Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях



Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях
Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях

 


Владельцы патента RU 2583054:

ЭсДиСиМАТЕРИАЛЗ, ИНК. (US)

Предложен улучшенный катализатор по настоящему изобретению. Улучшенный катализатор включает сотовую структуру с по меньшей мере одной наночастицей на сотовой структуре. Улучшенный катализатор, используемый в дизельных двигателях, является двухкомпонентным нейтрализатором. Как в двухкомпонентном нейтрализаторе, так и в трехкомпонентном нейтрализаторе по меньшей мере одна наночастица включает активный наноматериал и наноноситель. Наноноситель обычно представляет собой оксид алюминия. В двухкомпонентном нейтрализаторе активный наноматериал представляет собой платину. В трехкомпонентном нейтрализаторе активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Сплав представляет собой сплав платины, палладия и родия. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США номер 61/284,329, поданной 15 декабря 2009 и озаглавленной "ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ", которая тем самым включается в настоящее описание ссылкой полностью, как если бы была изложена здесь.

Уровень техники

Каталитический нейтрализатор для автомобиля использует катализатор для преобразования, например, трех вредных соединений автомобильных выхлопных газов в менее вредные соединения. Три вредных соединения включают углеводороды в форме несгоревшего бензина, моноксид углерода, образующийся при сгорании бензина, и оксид азота, образующийся, когда теплота двигателя вынуждает азот воздуха соединяться с кислородом. Есть две основные структуры, используемые в каталитических нейтрализаторах: сотовая структура и керамические зерна. Большинство автомобилей сегодня использует сотовую структуру. Сотовую структуру размещают в блоке, подобном глушителю, который находится перед выпускной трубой. Катализатор позволяет преобразовать моноксид углерода в диоксид углерода, углеводороды в диоксид углерода и воду, и оксиды азота назад в азот и кислород.

В уровне техники существуют различные способы изготовления катализатора, используемого в каталитическом нейтрализаторе. Фиг.1А поясняет первый обычный способ изготовления катализатора. Первый способ известен как способ нанесения покрытия за одно погружение. На стадии 105, ионами платины (Pt) микронного размера пропитывают ионы оксида алюминия (Al2O3) микронного размера с получением микрочастиц. Микрочастицы содержат атомы платины на ионах оксида алюминия. На стадии 110 получают «wash coat» (покрытие из пористого оксида для увеличения площади поверхности носителя каталитического нейтрализатора), используя оксиды микронного размера, включающие оксид алюминия очень маленького размера и диоксид кремния (SiO2) очень маленького размера, определенное количество стабилизаторов для оксида алюминия и определенное количество промоторов. На стадии 115 микрочастицы смешивают с «wash coat». На стадии 120 получают керамический монолит цилиндрической формы. Поперечное сечение монолита содержит 300-600 каналов на квадратный дюйм. Каналы представляют собой линейные квадратные каналы, которые идут от передней стороны до задней стороны монолита. На стадии 125 монолит покрывают «wash coat». Покрытие может быть достигнуто погружением монолита в «wash coat». По существу, каналы монолита покрывают слоем «wash coat». На стадии 130 монолит высушивают. Слой «wash coat» имеет неровную поверхность, которая имеет гораздо большую площадь поверхности, чем плоская поверхность. Кроме того, «wash coat», когда высушено, имеет пористую структуру. Неровная поверхность и пористая структура желательны, потому что они дают высокую площадь поверхности, приблизительно 100-250 м2/г, и, таким образом, больше мест для связи с микрочастицами. По мере того как монолит высыхает, микрочастицы осаждаются на поверхности и порах монолита. На стадии 135 монолит прокаливают. Прокаливание связывает компоненты «wash coat» и монолит оксид-оксидной связью. Получают катализатор. Фиг.1 В показывает микроскопический вид 145 канала монолита 140, который покрыт слоем «wash coat» 150, содержащего атомы 155 платины.

Фиг.2А поясняет второй обычный способ производства катализатора. Второй способ известен как способ с двумя погружениями. На стадии 205 «wash coat» получают, используя оксиды микронного размера, включающие оксид алюминия очень маленького размера и диоксид кремния очень маленького размера, определенное количество стабилизаторов для оксида алюминия и определенное количество промоторов. На стадии 210 получают керамический монолит цилиндрической формы. На стадии 215 монолит покрывают «wash coat» путем погружения. Каналы также покрыты слоем «wash coat». Как правило, слой «wash coat» имеет неровную поверхность, которая имеет гораздо большую площадь поверхности, чем плоская поверхность. Фиг.2 В показывает микроскопический вид 250 канала монолита 245, покрытого слоем «wash coat» 255. Возвращаясь к фиг.2А, на стадии 220 монолит высушивают. Высушенное «wash coat» является пористой структурой. На стадии 225 монолит прокаливают. Прокаливание связывает компоненты «wash coat» с монолитом оксид-оксидной связью. Оксид алюминия микронного размера затем пропитывают ионами платины микронного размера и другими промоторами, используя способ, который известен в уровне техники. В частности, на стадии 230 платину нитруют, с получением соли (PtNO3). PtNO3 растворяют в растворителе, таком как вода, таким образом, получая дисперсию. На стадии 235 монолит погружают в раствор. На стадии 240 монолит высушивают. На стадии 245 монолит прокаливают и получают катализатор. Фиг.2С показывает другой микроскопический вид 250' канала монолита 245′, покрытый слоем «wash coat» 255′, содержащего атомы 260 платины.

Фиг.3А показывает микроскопический вид 305 поверхности слоя «wash coat» после прокаливания. Атомы 310 платины соединяются с атомами кислорода оксида алюминия. Когда выхлопной газ проходит через каталитический нейтрализатор, атомы 310 платины помогают снизить количество вредных соединений, превращая их в менее вредные соединения. Однако эти различные способы получения катализатора, используемого в каталитическом нейтрализаторе, страдают от многих недостатков. Например, атомы 310 платины не закреплены на связанных с ними атомах кислорода оксида алюминия и способны перемещаться к другим доступным атомам кислорода, как показано на фиг.3В-3С. По мере того как атомы 310 платины перемещаются, атомы 310 платины начинают коалесцировать с другими атомами платины, приводя к более крупным частицам 315, как показано на Фиг.3D, и к более энергетически выгодному состоянию. Понимают, что по мере того как частицы платины становятся больше, это плохо воздействует на катализатор, так как площадь поверхности атомов платины уменьшается. В высокотемпературных применениях, таких как при испытаниях каталитической конверсии состаренного катализатора, движение атомов платины увеличивается. Кроме того, так как стоимость платины высока, избыточное использование платины нежелательно.

Настоящее изобретение направлено, по меньшей мере, на эти ограничения в предшествующем уровне техники.

Раскрытие изобретения

В одном варианте осуществления каталитический нейтрализатор включает сотовую структуру с, по меньшей мере, одной наночастицей на сотовой структуре. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна наночастица включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал находится обычно на наноносителе. Активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Сплав представляет собой сплав платины, палладия и родия. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. В других вариантах осуществления наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

В другом варианте осуществления кордиеритная подложка в каталитическом нейтрализаторе содержит первый тип наночастиц, второй тип наночастиц и третий тип наночастиц. В некоторых вариантах осуществления первый тип наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину, а наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя. В других вариантах осуществления второй тип наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель.

Активный наноматериал представляет собой палладий, а наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя. В других вариантах осуществления третий тип наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой родий, а наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

Еще, в другом варианте осуществления способ изготовления каталитического нейтрализатора включает получение дисперсии путем использования, по меньшей мере, одной наночастицы и получение «wash coat». В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна наночастица включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя. В других вариантах осуществления стадия получения дисперсии включает смешивание материала-носителя и различных материалов катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению, по меньшей мере, одной наночастицы, и объединение ее с жидкостью. Материал-носитель представляет собой оксид алюминия. Различные материалы катализатора включают платину, палладий и родий. Как правило, технологией высокотемпературной конденсации является плазма. Альтернативно, стадия получения дисперсии включает смешивание материала-носителя и первого материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению первого типа наночастиц, смешивание материала-носителя и второго материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению второго типа наночастиц, смешивание материала-носителя и третьего материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению третьего типа наночастиц, собирание вместе первого типа наночастиц, второго типа наночастиц и третьего типа наночастиц и объединение с жидкостью. Материал-носитель представляет собой оксид алюминия. Первый материал катализатора представляет собой платину. Второй материал катализатора представляет собой палладий. Третий материал катализатора представляет собой родий.

Еще, в других вариантах осуществления, способ изготовления каталитического нейтрализатора дополнительно включает смешивание дисперсии с «wash coat», нанесение смеси на монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита. Альтернативно, способ изготовления каталитического нейтрализатора дополнительно включает нанесение «wash coat» на монолит, высушивание монолита, прокаливание монолита, введение дисперсии в монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита.

Еще, в другом варианте осуществления, способ изготовления трехкомпонентного каталитического нейтрализатора включает получение дисперсии путем использования различных типов наночастиц, получение «wash coat», смешивание дисперсии с «wash coat», нанесение смеси на монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита. Стадия получения дисперсии включает использование технологии высокотемпературной конденсации. В некоторых вариантах осуществления технологией высокотемпературной конденсации является плазма. Каждый из различных типов наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

Еще, в другом варианте осуществления способ изготовления трехкомпонентного каталитического нейтрализатора включает получение дисперсии путем использования различных типов наночастиц, получение «wash coat», нанесение «wash coat» на монолит, высушивание монолита, прокаливание монолита, введение дисперсии в монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита. Стадия получения дисперсии включает использование технологии высокотемпературной конденсации. В некоторых вариантах осуществления технологией высокотемпературной конденсации является плазма. Каждый из различных типов наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

Еще, в другом варианте осуществления способ изготовления двухкомпонентного каталитического нейтрализатора включает получение дисперсии путем использования одинакового типа наночастиц, получение «wash coat», смешивание дисперсии с «wash coat», нанесение смеси на монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита. Стадия получения дисперсии включает использование технологии высокотемпературной конденсации. В некоторых вариантах технологией высокотемпературной конденсации является плазма. Каждый из одинакового типа наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

Еще, в другом варианте осуществления способ изготовления двухкомпонентного каталитического нейтрализатора включает получение дисперсии путем использования одинакового типа наночастиц, получение «wash coat», нанесение «wash coat» на монолит, высушивание монолита, прокаливание монолита, введение дисперсии в монолит, высушивание монолита и прокаливание монолита. Стадия получения дисперсии включает использование технологии высокотемпературной конденсации. В некоторых вариантах осуществления технологией высокотемпературной конденсации является плазма. Каждый из одинакового типа наночастиц включает активный наноматериал и наноноситель. Активный наноматериал представляет собой платину. Наноноситель представляет собой оксид алюминия. Наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, которая ограничивает перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А-1В показывают первый обычный способ изготовления катализатора.

Фиг.2А-2С показывают второй обычный способ изготовления катализатора.

Фиг.3А-3С показывают активность на поверхности слоя «wash coat» на монолите, используя первый обычный способ и второй обычный способ.

Фиг.4 показывает первый способ изготовления улучшенного катализатора по настоящему изобретению.

Фиг.5 показывает первый способ изготовления улучшенного катализатора по настоящему изобретению.

Фиг.6А показывает первый способ получения дисперсии по настоящему изобретению.

Фиг.6В показывает наночастицу по настоящему изобретению.

Фиг.7А показывает второй способ получения дисперсии по настоящему изобретению.

Фиг.7В показывает совокупность различных наночастиц по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Далее будет теперь приведено подробное осуществление настоящего изобретения, как показано в сопутствующих чертежах. Чертежи могут быть представлены не в реальном масштабе. Одни и те же ссылочные указатели будут использоваться во всех чертежах и последующем подробном описании при обращении к идентичным или подобным элементам. С целью упрощения не все рутинные особенности осуществления, описанного здесь, показаны и описаны. Конечно, следует понимать, что при разработке любого такого фактического осуществления, многочисленные конкретные решения выполнения должны быть приняты, чтобы достигнуть определенных целей разработчика, таких как согласие с заявкой, правила техники безопасности и ограничения, связанные с бизнесом, и что эти конкретные цели будут изменяться от одного осуществления к другому и от одного разработчика к другому. Кроме того, следует понимать, что такие конструкторские усилия будут составлять часть рутинных обязанностей для специалиста в данной области техники, имеющего преимущество от знания настоящего описания.

Следующее описание изобретения предложено как предоставление возможности изложения наилучшего, известного в настоящее время варианта осуществления. Специалисты в соответствующих технологиях, включая химию, физику и науки о материалах, но не ограничиваясь ими, признают, что много изменений может быть произведено в описанном варианте осуществления с получением полезных результатов от настоящего изобретения. Также будет очевидно, что часть ожидаемых преимуществ от настоящего изобретения может быть получена путем выбора некоторых признаков настоящего изобретения, не используя другие признаки. Соответственно те, кто работает в данной области техники, признают, что много модификаций и адаптации настоящих изобретений возможны и могут даже быть желательными при определенных обстоятельствах и являются частью настоящего изобретения. Таким образом, следующее описание предложено как иллюстрация принципов настоящего изобретения, а не его ограничение, так как объем настоящего изобретения определен формулой изобретения.

Вредные соединения из двигателей внутреннего сгорания включают моноксид углерода (СО), углеводороды (НaСb) и оксиды азота (NOX). Двумя формами двигателей внутреннего сгорания являются дизельные двигатели и бензиновые двигатели. Каталитический нейтрализатор разработан, чтобы понизить количество этих вредных соединений конверсией их в менее вредные соединения. Как обсуждено выше, обычные катализаторы, используемые в каталитических нейтрализаторах, используют микрочастицы, такие как оксиды микронного размера и материалы катализатора микронного размера (например, платину). Варианты осуществления настоящего изобретения используют наноразмерные оксиды и наноразмерные материалы катализатора, чтобы создать улучшенные катализаторы, используемые в каталитических нейтрализаторах дизельных двигателей и газовых двигателей.

Термин "наночастица", как его обычно понимают специалисты, охватывает частицы, имеющие диаметр порядка нанометров, как описано здесь.

Дизельные двигатели

Дизельный двигатель включает дизельный катализатор окисления (ДКО), отдельную технологию восстановления NOx и дизельный сажевый фильтр (ДСФ). ДКО является двухкомпонентным каталитическим нейтрализатором, который превращает (1) СО и O2 в СO2 и (2) НaСb и O2 в СO2 и Н2O. ДКО использует платину как окислитель. Обычные способы изготовления ДКО используют ионы платины микронного размера. Варианты осуществления настоящего изобретения используют наноразмерные частицы платины вместо них. Фиг.4-5 показывают два способа изготовления улучшенного катализатора ДКО по настоящему изобретению. Отдельная технология восстановления NOx снижает испускание NOx при использовании мочевины как восстановителя. ДСФ улавливает субчастицы (например, негазообразные углеводороды) из выхлопного газа дизельного двигателя.

Фиг.4 показывает первый способ 400 изготовления улучшенного катализатора ДКО по настоящему изобретению. На стадии 405 активные наноматериалы закрепляются на наноносителях с получением наночастиц, при использовании технологии высокотемпературной конденсации, такой как плазменная пушка. В некоторых вариантах осуществления активные наноматериалы являются газообразными атомами платины, а наноносителями являются некоторые формы оксида алюминия, такие как алюминий плюс кислород. Ради краткости здесь будет обсуждаться платина, но очевидно для специалистов в данной области, что могут использоваться различные металлы платиновой группы, чтобы использовать их различные свойства. Так как активные наноматериалы сильно связаны с наноносителями, перемещение или коалесценция-конгломерация активных наноматериалов ограничиваются, предотвращаются или то и другое. Наночастицы затем объединяют с жидкостью, чтобы получить дисперсию. Наночастицы и дисперсию получают по способам, описанным подробно в американской заявке на патент №12/001643, поданной 11 декабря 2007, которая тем самым включается в настоящее описание ссылкой. На стадии 410 получают «wash coat». «Wash coat» приобретают или изготавливают. Как правило, «wash coat» является суспензией. «Wash coat» изготавливают, используя оксиды микронного размера, которые включают оксид алюминия и диоксид кремния. В некоторых вариантах осуществления определенное количество стабилизаторов для оксида алюминия и определенное количество промоторов также добавляют к «wash coat». Как правило, нет никакой разницы между приобретенным «wash coat» и изготовленным «wash coat». На стадии 415 дисперсию смешивают с «wash coat». На стадии 420 получают керамический монолит цилиндрической формы. Монолит содержит большое количество кордиерита, так как кордиерит имеет высокую стойкость к тепловому удару. В некоторых вариантах осуществления монолит имеет сотовую структуру. Поперечное сечение монолита предпочтительно содержит 300-600 каналов на квадратный дюйм. Каналы являются предпочтительно линейными квадратными каналами, которые идут от передней стороны до задней стороны монолита. На стадии 425 монолит покрывают слоем «wash coat». Это может быть достигнуто погружением монолита в «wash coat». Каналы монолита также покрыты слоем «wash coat». Так как «wash coat» содержит наночастицы, наночастицы платины находятся также на поверхности монолита. На стадии 430 монолит высушивают. На стадии 435 монолит прокаливают. Прокаливание связывает компоненты «wash coat» с монолитом оксид-оксидной связью. Кроме того, прокаливание позволяет активным наноматериалам прочно связываться с наноносителями, поскольку наноносители имеют частично восстановленную поверхность оксида алюминия. Так получают улучшенный катализатор ДКО.

Фиг.5 показывает второй способ 500 для изготовления улучшенного катализатора ДКО по настоящему изобретению. На стадии 505 активные наноматериалы закрепляют на наноносителях с получением наноматериалов, используя технологию высокотемпературной конденсации, такую как плазменная пушка. В некоторых вариантах осуществления активные наноматериалы являются газообразными атомами платины, а наноносителями являются некоторые формы оксида алюминия, такие как, алюминий плюс кислород. Так как активные наноматериалы сильно связаны с наноносителями, перемещение или коалесценция-конгломерация активных наноматериалов ограничиваются, предотвращаются или и то, и другое. Наночастицы затем объединяют с жидкостью с получением дисперсии. На стадии 510 получают «wash coat». «Wash coat» приобретают или изготавливают.«Wash coat» изготавливают, используя оксиды микронного размера, которые включают оксид алюминия и диоксид кремния. В некоторых вариантах осуществления определенное количество стабилизаторов для оксида алюминия и определенное количество промоторов также добавляют к «wash coat». Как правило, нет никакой разности между приобретенным «wash coat» и изготовленным «wash coat». На стадии 515 получают керамический монолит цилиндрической формы. На стадии 520 монолит покрывают слоем «wash coat» путем погружения. Каналы монолита также покрыты слоем «wash coat». На стадии 525 монолит высушивают. На стадии 530 монолит прокаливают. На стадии 535 дисперсию наносят на монолит посредством погружения. На стадии 540 монолит высушивают. На стадии 545 монолит прокаливают.

Прокаливание связывает компоненты «wash coat» с монолитом оксид-оксидной связью. Также, получают улучшенный катализатор ДКО.

Для того чтобы получить прочное закрепление «wash coat» на монолите, как уровень рН, так и вязкость «wash coat» должны находиться в определенном интервале. Как правило, уровень рН должен быть между четырьмя и пятью, чтобы достигнуть связи оксид-оксид. Если уровень рН слишком низок, то вязкость слишком высока; и как таковое, «wash coat» будет представлять собой пасту вместо суспензии. Если уровень рН слишком высок, то вязкость слишком низка; и как таковое, даже после прокаливания «wash coat» не закрепляется на монолите.

Хотя описано использование наноматериалов, нанесенных на улучшенный катализатор ДКО, наноматерилы могут быть нанесены на ДСФ и технологии восстановления NOx, использование в дизельном двигателе. Другие катализаторы в области автоматизации также предполагаются настоящим изобретением.

Бензиновые двигатели

Бензиновый двигатель осуществляет цикл от богатого кислородом до бедного кислородом (например, от окисленного состояния к восстановленному состоянию). Обычный каталитический нейтрализатор для бензиновых двигателей включает катализатор окисления и катализатор восстановления. Катализатор восстановления является первой ступенью в обычном каталитическом нейтрализаторе. Катализатор восстановления использует платину и родий для восстановления выпускаемого NOx. Например, родий катализирует конверсии СО и NO2 в N2 и СO2. Катализатор окисления является второй ступенью в обычном каталитическом нейтрализаторе. Нейтрализатор снижает количество несгоревших углеводородов и моноксида углерода окислением их, используя платину и палладий. Например, платина катализирует конверсию СО и O2 в СO2 и катализирует конверсию НaСb и O2 в СO2 и Н2O. Палладий катализирует конверсию Н2 и O2 в С2O. Катализатор окисления катализирует реакцию моноксида углерода и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопной трубе. Соответственно, бензиновый двигатель использует трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, чтобы снизить количество трех вредных соединений.

Обычные способы изготовления трехкомпонентного каталитического нейтрализатора используют каталитические материалы и носители микронного размера, как обсуждено выше. Кроме того, обычные способы используют многократное число погружений, чтобы получить ионы палладия, ионы родия и ионы платины на монолите, так как погружение, которое включает, например, ионы палладия и ионы родия приводит к получению палладий-родиевых сплавов, которые не полезны в определенных условиях и/или применениях. Варианты осуществления настоящего изобретения используют наноразмерные каталитические материалы и носители. Дополнительно, варианты осуществления настоящего изобретения позволяют осуществить погружение, чтобы включать ионы палладия, ионы родия и ионы платины, без получения палладий-родиевых сплавов, поскольку различные ионы имеют различные твердые фазы.

Способы изготовления улучшенного трехкомпонентного катализатора для бензиновых двигателей подобны способам изготовления ДКО, как обсуждено выше. Разница заключается в начальных стадиях 405 и 505 фиг.4-5, соответственно. В частности, вместо использования только газообразных атомов платины в дисперсии, также используют газообразные атомы палладия и газообразные атомы родия.

Фиг.6А показывает первый способ получения дисперсии в соответствии с настоящим изобретением. Материалы катализатора включают платину 615, палладий 620 и родий 625. Другие материалы катализатора также предполагаются настоящим изобретением. Материал носителя 630 включает оксид алюминия. Материалы катализатора 615, 620, 625 и материал носителя 630 смешивают в плазменной пушке. После испарения материалов катализатора и материала носителя с получением облака пара и охлаждения облака пара, облако пара осаждает наночастицы. Фиг.6 В показывает наночастицу 600 по настоящему изобретению. Наночастица 600 включают активный наноматериал 610 и наноноситель 605. Так как плазменная пушка дает чрезвычайно хаотический результат, материалы катализатора образуют сплав. Как таковой, активный наноматериал 610 представляет собой сплав. Так как отношение активного наноматериала 610, состоящего из платины, палладия и родия, зависит от начального отношения каждого из используемых материалов катализатора, различные формы сплавов образуются на наноносителе 605. Наночастицы 600 объединяют с жидкостью для получения дисперсии.

Фиг.7А показывает второй способ получения дисперсии по настоящему изобретению. Вместо смешивания платины 615, палладия 620, родия 625 и оксида алюминия 630 в плазменной пушке, каждый из материалов катализатора отдельно смешивают с оксидом алюминия 630 в плазменной пушке. Также, после испарения и охлаждения каждого из материалов катализатора образуются три различных типа наночастиц. Совокупность различных наночастиц объединяют с жидкостью, чтобы получить дисперсию. Три различных типа наночастиц показаны на фиг.7 В. Первая наночастица 600′ представляет собой активный наноматериал 635 платины на наноносителе 605 - оксиде алюминия. Вторая наночастица 600′′ представляет собой активный наноматериал 640 палладия на наноносителе 605 - оксиде алюминия. Третья наночастица 600′′′ представляет собой активный наноматериал 645 родия на наноносителе 605 - оксиде алюминия. Размер активного наноматериала можно регулировать на основе количества активного наноматериала, которое было первоначально помещено в плазменную пушку. Концентрацию каждой различной наночастицы 600′, 600′′, 600′′′ можно регулировать индивидуально и/или коллективно.

После получения дисперсии, используя либо первый способ (как показано на фиг.6А), либо второй способ (как показано на фиг.7А), первый способ 400 продолжают на стадии 410, а второй способ 500 продолжают на стадии 510, как показано на фиг.4-5, соответственно.

Хотя изобретение описано в отношении многочисленных конкретных деталей, специалист в данной области техники признает, что изобретение может быть воплощено в других конкретных формах, не отступая от сущности изобретения. Таким образом, специалист в данной области техники понимает, что изобретение не должно быть ограничено предшествующими иллюстративными деталями, а скорее должно определяться приложенной формулой изобретения.

1. Каталитический нейтрализатор, содержащий монолит, имеющий сотовую структуру, и
слой «washcoat» на указанном монолите, содержащий наночастицы и частицы оксида микронного размера, причем указанные наночастицы включают активный наноматериал и наноноситель.

2. Каталитический нейтрализатор по п. 1, содержащий:
a. первый тип наночастиц, включающий первый активный наноматериал и первый наноноситель;
b. второй тип наночастиц, включающий второй активный наноматериал и второй наноноситель; и
c. третий тип наночастиц, включающий третий активный наноматериал и третий наноноситель; и
d. частицы оксида микронного размера;
причем указанный монолит представляет собой кордиеритную подложку.

3. Способ изготовления каталитического нейтрализатора, включающий:
a. получение дисперсии с использованием наночастиц по меньшей мере одного типа, причем указанные наночастицы включают активный наноматериал и наноноситель;
b. получение «washcoat», содержащего частицы оксида микронного размера; и либо
A) а. смешивание указанной дисперсии с указанным «washcoat»;
b. нанесение указанной смеси на монолит;
c. высушивание монолита; и
d. прокаливание монолита; либо
B) а. нанесение указанного «washcoat» на монолит;
b. высушивание монолита;
c. прокаливание монолита;
d. введение указанной дисперсии в монолит;
e. высушивание монолита; и
f. прокаливание монолита.

4. Способ по п. 3, в котором получение дисперсии включает:
а. смешивание материала-носителя и различных материалов катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению указанных наночастиц; и
b. объединение с жидкостью.

5. Способ по п. 4, в котором различные материалы катализатора включают платину, палладий и родий.

6. Способ по п. 3, в котором получение дисперсии включает:
a. смешивание материала-носителя и первого материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению первого типа наночастиц;
b. смешивание материала-носителя и второго материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению второго типа наночастиц;
c. смешивание материала-носителя и третьего материала катализатора по технологии высокотемпературной конденсации, тем самым приводя к получению третьего типа наночастиц;
d. собирание вместе первого типа наночастиц, второго типа наночастиц и третьего типа наночастиц; и
e. объединение с жидкостью.

7. Способ по п. 4, в котором материал-носителя представляет собой оксид алюминия.

8. Способ по п. 6, в котором материал-носителя представляет собой оксид алюминия.

9. Способ по п. 3 для изготовления либо:
a) трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, при этом способ дополнительно включает:
получение дисперсии, используя различные типы наночастиц; либо
b) двухкомпонентного каталитического нейтрализатора, при этом способ дополнительно включает:
получение дисперсии, используя одинаковый тип наночастиц.

10. Каталитический нейтрализатор по п. 1, в котором активный наноматериал представляет собой палладий, родий или платину.

11. Каталитический нейтрализатор по п. 2, в котором активный наноматериал представляет собой палладий, родий или платину.

12. Способ по любому из пп. 3-9, в котором активный наноматериал представляет собой палладий, родий или платину.

13. Каталитический нейтрализатор по п. 1, в котором активный наноматериал представляет собой сплав.

14. Способ по любому из пп. 3-9, в котором активный наноматериал представляет собой сплав.

15. Способ по любому из пп. 3-9, в котором получение дисперсии включает использование технологии высокотемпературной конденсации.

16. Способ по п. 15, в котором технология высокотемпературной конденсации представляет собой плазму.

17. Каталитический нейтрализатор по п. 1, в котором наноноситель представляет собой оксид алюминия.

18. Каталитический нейтрализатор по п. 2, в котором наноноситель представляет собой оксид алюминия.

19. Способ по любому из пп. 3-9, в котором наноноситель представляет собой оксид алюминия.

20. Каталитический нейтрализатор по п. 1, в котором наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, выполненную с возможностью ограничить перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

21. Каталитический нейтрализатор по п. 2, в котором наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, выполненную с возможностью ограничить перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

22. Способ по любому из пп. 3-9, в котором наноноситель включает частично восстановленную поверхность оксида алюминия, выполненную с возможностью ограничить перемещение активного наноматериала на поверхности наноносителя.

23. Каталитический нейтрализатор по п. 1, содержащий:
a. первый тип наночастиц, включающий первый активный наноматериал и первый наноноситель;
b. второй тип наночастиц, включающий второй активный наноматериал и второй наноноситель; и
c. частицы оксида микронного размера.

24. Каталитический нейтрализатор по п. 1, в котором указанный монолит, имеющий сотовую структуру, представляет собой кордиеритную подложку.

25. Каталитический нейтрализатор, содержащий кордиеритную подложку, причем указанная подложка дополнительно содержит одно или более «washcoat», содержащее:
a. первый тип наночастиц, включающий активный наноматериал и наноноситель;
b. второй тип наночастиц, включающий активный наноматериал и наноноситель; и
c. третий тип наночастиц, включающий активный наноматериал и наноноситель; и
d. частицы оксида микронного размера.

26. Способ по п. 6, в котором первый материал катализатора представляет собой платину, второй материал катализатора представляет собой палладий, а третий материал катализатора представляет собой родий.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к износостойкому каталитически-активному термобарьерному керамическому покрытию деталей камеры двигателя внутреннего сгорания, нанесенному методом микродугового оксидирования.
Изобретение относится к катализируемому сажевому фильтру, а также способу его получения. При этом способ включает следующие стадии: a) обеспечения тела сажевого фильтра с продольными каналами, которые ограничены продольными пористыми стенками, определяющими сторону рассеивания и сторону проникновения; b) обеспечения первого каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего первую катализаторную композицию, которая является активной в отношении селективного каталитического восстановления оксидов азота, c) обеспечения второго каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего вторую комбинированную катализаторную композицию в форме смеси катализатора, который является активным в отношении селективного окисления аммиака в азот, и катализатора, который является активным в отношении окисления монооксида углерода и углеводородов; d) нанесения на тело сажевого фильтра первого каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону рассеивания и внутрь разделительных стенок тела фильтра и нанесения на сажевый фильтр второго каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону проникновения тела фильтра; и e) сушки и термической обработки покрытого фильтра с получением катализируемого сажевого фильтра, причем модальный размер частиц первого катализатора в первом покрытии типа «washcoat» меньше, чем средний диаметр пор продольных стенок, и в котором модальный размер частиц второго покрытия типа «washcoat» больше, чем средний диаметр пор продольных стенок.

Изобретение относится к способам изготовления оксидных композитных катализаторов на металлическом носителе-подложке, которые могут быть использованы в реакциях конверсии СО в СO2, при очистке технологических и выхлопных газов, в частности, в двигателях внутреннего сгорания.
Изобретение относится к способу получения катализируемого сажевого фильтра, который включает стадии: a) обеспечения пористого тела фильтра, имеющего распределяющую сторону и сторону фильтрата; b) обеспечения каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего частицы первой катализаторной композиции, которая является активной в отношении селективного каталитического восстановления оксидов азота, вместе с частицами второй катализаторной композиции, которая является активной в отношении окисления монооксида углерода, углеводородов и аммиака, и частицами третьей катализаторной композиции, которая является активной в отношении селективного окисления аммиака в азот совместно со второй катализаторной композицией, где частицы первой катализаторной композиции имеют модальный размер частиц меньше, чем средний размер пор указанного сажевого фильтра, и где частицы второй и третьей катализаторной композиции имеют модальный размер частиц больше, чем средний размер пор указанного сажевого фильтра; с) нанесения на тело фильтра каталитического покрытия типа «washcoat» путем введения покрытия типа «washcoat» в выпускной конец стороны фильтрата; и d) сушки и термической обработки покрытого тела фильтра с получением катализируемого сажевого фильтра.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способу гидрообработки потоков исходного сырья. Катализатор содержит волокнистую подложку с кремнийсодержащими волокнами и цеолитом.

Изобретение относится к способу приготовления носителя Sn(Zr)-γ-Al2O3 для катализатора риформинга бензиновых фракций, при этом носитель готовят осаждением раствора азотнокислого алюминия водным раствором аммиака, с последующими стадиями фильтрации суспензии и промывки осадка, его пептизации кислотой с одновременным введением модифицирующей добавки Sn(Zr) жидкофазным формованием псевдозоля в виде гранул сферической формы, с последующей промывкой сферических гранул, сушкой и термической обработкой, при этом получают сферический носитель диаметром 1,7±0,1 мм, характеризующийся мономодальным распределением пор по размерам с величиной удельной поверхности, равной (265÷326) м2/г, объемом пор - (0,6÷0,68) см3/г, средним диаметром пор - (8,0÷9,6) нм, насыпным весом - (0,53÷0,59) г/см3 и механической прочностью на раздавливание - (148÷205) кг/см2.

Изобретение относится к способу изготовления сотового керамического блока для каталитического нейтрализатора выхлопных газов, в соответствии с которым на керамический блок из основного материала наносят подстилающий связующий слой, содержащий силикат натрия Na2O(SiO2)n или силикат калия K2O(SiO2)n, или их смесь, поверх которого формируют, как минимум, один слой подложки для нанесения катализатора, содержащий нанодисперсную окись гидроокиси алюминия (бемит), для чего наносят на вторую заготовку слой суспензии, содержащей нанодисперсную окись гидроокиси алюминия, просушивают заготовку с нанесенным слоем суспензии, после чего прокаливают заготовку сотового керамического блока с нанесенным материалом подложки и получают таким образом сотовый керамический блок для каталитического нейтрализатора выхлопных газов.

Изобретение относится к способу получения катализатора путем покрытия ячеистых тел кристаллическим слоем металла с каталитическими свойствами. Перед нанесением покрытия на поверхности ячеистых тел кристаллического слоя металла упомянутые поверхности предварительно покрывают порошком из драгоценных металлов, имеющим размер частиц <10 мкм.

Изобретение относится к области катализа. Описан способ создания эффективного бесплатинового каталитического покрытия на керамических блоках для нейтрализации отработавших газов автотракторных дизелей, включающий формирование подложки с большим значением удельной поверхности на керамических сотовых носителях.

Изобретение относится к материалам для удерживания NOx. Описан катализатор для удерживания оксида азота, содержащий: субстрат; первый слой покрытия из пористого оксида на субстрате, где указанный первый слой покрытия из пористого оксида содержит удерживающий оксид азота материал, содержащий частицы подложки из оксида церия с нанесенным на них карбонатом бария; и второй слой покрытия из пористого оксида над первым слоем покрытия из пористого оксида, содержащий единственный металл платиновой группы, при этом второй слой покрытия из пористого оксида по существу не содержит платины, церия и бария, а указанный единственный металл платиновой группы представляет собой родий, нанесенный на частицы жаропрочного оксида металла, содержащие оксид алюминия, легированный оксидом циркония в количестве до 30%.

Изобретение относится к очистке отработавших газов дизельного двигателя. Система содержит нейтрализатор 1 отработавших газов, катализатор 2, устройство 3 хранения и подачи мочевины, трубку 4 подачи мочевины через форсунку 5 в трубопровод 6 выпуска отработавших газов.

Изобретение относится к тройному катализатору для обработки выбросов отработанных газов из двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, установленных на транспортных средствах, фильтру для сажи с тройным катализатором, способу получения катализатора, способу обработки выбросов отработанных газов, выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания и транспортному средству.

Изобретение относится к области химической технологии. Химически активный фильтрующий элемент, содержащий химически активный материал в виде порошка или гранул, распределенный по каркасу из пористого инертного металлического носителя, размещенного в пористой оболочке.

Изобретение относится к катализатору на основе молекулярного сита и способу его получения. Описан катализатор на основе молекулярного сита для применения в реакторе с неподвижным слоем или в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Изобретение относится к способу приготовления носителя Sn(Zr)-γ-Al2O3 для катализатора риформинга бензиновых фракций, при этом носитель готовят осаждением раствора азотнокислого алюминия водным раствором аммиака, с последующими стадиями фильтрации суспензии и промывки осадка, его пептизации кислотой с одновременным введением модифицирующей добавки Sn(Zr) жидкофазным формованием псевдозоля в виде гранул сферической формы, с последующей промывкой сферических гранул, сушкой и термической обработкой, при этом получают сферический носитель диаметром 1,7±0,1 мм, характеризующийся мономодальным распределением пор по размерам с величиной удельной поверхности, равной (265÷326) м2/г, объемом пор - (0,6÷0,68) см3/г, средним диаметром пор - (8,0÷9,6) нм, насыпным весом - (0,53÷0,59) г/см3 и механической прочностью на раздавливание - (148÷205) кг/см2.

Изобретение относится к композиции катализатора для селективного каталитического восстановления газа. Каталитическая композиция содержит ванадат, представленный формулой XVO4/S, где XVO4 обозначает ванадат Bi, Sb, Ga и/или Al, необязательно в смеси с одним или несколькими ванадатами редкоземельных металлов, или в смеси с одним или несколькими ванадатами переходных металлов, или в смеси с одним или несколькими ванадатами переходных металлов и одним или несколькими ванадатами редкоземельных металлов, и S представляет носитель, включающий TiO2.

Изобретение относится к катализатору для ограничения выброса отработанных газов. Катализатор содержит подложку, каталитический родийсодержащий слой и каталитический платиносодержащий слой.

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе кристаллического алюмосиликата типа пентасил, включающему стадии: (a) обработка гидрата оксида алюминия водным содержащим кислоту средством, (b) смешивание обработанного водным содержащим кислоту средством гидрата оксида алюминия со стадии (a) с H-цеолитом со средним диаметром первичных кристаллитов от 0,01 мкм и меньше 0,1 мкм, (c) формование смеси, полученной на стадии (b), путем экструзии, и (d) кальцинирование полученной на стадии (c) смеси, причем по меньшей мере 95 об.% частиц гидрата оксида алюминия (в пересчете на средний диаметр) меньше или равно 100 мкм.
Настоящее изобретение относится к химической технологии производства катализаторов селективного гидрирования ацетиленовых и диеновых углеводородов в C2-C5+-углеводородных фракциях.

Изобретение относится к способу получения катализатора путем покрытия ячеистых тел кристаллическим слоем металла с каталитическими свойствами. Перед нанесением покрытия на поверхности ячеистых тел кристаллического слоя металла упомянутые поверхности предварительно покрывают порошком из драгоценных металлов, имеющим размер частиц <10 мкм.

Изобретение описывает способ экстракционного извлечения гомогенного рутениевого катализатора из продукта реакции гидрирования гликолевой кислоты, сложных эфиров гликолевой кислоты и/или олигомеров гликолевой кислоты под действием экстрагента, содержащего гидрофобный растворитель и необязательный гидрофильный растворитель.
Наверх