DE60121554T2

DE60121554T2 - Mehrzonen-speicherkatalysator und verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung

Info

Publication number: DE60121554T2
Application number: DE60121554T
Authority: DE
Inventors: Michel East Brunswick DEEBA; Uwe Dahle; Stefan Brandt
Original assignee: Engelhard Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: EP1265691A1; WO2001074476A1; DE60121554D1; KR20020081457A; EP1265691B1; ATE333317T1; AU2001240085A1; US6375910B1; JP2003531717A; JP5041567B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrzonen-Speicherkatalysator zur Behandlung von Abgasströmen, insbesondere solchen, die aus mager betriebenen Motoren auftreten, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen Mehrzonen-Speicherkatalysator zur Verfügung, welcher NO_x, CO und Kohlenwasserstoffe in den Abgasströmen, welche zu Beginn des Motorstarts behandelt werden, verringert, wie auch bei nachfolgenden Hochtemperaturbedingungen des Motors und eine erhöhte Beständigkeit nach der Alterung bei der hohen Temperatur und bei den mageren Betriebsbedingungen zeigt.
STAND DER TECHNIK
Die Emission von Stickstoffoxiden („NO_x") aus Magermotoren (welche unten beschrieben sind) muss reduziert werden, um die Emissionsstandards zu erfüllen. Die herkömmlichen Drei-Wege-(„TWC") Kraftfahrzeugkatalysatoren sind geeignet, um NO_x-, Kohlenstoffmonoxid („CO")- und Kohlenwasserstoff („HC")- Verunreinigungen aus dem Abgas der Motoren zu verringern, welche bei oder in der Nähe von stoichiometrischen Luft/Kraftstoffbedingungen betrieben werden. Der genaue Anteil von Luft zu Kraftstoff, welcher zu stoichiometrischen Bedingungen führt, verändert sich mit den relativen Anteilen an Kohlenstoff und Wasserstoff in dem Kraftstoff. Ein Luft-zu-Kraftstoff („A/F") Verhältnis von 14,65:1 (Gewicht von Luft gegenüber dem Gewicht von Kraftstoff) ist das stoichiometrische Verhältnis, welches der Verbrennung von Kohlenwasserstoffkraftstoff entspricht, wie Benzin, mit einer durchschnittlichen Formel CH_1,88. Das Symbol λ wird verwendet, um das Ergebnis, des Dividierens eines bestimmten A/F Verhältnisses durch das stoichiometrische A/F Verhältnis für einen gegebenen Kraftstoff darzustellen, so dass λ = 1 eine stoichiometrische Mischung ist, λ > 1 eine magere Kraftstoffmischung und λ eine fette Kraftstoffmischung.
Motoren, insbesondere Benzin-betriebene Motoren, welche für Fahrzeuge für Insassen und dergleichen verwendet werden, sind so konstruiert, dass sie unter mageren Bedingungen betrieben werden, als eine wirtschaftliche Maßnahme bezüglich des Kraftstoffes.
Solche zukünftigen Motoren werden als „Magermotoren" bezeichnet. Das heißt, das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff in den Verbrennungsmischungen, welche solchen Motoren zugeführt werden, wird beträchtlich oberhalb des stoichiometrischen Verhältnisses gehalten (z.B. bei einem Luft/Kraftstoff Gewichtsverhältnis von 18:1), so dass die resultierenden Abgase „mager" sind, d.h. die Abgase weisen einen relativ hohen Sauerstoffgehalt auf. Obwohl die Magenmotoren eine gesteigerte Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, weisen sie den Nachteil auf, dass herkömmliche TWC Katalysatoren nicht wirksam sind, um die NO_x Emissionen von solchen Motoren zu reduzieren, aufgrund des Überschusses an Sauerstoff in dem Abgas. Der Stand der Technik versucht diese Probleme zu überwinden, indem die Magenmotoren mit kurzen Perioden eines fetten Betriebes betrieben wurden (Motoren, die auf diese Art und Weise betrieben werden, werden manchmal als „teilweise mager betriebene Motoren") bezeichnet. Es ist bekannt, das Abgas solcher Motoren mit einem Katalysator/NO_x Sorptionsmittel zu behandeln, welches das NO_x während der Periode des mageren (Sauerstoff-reichen) Betriebes speichert, und das gespeicherte NO_x während der fetten (Kraftstoff-reichen) Perioden des Betriebes freigibt. Während der Perioden des fetten Betriebes beschleunigt der Katalysatorbestandteil des Katalysator/NO_x Sorptionsmittel die Reduktion von NO_x zu Stickstoff durch die Reaktion von NO_x (einschließlich NO_x, welches von dem NO_x Sorptionsmittel freigegeben wird) mit HC, CO und/oder Wasserstoff, welche in dem Abgas vorhanden sind.
Die Verwendung der NO_x Speicher (Sorptionsmittel) Bestandteile einschließlich Erdalkalimetalloxide, wie Ca-, Sr- und Ba-Oxide, Alkalimetalloxide, wie K-, Na-, Li- und Cs-Oxide, und Seltenerdemetalloxide, wie Ce-, La-, Pr- und Nd-Oxide in Kombination mit Edelmetallkatalysatoren, wie einem auf einem Aluminiumoxidträger dispergiertes Platin, ist bekannt, wie zum Beispiel in Spalte 4, Zeile 19–25 des U.S. Patentes 5,473,887 von S. Takeshima et al., erteilt am 12. Dezember 1995 beschrieben ist. In Spalte 4, Zeile 53–57 ist eine beispielhafte Zusammensetzung beschrieben, enthaltend Barium (ein Erdalkalimetall) und ein Platinkatalysator. Die Veröffentlichung „Environmental Catalysts For A Better World And Life, Proceedings of the 1^st World Congress in Pisa, Italien, 1.–5. Mai 1995, veröffentlicht von der Societa Chimica Italiana of Rome, Italien, umfasst auf den Seiten 45–48 der Veröffentlichung einen Artikel mit dem Titel „The New Concept 3-Way Catalyst For Automotive Lean-Burn Engine Storage and Reduction Catalyst" von Takahashi et al. (im Folgenden als „das Takahashi et al. Paper" bezeichnet). Dieser Artikel offenbart die Herstellung von Katalysatoren der Art, welche in dem zuvor genannten Ta keshima et al. U.S. Patent 5,473,887 beschrieben sind, und verwendet diese Katalysatoren für die NO_x Reinigung von tatsächlichen und simulierten Abgasen abwechselnd unter oxidierenden (mageren) und reduzierenden (fetten oder stoichiometrischen) Bedingungen. In dem letzten Satz auf Seite 46 wird die Folgerung gezogen, dass NO_x in dem Katalysator unter oxidierenden Bedingungen gespeichert wurde und dass das gespeicherte NO_x anschließend unter stoichiometrischen und reduzierenden Bedingungen zu Stickstoff reduziert wurde. Eine ähnliche aber detailliertere Diskussion ist in dem SAE Paper 950809 enthalten, veröffentlicht von der Society of Automotive Engineers, Inc. Warrendale, Pa. mit dem Titel Development of New Concept Three-Way Catalyst for Automotive Lean-Burn Engines, von Naoto Miyoshi et al., und wurde bei dem International Congress and Exposition, Detroit, Mich., 27. Februar bis 2. März 1995 veröffentlicht.
Das U.S. Patent 4,742,038, „Monolithic Catalyst Support and Catalyst Deposited on the Support", erteilt am 3. Mai, 1988 an S. Matsumoto, offenbart ein Metallsubstrat zum Tragen eines katalytischen Materials, welches zur Behandlung von Abgasen aus Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist. Das U.S. Patent 5,874,057, „Lean NO_x Catalyst/Trap Method", erteilt am 23. Februar 1999 von M. Deeba et al., offenbart ein Verfahren der NO_x Verringerung unter Einsatz einer Zusammensetzung umfassend einen NO_x Speicherkatalysator umfassend Platin und gegebenenfalls wenigstens einen anderen Katalysator der Platingruppe, welcher von einem NO_x Sorptionsmaterial getrennt gehalten wird. Das NO_x Sorptionsmaterial kann ein oder mehrere sein aus Oxiden, Karbonaten, Hydroxiden und Mischoxiden von ein oder mehreren aus Lithium, Natrium Kalium, Rubidium, Osmium, Magnesium, Kalzium, Strontium und Barium.
Die oben beschriebenen Katalysatoren des Standes der Technik weisen ein Problem bei der praktischen Anwendung auf, insbesondere wenn die Katalysatoren gealtert werden indem sie hohen Temperaturen und mageren Betriebsbedingungen ausgesetzt werden, da solche Katalysatoren nach solch einem Aussetzen eine deutliche Verringerung der katalytischen Aktivität bezüglich der NO_x Reduktion zeigen, insbesondere bei Betriebsbedingungen bei niedriger Temperatur (250 bis 350°C) und hoher Temperatur (450 bis 600°C).
Das U.S. Patent 5,451,558 „Process For the Reaction and Absorption of Gaseous Air Pollutants, Apparatus Therefor and Method of Making the Same," erteilt am 19. September 1995 von L. Campbell et al., („von Campbell et al., Patent") offenbart ein katalyti sches Material zur Reduktion von NO_x aus einer Turbine eines Kraftwerks, obwohl das Patent in Spalte 1, Zeile 13–14 allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schmutzstoffen betrifft „welche durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder Wasserstoff in einem Motor oder Kessel erzeugt werden, vorzugsweise in einer Gasturbine". Wie in Spalte 2, Zeile 23–37 offenbart, werden die Abgase der Turbine auf den Bereich von 250 bis 500°F (ungefähr 121°C bis 260°C) abgekühlt, bevor sie das katalytische/absorbierende Material kontaktieren (Spalte 2, Zeile 23–37) und es wird angegeben, dass die Oxidation (Spalte 2, Zeile 45–48) bei Temperaturen in dem Bereich von 150–225°F (66 bis 218°C) auftritt, insbesondere bevorzugt in dem Bereich von 175 bis 400°F (ungefähr 79 bis 204°C). Die katalytische Art umfasst eine Oxidationskatalysatorart, welche verschiedene Metalle umfassen kann, einschließlich Metalle der Platingruppe (siehe Spalte 3, Zeile 67 bis Spalte 4, Zeile 3), welche auf einem Träger mit hoher Oberfläche abgeschieden ist, welcher aus „Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Titandioxid, Siliziumdioxid oder einer Kombination von zwei oder mehreren dieser hergestellt sein kann". Der Katalysator-haltige Träger mit hoher Oberfläche wird mit einer absorbierenden Art beschichtet, welche „wenigstens eine Alkali- oder Erdalkaliverbindung, welche eine Hydroxydverbindung, Bikarbonatverbindung oder Karbonatverbindung oder deren Mischungen sein kann, umfassen kann". In Spalte 3, Zeile 16–22 heißt es, dass die „Karbonatbeschichtung" ein „Lithium-, Natrium-, Kalium- oder Kalziumkarbonat ist, und zur Zeit ist die bevorzugte Beschichtung ein Kaliumkarbonat". In Spalte 4, Zeilen 28–31 wird jedoch angegeben, dass das Absorptionsmittel „besonders bevorzugt Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat oder Kalziumkarbonat" umfasst. Der Träger mit hoher Oberfläche enthaltend die Oxidationsart und das Absorptionsmittel kann auf „eine keramische oder metallische Matrixstruktur" als ein Träger aufgebracht werden (siehe Spalte 4, Zeile 12–20). Das katalytische Material wird auf den Träger durch Beschichten des Trägers mit z.B. mit Platin getränkten Aluminiumoxid und anschließendes Benetzen des Aluminiumoxids mit einer Alkali- oder Erdalkalikarbonatlösung, und anschließendes Trocknen des benetzten Aluminiumoxids (siehe Spalte 5, Zeile 9 bis Spalte 6, Zeile 12) aufgebracht. Die Träger können Aluminiumoxidkugeln sein, wie in der 1A dargestellt, oder ein monolithischer keramischer oder rostfreier Stahlträger wie in 1C dargestellt, wobei beide Figuren in Spalte 4, Zeile 67 bis Spalte 5, Zeile 8 beschrieben sind. Die Verwendung eines metallischen monolithischen Trägers für das katalytische/absorbierende Material wird in Spalte 5, Zeile 48–58 vorgeschlagen. Es gibt keinen Hinweis in dem Campbell et al. Patent, das die Art des Substrats oder des Trägers mit hoher Oberfläche, welcher mit einer besonderen absorbierenden Art verwendet wird, kritisch oder wichtig ist. Tatsäch lich wird wie oben festgehalten, Siliziumdioxid als einer der vier Träger mit hoher Oberfläche gelehrt, um mit Zusammensetzungen verwendet zu werden, die vorzugsweise ein Kaliumkarbonatabsorptionsmittel umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Mehrzonen-Speicherkatalysator zur Umwandlung von NO_x in einem Abgasstrom, welcher aus einem Motor ausströmt, der unter periodischen Wechseln zwischen mageren, stoichiometrischen oder fetten Bedingungen betrieben wird. Der Mehrzonen-Speicherkatalysator umfasst eine erste Zone, eine zweite Zone und ggf. ein oder mehrere Zwischenzonen, die zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet sind. Die Herstellung des Speicherkatalysators in Form solcher Zonen führt zu einem Speicher, welcher eine hohe katalytische Aktivität für die NO_x-Reduktion insbesondere bei mageren Verbrennungsbedingungen beibehält, insbesondere bei Betriebsbedingungen bei niedriger Temperatur (250 bis 350°C), wie auch bei hoher Temperatur (450 bis 600°C), ohne die katalytische Aktivität in Bezug auf die Entfernung unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu verringern, welche in dem Abgasstrom vorhanden sind. Des Weiteren behalten die Mehrzonen-Speicherkatalysatoren der vorliegenden Erfindung ihre katalytische Aktivität bei, auch wenn die Speicher gealtert werden, indem sie hohen Temperaturen und mageren Betriebsbedingungen gealtert werden ausgesetzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines typischen Einzonen-Speicherkatalysators;
1A zeigt einen Teil eines Querschnittes relativ zu 1 vergrößert und aufgenommen entlang einer Ebene parallel zu den Endflächen des Trägers in 1;
1B zeigt eine relativ zu 1A vergrößerte Ansicht, eines der Gasflussdurchgänge, welche in 1A dargestellt sind.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mehrzonen-Speicherkatalysators, mit einer ersten Zone und einer zweiten Zone gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mehrzonen-Speicherkatalysators mit einer ersten Zone, einer zweiten Zone und gegebenenfalls einer Zwischenzone, welche zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet ist, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Behandlungssystems für das Abgas eines Motors umfassend einen möglichen Vorbehandlungskatalysator, der stromaufwärts des Mehrzonen-Speicherkatalysators angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Kurve der „NO_x Umwandlungskurven" für ein Temperaturscreening (ohne Alterung) von zwei Einzonen-Speicherkatalysatoren und dem Mehrzonen-Speicherkatalysator der zweiten Ausführungsform der Erfindung, welche erhalten wird, indem auf der vertikalen Achse die NO_x Prozente des Einlassstromes zu dem katalytischen Speicher dargestellt ist, welche zu N₂ umgewandelt wird, indem der Strom mit den Speichern in Kontakt gebracht wird, und auf der horizontalen Achse die Temperatur des Einlassstromes in Grad Celsius unmittelbar vor dem Eintritt in den Speicher dargestellt ist;
7 zeigt eine Kurve der „NO_x Umwandlungskurven" für das Temperaturscreening der drei Einzonen-Speicherkatalysatoren und des Mehrzonen-Speicherkatalysators der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach einem Altem, indem auf der vertikalen Achse die NO_x Prozente des Einlassstromes zu dem Mehrzonen-Speicherkatalysator dargestellt sind, welche zu N₂ umgewandelt werden, indem der Strom mit dem Speicher kontaktiert wird, und auf der horizontalen Achse die Temperatur des Einlassstromes in Grad Celsius unmittelbar vor dem Eintritt in den Speicher dargestellt ist.
DETAILLIERT BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Verringerung von NO_x aus Abgasen von Magermotoren, wie Benzindirekteinspritzern und teilweise mager betriebenen Magenmotoren, wie auch aus Dieselmotoren, erfordert das Speichern von NO_x bei mageren Betriebsbedingungen und das Freisetzen und Re duzieren des NO_x bei stoichiometrischen oder fetten Betriebsbedingungen. Der Magerbetriebszyklus beträgt normalerweise zwischen 1 und 3 Minuten und der fette Betriebszyklus sollte klein genug sein (1 bis 5 Sekunden), um soviel des Kraftstoffvorteiles wie möglich beizubehalten, welches mit dem Magermotor verbunden ist. Ein Speicherkatalysator muss im Allgemeinen eine NO_x Speicherfunktion bereitstellen und eine Katalysatorfunktion, typischerweise eine Drei-Wege-Katalysator („TWC") Funktion.
Die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Mehrzonen-Speicherkatalysator mit einer ersten, einer zweiten und gegebenenfalls ein oder mehreren Zwischenzonen zwischen der ersten und zweiten Zone.
Die erste Zone umfasst ein erstes Speicherkatalysatormaterial, welches auf einem feuerfesten Trägerelement aufgebracht ist. Das erste Speicherkatalysatormaterial umfasst:

(a) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in einer Menge von 1,060 bis 10,60 kg/m³ (30 bis 300 g/ft³); ein katalytischer Platinbestandteil in einer Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in einer Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³) dispergiert ist; und
(b) ein NO_x Sorptionsmittel, umfassend eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen und gegebenenfalls eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen eines oder mehrerer Alkalimetalle.

Der zweite Träger umfasst ein zweites Speichenkatalysatorträgermaterial aufgebracht auf einem feuerfesten Trägerelement. Das zweite Speicherkatalysatormaterial umfasst:

(A) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in einer Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³), ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0,353 bis 3,534 kg/m³ (10 bis 100 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 20 g/ft³) dispergiert ist; und
(B) ein NO_x Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Metallen gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen.

Die ein oder mehreren optionalen Speicherzonen umfassen ein oder mehrere optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterialien, welche auf einem oder mehreren feuerfesten Trägerelementen aufgebracht sind. Die optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien umfassen:

(a) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in einer Menge von 0,883 bis 2.650 kg/m³ (25 bis 75 g/ft³), ein katalytischer Palladiumbestandteil in einer Menge von 0,176 bis 1,060 kg/m³ (5 bis 30 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in einer Menge von 0 bis 10 g/ft³) dispergiert ist und
(b) ein NO_x Sorptionsmittel umfassend eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen.

Das NO_x Sorptionsmittel in den ersten, zweiten und optionalen Zwischenzone(n) in jeder der Zonen kann die gleiche Verbindung oder unterschiedliche Verbindungen sein. Solche Verbindungen umfassen ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen von einem Erdalkali oder Alkalimetall wie Lithium, Natrium, Kalium, Cesium, Magnesium, Kalzium, Strontium oder Barium. Die basische sauerstoffhaltige Verbindung umfasst ohne Einschränkungen, ein Oxid, Karbonat, Hydroxid oder gemischtes Metalloxid von einem oder mehreren der vorgenannten Metalle. Die Mischoxide können zum Beispiel Bariumzirkonat, Kalziumtitanat, Bariumtitanat, Magnesiumtitanat (z.B. MgOTiO₂), Magnesiumaluminiumoxidtitanat (z.B. MgOAl₂O₃), etc. sein.
Das bevorzugte NO_x Sorptionsmittel in der ersten, zweiten und den optionalen Zwischenzone(n) ist ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen von Kalium, Cesium, Barium, Strontium oder Natrium. Vorzugsweise ist das NO_x Sorptionsmittel in der ersten Zone, zweiten Zone und den optionalen Zwischenzonen in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,0183 g/cm³ (0,3 bis 2,5 g/in³) vorhanden. Vorzugsweise ist das NO_x Sorptionsmittel in der ersten Zone, zweiten Zone und optionalen Zwischenzonen in der Gesamtmenge von 0,0183 bis 1,525 g/cm³ (0,3 bis 2,5 g/in³) vorhanden.
Das NO_x Sorptionsmittel kann in das Speicherkatalysatormaterial der vorliegenden Erfindung auf jede geeignete Weise eingeführt werden. Daher kann das NO_x Sorptionsmittel in Bulk Partikelform eingeführt werden, indem die Teilchen des NO_x Sorptionsmittelbestandteils mit den Teilchen des feuerfesten Metalloxidträgers einfach vermischt werden, auf welchem die katalytischen Palladium und/oder optional Platin- und Rhodiumbestandteile dispergiert sind. Alternativ kann das NO_x Sorptionsmittel auf dem eigenen feuerfesten Metalloxidträger dispergiert werden, indem geeignete feuerfeste Metalloxidpartikel mit einer Lösung aus einer Vorläuferverbindung des NO_x Sorptionsmittels getränkt werden, getrocknet und in Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas erwärmt werden (Kalzinieren). Das resultierende getragene NO_x Sorptionsmittel kann in die Washcoat eingeführt werden, indem die Partikel mit den getragenen katalytischen Bestandteilpartikeln in einer Aufschlämmung vermischt werden, um als eine Washcoat auf ein Trägerelement aufgebracht zu werden. Alternativ können die getragenen NO_x Sorptionsmittelpartikel als eine getrennte, diskrete Schicht der Washcoat aufgebracht werden. Alternativ und bevorzugt in Bezug auf das Erzielen einer feineren Dispergierung des NO_x Sorptionsmittels durch das ganze Speicherkatalysatormaterial, kann das NO_x Sorptionsmittel in der Washcoat dispergiert werden, indem ein Palladium- und Platin-haltiger kalzinierter feuerfester Metalloxidträger (welcher auch katalytische Rhodiumbestandteile enthalten kann) mit einer Lösung einer löslichen Vorläuferverbindung des NO_x Sorptionsmaterials imprägniert wird, z.B. einem Nitrat oder Acetat, wie Cesiumnitrat, und anschließend der getränkte Träger getrocknet und in Luft (oder anderem sauerstoffhaltigen Gas) kalziniert wird, um die imprägnierte Vorläuferverbindung in das NO_x Sorptionsmittel zu zersetzen. Dieses Verfahren kann vorteilhaft verwendet werden, indem ein Trägerelement, auf welchem eine kalzinierte Washcoat, welche die katalytischen Palladium- und Platin- und möglicherweise Rhodiumbestandteile aufweist, in eine Lösung aus einer oder mehreren Vorläuferverbindungen des NO_x Sorptionsmittels getaucht wird. Es ist klar, dass unterschiedliche Anteile des NO_x Sorptionsmittels in das Speicherkatalysatormaterial durch unterschiedliche der obigen Verfahren eingeführt werden kann. Die Wahl eines bestimmten Verfahrens des Einführens des NO_x Sorptionsmittels kann in manchen Fällen von den bestimmten eingesetzten Bestandteilen vorgegeben werden.
Ein typisches sogenanntes Wabenartiges Trägerelement umfasst einen „Klotz" bzw. „Stein" eines Materials, wie Kordierit oder dergleichen, mit einer Vielzahl von feinen Gasflussdurchgängen, welche sich durch dieses erstrecken, von einer Vorderfläche zu einer Rückfläche des Trägerelements. Diese feinen Gasflussgänge, welche zwischen ungefähr 15,5 bis 139,5 Zellen oder Durchgänge je Quadratzentimeter betragen können (100 bis 900 Durchgänge oder Zellen je Quadratinch der Fläche („cpsi")) weisen ein Speicherkatalysatormaterial auf, welches auf die Wände aufgebracht ist.
Das Mehrzonen-Speicherkatalysatormaterial der vorliegenden Erfindung kann andere geeignete Bestandteile enthalten, wie katalytische Bestandteile basischer Metalloxide, z.B. Oxide von einem oder mehreren von Nickel, Mangan und Eisen. Solche Bestandteile sind geeignet aufgrund ihrer Fähigkeit Wasserstoffsulfid bei fetten oder stoichiometrischen Bedingungen zu speichern und bei mageren Bedingungen die Oxidation von Wasserstoffsulfid zu Schwefeldioxid zu beschleunigen. Der Anteil des freigegebenen SO₂ ist relativ gering und in jedem Fall weniger schädlich als die Freisetzung von H₂S, aufgrund des scharten unangenehmen Geruch des letzteren. Solche Bestandteile, wenn sie eingesetzt werden, werden vorzugsweise an dem hinteren oder stromabwärts gelegenen Ende des Speicherkatalysators angeordnet, so dass das gebildete SO₂ nicht die gesamte Länge des Speichers kontaktiert. Das SO₂ weist eine Tendenz auf, den Katalysator zu vergiften und, wenn er in dem stromabwärts gelegenen Bereich des Speicherkatalysators angeordnet ist, wird das meiste desselben aus dem Speicherkatalysator abgegeben und die Vergiftung des Katalysators wird beschränkt. Vorzugsweise werden solche Bestandteile innerhalb des stromabwärts gelegenen 20% Bereichs der Länge des Speicherkatalysators angeordnet (der Ausdruck „stromabwärts gelegen" wird verwendet, in Richtung des durch den Speicherkatalysator fließenden Abgases).
Die katalytischen Platin-, Palladium- und Rhodiumbestandteile werden von einem geeigneten feuerfesten Metalloxidträger getragen, und werden durch Verfahren hergestellt, die im Stand der Technik gut bekannt sind, z.B. durch Tränken des Trägers mit einer Vorläuferverbindung oder einen Komplex des katalytischen Metalls.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Speicherkatalysators gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, das katalytische NO_x-Sorptionsmittel als eine Beschichtung oder Schicht einer Washcoat auf den Wänden der Gasflussdurchgänge eines geeigneten feuerfesten Trägerelementes bereitzustellen, wie einen Kordieritwabenträger. Dies kann durchgeführt werden, wie im Stand der Technik bekannt ist, durch das Tränken eines feinen teilchenförmigen feuerfesten Metalloxids, z.B. aktiviertes Aluminiumoxid (mit hoher Oberfläche, vorzugsweise gamma-Aluminiumoxid), mit einem oder mehreren katalytischen Metallbestandteilen, welche im Wesentlichen Palladium und Platin und wahlweise Rhodium umfassen, Trocknen und Kalzinieren der imprägnierten, aktivierten Aluminiumoxidpartikel und Bilden einer wässrigen Aufschlämmung aus diesen Partikeln. Partikel eines Bulk NO_x-Sorptionsmittels kann auch in der Aufschlämmung enthalten sein. Alternativ kann das NO_x-Sorptionsmittel in den Träger dispergiert werden, vorzugsweise durch eine Nachimprägnierungsbehandlung wie oben beschrieben. Das aktivierte Aluminiumoxid kann anfänglich thermisch stabilisiert sein, wie im Stand der Technik bekannt, indem es zum Beispiel mit einer Lösung aus löslichen Salz von Barium, Lanthan, seltenem Erdmetall oder anderen bekannten Stabilisatorvorläufern imprägniert wird, und das imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid kalziniert wird, um ein stabilisiertes Metalloxid zu bilden, welches auf dem Aluminiumoxid dispergiert ist. Das Trägerelement kann dann in die Aufschlämmung des getränkten aktivierten Aluminiumoxids getaucht werden und überschüssige Aufschlämmungen entfernt werden, um eine dünne Beschichtung der Aufschlämmung auf den Wänden der Gasflussdurchgänge des Trägers bereitzustellen. Der beschichtete Träger wird anschließen getrocknet und kalziniert, um eine haftende Beschichtung auf dem katalytischen Bestandteil bereitzustellen und gegebenenfalls den NO_x-Speicherbestandteil, an den Wänden der Durchgänge dessen. Der Träger kann dann in einer Aufschlämmung feiner Teilchen einer basischen sauerstoffhaltigen Metallverbindung eingetaucht werden, zum Beispiel in eine wässrige Aufschlämmung feiner Teilchen aus Bulk Strontiumoxid, um eine zweite oder obere Beschichtung (Schicht) aus einem NO_x-Sorptionsmittel bereitzustellen, welches auf der ersten oder unteren Beschichtung des NO_x Katalysators abgeschieden ist. Das beschichtete Trägerelement wird dann getrocknet und kalziniert, um eine fertiggestellte Katalysatorzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Alternativ können das Aluminiumoxid oder andere Trägerteilchen, welche mit dem katalytischen Bestandteil getränkt sind, mit Bulk oder getragenen Teilchen des NO_x-Sorptionsmittels in einer wässrigen Aufschlämmung vermischt werden, und diese vermischte Aufschlämmung der Teilchen des katalytischen Bestandteils und der NO_x-Sorptionsmittelteilchen können als eine Beschichtung auf die Wände der Gasflussdurchgänge des Trägerelementes aufgebracht werden. Vorzugsweise wird jedoch, um die Dispersion des NO_x-Sorptionsmittels zu verbessern, die Washcoat des katalytischen Ma terials in eine Lösung eines oder mehrerer Vorläuferverbindungen (oder Komplexe) des NO_x Sorptionsmittels eingetaucht (danach eingetaucht), um die Washcoat mit dem NO_x Sorptionsmittelvorläufers zu imprägnieren. Die getränkte Washcoat wird anschließend getrocknet und kalziniert, um das NO_x Sorptionsmittel bereitzustellen, welches über die Washcoat verteilt ist.
Getrennte diskrete Schichten der Washcoat können in aufeinanderfolgenden Imprägnier/Trocknungs/Kalzinier-Verfahren aufgebracht werden, um zum Beispiel eine untere Washcoat bereitzustellen, welche zum Beispiel im Wesentlichen den ganzen optionalen katalytischen Platinbestandteil enthält und eine obere Washcoatschicht, welche zum Beispiel im Wesentlichen den ganzen katalytischen Palladiumbestandteil enthält. Alternativ kann im Wesentlichen der ganze katalytische Palladiumbestandteil in der unteren Washcoatschicht vorhanden sein und im Wesentlichen der ganze katalytische Platinbestandteil in der oberen Schicht. In einer dritten Variation können der katalytische Platin- und Palladiumbestandteil oder Teile dieser, sowohl in der oberen als auch in der unteren Schicht der Washcoat vorhanden sein. Ein katalytischer Rhodiumbestandteil kann eine Ergänzung oder Ersatz des katalytischen Platinbestandteils in jeder der obigen Kombinationen sein. Des Weiteren können mehr als zwei Washcoatschichten bereitgestellt werden. Das NO_x Sorptionsmittel kann durch Tränkung in sowohl die obere und untere Schichten dispergiert werden.
In Bezug auf das erste katalytische Speichermaterial ist der katalytische Palladiumbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 1,767 bis 7,067 kg/m³ (50 bis 200 g/ft³) vorhanden.
In Bezug auf das zweite katalytische Speichermaterial ist der katalytische Platinbestandteil vorzugsweise in der Menge von 1,060 bis 3,534 kg/m³ (30 bis 100 g/ft³) und der katalytische Rhodiumbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 20 g/ft³) vorhanden.
In Bezug auf die optionalen katalytischen Zwischenspeichermaterialien ist der katalytische Palladiumbestandteil vorzugsweise in der Menge von 1,060 bis 1,767 kg/m³ (30 bis 50 g/ft³), der katalytische Platinbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 0,353 bis 0,707 kg/m³ (10 bis 20 g/ft³) und der katalytische Rhodiumbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) vorhanden.
Vorzugsweise ist die Gesamtmenge der Edelmetalle in allen Zonen des katalytischen Speichers solchermaßen, dass die gesamte Menge des Palladiumbestandteils plus des Platinbestandteils plus des Rhodiumbestandteils nicht mehr als 5,830 kg/m³ (165 g/ft³), vorzugsweise nicht mehr als 4,417 kg/m³ (125 g/ft³) beträgt.
Zu den Zwecken der vorliegenden Erfindung kann das feuerfeste Trägerelement, auf welchem das erste katalytische Speichermaterial, das zweite katalytische Speichermaterial und die optionalen katalytischen Zwischenspeichermaterialien aufgebracht sind, das gleiche Trägerelement sein oder es kann aus getrennten entsprechenden Trägerelementsegmenten bestehen. In dem letzteren Fall kann ein Segment das gleiche Trägerelementmaterial wie das des benachbarten Segments umfassen oder kann aus einem unterschiedlichen Trägerelementmaterial bestehen.
Wünschenswerterweise wird der Mehrzonen-Speicherkatalysator der Erfindung in Kombination mit einem Behandlungskatalysator eingesetzt, welcher stromaufwärts des Mehrzonen-Speicherkatalysators relativ zu dem Abgasstrom angeordnet ist. Der Behandlungskatalysator sollte ein solcher sein, der dafür bekannt ist, dass er wirksam die Oxidation von Kohlenwasserstoffen in CO₂ und H₂O unter oxidierenden Bedingungen beschleunigt.
Der feuerfeste Träger kann aus jedem der Materialien hergestellt werden, die herkömmlicher Weise für Speicherkatalysatoren verwendet werden. Vorzugsweise sind der feuerfeste Träger wie auch das erste Speicherkatalysatormaterial, das zweite Speicherkatalysatormaterial und die optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien im Wesentlichen frei von Siliziumdioxidbestandteilen. Typischerweise kann das feuerfeste Material ein feuerfestes Metall sein, wie rostfreier Stahl, Eisen/Chromlegierung oder Titan, oder eines oder mehrere aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Korundum, Aluminiumphosphat, Zirkoniumphosphat, Zirkoniumaluminiumphosphat oder Metalle, welche Zirkoniumphosphat oder Zirkoniumaluminiumphosphat einbauen.
Die ersten und/oder zweiten und/oder optionalen Zwischenzonen des Speicherkatalysators können des Weiteren ein oder mehrere Bestandteile umfassen, welche unabhängig aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus einem oder mehreren der Oxide von Nickel, Mangan, Eisen, Lanthan, Barium und Zirkonium.
Als eine zweite Ausführungsform der Erfindung sind das erste katalytische Speichermaterial, das zweite katalytische Speichermaterial und die optionalen katalytischen Zwischenspeichermaterialien in der ersten, zweiten und optionalen Zwischenzonen als eine diskrete Bodenschicht oder eine diskrete obere Schicht vorhanden, die die Bodenchicht bedeckt. Wenn die katalytischen Speichermaterialien in der Form solcher Schichten vorhanden sind, kann die Bodenschicht, auf welche die Materialien aufgebracht werden, das gleiche Trägerelement sein, oder kann aus separaten entsprechenden Trägerelementsegmenten bestehen. In dem Fall separater Segmente, kann ein Segment das gleiche Trägerelementmaterial umfassen, wie das eines benachbarten Segments oder kann aus einem unterschiedlichen Trägerelementmaterial bestehen. Zusätzlich zu dem katalytischen Palladiumbestandteil, dem katalytischen Platinbestandteil, dem katalytischen Rhodiumbestandteil und dem NO_x Sorptionsmittel, kann die Bodenschicht und/oder Oberschicht auch einen oder mehrerer Oxide der Metalle enthalten, wie Nickel, Mangan, Eisen, Lanthan, Barium und Zirkonium.
In der zweiten Ausführungsform umfasst das erste Speicherkatalysatormaterial in der Oberschicht vorzugsweise einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil und ein NO_x Sorptionsmittel dispergiert ist, umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen eines oder mehrerer Erdalkalimetalle und gegebenenfalls ein oder mehrerer basischer sauerstoffhaltiger Verbindungen eines oder mehrerer Alkalimetalle.
In der zweiten Ausführungsform ist der katalytische Palladiumbestandteil vorzugsweise in der oberen Schicht in einer Menge von 1,767 bis 7,067 kg/m³ (50 bis 200 g/ft³) vorhanden.
Das NO_x-Sorptionsmittel ist vorzugsweise in jeder der oberen und unteren Schichten in einer Menge von 0 bis 0,0275 g/cm³ (0 bis 0,45 g/in³) in dem Fall vorhanden, dass das NO_x-Sorptionsmittel ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Alkalimetalle ist und vorzugsweise in einer Menge von 0,0183 bis 0,0915 g/m³ (0,3 bis 1,5 g/in³) in dem Fall, dass das NO₂-Sorptionsmittel aus einer oder mehreren basischen sauerstoffhaltigen Verbindungen ein oder mehrerer Erdalkalimetalle besteht.
Des Weiteren umfasst das zweite Speicherkatalysatormaterial in der oberen Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform vorzugsweise einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Platinbestandteil, ein katalytischer Rhodiumbestandteil und ein NO_x-Sorptionsmittel dispergiert ist, umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen und das zweite Speicherkatalysatormaterial in der unteren Schicht umfasst einen feuerfesten Metalloxidträger mit einem katalytischen Platinbestandteil, einem katalytischen Rhodiumbestandteil und einem NO_x-Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus den Erdalkalimetallen und Alkalimetallen.
Des Weiteren ist in der zweiten Ausführungsform der katalytische Platinbestandteil vorzugsweise in der oberen Schicht in einer Menge von 0 bis 1,060 kg/m³ (0 bis 30 g/ft³) und vorzugsweise in der unteren Schicht in der Menge von 1,060 bis 2,120 kg/m³ (30 bis 60 g/ft³) vorhanden; der katalytische Rhodiumbestandteil ist vorzugsweise in der oberen Schicht in einer Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) und in der unteren Schicht in der Menge von 0,176 bis 0,353 kg/m³ (5 bis 10 g/ft³) vorhanden. Das NO_x-Sorptionsmittel ist vorzugsweise in jeder der oberen und unteren Schichten in einer Menge von 0,0153 bis 0,0610 g/cm³ (0,25 bis 1,0 g/in³) vorhanden, in dem Fall, dass das NO_x-Sorptionsmittel ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Alkalimetalle ist und in einer Menge von 0,0122 bis 0,0366 g/cm³ (0,2 bis 0,6 g/in³) in dem Fall, dass das NO_x-Sorptionsmittel ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Erdalkalimetalle ist.
Zusätzlich umfasst in der zweiten Ausführungsform das optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterial in der oberen Schicht einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil, ein katalytischer Platinbestandteil, ein katalytischer Rhodiumbestandteil und ein NO_x-Sorptionsmittel dispergiert ist, umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen, und die optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien in der unteren Schicht umfassen einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil, ein katalytischer Platinbestandteil, ein katalytischer Rhodiumbestandteil und ein NO_x-Sorptionsmittel dispergiert sind, umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen.
In Bezug auf die optionalen Zwischen-Speicherkatalysatormaterialien, ist der katalytische Palladiumbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 0,353 bis 1,060 kg/m³ (10 bis 30 g/ft³) vorhanden und in der unteren Schicht in einer Menge von 0,0353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) vorhanden; der katalytische Platinbestandteil ist vorzugsweise in der oberen Schicht in einer Menge von 0 bis 1,060 kg/m³ (0 bis 30 g/ft³) vorhanden und ist in der unteren Schicht in der Menge von 0,353 bis 1,413 kg/m³ (10 bis 40 g/ft³) vorhanden; der katalytische Rhodiumbestandteil ist vorzugsweise in der oberen Schicht in einer Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) vorhanden und in der oberen Schicht in der Menge von 0,176 bis 0,353 kg/m³ (5 bis 10 g/ft³) vorhanden. Das NO_x-Sorptionsmittel ist vorzugsweise in jeder der oberen und unteren Schichten in einer Menge von 0,0061 bis 0,0488 g/m³ (0,1 bis 0,8 g/in³) in dem Fall vorhanden, dass das NO_x-Sorptionsmittel ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Alkalimetalle ist und vorzugsweise in der Menge von 0,0122 bis 0,0488 g/cm³ (0,2 bis 0,8 g/in³) vorhanden, in dem Fall, dass das NO_x-Sorptionsmittel ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen ein oder mehrerer Erdalkalimetalle ist.
Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung des Abgasstromes eines Motors enthaltend NO_x, um den NO_x Gehalt des Stromes zu verringern, umfassend das Beibehalten bzw. Betreiben des Motors unter abwechselnden Perioden eines mageren und stoichiometrischen oder fetten Betriebs und in Kontaktbringen des Stroms während der Perioden des mageren und stoichiometrischen oder fetten Betriebs mit dem Mehrzonen-Speicherkatalysator der ersten oder zweiten Ausführungsform unter Bedingungen, bei denen wenigstens etwas des NO_x in dem Abgasstrom von dem Speicherkatalysatormaterial während der Perioden des mageren Betriebs absorbiert wird und während der Perioden des stoichiometrischen oder fetten Betriebs aus dem Speicherkatalysatormaterial freigegeben und zu Stickstoff reduziert wird. Da der Abgasstrom des Motors Kohlenwasserstoff enthält, ist es bevorzugt, dass der Abgasstrom des Motors unter oxidierenden Bedingungen mit einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, welcher wirksam ist, die Oxidation der Kohlenwasserstoffe in dem Abgasstrom des Motors zu beschleunigen, wodurch die Kohlenwasserstoffe oxidiert werden, bevor der Abgasstrom mit dem Mehrzonen-Speicherkatalysator in Kontakt gebracht wird.
Typischerweise liegt die Temperatur des Abgasstromes unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Mehrzonen-Speicherkatalysator in dem Bereich von ungefähr 250 bis ungefähr 850°C. Der Abgasstrom kann die Speicherkatalysatorzone durch die erste Zone eintreten und den Speicher durch die zweite Zone verlassen. Alternativ kann der Abgasstrom in den Mehrzonen-Speicherkatalysator durch die zweite Zone eintreten und den Speicher durch die erste Zone eintreten und durch die zweite Zone verlassen.
Der Mehrzonenspeicherkatalysator der ersten Ausführungsform der Erfindung kann durch folgende Schritte hergestellt werden:

(A) Herstellen des ersten Speicherkatalysatormaterials indem auf einem feuerfesten Metalloxid dispergiert werden: ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 1,060 bis 10,60 kg/m³ (30 bis 300 g/ft³), 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Platinbestandteils und 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Rhodiumbestandteils und ein NO_x Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen und optional eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung aus einer Palladiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufersorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird;
(B) Aufbringen des getränkten Trägers, welcher in dem Schritt (A) entsteht, auf ein feuerfestes Trägerelement;
(C) Trocknen und anschließend Erwärmen des beschichteten feuerfesten Trägerelementes, welches in dem Schritt (B) entsteht;
(D) Herstellen des zweiten Speicherkatalysatormaterials in dem auf einem feuerfesten Metalloxid dispergiert werden: 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Palladiumbestandteils, ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0,353 bis 3,534 kg/m³ (10 bis 100 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 30 g/ft³), und ein NO_x Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Metallen gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung aus einer Platinvorläuferverbindung, einer Rhodiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufersorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird;
(E) Aufbringen des getränkten Trägers, welcher in dem Schritt (D) entsteht, auf ein feuerfestes Trägerelement;
(F) Trocknen und anschließend Erwärmen des beschichteten feuerfesten Trägerelementes, welcher in dem Schritt (E) entsteht;
(G) Herstellen der optionalen Zwischenspeicher-Katalysatormaterialien indem auf einem feuerfesten Metalloxidträger dispergiert werden: ein katalytischer Palladiumbestandteil in einer Menge von 0,883 bis 2,650 kg/m³ (25 bis 75 g/ft³), ein katalytischer Platinbestandteil in einer Menge von 0,176 bis 1,060 kg/m³) (5 bis 30 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in einer Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) und ein NO_x-Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindungen aus einem oder mehreren Metallen gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetall und Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung einer Palladiumvorläuferverbindung und einer Platinvorläuferverbindung, einer Rhodiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufersorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird;
(H) Aufbringen des optionalen getränkten Trägers, welcher in dem Schritt (G) entsteht, auf einen oder mehrere feuerfeste Trägerelemente; und
(I) Trocknen und anschließend Erwärmen des einen oder der mehreren beschichteten feuerfesten Trägerelemente, welche in dem Schritt (H) entstehen.

Der Mehrzonen-Speicherkatalysator der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann in der Form von Schichten durch folgende Schritte hergestellt werden:

(1) Aufbringen des ersten Speicherkatalysatormaterials, des zweiten Speicherkatalysatormaterials und optionaler Zwischenspeicherkatalysatormaterialien auf ein feuerfestes Trägerelement; und
(2) Trocknen und Erwärmen des erstehenden beschichteten Trägerelements, um eine Bodenschicht der ersten katalytischen Washcoat, zweiten katalytischen Washcoat und optionalen katalytischen Zwischenwashcoats bereitzustellen; und
(3) Bereitstellen einer oberen Schicht, welche auf der Bodenschicht liegt, wobei die obere Schicht hergestellt wird, indem das erste Speicherkatalysatormatenal, zweite Speicherkatalysatormaterial und optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterialien auf das feuerfeste Trägerelement, welches in dem Schritt (2) entsteht, aufgebracht wird, und anschließend Trocknen und Erwärmen des entstehenden beschichteten Trägerelementes, um eine obere Schicht der ersten katalytischen Washcoat, zweiten katalytischen Washcoat und der optionalen katalytischen Zwischenspeicherkatalysatorwashcoats bereitzustellen.

1 zeigt keinen Mehrzonen-Speicherkatalysator, welcher in den Umfang dieser Erfindung fällt, sondern zeigt vielmehr einen Einzonen-Speicherkatalysator, welcher zum Zweck der Klarheit dargestellt ist. 1 zeigt im Allgemeinen mit 10 einen Speicherkatalysator umfassend ein feuerfestes Trägerelement 12 mit im Allgemeinen zylindrischer Form mit einer zylindrischen Außenfläche, einer Endfläche umfassend eine Fläche 14 und eine gegenüberliegende Endfläche 14', welche mit der Fläche 14 identisch ist. (In 1 ist die Anschlussstelle der Außenfläche 12 mit der Endfläche 14' an dem Umfangskantenbereich sichtbar. Des Weiteren ist in 1 das übliche Gehäuse weggelassen, in welchem der Speicherkatalysator 10 eingeschlossen wäre, das Gehäuse weist einen Gasstromeinlass an der Fläche 14 und einen Gasstromauslass an der Fläche 14' auf. Alternativ kann der Gasstromeinlass an der Fläche 14' und der Gasstromauslass an der Fläche 14 angeordnet sein). Das Trägerelement 10 weist eine Vielzahl von feinen parallelen Gasflussdurchgängen 16 auf, die darin gebildet sind, und besser in der vergrößerten 1A deutlich werden. Die Gasflussdurchgänge 16 werden von Wänden 18 gebildet und erstrecken sich durch den Träger 10 von der Fläche 14 zu der Fläche 14', die Durchgänge 16 sind nicht blockiert, um so den Fluss zum Beispiel eines Abgasstro mes, längs durch den Träger 10 über die Gasflussdurchgänge 16 zu ermöglichen. Aus der 1A und 1B wird deutlich, dass die Wände 18 so abgemessen und angeordnet sind, dass die Gasflussdurchgänge 16 eine im Wesentlichen regelmäßige polygonale Form aufweisen, im Wesentlichen quadratisch in der dargestellten Ausführungsform, jedoch mit abgerundeten Kanten gemäß U.S. Patent 4,335,023, erteilt am 15. Juni 1982 an J. C. Dettling et al. Natürlich können die Gasflussdurchgänge jede geeignete Querschnittform, quadratisch, kreisförmig, hexagonal etc. aufweisen. Eine Schicht 20, welche im Stand der Technik und nachfolgend manchmal als eine „Washcoat" bezeichnet wird, haftet an den Wänden 18 und umfasst, wie in 1B dargestellt, eine einzelne Schicht bestehend aus dem NO_x Sorptionsmittel. Alternativ, wie in 1B dargestellt, kann die Schicht oder Washcoat 20 eine erste diskrete Schicht oder Bodenschicht 20a und eine zweite diskrete Schicht oder obere Schicht 20b umfassen, die auf der Bodenschicht 20a liegt. Bei solch einer Alternative würde die Zone einer der Zonen des Mehrzonenspeicherkatalysators der zweiten Ausführungsform der Erfindung entsprechen. Zu Zwecken der Darstellung sind die Dicken der Schichten 20, 20a und 20b in 1A und 1B übertrieben.
Wie in den 1A–1B dargestellt, umfassen die wabenartigen Trägerelemente Hohlräume, die von den Gasflussdurchgängen bereitgestellt werden und der Querschnitt dieser Durchgänge und die Dicke der Wände, welche die Durchgänge definieren, unterscheiden sich von einer Art eines Trägerelementes zu der anderen. Ähnlich verändert sich das Gewicht der Washcoat, die auf solche Träger aufgebracht wird, von Fall zu Fall. Daher ist es bei dem Beschreiben der Menge der Washcoat oder des katalytischen Bestandteils oder anderer Bestandteile der Zusammensetzung geeignet, wie oben festgehalten, Gewichtseinheiten des Bestandteiles je Einheitsvolumen des Katalysatorträgers zu verwenden. Daher werden die Einheiten in Gramm je Kubikinch („g/in³") und Gramm je Kubikfuß („g/ft³") verwendet, um das Gewicht eines Bestandteils je Volumen des Trägerelementes zu bezeichnen, einschließlich des Volumens der Hohlräume des Trägerelementes.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Speicherkatalysators gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, ein katalytisches NO_x-Sorptionsmittel als eine Beschichtung oder Schicht der Washcoat auf den Wänden der Gasflussdurchgänge eines geeigneten feuerfesten Trägerelementes, wie einem Kordierit-Wabenträger bereitzustellen. Dies kann, wie im Stand der Technik gut bekannt ist, durch das Tränken eines feinen teilchen förmigen feuerfesten Metalloxids, wie solch eines, die oben diskutiert wurden, z.B. aktiviertes Aluminiumoxid (hohe Oberfläche, vorwiegend gamm-Aluminiumoxid) mit einem oder mehreren katalytischen Metallbestandteilen, im Wesentlichen einschließlich Palladium und gegebenenfalls einschließlich Platin und/oder Rhodium, getränkt werden, durch das Trocknen und Kalzinieren der getränkten aktivierten Aluminiumoxidteilchen und durch Bilden einer wässrigen Aufschlämmung aus diesen Teilchen. Teilchen eines Bulk NO_x-Sorptionsmittels können in der Aufschlämmung enthaltend sein. Alternativ kann das NO_x-Sorptionsmittel in den Träger dispergiert werden, vorzugsweise durch ein späteres Tauchen, wie oben beschrieben. Das aktivierte Aluminiumoxid kann Anfangs thermisch stabilisiert werden, wie im Stand der Technik bekannt ist, indem es zum Beispiel mit einer Lösung eines löslichen Salzes von Barium, Lanthan, Seltenerdmetall oder anderen bekannten Stabilisatorvorläufern getränkt wird, und das getränkte aktivierte Aluminiumoxid kalziniert wird, um ein stabilisiertes Metalloxid zu bilden, welches auf dem Aluminiumoxid dispergiert ist. Unedle Metallkatalysatoren können optional auch in das aktivierte Aluminiumoxid getränkt sein, zum Beispiel indem eine Lösung aus Nickelnitrat in die Aluminiumoxidteilchen getränkt wird und kalziniert wird, um Nickeloxid bereitzustellen, welches in den Aluminiumoxidteilchen dispergiert ist.
Alternativ können das Aluminiumoxid oder andere Trägerteilchen, welche mit dem katalytischen Bestandteil getränkt sind, mit Bulk oder getragenen Teilchen des NO_x-Sorptionsmittels in einer wässrigen Aufschlämmung vermischt werden, und diese gemischte Aufschlämmung der katalytischen Bestandteile und der NO_x-Sorptionsteilchen kann als eine Beschichtung auf die Wände der Gasflussdurchgänge des Trägerelementes aufgebracht werden. Vorzugsweise wird für eine verbesserte Dispersion des NO_x-Sorptionsmittels die Washcoat des katalytischen Bestandteils, nachdem sie getrocknet und kalziniert wurde, in eine Lösung eines oder mehrerer Vorläuferverbindungen (oder Komplexe) des NO_x-Sorptionsmittels eingetaucht (später eingetaucht), um die Washcoat mit dem NO_x-Sorptionsmittelvorläufer zu tränken. Die getränkte Washcoat wird anschließend getrocknet und kalziniert, um das NO_x-Sorptionsmittel bereitzustellen, welches durch die Washcoat dispergiert ist.
Separate, diskrete Schichten der Washcoat können in aufeinander folgenden Tränkungs/Trocknungs/Kalzinier Verfahren aufgebracht werden, z.B. um eine Bodenwashcoatschicht bereitzustellen, enthaltend z.B. im Wesentlichen den ganzen katalytischen Platinbestandteil und eine obere Washcoatschicht, enthaltend z.B. im Wesentlichen den ganzen katalytischen Palladiumbestandteil. Alternativ kann im Wesentlichen der ganze katalytische Palladiumbestandteil in der Bodenwashcoatschicht vorhanden sein und im Wesentlichen der ganze katalytische Platinbestandteil in der oberen Schicht enthalten sein. In einer dritten Variation können die katalytischen Platin- und Palladiumbestandteile oder Teile dieser sowohl in der oberen als auch in der unteren Schicht der Washcoat enthalten sein. Ein katalytischer Rhodiumbestandteil kann ein Ersatz für den katalytischen Platinbestandteil sein oder diesen in jeder der obigen Kombinationen ersetzen. Des Weiteren können mehr als zwei Washcoatschichten bereitgestellt werden. Das NO_x Sorptionsmittel kann durch Tränkung, z.B. sowohl in die obere und untere Schicht dispergiert werden.
2 zeigt einen Mehrzonen-Speicherkatalysator 41 der ersten Ausführungsform der Erfindung umfassend einen ersten Speicherkatalysator 42 mit vorderen und hinteren Flächen 44 und 44', und einen zweiten Zonen-Speicherkatalysator 46 mit vorderen und hinteren Flächen 48 und 48'. Der erste Zonen-Speicherkatalysator 42 ist in Längsausrichtung zu dem zweiten Zonen-Speicherkatalysator 46 ausgerichtet, so dass die hintere Fläche 44' des ersten Zonen-Speicherkatalysators 42 und die vordere Fläche 48 des zweiten Zonen-Speicherkatalysators 46 nebeneinander angeordnet sind, d.h. sich in angrenzenden Kontakt befinden. (In 2 sind nur ein Teil der Umfangskante der hinteren Fläche 44' des ersten Zonen-Speicherkatalysators 42 und der vorderen Fläche 48 des zweiten Zonen-Speicherkatalysators 46 sichtbar. Des Weiteren ist ein geeignetes Gehäuse, mit einem Einlass und einem Auslass und in welchen der erste und zweite Zonenspeicherkatalysator 46 und 48 eingeschlossen wäre, in 2 weggelassen.) In dieser Anordnung fließt das zu behandelnde Abgas in den Mehrzonen-Speicherkatalysator 41 über die Vorderfläche 44 des ersten Zonen-Speicherkatalysators 42, durch die der Gasflussdurchgänge (welche in 2 nicht sichtbar sind, jedoch in den 1A und 1B dargestellt sind) aus der hinteren Fläche 44' dieser und in die vordere Fläche 48 des zweiten Zonen-Speicherkatalysators 46. Das zu behandelnde Abgas fließt durch die Gasflussdurchgänge (welche in 2 nicht sichtbar sind, jedoch in den 1A und 1B dargestellt sind) des zweiten Zonen-Speicherkatalysators 46 und treten aus der hinteren Fläche 48' aus. Alternativ kann das zu behandelnde Abgas in den Mehrzonen-Speicherkatalysator 41 über die hintere Fläche 48' des zweiten Mehrzonen-Speicherkatalysators 46 fließen, durch die Gasflussdurchgänge (welche in 2 nicht sichtbar sind, jedoch in den 1A und 1B dargestellt sind) aus der vorderen Fläche 48 und in die hintere Fläche 44' des ersten Zonenspeicherkatalysators 42. Das zu be handelnde Abgas fließt durch die Gasflussdurchgänge (welche in 2 nicht sichtbar sind, jedoch in den 1A und 1B dargestellt sind, des ersten Zonen-Speicherkatalysators 42 und treten aus der Vorderfläche 44 aus.
3 zeigt einen Mehrzonen-Speicherkatalysator 41' der ersten Ausführungsform der Erfindung umfassend den ersten Zonen-Speicherkatalysator 42 mit vorderen und hinteren Flächen 44 und 44', und den zweiten Zonen-Speicherkatalysator 46 mit vorderen und hinteren Flächen 48 und 48', und einen optional mittleren Zonen-Speicherkatalysator 43 mit vorderen und hinteren Flächen 45 und 45'. Der optionale Zwischenzonen-Speicherkatalysator 43 ist in Längsausrichtung zu dem ersten Zonen-Speicherkatalysator 42 und dem zweiten Zonen-Speicherkatalysator 46 ausgerichtet, so dass sich die Vorderfläche 45 im angrenzenden Kontakt mit der hinteren Fläche 44' des ersten Zonen-Speicherkatalysators 42 befindet und sich die hintere Fläche 45' im angrenzenden Kontakt mit der Vorderfläche 48 des zweiten Zonen-Speicherkatalysators 46 befindet. Der Mehrzonen-Speicherkatalysator welcher in 3 dargestellt ist, wird in jeder Hinsicht auf die gleiche Weise wie der Mehrzonen-Speicherkatalysator betrieben, welcher in 2 dargestellt ist.
Im Betrieb wird der Abgasstrom, welcher mit dem Mehrzonen-Speicherkatalysator der vorliegenden Erfindung in Kontakt gebracht wird, abwechselnd zwischen mageren und stoichiometrischen/fetten Betriebsbedingungen eingestellt, um so abwechselnd magere Betriebsperioden und stoichiometrische/fette Betriebsbedingungen bereitzustellen. Es wird deutlich, dass der Gasstrom, z.B. Abgas, welcher behandelt wird, mager oder stoichiometrisch/fett gemacht werden kann, entweder indem das Luft zu Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, welches dem Motor zugeführt wird und das Abgas erzeugt, oder indem periodisch ein Reduktionsmittel in den Gasstrom stromaufwärts des Katalysators eingespritzt wird. Zum Beispiel ist die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zur Behandlung von Abgasen von Motoren, einschließlich Dieselmotoren, gut geeignet, die kontinuierlich mager betrieben werden. In solchen Fällen kann, um eine stoichiometrische/fette Betriebsperiode bereitzustellen, ein geeignetes Reduktionsmittel, wie ein Kraftstoff, periodisch in das Abgas unmittelbar stromaufwärts des Speicherkatalysators der vorliegenden Erfindung eingespritzt werden, um wenigstens lokal (an dem Speicherkatalysator) stoichiometrische/fette Bedingungen in ausgewählten Intervallen bereitzustellen. Teilweise mager betriebene Motoren, wie Benzin mit Motoren mit teilweisem Ma gerbetrieb, sind mit Steuerungen versehen, welche bewirken das diese mager betrieben zu werden, mit kurzen periodischen fetten oder stoichiometrischen Bedingungen.
4 zeigt schematisch die Verwendung eines Behandlungssystems, wobei ein Vorbehandlungskatalysator in dem Abgasstrom stromaufwärts des Mehrzonen-Speicherkatalysators der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Auf diese Weise gibt ein Magermotor oder teilweise mager betriebener Motor 30 das Abgas von einem Abgasverteiler (nicht dargestellt) in eine Abgasleitung 32, welche das Abgas in einen Vorbehandlungskatalysator 34 einführt, welcher einen Katalysator umfasst, der geeignet ist um wenigstens die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu beschleunigen. Der Katalysator 34 kann einen herkömmlichen TWC Katalysator umfassen, welcher normalerweise katalytische Platin-, Palladium- und Rhodiumbestandteile aufweisen würde, die auf einem feuerfesten Träger mit hoher Oberfläche dispergiert sind und optional einen oder mehrere Schwefel-Speicherbestandteile enthalten kann, wie Nickeloxide, Manganoxide und Eisenoxide. Solche Katalysatoren sind gegen thermische Verschlechterung durch gut bekannte Mittel stabilisiert, wie durch das Tränken eines aktivierten Aluminiumoxidträgers mit einem oder mehreren Seltenerdmetalloxiden, z.B. Cerdioxid. Solche stabilisierte Katalysatoren können sehr hohen Betriebstemperaturen widerstehen. Zum Beispiel wenn ein Kraftstoff-Schneideverfahren eingesetzt wird, können Temperaturen bis zu 950°C in dem Vorbehandlungskatalysator 34 ausgehalten werden. In jedem Fall wird ein beträchtlicher Teil der Kohlenwasserstoffe welche in dem Abgas vorhanden sind, zu CO₂ und H₂O in dem Vorbehandlungskatalysator 34 oxidiert. Das Effluent aus dem Vorbehandlungskatalysator 34 wird über die Leitung 36 zu dem Mehrzonen-Speicherkatalysator 38 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geführt, wobei NO_x gespeichert und dann während der jeweiligen mageren und stoichiometrischen Betriebszyklen reduziert wird, wie oben beschrieben. Der behandelte Abgasstrom wird über das Abgasrohr an die Atmosphäre abgegeben.
In den folgenden Beispielen betreffen alle Prozentangaben eines gegebenen Bestandteils einer Kombination Gewichtsprozente, die kalzinierte Basis, des Gesamtgewichts der Kombination, einschließlich des angegebenen Bestandteils. Bezugnehmend, bedeutet auf z.B. „73% von 0,56%igen Pt/Al₂O₃", dass Aluminiumoxidteilchen enthaltend 0,56 Gew.-% Pt (Gewicht des Pt dividiert durch das Gewicht von Pt plus Al₂O₃, kalzinierter Basis, Ergebnis multipliziert mit 100 = 0,56%) umfasst 73 Gew.-% der Feststoffe der Aufschlämmung (kalzinierte Basis) umfassen, von denen Pt/Al₂O₃ ein Teil ist.
In dem Beispiel wurden alle Einzonen- und die Mehrzonen-Speicherkatalysatoren mit einer zweischichtigen Washcoat, einer Bodenschicht und einer oberen Schicht hergestellt. Die Herstellung der Boden- und oberen Schicht erfolgte wie folgt.
Beispiel 1 – Speicherkatalysatorproben
Dieses Beispiel stellt fünf Speicherkatalysatoren zur Verfügung, die jeweils gemäß des exakt gleichen Verfahrens hergestellt wurden und die in Bezug auf jeden Speicher angegebenen Bestandteile enthält. Jeder Speicher wies eine Breite von 11,84 cm (4,66 Inch) und eine Länge von 15,24 cm (sechs Inch) auf und wurde in einen Behälter angeordnet (d.h. „konserviert" in einem typischen Speicherkatalysatorgehäuse).
Speicherkatalysator A Bodenschicht:
Speicherkatalysator A obere Schicht:
Für den Speicherkatalysator A wies die für die Bodenschicht eingesetzte Washcoat eine Beladung 0,1220 g/cm³ (2,0 g/in³) und enthielt 2,120 g/m³ (60 g/ft³) Edelmetalle und 0,0092 g/cm³ (0,15 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Die Washcoat, die für die obere Schicht eingesetzt wurde, wies eine Beladung 0,1464 g/cm³ (2,4 g/in³) auf und enthielt 9,187 kg/m³ (260 g/ft³) Edelmetalle und 0,0122 g/cm³ (0,2 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Nachdem der Einzonen-Speicherkatalysator hergestellt wurde, wurde er anschließend mit Cs getränkt, um eine Cs₂O nachfolgend getränkte Beschichtung aus 0,0214 g/cm³ (0,35 g/in³) bereitzustellen. Der Speicherkatalysator wurde bei 550°C 1 Stunde kalziniert, nachdem jede Schicht aufgebracht wurde. Der gesamte Edelmetallgehalt für beide Schichten dieser Speicher betrug 11,31 kg/m³ (320 g/ft³).
Speicherkatalysator B Bodenschicht:
Speicherkatalysator B obere Schicht:
Für den Speicherkatalysator B besaß die für die Bodenschicht eingesetzte Washcoat eine Beladung von 0,1342 g/cm³ (2,2 g/in³) und enthielt 2,650 kg/m³ (75 g/ft³) Edelmetalle und 0,0214 g/cm³ (0,35 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Die für die obere Schicht eingesetzte Washcoat wies eine Beladung von 0,1281 g/cm³ (2,1 g/in³) auf und enthielt 3,180 kg/m³ (90 g/ft³) Edelmetalle und 0,0122 g/cm³ (0,2 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Nachdem der Einzonen-Speicherkatalysator hergestellt wurde, wurde er mit Cs getränkt, um eine Cs₂O nach getauchter Beschichtung von 0,0214 g/cm³ (0,35 g/in³) bereitzustellen. Der Speicherkatalysator wurde bei 550°C 1 Stunde kalziniert, nachdem jede Schicht aufgebracht wurde. Der Gesamtedelmetallgehalt für beide Schichten dieses Speichers betrug 5,830 kg/m³ (165 g/ft³).
Der Speicherkatalysator C entspricht dem Speicherkatalysator B, mit der Ausnahme, dass der BaO-Gehalt der Bodenschicht 0,0092 g/cm³ (0,15 g/in³) betrug, der CeO₂-ZrO₂ Gehalt betrug 0,0061 g/cm³ (0,10 g/in³) und wurde mit Ba anstelle von Cs nachgetaucht.
Speicherkatalysator D Bodenschicht:
Speicherkatalysator D obere Schicht:
Für den Speicherkatalysator D wies die für die Bodenschicht eingesetzte Washcoat eine Beladung von 0,1281 g/cm³ (2,1 g/in³) auf und enthielt 1,237 kg/m³ (35 g/ft³) Edelmetalle und 0 g/cm³ (0 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Die für die Oberschicht eingesetzte Washcoat wies eine Beladung von 0,1159 g/cm³ (1,9 g/in³) auf und enthielt 3,180 kg/m³ (90 g/ft³) Edelmetalle und 0 g/cm³ (0 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Nachdem der Einzonen-Speicherkatalysator hergestellt wurde, wurde er mit Cs und Ba getaucht, um eine Cs₂O nach getauchter Beschichtung von 0,0214 g/cm³ (0,35 g/in³) und eine BaO nach getauchter Beschichtung von 0,0153 g/cm³ (0,25 g/in³) bereitzustellen. Der Speicherkatalysator wurde bei 550°C 1 Stunde kalziniert nachdem jede Schicht aufgebracht wurde. Der gesamte Edelmetallgehalt für beide Schichten betrug 4,417 kg/m³ (125 g/ft³).
Speicherkatalysator E Bodenschicht:
Speicherkatalysator E obere Schicht:
Für den Speicherkatalysator E wies die für die Bodenschicht eingesetzte Washcoat eine Beladung von 0,1373 g/cm³ (2,25 g/in³) und enthielt 1,237 kg/m³ (35 g/ft³) Edelmetalle und 0,0092 g/cm³ (0,15 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Die für die obere Schicht eingesetzte Washcoat wies eine Beladung von 0,1281 g/kg³ (2,1 g/in³) auf und enthielt 1,767 kg/m³ (50 g/ft³) Edelmetalle und 0,0153 g/cm³ (0,25 g/in³) NO_x-Sorptionsmittel. Nachdem der Einzonen-Speicherkatalysator hergestellt wurde, wurde er mit Cs und Ba nachgetaucht, um eine Cs₂O danach getauchte Beschichtung mit 0,0275 g/cm³ (0,45 g/in³) und eine danach getauchte BaO Beschichtung mit 0,0214 g/cm³ (0,35 g/in³) bereitzustellen. Der Speicherkatalysator wurde bei 550°C 1 Stunde kalziniert, nachdem jede Schicht aufgebracht wurde. Der gesamte Edelmetallgehalt für beide Schichten dieses Speichers betrug 4,064 kg/m³ (115 g/ft³).
Der Speicherkatalysator F ist ein Mehrzonen-Speicher gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Speicherkatalysator A–E sind Einzonen-Speicherkatalysatoren). Speicherkatalysator F wurde hergestellt indem 5,08 cm (2 Inch) des Speicherkatalysators C und 10,16 cm (4 Inch) des Speicherkatalysators E nebeneinander angeordnet wurden, so dass die Speicher aneinander angrenzen (wie in 2 dargestellt) und indem die Kombination in dem gleichen Gehäuse angeordnet wurde, das für die Speicherkatalysatoren A–E eingesetzt wurde. Für den Speicherkatalysator F war die Edelmetallverteilung wie folgt: Pt = 1,413 kg/m³ (40 g/ft³), Rh = 0,293 kg/m³ (8,3 g/ft³) und Pd = 2,131 kg/m³ (60,3 g/ft³). Der gesamte Edelmetallgehalt betrug 3,837 kg/m³ (108,6 g/ft³).
Beispiel 2 – Verfahren zur Herstellung der Bodenschicht der Speicherkatalysatoren
1. Abscheidung (Pt und Rh auf Al₂O₃)
Aluminiumoxidpulver mit einer Oberfläche von ungefähr 150 Quadratmeter je Gramm („m²/g") wurde mit einer Lösung aus Platinaminhydroxid und Rhodiumnitrat getränkt, um die Bodenbeschichtung der fertig gestellten Speicherkatalysatorprobe mit der spezifischen Platin- und Rhodiumbeladung zu erzielen. Die Herstellung wurde durchgeführt indem die Platin- und Rhodium-haltige Lösung mit destilliertem Wasser verdünnt wurde, um ausreichende Lösung bereitzustellen, um die Charge des Aluminiumoxidpulvers in anfängliche Benetzung des Aluminiumoxids zu bringen. Unter Verwendung eines Planetenmischers wurde Aluminiumoxid getränkt indem die verdünnte Platin- und Rhodiumlösung von einem Scheidetrichter langsam auf das Aluminiumoxid in einen Mischbehälter getropft wurde und für ungefähr 10 bis 15 Minuten vermischt wurde. Der Scheidetrichter wurde mit destilliertem Wasser gespült und eine Menge Lanthannitrat entsprechend 5 Gew.-% des Aluminiumoxids wurde in dem destillierten Wasser aufgelöst. Während das getränkte Aluminiumoxid noch mit dem Planetmischer vermischt wurde, wurde die Lanthannitratlösung langsam von dem Scheidetrichter auf das mit Platin und Rhodium getränkte Aluminiumoxid getropft.
2. Herstellung der Aufschlämmung
Das in dem obigen Schritt 1 erhaltene getränkte Aluminiumoxid wurde mit destillierten Wasser vermischt (shear mixed) (von welchem etwas für spätere Verwendung bei der Herstellung aufgehoben wurde) und einige Tropfen Octanol. Die übrig bleibende Lanthannitritlösung wurde zu dem Aluminiumoxid wie auch eine Lösung aus Bariumacetat und Zirkoniumacetat zugegeben, in Mengen um die spezifischen Beladungen der Metalloxide in dem fertig gestellten Speicherkatalysator zu erzielen. Die resultierende Aufschlämmung wurde kontinuierlich gemahlen bis eine Teilchengröße von 90% der Teilchen mit einem Durchmesser von 12 μm oder weniger erzielt wurde. Ein Cerdioxid-Zirkondioxidpulver kann in einer Menge zugegeben werden, um eine spezifische Bela dung von 0,0305 g/cm³ (0,5 g/in³) in dem fertig gestellten Speicherprobenelement zu erzielen und das aufgehobene destillierte Wasser wurde zugegeben. Essigsäure (ungefähr 75 bis 100 ml) wurde zugegeben, um die Viskosität zu verringern, und einen pH-Wert von ungefähr 5 bis 5,25 bereitzustellen. Die Aufschlämmung wurde kontinuierlich gemahlen bis zu einer Teilchengröße, bei der 90% der Teilchengröße einen Durchmesser von 9 Mikrometer oder weniger aufwiesen.
3. Beschichtung
Die Eigenschaften der in obigem Schritt 2 erhaltenen Aufschlämmung wurden zur Beschichtung eingestellt, indem destilliertes Wasser zugegeben wurde, um die Konzentration der Festkörper zu verringern und Essigsäure zugegeben. Zylindrisches Kordieritsubstrat mit den Maßen 11,84 cm (4,66 inch) Durchmesser und 15,24 cm (6 inch) Länge wurden mit der Aufschlämmung beschichtet, um (nach dem Trocknen und Kalzinieren) eine Zielbodenbeschichtungsbeladung von 0,1220 g/cm³ (2 g/in³) zu erzielen, einschließlich einer spezifischen Beladung von Pt und Rh auf dem Al₂O₃. Die beschichteten Substrate wurden bei 110°C 4 Stunden getrocknet und bei 550°C 1 Stunde in Luft kalziniert.
Obere Beschichtung
4. Abscheidung (Pd auf Al₂O₃)
Aluminiumoxid wurde mit einer Palladiumaminhydroxidlösung getränkt, um die obere Beschichtung des Speicherkatalysators mit der in den Beispielen angegebenen Palladiumbeschichtung bereitzustellen. Destilliertes Wasser wurde zugegeben, um eine Menge der Lösung bereitzustellen, welche ausreichend ist, um eine beginnende Feuchtigkeit des Aluminiumoxidpulvers bereitzustellen. Unter Verwendung eines Planetenmischers wurde das Aluminiumoxid mit der Palladiumlösung getränkt indem die verdünnte Palladiumlösung von einem Scheidetrichter auf das Aluminiumoxid in den Mischbehälter getropft wurde und für ungefähr 10 bis 15 Minuten vermischt wurde. Der Scheidetrichter wurde mit einer geringen Menge destillierten Wasser gespült und Essigsäure wurde zu dem Aluminiumoxid in einer Menge von ungefähr 3 Gew.-% des Aluminiumoxids zugegeben. Während des Mischens des mit Palladium getränkten Aluminiumoxids mit dem Planetenmischer wurde verdünnte Essigsäure langsam aus dem Scheidetrichter auf das Aluminiumoxid getropft.
5. Herstellung der Aufschlämmung
Das in dem Schritt 4 erhaltene mit Palladium getränkte Aluminiumoxid wurde mit destillierten Wasser (etwas wurde für später aufgehoben) und Octanol vermischt. Das aus dem Schritt 4 erhaltene Palladium-getränkte Aluminiumoxid plus Bariumacetat und Zirkoniumacetat wurde zu der Aufschlämmung in Mengen zugegeben, um die spezifischen Beladungen von BaO und ZrO₂ in der oberen Schicht bereitzustellen. Die Aufschlämmung wurde kontinuierlich gemahlen, um eine Teilchengröße zu erzielen, bei der 90% der Teilchen einen Durchmesser von weniger als 12 Mikrometer aufwiesen. Die Aufschlämmung wurde kontinuierlich gemahlen, um die Teilchengröße zu verringern, so dass 90% der Teilchen einen Durchmesser von weniger als 9 Mikrometer aufwiesen.
6. Beschichtung
Die Bodenbeschichtung-haltigen Substrate, welche in Schritt 3 dieses Beispiels erhalten wurden, wurden mit der Aufschlämmung beschichtet, welche aus dem Schritt 6 dieses Beispiels erhalten wurde, um eine obere Zielbeschichtungsbeladung von ungefähr 0,1220 g/cm³ (2 g/in³) zu erzielen, einschließlich einer Beladung des Pd/Al₂O₃ ist, welches aus dem Schritt 4 dieses Beispiels erhalten wurde. Die beschichteten Substrate wurden bei 110°C 4 Stunden getrocknet und anschließend bei 550°C 1 Stunde in Luft kalziniert.
7. Nachfolgendes Eintauchen
Der kalzinierte Katalysator wurde anschließend in eine Lösung aus Cesiumnitrat und/oder Bariumnitrat, NO_x Sorptionsmittelvorläuferverbindungen getaucht, in einer Menge, um in dem fertig gestellten Speicherkatalysators die Gewichte an Cesiumoxid und/oder Bariumoxid bereitzustellen, welche in Beispiel 1 angegeben sind. Die nachfolgend getauchten Speicherelemente wurde anschließend bei 110°C 4 Stunden getrocknet und bei 550°C 1 Stunde kalziniert.
Beispiel 3 – Überprüfung der frischen Speicherkatalysatoren
Speicherkatalysatoren A, D und F wurden überprüft ohne jeden Vor-Katalysator (d.h. nur die Speicherkatalysatoren) in einem Motor unter den folgenden Bedingungen:

Raumgeschwindigkeit: 40.000/Std.

Dauer, mager: 60 Sekunden

λ, mager: 1,30

NO_x Konzentration: 350 ppm

Dauer, fett 2 Sekunden

λ, fett: 0,80

Schwefel des Kraftstoffs: 50 ppm
Die Ergebnisse dieser Überprüfung sind in 6 dargestellt, wobei die NO_x Umwandlungswirkungsgradergebnisse in Prozent auf der vertikalen Achse angegeben sind und die Speicherkatalysator-Einlasstemperaturen in 50°C Schritten über einen Bereich von 200 bis 500°C auf der horizontalen Achse angegeben sind. Aus 6 wird deutlich, dass die Speicherkatalysatoren unter frischen Bedingungen alle sehr ähnliche NO_x Umwandlungen in dem angegebenen Temperaturfenster zeigten.
Beispiel 4 – Überprüfung der gealterten Speicherkatalysatoren
Speicherkatalysatoren A, B, D und F wurden im Motor in einem Abgas gealtert, nachdem sie in einer Abgasbehandlungsvorrichtung eingebaut und installiert wurden, an einer Position an dem Boden eines Kraftfahrzeuges, stromabwärts eines eng vorgeschalteten Drei-Wegekatalysators. Die Speicherkatalysatoren wurden bei einer Einlasstemperatur von 800°C 25 Stunden bei stoichiometrischen Bedingungen mit 5 Sekunden Kraftstoffschnitt jede 5 Minuten gealtert. Diese Kraftstoffabsperrung erzeugte eine Änderung von stoichiometrischen zu mageren Bedingungen, unter welchen die Speicherkatalysatoren ihre Beständigkeit verlieren müssten. Nach dem Altern wurden die Speicherkatalysatoren unter eingeschwungenen Bedingungen bei Speichereinlasstemperaturen in dem Bereich von 200 bis 500°C überprüft. Die Testbedingungen können wie folgt zusammengefasst werden:

Raumgeschwindigkeit: 40.000/Std.

Dauer, mager. 60 Sekunden

λ, mager: 1,30

NO_x Konzentration: 350 ppm

Dauer, fett 2 Sekunden

λ, mager: 0,80

Schwefel des Kraftstoffs: 50 ppm
Die Speicherkatalysatoreinlasstemperaturen wurden in 50° Schritten verändert, indem die Geschwindigkeit und Beladung des Motors geändert wurden, wobei eine feste Raumgeschwindigkeit von 40.000/Std. beibehalten wurde. Die Ergebnisse dieser Überprüfung sind in 7 dargestellt. Aus 7 wird deutlich, dass der Speicherkatalysator F, welcher ein Mehrzonen-Speicherkatalysator gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, mit einem Gesamt-Edelmetallgehalt von 4,064 kg/m³ (115 g/ft³) eine deutlich bessere NO_x Umwandlung als die Einzonen-Speicherkatalysatoren A, B oder D zeigte, unabhängig von der Tatsache, dass jede der drei Einzonen-Speicherkatalysatoren einen höheren Edelmetallgehalt aufwiesen.
Gealterte Speicherkatalysatoren A, D und F wurden auch in Bezug auf ihre Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Umwandlungswirksamkeit überprüft, gemessen bei 350°C unter den folgenden Testbedingungen:

Raumgeschwindigkeit: 40.000/Std.

λ, mager: 1,30

HC-Konzentration: 100–150 ppm

CO-Konzentration 1.600–1.800 ppm

Schwefel des Kraftstoffs: 50 ppm
Die Ergebnisse dieser Überprüfung waren wie folgt: Mehrzonen-Speicherkatalysator F der Erfindung zeigte eine Kohlenwasserstoffumwandlung von mehr als 95%, wohingegen der Einzonen-Speicherkatalysator A eine Kohlenwasserstoffumwandlung von 90% zeigte und der Einzonen-Speicherkatalysator D eine Kohlenwasserstoffumwandlung von 78%. Die CO Umwandlung der drei Speicherkatalysatoren war identisch: ungefähr 92%.

Claims

Mehrzonen-Speicherkatalysator zur Umwandlung von NO_x in einem Abgasstrom, welcher aus einem Motor ausströmt, der unter periodischen Wechseln zwischen mageren, stoichiometrischen oder fetten Bedingungen betrieben wird, wobei der Speicherkatalysator eine erste Zone, eine zweite Zone und gegebenenfalls eine oder mehrere Zwischenzonen umfasst, die zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet sind, wobei die erste Zone ein erstes katalytisches Speichermaterial umfasst, aufgebracht auf einem feuerfesten Trägerelement, wobei das erste Speicherkatalysatormaterial umfasst: (A) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 1,060 bis 10,60 kg/m³ (30 bis 300 g/ft³), ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³) dispergiert ist; und (B) ein NO_x Sorptionsmittel, umfassend eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) (basic oxygenated compound) eines oder mehrerer Erdalkalimetall(e) und gegebenenfalls ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) eines Alkalimetalls oder mehrerer Alkalimetalle; wobei die zweite Zone ein zweites Speicherkatalysatormaterial umfasst, aufgebracht auf einem feuerfesten Trägerelement, wobei das zweite Speicherkatalysatormaterial umfasst: (1) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 0 kg/m³ (0 g/ft³), ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0,353 bis 3,534 kg/m³ (10 bis 100 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 20 g/ft³) dispergiert ist; und (2) ein NO_x Sorptionsmittel umfassend eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) eines oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen; wobei die ein oder mehreren optionale Zwischenzonen ein oder mehrere optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterialen umfassen, aufgebracht auf einem oder mehreren feuerfesten Trägerelementen, wobei die möglichen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien umfassen: (a) einen feuerfesten Metalloxidträger, auf welchem ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 0,883 bis 2,650 g/m³ (25 bis 75 g/ft³), ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 0,176 bis 1,060 kg/m³ (5 bis 30 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) dispergiert ist; und (b) ein NO_x Sorptionsmittel umfassend eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) ein oder mehrerer Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei der katalytische Palladiumbestandteil in dem ersten Speicherkatalysatormaterial in der Menge von 1,767 bis 7,067 kg/m³ (50 bis 200 g/ft³) vorhanden ist.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei der katalytische Platinbestandteil in dem zweiten Speicherkatalysatormaterial in der Menge von 1,060 bis 3,534 kg/m³ (30 bis 100 g/ft³) und der Rhodiumbestandteil in dem zweiten Speicherkatalysatormaterial in der Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 20 g/ft³) vorhanden ist.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei der katalytische Palladiumbestandteil in dem optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterial in der Menge von 1,060 bis 1,767 kg/m³ (30 bis 50 g/ft³) vorhanden ist, der katalytische Platinbestandteil in dem optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterial in der Menge von 0,353 bis 0,707 kg/m³ (10 bis 20 g/ft³) vorhanden ist und der katalytische Rhodiumbestandteil in dem optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterial in der Menge von 0 bis 0,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) vorhanden ist.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei die Gesamtmenge der katalytischen Palladiumbestandteile plus der katalytischen Platinbestandteile plus der katalytischen Rhodiumbestandteile, die in der ersten Zone, zweiten Zone und den optionalen Zwischenzonen vorhanden sind, nicht mehr als 5,830 kg/m³ (165 g/ft³) beträgt.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei das feuerfeste Trägerelement, auf weichen das erste Speicherkatalysatormaterial, das zweite Speicherkatalysatormaterial und das optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterial aufgebracht ist, das gleiche Trägerelement umfasst.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei das feuerfeste Trägerelement, auf welchem das erste Speicherkatalysatormaterial, das zweite Speicherkatalysatormaterial und das optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterial aufgebracht ist, entsprechende gesonderte Trägerelementsegmente umfasst.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, in Kombination mit einem Behandlungskatalysator, welcher stromaufwärts des Speicherkatalysators relativ zu dem Abgasstrom angeordnet ist, wobei der Behandlungskatalysator wirksam ist, um wenigstens die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu CO₂ und H₂O unter Oxidationsbedingungen zu beschleunigen.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei das NO_x Sorptionsmittel in der ersten Zone, zweiten Zone und den optionalen Zwischenzonen unabhängig gewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einer oder mehreren basischen sauerstoffhaltigen Verbindung(en) aus Lithium, Natrium, Kalium, Celsium, Magnesium, Kalzium, Strontium und Barium.
Speicherkatalysator nach Anspruch 9, wobei das NO_x Sorptionsmittel in der ersten Zone, zweiten Zone und optionalen Zwischenzonen in der Gesamtmenge von wenigstens 0,0183 g/cm³ (0,3 g/in³) vorhanden ist.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei die erste Zone und/oder die zweite Zone und/oder die optionalen Zwischenzonen des Weiteren einen oder mehrere Bestandteil(e) umfasst, die unabhängig gewählt werden aus der Gruppe bestehend aus den Oxiden von Nickel, Mangan, Eisen, Lanthan, Barium und Zirkonium.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1, wobei das erste Speicherkatalysatormaterial, das zweite Speicherkatalysatormaterial und die optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien in der ersten Zone, zweiten Zone und optionalen Zwischenzonen jeweils als eine separate Bodenschicht und eine separate obere Schicht bzw. Deckschicht, welche auf der Bodenschicht liegt, vorhanden sind.
Speicherkatalysator nach Anspruch 12, wobei die Bodenschicht und/oder die obere Schicht jeweils einen oder mehrere weitere Bestandteile umfassen, unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Oxiden von Nickel, Mangan, Eisen, Lanthan, Barium und Zirkonium.
Speicherkatalysator nach Anspruch 1 oder 12, wobei das erste Speicherkatalysatormaterial, das zweite Speicherkatalysatormaterial, die optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien und die feuerfesten Trägerelemente im Wesentlichen keine Siliziumdioxidbestandteile aufweisen.
Speicherkatalysator nach Anspruch 14, wobei die Trägerelemente ein feuerfestes Material umfassen, welches kein Siliziumdioxid enthält, gewählt aus der Gruppe bestehend aus einem feuerfesten Metall und einem oder mehreren von Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Korund, Aluminiumphosphat, Zirkoniumphosphat, Zirkoniumaluminiumphosphat, Metalle mit Zirkoniumphosphat und Metalle mit Zirkoniumaluminiumphosphat.
Speicherkatalysator nach Anspruch 15, wobei das feuerfeste Metall aus der Gruppe bestehend aus rostfreiem Stahl, Eisen/Chrom-Legierung und Titan gewählt ist.
Verfahren zur Behandlung des Abgases eines Motors enthaltend NO_x, um den NO_x Gehalt des Stromes zu senken, umfassend das Halten des Motors bei wechselnden Perioden mit magerem und stoichiometrischem oder fettem Betrieb und in Kontaktbringen des Stromes sowohl während der Periode des mageren als auch des stoichiometrischen oder fetten Betriebes mit dem Speicherkatalysator aus Anspruch 1, unter Bedingungen, wobei wenigstens etwas des NO_x in dem Abgasstrom von dem Speicherkatalysator während der Perioden des mageren Betriebes adsorbiert wird und während der Perioden des stoichiometrischen oder fetten Betriebes aus dem Speicherkatalysator freigesetzt und zu Stickstoff reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Abgasstrom des Motors Kohlenwasserstoffe enthält, des Weiteren umfassend das in Kontaktbringen des Abgasstromes des Motors unter oxidierenden Bedingungen mit einem Katalysator, welcher zur Beschleunigung der Oxidation der Kohlenwasserstoffe wirksam ist, wobei die Kohlenwasserstoffe in dem Strom vor dem Kontakt des Abgasstromes mit dem Speicherkatalysator oxidiert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Temperatur des Abgasstromes unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Speicherkatalysator in dem Bereich von ungefähr 250°C bis ungefähr 850°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Abgasstrom durch die erste Zone in den Speicherkatalysator eintritt und den Speicherkatalysator durch die zweite Zone verlässt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Abgasstrom durch die zweite Zone in den Speicherkatalysator eintritt und den Speicherkatalysator durch die erste Zone verlässt.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrzonen-Speicherkatalysators nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: (A) Herstellen des ersten Speicherkatalysatormaterials indem auf einem feuerfesten Metalloxidträger dispergiert werden: ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 1,060 bis 10,60 kg/m³ (30 bis 300 g/ft³), 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Platinbestandteils und 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Rhodiumbestandteils und ein NO_x Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen und optional eine oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) aus einem oder mehreren Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung aus einer Palladiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufersorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird; (B) Aufbringen des imprägnierten Trägers, welcher in dem Schritt (A) entsteht, auf ein feuerfestes Trägerelement; (C) Trocknen und anschließend Erwärmen des beschichteten feuerfesten Trägerelementes, welches in dem Schritt (B) entsteht; (D) Herstellen des zweiten Speicherkatalysatormaterials indem auf einem feuerfesten Metalloxidträger dispergiert werden: 0 kg/m³ (0 g/ft³) eines katalytischen Palladiumbestandteils, ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0,353 bis 3,534 kg/m³ (10 bis 100 g/ft³) und ein katalytischer Rhodiumbestandteil in der Menge von 0,176 bis 0,707 kg/m³ (5 bis 20 g/ft³), und ein NO_x Sorptionsmittels umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltige Verbindung(en) aus einem oder mehreren Metallen gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung aus einer Platinvorläuferverbindung, einer Rhodiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufer sorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird; (E) Aufbringen des getränkten Trägers, welcher in dem Schritt (D) entsteht, auf ein feuerfestes Trägerelement; (F) Trocknen und anschließend Erwärmen des beschichteten feuerfesten Trägerelements, welcher in dem Schritt (E) entsteht; (G) Herstellen der optionalen Zwischenspeicherkatalysatormaterialien Speicherkatalysatormaterials indem auf einem feuerfesten Metalloxidträger dispergiert werden: ein katalytischer Palladiumbestandteil in der Menge von 0,883 bis 2.650 kg/m³ (25 bis 75 g/ft³), ein katalytischer Platinbestandteil in der Menge von 0,176 bis 1.060 kg/m³ (5 bis 30 g/ft³) und ein katalytischen Rhodiumbestandteil in der Menge von 0 bis 3,353 kg/m³ (0 bis 10 g/ft³) und ein NO_x Sorptionsmittel umfassend ein oder mehrere basische sauerstoffhaltigen Verbindung(en) aus einem oder mehreren Metallen gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen und Alkalimetallen, indem der Träger mit einer Lösung einer Palladiumvorläuferverbindung und einer Platinvorläuferverbindung, einer Rhodiumvorläuferverbindung und einer NO_x Vorläufersorptionsmittelverbindung in einem flüssigen Träger bzw. Bindemittel getränkt wird; (H) Aufbringen des optionalen getränkten Trägers, welcher in dem Schritt (G) entsteht, auf einen oder mehrere feuerfeste Trägerelemente; und (I) Trocknen und anschließend Erwärmen des einen oder der mehreren beschichteten feuerfesten Trägerelemente, welche in dem Schritt (H) entstehen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das feuerfeste Trägerelement, welches in den Schritten (B), (E) und (H) eingesetzt ist, das gleiche Trägerelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das feuerfeste Trägerelement, welches in den Schritten (B), (E) und (H) eingesetzt wird, entsprechende gesonderte Trägerelementsegmente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Mehrzonenspeicherkatalysator in Form von Schichten hergestellt wird, durch die Schritte: (1) Aufbringen des ersten Speicherkatalysatormaterials, zweiten Speicherkatalysatormaterials und optionaler Zwischenspeicherkatalysatormaterialien auf ein feuerfestes Trägerelement; (2) Trocknen und Erwärmen des entstehenden beschichteten Trägerelements, um eine Bodenschicht des ersten katalytischen Washcoat, zweiten katalytischen Washcoat und optionalen katalytischen Zwischen-Washcoats bereitzustellen; und (3) Bereitstellen einer oberen Schicht, welche auf der Bodenschicht liegt, wobei die obere Schicht hergestellt wird, indem das erste Speicherkatalysatormaterials, zweite Speicherkatalysatormaterials und optionale Zwischenspeicherkatalysatormaterialien auf das feuerfeste Trägerelement, welches in Schritt (2) ensteht, aufgebracht wird, und anschließend Trocknen und Erwärmen des entstehenden beschichteten Trägerelementes, um eine obere Schicht der ersten katalytischen Washcoat, zweiten katalytischen Washcoat und der optionalen katalytischen Zwischenspeicherkatalysator-Washcoat bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das in Schritt (1) eingesetzte Trägerelement das gleich Trägerelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das feuerfeste Trägerelement, welches in Schritt (1) eingesetzt ist, entsprechende gesonderte Trägerelementsegmente umfasst.