiro composto 7 pode ser prevenida.

Além disso, a periferia do segundo composto 9 tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio também é coberta e encerrada com o terceiro composto 10, de modo que um movimento físico do segundo composto 9 seja evitado. Ou seja, uma vez que o segundo composto 9 é encerrado na seção dividida pelo terceiro composto 10, um contato mútuo e agregação dos segundos compostos respectivos 9 além da seção dividida pelo terceiro composto é suprimido, de modo que uma diminuição na área superficial específica possa ser evitada.

Note-se que o terceiro componente 10 usado no pó catalisador 5 não cobrir completamente as periferias do primeiro composto 7 e o segundo composto 9. Em outras palavras, o terceiro composto 10 tem poros finos com um tamanho suficiente para permitir que o gás de exaustão e o oxigênio ativo passem por ele, enquanto cobre-se o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 suficientemente para prevenir um movimento físico dos compostos respectivos. Mais especificamente, como mostrado na Fig. 1 (c),enquanto o terceiro composto 10 cobre adequadamente o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 e evitar a agregação das partículas do compostos respectivos, o terceiro composto 10 tendo uma pluralidade de poros finos 10a permite que o gás de exaustão e oxigênio ativo passem através dos poros finos 10a. Deste modo, um diâmetro de poro fino médio 10 é de preferência menor do que o diâmetro de partícula médio do primeiro composto 7 e o segundo composto 9. Em particular, o diâmetro do poro fino médio dos poros finos 10a é de preferência de 30 nm ou menos, mais preferivelmente entre 10 nm e 30 nm. Este diâmetro de pó fino pode ser obtido pelo método de adsorção de gás.

A Publicação Internacional PCT acima mencionada WO2007/52627 descreve um catalisador purificador de gás de exaustão incluindo partículas de metais nobres, um primeiro composto (um material âncora) suportando as partículas de metal nobre, e um segundo composto (um material de inclusão) encerrando as partículas de metal nobre e o primeiro composto. Devido a tal estrutura catalítica, as partículas de metal nobre são controladas para manter o diâmetro de aproximadamente 10 nm mesmo após um teste de durabilidade, e uma área superficial específica das partículas de metal nobre é aumentada com sucesso. No entanto, o gás de exaustão pode não facilmente entrar em contato com sítios ativos por causa da estrutura em que as partículas de metal nobre como sítios ativos e o material âncora são cobertos com o material de inclusão. Da mesma forma, o oxigênio ativo gerado pelo material OSC fornecidos na camada catalisadora, mas ainda fora do pó catalisador, não entra facilmente em contato com os sítios ativos, bem como o gás de exaustão.

Com relação a este assunto, a quantidade de oxigênio ativo pode ser aumentada quando a quantidade do material OSC a ser adicionado na camada catalisadora é aumentado. Entretanto, no caso em que uma grande quantidade do material OSC é adicionada e o oxigênio é liberado em excesso, a atmosfera no catalisador está mais para pobre, mesmo quando, por exemplo, gases de exaustão de um motor de combustão interna são ajustados até uma atmosfera entre uma condição rica e uma condição estequiométrica. Como resultado, há problemas de uma redução na taxa de conversão de NOx, e um fornecimento excessivo e combustível ao motor, porque um sensor A/F ou um sensor de O₂ fornecido à jusante do catalisador efetua a retroalimentação inadequadamente. No momento de parar o fornecimento de combustível, por exemplo, no momento da desaceleração, a atmosfera do gás de exaustão é pobre. A fim de evitar uma diminuição na taxa de purificação de NOx sob a atmosfera pobre, um controle para a reação entre HC e NOx no combustível (solução rica) por injeção de combustível por um curto período de tempo pode ser realizada. No entanto, quando a quantidade do material OSC é fornecida em excesso, HC derivado da solução rica e de oxigênio ativo liberado a partir do material OSC reagem nos sítios ativos. Assim, uma diminuição na taxa de purificação NOx pode não ser resolvida. Portanto, o oxigênio é necessário para ser fornecido aos sítios ativos apropriadamente sem um aumento da quantidade total do material OSC na camada catalisadora.

Um dos métodos de fornecimento de oxigênio ativo aos sítios ativos sem aumentar a quantidade total do material OSC na camada catalisadora é aplicar o material OSC com uma capacidade de armazenamento de oxigênio ao material âncora que suporta partículas de metal nobre. No entanto, na interface entre as partículas de metal nobre e o material OSC, a oxidação das partículas de metais nobres é facilmente promovida por causa do fornecimento de oxigênio ativo para as partículas de metal nobre.

Por outro lado, de acordo com a presente invenção, o primeiro composto e o segundo composto são fornecidos no mesmo pó catalisador de tal maneira que a distância média entre o primeiro composto suportando as partículas de metal nobre e o segundo composto tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio é ajustada até uma distância predeterminada. Portanto, o oxigênio ativo liberado a partir do material OSC pode ser efetivamente fornecido para os sítios ativos. Assim, um alto desempenho de purificação de catalisador pode ser alcançado mesmo em uma taxa de fluxo rápida de gás de exaustão e sob flutuações atmosféricas, por exemplo, no momento da aceleração. Ao mesmo tempo, uma diminuição na atividade devido à alta oxidação das partículas de metal nobre pode ser evitada.

Como descrito acima, no pó catalisador 5, uma vez que o primeiro composto 7 entra em contato com as partículas do metal nobre 6, de modo a estarem quimicamente unidas, um movimento das partículas do metal nobre 6 é evitado. Além disso, uma vez que o terceiro composto 10 encerra as periferias do primeiro composto 7 em contato com as partículas do metal nobre 6 e o segundo composto 9, um movimento das partículas do metal nobre 6 é fisicamente impedido. De acordo com estes elementos, o catalisador purificador de gás de exaustão 1 da presente invenção pode evitar uma diminuição na atividade catalítica devido à agregação das partículas de metal nobre 6 sem aumentar o custo de fabricação e a carga ambiental.

Uma medida da distância entre o primeiro composto e o segundo composto no pó catalisador pode ser realizada de acordo com as seguintes etapas:

(1) Análise TEM-EDX ou análise HAADF-STEM do pó catalisador;

(2) uma extração de contorno do primeiro composto e o segundo composto a partir das imagens;

(3) definição da aproximação circular e cada ponto central das áreas de superfície com base nos contornos extraídos; e (4) detecção dos os pontos centrais mais próximos e medição da distância.

O método da medição da distância não se limita ao método acima descrito, e pode ser qualquer método contanto que a objetivação e repetibilidade possam ser assegurados.

(1) Análise TEM-EDX ou análise HAADF do pó catalisador

O pó catalisador é submetido ao tratamento de fixação usando a resina epóxi, seguido de tratamento de cura. Posteriormente, uma peça ultrafina é formada pelo uso de um ultramicrótomo. Usando a peça ultrafina assim obtida, o pó catalisador é observado por um microscópio eletrônico de transmissão (TEM), ou por HAADF-STEM (microscopia eletrônica de detector anular de campo escuro de alto ângulo no modo varredura por transmissão), de modo a discriminar entre um primeiro composto, um segundo composto e também um terceiro composto. Mais especificamente, considerando as condições de análise, no caso do uso de TEM-EDX, as imagens obtidas estão focados nas áreas de contraste (sombreadas) primeiro. A seguir, espécies elementares das áreas são analisadas e confirmadas, de modo a identificar partículas de composto incluindo os elementos.

Embora as espécies elementares do primeiro composto e o segundo composto possam se sobrepor entre si, o primeiro composto suportando metal nobre é distinguível do segundo composto por detecção da presença ou ausência de espécies de metal nobre usando EDX (analisador de raio-Χ por energia dispersiva). No entanto, quando um diâmetro de partícula de metal nobre é menor que um diâmetro de feixe de raio-Χ do EDX, o metal nobre pode não ser detectado. Nesse caso, quando o primeiro composto e o segundo composto contêm cério (Ce) ou praseodímio (Pr) como um material OSC, é preferível discriminar entre o primeiro composto e o segundo composto comparando os conteúdos de Ce ou Pr no primeiro composto e o segundo composto com a razão de intensidade detectada de Ce ou Pr, que são preliminarmente obtidos durante a fase de preparação. No caso das imagens HAADF-STEM, a discriminação pode ser realizada de acordo com contrastes.

Extração de contorno do primeiro composto e do segundo composto a partir das imagens

A extração de contorno do primeiro composto e do segundo composto é realizada utilizando as imagens obtidas na análise (1) descrita acima. A extração pode ser realizada automaticamente pelos contrastes usando software de processamento de imagem. Alternativamente, a extração pode ser realizada manualmente por transcrição das imagens em folhas OHP ou similares.

(3) Definição da aproximação circular e cada ponto central de áreas de superfície com base nos contornos extraídos e (4) detecção do ponto central mais próximo e medição da distância

As etapas (3) e (4) podem ser realizadas usando software de processamento de imagem comercialmente disponível. Isto é, as áreas do primeiro composto e o segundo composto são calculadas de acordo com os contornos extraídos, e círculos tendo as mesmas áreas que o primeiro composto e o segundo composto são presumidas. Então, o se11 gundo composto mais próximo de um primeiro composto específico é detectado, e a distância entre os respectivos centros dos círculos é medida. Assim, a distância entre as partículas pode ser obtida.

Com relação à distância entre o primeiro composto e o segundo composto, quando o primeiro composto e o segundo composto são partículas primária, uma distância entre as partículas primárias respectivas é a distância entre as partículas descritas acima. Quando o primeiro composto e o segundo composto são partículas secundárias, uma distância entre a unidade catalisadora 11 composta das partículas do metal nobre 6 e partículas secundárias, incluindo o primeiro composto 7, e a unidade promotora 12 composta de partículas secundárias do segundo composto 9 é a distância entre as partículas.

No pó catalisador, no caso em que o primeiro composto e o segundo composto são encerrados com o terceiro composto, o diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto e do segundo composto é entre 5 nm e 300 nm, e o grau de dispersão descrito abaixo é de 40% ou mais, o primeiro composto e o segundo composto podem ser considerados como sendo uniformemente dispersos mutuamente. Em outras palavras, é fisicamente difícil preparar o pó catalisador em que o primeiro composto e o segundo composto são uniformemente dispersos propositalmente sob as condições acima descritas. Portanto, em tal caso, a discriminação rigorosa entre o primeiro composto e o segundo composto no pó catalisador total pode ser omitida.

Fig. 2 mostra um exemplo das fotografias TEM-EDX do pó catalisador. Na medição da distância entre as partículas, a fotografia obtida com o TEM-EDX é primeiro submetida ao processamento de imagem, como mostrado na Fig. 2, de modo a extrair os contornos das respectivas partículas do primeiro composto 7 e do segundo composto 9. A seguir, as áreas superfícies das respectivas partículas são calculadas, e círculos tendo as mesmas áreas que as partículas respectivas são presumidos. A seguir, o segundo composto 9 mais próximo do primeiro composto específico 7 é detectado, e a distância entre os respectivos centros de círculos é medida. Observe que, na Fig. 2, a linha que conecta o primeiro composto 7 ao segundo composto 9 é indicada por uma linha sólida, e a linha que conecta os respectivos primeiros compostos 7 ou a linha que conecta os respectivos segundos compostos 9 é indicada por uma linha tracejada.

Fig. 3 é um gráfico que mostra a distância entre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 obtido como descrito acima, como um eixo horizontal, e apresentando a frequência de aparecimento como um eixo vertical.No catalisador de acordo com a presente invenção, a distância entre o material âncora (o primeiro composto) e o material OSC (o segundo composto) é menor do que em um catalisador convencional.Portanto, o catalisador da presente invenção pode garantir um fornecimento suficiente de oxigênio ativo às partículas de metal nobre e exercer um desempenho de purificação excelente com um catalisador convencional.

Observe que é preferível que a razão da quantidade do componente de armazenamento de oxigênio contido no primeiro composto e a quantidade do componente de armazenamento de oxigênio contido no segundo composto satisfaça a seguinte fórmula matemática (1)· [Matemática 1]

Quantidade de componente de armazenamento de oxigênio contido no segundo composto (mol) _> -j.)

Quantidade de componente de armazenamento de oxigênio contido no primeiro composto (mol)

Em geral, no caso em que partículas de metal nobre das quais um desempenho catalítico é intensificado em uma condição de redução, como ródio, são suportadas em um primeiro composto, quando o primeiro composto contém uma grande quantidade de um material OSC, as partículas de metal nobre ficam em um estado de oxidação maior por causa do oxigênio ativo no material OSC. Como resultado, uma diminuição no desempenho das partículas do metal nobre pode ser causada. Por outro lado, no caso em que o material OSC está contido no segundo composto, e a distância média entre o primeiro composto e o segundo composto é ajustada para 5 nm a 300 nm, um estado de redução das partículas do metal nobre pode ser mantido enquanto o oxigênio ativo é suficientemente fornecido para as partículas de metal nobre. Observe que o catalisador da presente invenção não se limita ao caso em que o primeiro composto não contém o material OSC, e o primeiro composto pode conter uma pequena quantidade de material OSC. Além disso, quando as quantidades do material OSC no primeiro composto e no segundo composto são ajustadas de forma a satisfazer a fórmula matemática (1), a degradação das partículas do metal nobre causada pela oxidação pode ser evitada, enquanto a quantidade de oxigênio ativo é suficientemente garantida. Aqui, quando uma razão molar da quantidade do material OSC no segundo composto em relação àquela no primeiro composto é de 1,5 ou menos, a quantidade do material OSC no primeiro composto é relativamente maior. Como resultado, uma promoção da oxidação e uma diminuição no desempenho das partículas do metal nobre podem ser causadas.

No catalisador de acordo com a presente invenção, um diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto é de preferência de 300 nm ou menos, e um diâmetro médio das partículas secundárias do segundo composto é de preferência de 1000 nm ou menos. Quando o diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto é maior do que 300 nm, uma função como um material âncora fixando as partículas de metal nobre finas pode ser diminuída rapidamente. Além disso, quando o diâmetro médio das partículas secundárias do segundo composto é maior do que 1000 nm, é difícil encerrar o primeiro composto e o segundo composto simultaneamente com o terceiro composto. Na presente invenção, no entanto, uma vez que o diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto é de 300 nm ou menos, e o diâmetro médio das partículas secundárias do segun13 do composto é de 1000 nm ou menos, oxigênio ativo pode ser fornecido às partículas de metal nobre, enquanto um estado de redução das partículas do metal nobre é mantido.

O diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto é mais preferivelmente de 200 nm ou menos. Devido a tal configuração, a agregação das partículas de metal nobre é adicionalmente suprimida, uma vez que a quantidade das partículas de metal nobre suportadas nas partículas secundárias do primeiro composto é adicionalmente reduzida. Além disso, o diâmetro médio das partículas secundárias do segundo composto é mais preferivelmente de 300 nm ou menos. Assim, uma taxa de fornecimento de oxigênio é melhorada e um desempenho catalítico é intensificado, uma vez que a área superficial do segundo composto é significativamente aumentada.

Os diâmetros médios respectivos das partículas secundárias do primeiro composto e o segundo composto podem ser obtidos através da análise de pasta fluida contendo as partículas respectivos durante a preparação do pó catalisador usando um analisador de distribuição de tamanho de partícula de difração a laser. Observe que o diâmetro médio das partículas secundárias neste caso é um diâmetro médio (D50). Alternativamente, o diâmetro médio das partículas secundárias dos compostos respectivos pode ser medido a partir de fotografias TEM do pó catalisador preparado.

No catalisador de acordo com a presente invenção, um diâmetro de partícula médio do pó de catalisador 5 é preferivelmente de 6 pm ou menos. Este diâmetro de partícula médio do pó catalisador é um diâmetro de partícula do pó catalisador 5 obtidos no caso em que as superfícies das paredes internas dos furos de passagem do substrato inorgânico refratário tipo favo de mel 2 são revestidas com o pó catalisador. Quando o diâmetro de partícula médio do pó catalisador 5 é maior do que 6 pm, uma distância da periferia para o núcleo do pó catalisador é aumentada, e um desempenho de difusão de gás em direção ao núcleo do pó é significativamente reduzido. Como resultado, um desempenho de purificação pode ser diminuído. Além disso, quando o diâmetro de partícula médio é maior do que 6pm, a esfoliação ou irregularidade do pó catalisador no momento do revestimento no substrato tipo favo de mel tende a ser facilmente causado. O diâmetro de partícula médio do pó catalisador 5 está mais preferivelmente dentro de uma faixa de 1 pm a 4 pm, de modo que intervalos adequados são formados no pó e a esfoliação possa ser evitada.

Além disso, o pó catalisador 5 preferivelmente tem 40% ou mais do grau de dispersão do primeiro composto 7 e do segundo composto 9 no pó catalisador. O grau de dispersão pode ser obtido de acordo com a seguinte fórmula matemática (2).

[Fórmula Matemática 2]

Grau de dispersão (%) = 100- ^σ^^ηη1^ x 100 ...(2)

Av.(nm)

Na fórmula, “σ” representa um desvio padrão de uma distribuição da distância entre o primeiro composto e o segundo composto no pó catalisador. “Av.” representa uma distância média entre o primeiro composto e o segundo composto 9 no pó catalisador 5.

Fig. 4 é um gráfico que mostra uma relação entre a distância entre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 no pó catalisador 5, e a frequência de aparecimento da distância. Conforme mostrado na Fig. 4, no gráfico do resultado da medição da distância entre o primeiro composto e o segundo composto, quando se considera que uma distribuição de frequência é uma distribuição normal, o grau de dispersão é expresso como uma probabilidade da presença de uma amostra arbitrária dentro da faixa de σ. Observe que a frase “σ representa um desvio padrão” significa que 68,26% das distâncias entre os primeiros compostos 7 e os segundos compostos 9 são distribuídas dentro da faixa de uma distância média Av (nm) ± σ (nm).

Fig. 5 mostra uma visão esquemática de um exemplo de pó de catalisador cujo grau de dispersão é alto (Fig. 5(a)), e uma visão esquemática de um exemplo de pó catalisador do qual o grau de dispersão é baixo (Fig. 5(b)). Se todas as distâncias entre os primeiros compostos e os segundos compostos puder ser igual, o grau de dispersão do catalisador de cerca de 100% (isto significa que a dispersão das distâncias é 0). Quando a dispersão das distâncias é grande, o grau de dispersão do catalisador é mais próximo de 0%. A saber, quando todas as distâncias entre os primeiros compostos e os segundos compostos são geometricamente iguais, σ é 0 e o grau de dispersão é 100%.

Como descrito acima, o grau de dispersão definido como tal é, de preferência, de 40% ou mais. Quando o grau de dispersão é de 40% ou mais, uma distância suficiente entre as partículas respectivas é garantida, e a irregularidade é diminuída até um nível baixo. Como resultado, a agregação entre os compostos após um teste de durabilidade é evitada.

Este grau de dispersão é mutuamente relacionado com o nível de agregação do primeiro composto e o segundo composto imediatamente antes da secagem da pasta fluida, em que o primeiro composto, o segundo composto e o precursor do terceiro composto são misturados. Uma vez que o nível de agregação é dependente de uma força de agitação da pasta fluida, o grau de dispersão pode ser melhorado quando a pasta fluida é intensamente agitada.

O primeiro composto 7 pode conter pelo menos um componente principal selecionado do grupo consistindo de óxido de alumínio (AI₂O₃), óxido de cério (CeO₂), óxido de zircônio (ZrO₂), óxido de ítrio (Y₂O₃) e óxido de neodímio (Nd₂O₃). Dentre estes, as partículas do primeiro composto 7 preferivelmente contêm AI₂O₃ ou ZrO₂ como um componente principal, uma vez que AI₂O₃ e ZrO₂ têm excelente resistência a altas temperaturas e podem manter uma elevada área superficial específica. Na presente descrição, o componente principal é um componente do qual o conteúdo nas partículas é de 50% em átomo ou mais.

O segundo composto 9 preferivelmente contém pelo menos um dentre cério (Ce) e praseodímio (Pr) que têm um armazenamento de oxigênio e capacidade de liberação. Particularmente, o segundo composto preferivelmente contém um composto como um componente principal tendo um alto armazenamento de oxigênio e capacidade de liberação, como o óxido de cério (CeO₂) e óxido de praseodímio (Pr₆On). Tanto Ce quanto Pr são materiais que constituem os óxidos multivalentes, têm um número de oxidação variável por causa de flutuações atmosféricas dos gases de escape, e podem armazenar e liberar oxigênio ativo.

Como as partículas de metal nobre 6, pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste de platina (Pt), paládio (Pd), ródio (Rh), ouro (Au), prata (Ag), irídio (Ir) e rutênio (Ru) pode ser usado. Entre estes, particularmente platina (Pt), paládio (Pd) e ródio (Rh) podem exercer um alto desempenho de purificação NOx.

O pó catalisador 5 é particularmente preferivelmente um óxido em que as partículas de metal nobre 6 são ródio (Rh) e o primeiro composto 7 contém, pelo menos, zircônio (Zr). Um desempenho catalítico de Rh tende a ser facilmente diminuído em um alto estado de oxidação. No entanto, a alta oxidação e agregação de Rh podem ser suprimidas por um ajuste adequado da distância entre o primeiro composto e o segundo composto.

A alta oxidação de Rh pode ser medida de acordo com a análise de energia de ligação pelo uso de espectroscopia de fotoelétrons de raio-X (XPS). Em geral, sabe-se que a energia de ligação do orbital 3d5 de Rh é de 307,2 eV em um estado metálico, e é de aproximadamente 310,2 eV em um alto estado de oxidação. Quando um óxido tal como AI₂O₃e ZrO₂ é usado como um material âncora, a energia de ligação do orbital de Rh é preferencialmente de 308,8 eV ou menos,uma vez que uma diminuição no desempenho catalítico é causada quando a energia de ligação do orbital 3d5 é de 308,8 eV ou mais. A energia de ligação do orbital 3ds de Ph pode ser ajustada para 308,8 eV ou menos por um ajuste adequado da distância entre o primeiro composto e o segundo composto. No momento da medição da energia de ligação, uma correção de carga é geralmente efetuada usando um certo elemento, e a energia de ligação de um elemento com um grande conteúdo é corrigido com relação a um valor da literatura. Por exemplo, o hidrocarboneto contido na névoa de óleo ou similar derivado de uma bomba manter um espectrômetro de fotoelétrons de raio-X em um estado de vácuo é usado, e um pico C1s deste hidrocarboneto é comparado com um valor da literatura, de modo a realizar a correção.

Como descrito acima, quando as partículas de metal nobre 6 são ródio, o primeiro composto 7 é de preferência um óxido contendo zircônio como componente principal. No caso em que o primeiro composto 7 é um óxido contendo alumina como componente principal, ródio e alumina formam uma solução sólida, e ródio é submetido à elevada oxidação. Como resultado, a atividade catalítica pode ser diminuída. Por outro lado, no caso de um óxido contendo Zr, mais preferivelmente no caso de um óxido contendo 50% ou mais de Zr no primeiro composto em termos de% de átomo, a alta oxidação e agregação de Rh pode ser suprimida. Exemplos de tal óxido contendo Zr como componente principal incluem zircônia (ZrO₂) e zircônia contendo lantânio (Zr-La-O_x) e zircônia contendo lantânio-cério (Zr-LaCe-Οχ).

Quando o catalisador da presente invenção inclui o terceiro composto, o terceiro composto 10 contém pelo menos um de alumínio (Al) e silício (Si). O terceiro composto de é preferivelmente feito de um material que pode encerrar o primeiro composto e o segundo composto, e também assegurar a permeabilidade a gás. Em relação a tal material, um composto contendo pelo menos um dentre Al e Si, tal como alumina (AI₂O₃) e sílica (SiO₂) tem um grande volume de poros finos, e pode assegurar alta permeabilidade a gás. O terceiro composto pode ser um composto compósito (um óxido composto) de Al e Si.

O terceiro composto 10 tem uma pluralidade de poros finos 10a tendo um tamanho suficiente para permitir que o gás de exaustão e oxigênio ativo passem através deles, conforme descrito acima, enquanto o terceiro composto 10 cobre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 suficientemente para impedir um movimento físico dos compostos respectivos. Como o terceiro composto 10, alumina ou sílica podem ser usados. Quando o terceiro composto 10 contém alumina, é preferível usar boemita (AIOOH) como um precursor. Ou seja, o primeiro composto 7 suportando as partículas de metal nobre 6 e o segundo composto 9 são adicionados à pasta fluida obtida de tal maneira que boemita é dispersa em um solvente como água, e a seguir agitado. Assim, a boemita adere às periferias do primeiro composto 7 e o segundo composto 9. Posteriormente, a pasta fluida misturada é seca e aquecida, de modo que boemita é desidratada e condensada nas periferias do primeiro comI posto 7 e do segundo composto9. Assim, o terceiro composto contendo alumina derivado de boemita (por exemplo,γ-alumina) é formado. O terceiro composto assim obtido contendo alumina derivado de boemita tem excelente permeabilidade ao gás, enquanto cobre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9, uma vez que o terceiro composto tem um grande número de poros finos tendo um tamanho de 30 nm ou menos.

Da mesma forma, quando o terceiro composto contém sílica, solução de sílica e zeólito são usados como um precursor. Isto é, o primeiro composto 7 suportando as partículas de metal nobre 6 e o segundo composto 9 são adicionados à pasta fluida obtida de tal maneira que a solução de sílica e zeólito são dispersos em um solvente, e depois agitados, seguido de secagem e cozimento. Assim, o terceiro composto contendo sílica é formado. O terceiro composto assim obtido contendo sílica derivado de solução de sílica e zeólito também tem excelente permeabilidade ao gás enquanto cobre o primeiro composto 7 e o segundo composto 9, uma vez que o terceiro composto tem um grande número de poros finos com um tamanho de 30 nm ou menos.

Pelo menos um dentre o primeiro composto e o segundo composto é preferivelmente um óxido contendo ainda pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de ferro (Fe), manganês (Mn), cobalto (Co) e níquel (Ni). Ou seja, como descrito acima, o primeiro composto 7 contém aiumina e zircônia como um componente principal, e o segundo composto 9 contém óxido de cério e óxido de praseodímio como um componente principal. Além disso, pelo menos um dentre o primeiro composto e o segundo composto de preferência contém o metal de transição descrito acima, como um aditivo. Quando pelo menos um metal de transição está contido em pelo menos um destes compostos, uma atividade catalítica, especialmente uma taxa de purificação de CO e NOx pode ser melhorada devido ao oxigênio ativo contido no metal de transição.

Além disso, pelo menos um dentre o primeiro composto e o segundo composto de preferência contém ainda pelo menos um material adsorvedor de NOx selecionado do grupo que consiste de bário (Ba), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr) e sódio (Na). Um composto que contém tal elemento funciona como um material adsorvedor de Nox. Portanto, quando pelo menos um dentre o primeiro composto e o segundo composto contém um material adsovedor de NOx, o desempenho de purificação de NOx é melhorado. Isso ocorre porque a reação de adsorção de NOx tem alta sensibilidade ao contato com gás. O catalisador contendo tal material adsovedor de NOx é preferencialmente utilizado como um catalisador para um motor de queimação insuficiente em que uma grande quantidade de NOx é gerada ao invés de um motor em que a combustão do combustível é realizada em uma razão ar-combustível quase estequiométrica.

No caso em que o catalisador de acordo com a presente invenção é utilizado para a purificação do gás de exaustão para um veículo real, o pó catalisador 5 é aplicado à superfície interna do substrato inorgânico refratário 2, como mostrado na Fig. 1, e então o substrato inorgânico refratário 2 é instalado em um caminho de fluxo do gás de exaustão de um motor de combustão interna. A camada de catalisador aplicada ao substrato inorgânico refratário pode ser composta de várias camadas tendo composições de componentes diferentes. Quando as várias camadas de catalisador 3 e 4 são formadas no substrato inorgânico refratário, pelo menos uma dentre as camadas de catalisador 3 e 4 podem conter o pó catalisador 5.

[Método para a fabricação de catalisador purificador de gás de exaustão]

A seguir está descrita uma explicação de um método para a fabricação do catalisador de purificação de gás de exaustão de acordo com a presente invenção. No catalisador purificado de gás de exaustão de acordo com a presente invenção, as partículas de metal nobre, o primeiro composto e o segundo composto, e o terceiro composto, se necessário, são preliminarmente preparados. O pó de catalisador é então obtido de acordo com o processo incluindo a etapa de suportar as partículas de metal nobre no primeiro composto, e a etapa de misturar o primeiro composto suportando as partículas de metal nobre com o segundo composto. Quando o catalisador inclui o terceiro composto, o primeiro composto su18 portando as partículas de metal nobre e o segundo composto são misturados primeiro, seguido pela adição do terceiro composto a isto, de modo a obter o pó catalisador.

Mais preferivelmente, o processo de obtenção do pó catalisador inclui ainda a etapa de pulverização do primeiro composto e o segundo composto integralmente ou individualmente, a seguir encerrando o primeiro composto e o segundo composto após pulverização simultaneamente com um precursor do terceiro composto.

Mais especificamente, as partículas de metal nobre 6 são suportadas no primeiro composto 7 primeiro. As partículas de metal nobre 6 podem ser suportadas pelo uso de um método de impregnação. A seguir, o primeiro composto 7 suportando as partículas de metal nobre 6 na superfície do mesmo é pulverizado pelo uso de um moinho de esferas ou similar, de modo a ter um diâmetro de partícula desejado. Da mesma forma, o segundo composto 9 é pulverizado utilizando um moinho de esferas ou similar, de modo a ter um diâmetro de partícula desejado. Neste caso, o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 podem ser pulverizados em um estado misturado, ou podem ser misturados individualmente. Quando o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 são pulverizados individualmente, o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 podem ser formados para ter um diâmetro de partícula secundário desejado, respectivamente. Quando os diâmetros de partícula primários respectivos do primeiro composto 7 e do segundo composto 9 são diferentes entre si, uma mistura do primeiro composto 7 e do segundo composto 9 que tem diferentes diâmetros médios das partículas secundárias podem ser obtidos mesmo quando o primeiro composto 7 e o segundo composto 9 são pulverizados integralmente, Observe que quando uma matéria-prima fina como um coloide de óxido é usada como matéria-prima do primeiro composto 7 e/ou do segundo composto 9, a etapa de pulverização pode ser omitida.

Quando o primeiro composto e o segundo composto são encerrados com o terceiro composto após a pulverização, é preferível não misturar o primeiro composto encerrado com o segundo composto encerrado, mas sim encerrar o primeiro composto e o segundo composto ao mesmo tempo com o terceiro composto. Deste modo, o primeiro composto e o segundo composto podem ser dispersos uniformemente, sem desigualdade.

Mais especificamente, o primeiro composto e o segundo composto são adicionados à pasta fluida em que um precursor do terceiro composto é disperso, e a mistura é então agitada. Quando a pasta fluida é agitada, o precursor do terceiro composto é aderido às periferias do primeiro composto e do segundo composto. Neste momento, a pasta fluida é intensamente agitada de modo que as partículas respectivas sejam dispersas na pasta fluida. Como resultado, o grau de dispersão pode ser melhorado. Subsequentemente, a pata fluida misturada é seca e aquecida. Assim, o pó catalisador 5 em que o terceiro composto é fornecido nas periferias do primeiro composto 7 e o segundo composto 9 pode ser obtido.

Posteriormente, o pó catalisador 5 assim obtido é pulverizado.O pó catalisador 5 pode ser submetido à pulverização por via úmida ou pulverização por via seca. Em geral, o pó catalisador 5 é adicionado a um solvente, como água deionizada, e a mistura assim obtida é agitada e pulverizada utilizando um moinho de esferas ou similar, de modo a obter a pasta fluida de catalisador. Neste momento, um ligante é adicionado à pasta fluida do catali5 sador conforme necessário. Um diâmetro de partícula médio (D50) do pó catalisador 5 na pasta fluida do catalisador é preferencialmente de 6 pm ou menos, como descrito acima. Subsequentemente, a pasta fluida de catalisador é aplicada à superfície interna do substrato tipo favo de mel, seguido por secagem e cozimento. Assim, o catalisador purificador de gás de exaustão pode ser obtido.

EXEMPLOS

De agora em diante, a presente invenção será descrita em mais detalhes, de acordo com os exemplos e exemplos comparativos. No entanto, a presente invenção não se limita a esses exemplos.

Cada pó catalisador dos Exemplos 1 a 14 e os Exemplos Comparativos 1a 3 mos15 trados na Tabela 1, e cada pó catalisador dos Exemplos 15 a 18 mostrados na Tabela 2 foram preparados, e a seguir aplicados à superfície da parede interna de um substrato tipo favo de mel, respectivamente. Os catalisadores respectivos nos exemplos e os exemplos comparativos apresentados na Tabela 1 e na Tabela 2 foram preparados da seguinte forma.

(Exemplo 1)

O primeiro pó composto do qual uma área de superfície específica foi de aproximadamente 70 m²/g foi impregnado com uma solução de nitrato de ródio de tal maneira que uma concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso. O material assim obtido foi seco a 150 °C durante todo o dia, e depois aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um primeiro composto do qual a concentração de suporte de ródio foi 1,0% em peso foi obtida. O primeiro composto de suporte de ródio assim obtido foi pulverizado, de modo a ter um diâmetro médio de partícula (D50) como mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médio foi medido pelo uso de um analisador de distribuição de tamanho de partícula de difração/espalhamento a laser LA-920 fabricado por Horiba Ltd.

Ao mesmo tempo, o segundo pó do composto do qual uma área superficial específica foi de 80 m²/g foi pulverizado, de modo a ter um diâmetro de partícula médio (D50) como mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médio foi medido pelo uso do mesmo aparelho, como no caso do primeiro composto.

Em seguida, a boemita usada para um precursor de um terceiro composto, ácido nítrico e água foram misturados, e agitado por uma hora, de modo a preparar a pasta fluida precursora. A seguir, o primeiro composto de suporte de Rh após a pulverização e o segundo composto após a pulverização foram, respectivamente, adicionados lentamente à pasta fluida precursora assim obtida, seguido por agitação por mais duas horas com o uso de um agitador de alta velocidade, de modo a obter a pasta fluida misturada. Posteriormente, a pasta fluida misturada assim obtida foi seca rapidamente, adicionalmente seca a 150 °C durante todo o dia para remover a umidade, e depois aquecida a 550 °C por três horas ao ar. Assim, o pó catalisador do Exemplo I foi obtido.

Subsequentemente, 225 g do pó catalisador, 2S g de solução de alumina, 230 g de água e 10 g de ácido nítrico foram colocados em um moinho de esferas magnéticas e, a seguir, misturado, de modo a obter a pasta fluida catalisadora.

Além da pasta fluida catalisadora, o pó catalisador de AI₂O₃ suportando Pt e pó de Ce-Zr-Οχ foram preliminarmente misturados, de modo a obter a pasta fluida da mesma forma que a pasta fluida catalisadora. A pata fluida assim obtida foi aplicada a um substrato monolítico de cordierita (0,12 L, 400 células), e a pasta fluida redundante nas células foi a seguir removida pelo fluxo de ar. Subsequentemente, o substrato foi seco a 130 °C e a seguir aquecido a 400 °C por uma hora. Deste modo, um substrato catalisador revestido com 100 g/L do pó catalisador de AI₂O₃ suportado em Pt e o pó de Ce-Zr-O_x no total foi preparado.

Depois disso, a pasta fluida catalisadora foi aplicada ao substrato catalisador revestido com Pt, redundantes e a pasta fluida redundante nas células foi removida por fluxo de ar. O substrato foi a seguir seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um catalisador revestido com 50 g/L da camada catalisadora contendo Rh fornecido a 100 g/L da camada catalisadora contendo Pt foi obtido.

(Exemplo 2)

A concentração de suporte de Rhno pó do primeiro composto no Exemplo 1 foi ajustada até 1,4% em peso no Exemplo 2. Além disso, uma razão em peso da quantidade total do primeiro composto em pó e o segundo composto em pó para o terceiro composto (AI₂O₃) foi ajustada para 50:50. As composições materiais do primeiro composto e o segundo composto foram determinadas como mostrado na Tabela 1. O catalisador foi assim obtido da mesma maneira como no Exemplo 1, exceto para os processos acima descritos. No catalisador do Exemplo 2, ítrio (Y) está contido no segundo composto a fim de melhorar a resistência térmica do segundo composto.

(Exemplos 3 a 12)

Os catalisadores dos Exemplos 3 a 12 foram obtidos da mesma forma que no Exemplo 1, exceto que as composições materiais do primeiro composto e o segundo composto e os diâmetros das partículas secundários foram alterados, como mostrado na Tabela I. No catalisador do Exemplo 7, neodímio (Nd) está contido no segundo composto, e no catalisador do Exemplo 12, ítrio (Y) está contido no segundo composto, a fim de melhorar a resistência térmica dos respectivos segundos compostos.

(Exemplo 13)

No Exemplo 13, o óxido do composto coloidal com um diâmetro de partícula primário de 21 nm foi utilizado no primeiro composto, e o óxido do composto coloidal com um diâmetro de partícula primário de 65 nm foi utilizado no segundo composto. Ródio foi suportado apenas no primeiro composto. A seguir, o catalisador do Exemplo 13 foi obtido da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que a etapa de pulverização do primeiro composto em que sódio foi suportado foi omitida, e o primeiro composto e o segundo composto foram misturados com a pasta fluida precursora.

(Exemplo 14)

O catalisador do Exemplo 14 foi obtido da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que a solução de sílica comercialmente disponível foi usada em vez da pasta fluida de boemita usada para o precursor do terceiro composto no momento da preparação da pasta fluida catalisadora no Exemplo I. O diâmetro de partícula secundário e os outros valores numéricos deste exemplo são como mostrados na Tabela 1.

(Exemplo Comparativo 1)

Exemplo comparativo 1 é um exemplo em que o material OSC está contido não somente no pó de catalisador, mas na camada de catalisador formada sobre o substrato monolítico.

O pó do primeiro composto do qual uma área superficial superfície específica foi de aproximadamente 70 m²/g foi impregnado com uma solução de nitrato de ródio de tal maneira que uma concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso. O material assim obtido foi seco a 150 °C durante todo o dia, e a seguir aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um primeiro composto do qual a concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso foi obtido.

O primeiro composto de suporte de ródio assim obtido foi pulverizado de modo a ter um diâmetro de partícula médio (DSO) conforme mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médio foi medido pelo uso do mesmo aparelho como no caso do Exemplo 1.

Ao mesmo tempo, boemita, ácido nítrico e água foram misturados e agitados por uma hora, de modo a preparar a pasta fluida precursora. A seguir, o primeiro composto de suporte de Rh após a pulverização foi adicionado lentamente à pasta fluida precursora assim obtida, seguido de agitação por mais duas horas com o uso de um agitador de alta velocidade, de modo a obter a pasta fluida misturada. Posteriormente, a pasta fluida misturada assim obtida foi seca rapidamente, adicionalmente seca a 150 °C durante todo o dia para remover a umidade, e a seguir aquecida a 550 °C por três horas em ar. Deste modo, o pó de catalisador do Exemplo Comparativo 1 foi obtido.

Subsequentemente, 125 g do pó de catalisador, 100 g de pó de Zr-Ce-O_x, 25 g de solução de alumina, 230 g de água e 10 g de ácido nítrico foram colocados em um moinho de esferas magnéticas e, a seguir, misturados, de modo a obter a pasta fluida catalisadora.

Além da pasta fluida catalisadora, pó catalisador de AI₂O₃ de suporte de Pt e pó de Ce-Zr-O_x foram preliminarmente misturados, a fim de obter a pasta fluida da mesma forma que a pasta fluida catalisadora. A pasta fluida assim obtida foi aplicada a um substrato monolítico de cordierita (0,12 L, 400 células), e a pasta fluida redundante nas células foi então removida pelo fluxo de ar. Subsequentemente, o substrato foi seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um substrato catalisador revestido com 100 g/L do pó catalisador de AI₂O₃ suportando Pt e o pó de Ce-Zr-O_x no total foi preparado.

Depois disso, a pasta fluida catalisadora foi aplicada ao substrato catalisador revestido com Pt, e a pasta fluida redundante nas células foi removida por fluxo de ar. O substrato foi então seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um catalisador revestido com 50 g/L da camada catalisadora contendo Rh fornecido nas 100 g/L da camada catalisadora contendo Pt foi obtido.

(Exemplo Comparativo 2)

Exemplo comparativo 2 é um exemplo em que o primeiro composto e o segundo composto são cobertos com o terceiro composto não simultaneamente, mas sim individualmente. O grau de dispersão do catalisador no Exemplo Comparativo 2 é um valor do pó obtido de tal forma que o primeiro composto é encerrado com o terceiro composto.

O pó do primeiro composto do qual uma área superficial específica foi de aproxima24 damente 70 m²/g foi impregnado com uma solução de nitrato de ródio de tal maneira que uma concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso. O material assim obtido foi seco a 150 °C durante todo o dia, e depois aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um primeiro composto do qual a concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso foi obtido. O primeiro composto de suporte de ródio assim obtido foi pulverizado, de modo a ter um diâmetro de partícula médio (D50) como mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médiofoi medido pelo uso do mesmo aparelho, como no caso do Exemplo 1.

Ao mesmo tempo, boemita, ácido nítrico e água foram misturado se agitado por uma hora, de modo a preparar a pasta fluida precursora. A seguir, o primeiro composto de suporte de Rh após a pulverização foi adicionado lentamente à pasta fluida precursora assim obtida, seguido de agitação por mais duas horas com o uso de um agitador de alta velocidade, de modo a obter a pasta fluida misturada. Posteriormente, a lama misturada assim obtida foi seca rapidamente, adicionalmente seca a 150 °C durante todo o dia para remover a umidade, e a seguir aquecida a 550 °C por três horas em ar. Assim, uma matéria-prima de pó catalisador A do Exemplo Comparativo 2 foi obtida.

Além disso, o pó do segundo composto foi pulverizado, de modo a ter um diâmetro de partícula médio (D50) como mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médio foi medido pelo uso do mesmo aparelho, como no caso do Exemplo 1.

Além da matéria-prima do pó catalisador A, boemita, ácido nítrico e água foram misturados e agitados por uma hora, de modo a preparar a pasta fluida precursora. A seguir, o segundo composto após a pulverização foi adicionado lentamente à pasta fluida precursora assim obtida, seguido pela agitação por mais duas horas pelo uso de um agitador de alta velocidade, de modo a obter a pasta fluida misturada. Posteriormente, a pasta fluida misturada assim obtida foi seca rapidamente, adicionalmente seca a 150 °C durante todo o dia para remover a umidade, e a seguir aquecida a 550 °C por três horas ao ar. Assim, uma matéria-prima de pó catalisador B do Exemplo Comparativo 2 foi obtida.

Subsequentemente, 125 g da matéria-prima de pó catalisador A, 100 g da matériaprima de pó catalisador B, 25 g de solução de alumina, 230 g de água e 10 g de ácido nítrico foram colocados em um moinho de esferas magnéticas e a seguir misturados, de modo a obter a pasta fluida catalisadora.

Além da pasta fluida catalisadora, o pó catalisador de AI₂O₃ que suporta Pt e o pó de Ce-Zr-Οχ foram preliminarmente misturados, a fim de obter a pasta fluida da mesma forma que a pasta fluida catalisadora. A pasta fluida assim obtida foi aplicada a um substrato monolítico de cordierita (0,12 L, 400 células), e a pasta fluida redundante nas células foi então removida pelo fluxo de ar. Subsequentemente, o substrato foi seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um substrato catalisador revestido com 100 g/L de pó catalisador de AI2O3 suportando Pt e o pó Ce-Zr-O_x no total foi preparado.

Depois disso, a pasta fluida catalisadora foi aplicada ao substrato catalisador revestido com Pt, redundantes e a pasta fluida redundante nas células foi removida por fluxo de ar. O substrato foi a seguir seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um catalisador revestido com 50 g/L da camada catalisadora contendo Rh fornecido em 100 g/L da camada catalisadora contendo Pt foi obtido.

(Exemplo Comparativo 3)

O Exemplo comparativo 3 é um exemplo em que o segundo composto não está incluído, e as partículas de metal nobre são suportadas no primeiro composto tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio.

O pó do primeiro composto do qual uma área superficial específica foi aproximadamente de 70 m²/g foi impregnado com uma solução de nitrato de ródio de tal maneira que uma concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso. O material assim obtido foi seco a 150 °C durante todo o dia, e depois aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um primeiro composto do qual a concentração de suporte de ródio foi de 1,0% em peso foi obtida. O primeiro composto de suporte de ródio assim obtido foi pulverizado, de modo a ter um diâmetro de partícula médio (D50) como mostrado na Tabela 1. O diâmetro de partícula médio foi medido pelo uso do mesmo aparelho, como no caso do Exemplo 1.

Ao mesmo tempo, boemita, ácido nítrico e água foram misturados, e agitados por uma hora, de modo a preparar a pasta fluida precursora. A seguir, o primeiro composto de suporte de Rh após a pulverização foi adicionado lentamente à pasta fluida precursora assim obtida, seguido por agitação por mais duas horas com o uso de um agitador de alta velocidade, de modo a obter a pasta fluida misturada. Posteriormente, a pasta fluida misturada assim obtida foi seca rapidamente, adicionalmente seca a 150 °C durante todo o dia para remover a umidade, e depois aquecida a 550 °C por três horas em ar. Assim, o pó catalisador do Exemplo Comparativo 3 foi obtido.

Subsequentemente, 125 g do pó catalisador, 100 g de pó de AI₂O₃, 25 g de solução de alumina, 230 g de água, e 10 g de ácido nítrico foram colocados em um moinho de esferas magnéticas e, a seguir, misturados, de modo a obter uma pasta fluida catalisadora.

Além da pasta fluida catalisadora, o pó de catalisado de AI₂O₃ suportando Pt e o pó de Ce-Zr-O_x foram preliminarmente misturados, de modo a pasta fluida da mesma forma que a pasta fluida catalisadora. A pasta fluida assim obtida foi aplicada a um substrato monolítico de cordierita (0,12 L, 400 células), e a pasta fluida redundante nas células foi a seguir removida por fluxo de ar. Subsequentemente, o substrato foi seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. A seguir, um substrato catalisador revestido com 100 g/L do pó catalisador de AI₂O₃ suportando Pt e o pó de Ce-Zr-Ono total foi preparado.

Depois disso, a pasta fluida catalisadora foi aplicada ao substrato catalisador revestido com Pt, redundantes e a pasta fluida redundante nas células foi removida pelo fluxo de ar. O substrato foi a seguir seco a 130 °C e aquecido a 400 °C por uma hora. Assim, um catalisador revestido com 50 g/L da camada catalisadora contendo Rh fornecido em 100 g/L da camada catalisadora contendo Pt foi obtido.

(Exemplos 15 a 18)

No Exemplo 15, o substrato catalisador preliminarmente preparado incluindo a camada catalisadora contendo Pt usada no Exemplo 1 foi submetido ao tratamento a seguir, de modo que Ba estava contido na camada catalisadora contendo Pt. Ou seja, o substrato catalisador revestido com Pt foi impregnado por um período de tempo predeterminado com uma solução em que a água pura e uma solução aquosa de acetato de bário (concentração de 40% em peso) foram misturadas, seguido de remoção da umidade e secagem a 400 °C durante uma hora. Assim, um substrato catalisador incluindo a camada catalisadora contendo Pt e Ba foi preparado. As outras etapas são as mesmas que no caso do Exemplo 1.

Nos Exemplos 16 a 18, Ba, Mg e Na como um material adsorvedor de Nox foram respectivamente contidos no primeiro composto e/ou no segundo composto.

[Avaliação 1]

Entre os respectivos exemplos e exemplos comparativos, os Exemplos de 1 a 14 e os Exemplos Comparativos 1 a 3 foram submetidos a tratamento de teste de durabilidade, e depois uma taxa de conversão de NOx dos exemplos respectivos foi medida. Como um método de tratamento do teste de durabilidade, o catalisador foi instalado em um sistema de exaustão de um motor a gasolina de 3500 cc, a temperatura de entrada do catalisador foi ajustada para 800 °C e o motor foi operado continuamente por 50 horas. O combustível utilizado era gasolina sem chumbo. A taxa de conversão de NOx foi medida de acordo com a fórmula matemática (3), enquanto que o catalisador foi instalado no sistema de exaustão de um motor a gasolina de 3500 cc, e a temperatura de entrada do catalisador foi ajustada para 400 °C.

[Fórmula Matemática 3] % de taxa de conversão de NOx = (concentração de NOx na entrada do catalisador)-(concentração de NOx na saída do catalisador) (concentração de NOx na entrada do catalisador)

A distância entre o primeiro composto e o segundo composto nos exemplos respectivos foi medida pelo uso de um analisador TEM-EDX (HF-2000, fabricado por Hitachi, Ltd.). Uma tensão de aceleração nesta avaliação foi ajustada para 200 kV. A condição de corte por um ultramicrótomo foi ajustada em temperatura ambiente. Os contornos do primeiro composto e do segundo composto foram extraídos das imagens obtidas pelo analisador TEM-EDX usando um analisador de imagem (KS-400, fabricado por Carl Zeiss Co., Ltd.). Depois disso, as áreas do primeiro composto e o segundo composto foram calculadas com base nos contornos extraídos, aproximação circular e cada ponto central foi definido, e a detecção dos pontos mais próximos do centro e a medição da distância foram realizadas.

Assim, a distância entre o primeiro composto e o segundo composto foi obtida. Além disso, o grau de dispersão do catalisador foi obtido de acordo com a fórmula descrita acima.

A Tabela 1 mostra a taxa de conversão de NOx após o tratamento de teste de durabilidade dos catalisadores respectivos nos Exemplos 1 a 14 e nos Exemplos Comparativos 1 a 3, além da distância entre o primeiro composto e o segundo composto e o grau de dispersão do catalisador nos exemplos respectivos.

No Exemplo 1, a distância média entre o primeiro composto e o segundo composto foi de 135 nm. A razão da quantidade de componente de armazenamento de oxigênio (mol) no primeiro composto em relação à quantidade do componente de armazenamento de oxigênio (mol) no segundo composto excedeu 100. O diâmetro médio das partículas secundárias do primeiro composto foi de 135 nm, e o diâmetro médio das partículas secundárias do segundo composto foi de 220 nm. O diâmetro de partícula médio do pó catalisador contendo as partículas de metal nobre foi de 2,7pm, e o grau de dispersão foi de 56%. No teste de purificação de gás de exaustão, a taxa de conversão de NOx do Exemplo 1 apresentou um excelente desempenho de purificação tão alto quanto 93%.

No Exemplo 2, o primeiro composto suportando as partículas de metal nobre têm capacidade de armazenamento de oxigênio, uma vez que o primeiro composto contém cério, além de zircônio como componente principal. A distância média entre o primeiro composto e o segundo composto no Exemplo 2 foi de 145 nm. A razão da quantidade de componente de armazenamento de oxigênio (mol) no primeiro composto em relação à quantidade do componente de armazenamento de oxigênio (mol) no segundo composto foi de 2,9. Além disso, a taxa de conversão de NOx do Exemplo 2 apresentou um excelente desempenho de purificação tão alto quanto 97%.

No Exemplo 3, uma vez que o primeiro composto e o segundo composto são compostos idênticos, a razão da quantidade (mol) do componente de armazenamento de oxigênio no primeiro composto com a quantidade (mol) do componente de armazenamento de oxigênio no segundo composto é 1,0. Portanto, a quantidade de Ce no primeiro composto é relativamente alta. Como resultado, Rh está em um estado de oxidação elevado. Deste modo, o Exemplo 1 tinha um desempenho de purificação maior do que o Exemplo 3.

No Exemplo 4, o diâmetro de partícula secundária do primeiro composto foi tão grande quanto 350 nm. No entanto, uma vez que o primeiro composto foi encerrado com o terceiro composto, a agregação foi interrompida e não promoveu mais do que isso. Como resultado, um alto desempenho de purificação foi assegurado.

No Exemplo 5, o diâmetro de partícula do pó catalisador foi tão grande quanto 7,0μΐΤ). Portanto, o desempenho de difusão de gás no pó catalisador foi diminuído. Assim, o desempenho de purificação no Exemplo 5 foi reduzido em comparação com o Exemplo 1.

No Exemplo 6, uma vez que a agitação da pasta fluida foi interrompida antes da e28 tapa de secagem da pasta fluida misturada, o grau de dispersão foi diminuído para 25%. Como resultado, a agregação de partículas do primeiro composto e o segundo composto ocorreu após o ensaio de durabilidade. Assim, o desempenho de purificação no Exemplo 6 foi reduzido em comparação com o Exemplo 1.

No Exemplo 7, praseodímio foi aplicado ao material OSC do segundo composto, e um desempenho de purificação excelente, substancialmente o mesmo que Exemplo 1, foi mostrado no Exemplo 7.

Nos exemplos 8 a 11, o segundo composto continha ainda vários tipos de elementos de metal de transição. Uma vez que o segundo composto foi um óxido contendo aqueles elementos de metal de transição, oxigênio ativo foi fornecido, e como resultado, o desempenho de purificação foi melhorado.

No Exemplo 14, SiO₂ foi usado como o terceiro composto. A taxa de conversão no Exemplo 14 foi inferior às taxas de conversão respectivas nos Exemplos 1 a 13, em que AI₂O₃foi usado como o terceiro composto. No entanto, o desempenho purificador foi melhorado em comparação com o Exemplo Comparativo 1.

No Exemplo Comparativo 1, o pó obtido de tal forma que o primeiro composto foi coberto com o terceiro composto, e o pó de Zr-Ce-O_x usado no Exemplo 1 foi misturado na camada catalisadora. No Exemplo Comparativo 1, uma vez que o pó de Zr-Ce-O_x como material OSC não foi encerrado com o terceiro composto, a agregação das partículas do pó de Zr-Ce-Ox devido ao crescimento de cristais foi promovido após o teste de durabilidade. Além disso, houve uma grande distância entre o primeiro composto suportando as partículas de metal nobre e o material OSC. Como resultado, o desempenho catalítico no Exemplo Comparativo 1 foi reduzido em comparação com os respectivos exemplos.

No Exemplo Comparativo 2, o primeiro composto e o segundo composto foram separadamente cobertos com o terceiro composto. O grau de dispersão do catalisador do Exemplo Comparativo 2 é um valor do pó obtido de tal forma que o primeiro composto é encerrado com o terceiro composto. O catalisador do Exemplo Comparativo 2 garante um desempenho melhorado que foi alcançado devido à prevenção da agregação das partículas de metal nobre em comparação com o Exemplo Comparativo 1, uma vez que o primeiro composto suportando as partículas de metal nobre foi encerrado com o terceiro composto. No entanto, houve uma grande distância entre o primeiro composto e o segundo composto, e o desempenho de purificação foi reduzido, em comparação com os catalisadores do Exemplo 1 e os outros exemplos.

No Exemplo comparativo 3, o catalisador não incluiu o segundo composto, e todas as partículas Rh estavam presentes no primeiro composto (Zr-Ce(30)-O_x). No catalisador do Exemplo Comparativo 3, as partículas Rh e o primeiro composto foram detectados no mesmo sítio no TEM-EDX. No entanto, uma vez que o diâmetro do feixe EDX é 2 nm, a distância entre eles é determinada como sendo de 2 nm ou menos. No catalisador do Exemplo Comparativo 3, uma vez que as partículas Rh foram suportadas no primeiro composto tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio, as partículas Rh estavam em um elevado estado de oxidação, e o desempenho catalítico foi reduzido.

A seguir, os catalisadores fabricados de tal forma que cada grau de dispersão foi propositadamente alterado no processo de fabricação foram submetidos a uma avaliação de desempenho catalítico. Fig. 6 mostra uma relação entre o grau de dispersão e a taxa de conversão de NOx em relação aos quatro catalisadores do Exemplo 6, Exemplo 12, Exemplo 2 e Exemplo 10, cada um tendo graus diferentes de dispersão. De acordo com a Fig. 6, quando o grau de dispersão é de 40% ou mais, a agregação de partículas é suprimida, uma vez que a dispersão da distância entre o primeiro composto e o segundo composto é diminuída. Como resultado, o desempenho de purificação é melhorado.

Além disso, os catalisadores, cada um dos quais tendo uma distância média diferente entre o primeiro composto e o segundo composto, foram submetidos à avaliação de desempenho catalítico. Fig. 7 mostra uma relação entre a distância média e a taxa de conversão de NOx em relação aos catalisadores respectivos do Exemplo Comparativo 1, Exemplo Comparativo 2, Exemplo 4, Exemplo 13 e Exemplo Comparativo 3. De acordo com a Fig. 7, quando a distância média entre o primeiro composto e o segundo composto está dentro de uma faixa de 5 nm a 300 nm, oxigênio ativo é efetivamente fornecido às partículas de metal nobre a partir do material OSC, e um fornecimento excessivo de oxigênio ativo pode ser evitado. Assim, o desempenho de purificação de NOx pode ser melhorado.

[Avaliação 2]

A seguir, pelo uso dos catalisadores respectivos dos Exemplos 15 a 18 mostrados na Tabela 2, o desempenho de purificação foi avaliado sob a condição de mudança da atmosfera de uma atmosfera pobre para uma atmosfera rica com base na suposição de que os catalisadores respectivos foram aplicados a um motor de queima fraca.

Esta avaliação foi realizada sob a condição de que cada catalisador foi instalado em um sistema de exaustão de um motor a gasolina de 3500 cc, a temperatura de entrada do catalisador foi ajustada para 700 °C, e o motor foi submetido ao tratamento de teste de durabilidade de uma operação de 50 horas. Então, o catalisador após o tratamento de teste de durabilidade foi instalado em um sistema de exaustão de um motor a gasolina de 2000 cc,a temperatura de entrada do catalisador foi ajustada até 300 a 350 °C, e o motor foi operado enquanto que a atmosfera foi modificada de uma condição pobre por 40 segundos até uma condição rica por 2 segundos. Assim, a taxa de purificação do gás de exaustão (a taxa de conversão de NOx) nesta faixa foi obtida. A razão ar-combustível (A/F) na atmosfera pobre foi de 25, e a razão ar-combustível na atmosfera rica foi II. A fórmula para o cálculo da taxa de conversão de NOx é a mesma que a descrita acima. Além disso, a distância entre o pri30 meiro composto e o segundo composto e o grau de dispersão dos respectivos exemplos foram medidos da mesma maneira que nos Exemplos 11 a 14.

A taxa de conversão de NOx dos catalisadores respectivos é indicada na Tabela 2, bem como a distância entre o primeiro composto e o segundo composto, o grau de dispersão dos catalisadores respectivos, e assim por diante.

Conforme fica evidente a partir da Tabela 2, a taxa de conversão de NOx foi significativamente melhorada nos Exemplos 16 a 18, em que bário (8a), magnésio (Mg) e sódio (Na) foram respectivamente contidos como um material adsovedor de NOx no primeiro composto e/ou o segundo composto, em comparação com o Exemplo 15 em que esses elementos não estavam contidos no primeiro composto e/ou no composto segundo.

Todo o conteúdo do Pedido de Patente Japonesa No. P2009-051071 (depositado no dia 4 de março de 2009 é aqui incorporado por referência.

Embora a presente invenção tenha sido descrita acima por referência à modalidade e os exemplos, a presente invenção não se limita a estes, e será evidente para essas pessoas versadas na técnica que várias modificações e melhorias podem ser feitas.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com o catalisador purificado de gás de exaustão da presente invenção, o segundo composto tendo uma capacidade de armazenamento de oxigênio não está em contato com as partículas de metal nobre tendo uma ação catalítica, e a distância entre o primeiro composto em contato com as partículas de metal nobre e o segundo composto é ajustada até uma faixa predeterminada. Deste modo, uma redução no desempenho de purificação derivado da oxidação excessiva das partículas do metal nobre ou uma escassez de fornecimento de oxigênio pode ser evitada.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA

Catalisador purificador de gás de exaustão

5Pó catalisador

6Partículas de metal nobre

7Primeiro composto

9Segundo composto lOTerceiro composto 10aPoros finos

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Catalisador purificador de gás de exaustão, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

   * uma unidade catalisadora que contém: partículas de metal nobre; e um primeiro

   5 composto suportando as partículas de metal nobre; e uma unidade promotora que contém um segundo composto não disposto em contato com as partículas de metal nobre e tendo capacidade de armazenamento de oxigênio, um terceiro composto que inclui tanto a unidade catalisadora quanto a unidade promotor, e que separa as partículas de metal nobre e o primeiro composto na unidade cata10 lisadora do segundo composto na unidade promotora, em que o terceiro composto tem uma pluralidade de poros finos, e um diâmetro de poro fino médio dos poros finos é menor do que um diâmetro de partícula médio do primeiro composto e um diâmetro de partícula médio do segundo composto, e em que uma distância média entre um ponto central da unidade catalisadora e um

   15 ponto central da unidade promotora está entre 5 nm e 300 nm.
2. 2. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão de uma quantidade de um componente de ar* mazenamento de oxigênio contido no primeiro composto e uma quantidade de um compo’ nente de armazenamento de oxigênio contido no segundo composto satisfaz a seguinte

   20 fórmula matemática (1).

   [Fórmula Matemática 1]

   Quantidade de componente de armazenamento de oxigênio contido no segundo composto (mol) _{> 5}

   Quantidade de componente de armazenamento de oxigênio contido no primeiro composto (mol)
3. 3. Catalisador purificador do gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que um diâmetro médio de partículas secundárias do primeiro composto é de 300 nm ou menos, e um diâmetro médio de partículas secundárias

   25 do segundo composto é de 1000 nm ou menos.
4. 4. Catalisador purificador do gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 e 3, CARACTERIZADO pelo fato de que um diâmetro de partícula médio do pó de catalisador contendo as partículas de metal nobre, o primeiro composto, o segundo composto e o terceiro composto é de 6 pm ou menos.

   30
5. 5. Catalisador purificador do gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de metal nobre são ródio, e o primeiro composto é um óxido contendo zircônio.
6. 6. Catalisador purificador do gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que um componente de armaze35 namento de oxigênio contido no segundo composto e tendo uma capacidade de armazena2 mento de oxigênio contém pelo menos um dentre cério e praseodímio.
7. 7. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o terceiro composto contém pelo menos um dentre alumínio e silício.

   *5
8. 8. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que um grau de dispersão do primeiro composto e do segundo composto no pó catalisador contendo partículas de metal nobre, o primeiro composto, o segundo composto e o terceiro composto é de 40% ou mais.
9. 9. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das 10 reivindicações 1 e 2 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um primeiro composto e o segundo composto é um óxido contendo pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de ferro, manganês, cobalto e níquel.
10. 10. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um do primeiro

    15 composto e o segundo composto é um composto contendo pelo menos um elemento selecionado do grupo consistido de bário, magnésio, cálcio, estrôncio e sódio.
11. 11. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pó de catalisador contendo ’ as partículas de metal nobre, o primeiro composto, o segundo composto e o terceiro com20 posto é aplicado a um substrato inorgânico refratário.
12. 12. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de catalisador formada no substrato inorgânico refratário e contendo o pó catalisador é composta de uma pluralidade de camadas tendo diferentes composições componentes.

    25
13. 13. Método para a produção de um catalisador de purificação de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

    pulverizar o primeiro composto e o segundo composto individualmente ou integralmente; e

    30 encerrar o primeiro composto e o segundo composto pulverizados com um precursor do terceiro composto ao mesmo tempo.
14. 14. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a distância média entre o ponto central da unidade catalisadora e o ponto central da unidade promotora está entre 40

    35 nm e 290 nm.
15. 15. Catalisador purificador de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o grau de dispersão do primeiro composto e o segundo composto no pó catalisador contendo as partículas de metal nobre, o primeiro composto, o segundo composto e o terceiro composto está entre 41% e 58%.