Каталитический фильтр сажи для обработки выхлопного газа двигателя компрессионного воспламенения

Каталитический фильтр сажи для обработки выхлопного газа двигателя компрессионного воспламенения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к каталитическому фильтру сажи для двигателя компрессионного воспламенения, где каталитический фильтр сажи содержит катализатор окисления, размещенный на фильтрующей подложке, и к выхлопной системе, содержащей каталитический фильтр сажи, к двигателю компрессионного воспламенения, содержащему выхлопную систему, и к транспортному средству, содержащему выхлопную систему. Изобретение также относится к применению каталитического фильтра сажи и к способу обработки выхлопного газа двигателя компрессионного воспламенения.

Уровень техники

В общем, существует четыре класса загрязнителей, в отношении которых имеются законодательные ограничения, налагаемые межправительственными организациями по всему миру: монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (HC), оксиды азота (NO_x) и материал в форме частиц (PM). Поскольку нормы по выбросам в отношении допустимых выбросов загрязнителей в выхлопных газах двигателей транспортных средств все более ужесточаются, существует потребность в предоставлении усовершенствованных катализаторов, которые способны удовлетворять данным стандартам и которые являются экономически эффективными.

В двигателях компрессионного воспламенения, таких как дизельные двигатели, каталитический фильтр сажи (CSF) обычно используется для того, чтобы обрабатывать выхлопной газ, производимый такими двигателями. Фильтры CSF обычно катализируют окисление (1) монооксида углерода (CO) в диоксид углерода (CO₂), (2) углеводородов HC в диоксид углерода (CO₂) и воду (H₂O) и (3) окисление PM, отфильтрованного от выхлопного газа. Двумя наиболее важными реакциями окисления PM являются окисление в диоксиде азота (NO₂ + C → NO + CO) и кислороде (O₂ + 2C → 2CO или O₂ + C → 2CO₂). Источниками NO₂ для первой реакции являются сам двигатель и монооксид азота (также присутствующий в выхлопном газе), окисляемый либо на расположенной выше по ходу монолитной подложке, содержащей катализатор окисления дизельного топлива (DOC), либо на самом фильтрующем катализаторе. Температуры выхлопного газа для двигателей компрессионного воспламенения, таких как дизельные двигатели, в особенности для транспортных средств с дизельным двигателем небольшого рабочего объема, относительно низки (например, примерно 400°C), и, таким образом, одной из сложных задач является разработка рецептур долговечного катализатора CSF с низкими температурами “зажигания”.

Активность катализаторов окисления, таких как CSF и DOC, часто измеряют в терминах температуры “зажигания”, которая представляет собой температуру, при которой катализатор начинает осуществлять конкретную каталитическую реакцию или осуществляет данную реакцию в определенной степени. Обычно температуры “зажигания” приводят в терминах определенного уровня конверсии реагента, такой как конверсия монооксида углерода. Таким образом, температуру Τ₅₀ часто расценивают как температуру “зажигания”, поскольку она представляет низшую температуру, при которой катализатор катализирует превращение реагента с 50% эффективностью.

Зоны пониженных выбросов (LEZ) представляют собой области или дороги на территории Европы, например, в Берлине, Лондоне, Стокгольме, Эйндховене и так далее, в которые запрещен въезд наиболее загрязняющим транспортным средствам (см. http://www.lowemissionzones.eu/what-are-lezs?showall=1&limitstart=). Становится все более очевидным, что плохое качество воздуха отрицательно сказывается на здоровье и продолжительности жизни. Считается, что оксид азота оказывает как кратковременное, так и долговременное влияние на здоровье. Он влияет на функцию легких и его воздействие усиливает реакцию на аллергены у чувствительных индивидуумов. Предполагалось, что видимые эффекты диоксида азота на здоровье могут быть обусловлены частицами или его сочетанием с частицами. NO₂ также может содействовать реакциям, вызывающим фотохимический смог. Стандарт качества воздуха ЕС (обязательный для государств-членов ЕС) устанавливает предельные значения в целях защиты здоровья человека. Среди прочего, Стандарт качества воздуха ЕС установил с 1 января 2010, что для NO₂ концентрация в 200 мкг/м³ (105 частей на миллиард, ppb) в среднем за период 1 час не должна быть превышена более 18 раз в течение календарного года и должна составлять в среднем 40 мкг/м³ (21 ppb) в течение календарного года.

Следовательно, в данной области существует потребность в выхлопных системах, которые предотвращают или снижают выбросы NO₂ в атмосферу, в частности в случае транспортных средств, въезжающих в зоны LEZ. Такие системы могут включать в себя установленные на заводе выхлопные системы и системы, которые подлежат встраиванию в существующие транспортные средства.

В WO 00/34632 раскрыта система для обработки выхлопных газов из дизельных двигателей, содержащая первый катализатор, способный окислять углеводороды, второй катализатор, способный превращать NO в NO₂, ловушку для частиц, на которой частицы могут быть сожжены в NO₂. Первый катализатор может представлять собой платину, распределенную на диоксиде церия или на тонком покрытии из оксида металла, которое включает диоксид церия. В примерах разъясняется, что “очевидно, что если HC (представленный C₃H₆) удален на первой стадии окисления, окисление NO в NO₂ может происходить полнее”.

Катализаторы, которые используют для того, чтобы окислить монооксид углерода (CO), углеводороды (HC) и иногда также оксиды азота (NO_x) в выхлопном газе, выпускаемом из двигателя компрессионного воспламенения, обычно содержат по меньшей мере один металл платиновой группы, такой как платина или палладий. Платина активнее палладия в катализе окисления CO и HC, присутствующих в выхлопном газе из двигателя компрессионного воспламенения, и включения палладия в такие катализаторы обычно избегали из-за его чувствительности к отравлению серой. Однако использование топлив с ультранизким содержанием серы, относительная стоимость палладия к платине и улучшения в долговечности катализатора, которые могут быть получены за счет включения палладия, привели к тому, что предпочтение получают рецептуры катализатора, содержащие палладий, в особенности рецептуры, содержащие как палладий, так и платину.

Несмотря на то, что, в общем, стоимость палладия исторически была ниже таковой платины, как палладий, так и платина являются дорогими металлами. Желательными являются катализаторы окисления, которые показывают улучшенную каталитическую активность без увеличения суммарного количества платины и палладия, или катализаторы, которые при меньшем количестве платины и палладия показывают каталитическую активность, схожую с активностью существующих катализаторов окисления.

Сущность изобретения

Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что катализатор окисления, обладающий обеспечивающей преимущество активностью, включающей стабильную, относительно низкую окислительную активность в отношении NO, может быть получен, когда сочетание (i) компонента на основе щелочноземельного металла и (ii) материала-носителя в виде оксида алюминия, который был модифицирован так, чтобы включать в себя гетероатомный компонент, включают в рецептуру катализатора, содержащую по меньшей мере один металл из платины и палладия. Такие катализаторы могут быть использованы - и это обеспечивает преимущество - в выхлопных системах, подходящих применительно к LEZ, где требуются низкие выбросы NO₂. Было обнаружено, что такие катализаторы обладают превосходной низкотемпературной окислительной активностью в отношении CO. Катализаторы особенно эффективны в превращении относительно высоких уровней CO в выхлопном газе, произведенном двигателем компрессионного воспламенения, в особенности при температурах ниже 250°C. Катализаторы могут также показывать хорошую окислительную активность при низких температурах в отношении HC, в частности ненасыщенных HC, таких как алкены. Окислительная активность катализатора при относительно низких температурах делает его особенно подходящим для применения в сочетании с другими устройствами снижения выбросов, входящими в выхлопную систему. В частности, хотя степень окисления NO относительно низка, катализатор окисления способен окислять оксид азота (NO) в диоксид азота (NO₂), что может обеспечивать преимущество, когда катализатор окисления находится выше по ходу относительно катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) или фильтра, имеющего катализатор селективного каталитического восстановления.

Следовательно, согласно первому аспекту изобретение предоставляет каталитический фильтр сажи, содержащий катализатор окисления для обработки монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) в выхлопном газе из двигателя компрессионного воспламенения, размещенный на фильтрующей подложке, где катализатор окисления содержит: компонент на основе металла платиновой группы (PGM), выбираемый из группы, состоящей из платинового (Pt) компонента, палладиевого (Pd) компонента и их сочетания; компонент на основе щелочноземельного металла; материал-носитель, содержащий модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент.

Без ограничения какой-либо конкретной теорией, авторы изобретения полагают, что стабильная, относительно низкая окислительная активность в отношении NO катализаторов окисления для применения в настоящем изобретении может быть обусловлена сочетанием факторов, включая конкурирующее селективное окисление CO и молекул HC, то есть окисление NO происходит только после того, как CO и HC будут удалены окислением; и окисление под действием NO₂ неполярных (например, алифатических), длинных, неразветвленных молекул HC, таких как додекан (подобно “классическому” катализу при удалении NO_x из бедной смеси (также известному как HC-SCR), то есть {HC} + NO_x → N₂ + CO₂ + H₂O)). Соответственно, полагают, что катализатор окисления для применения в настоящем изобретении может не только снижать выбросы NO₂ из каталитического фильтра сажи самого по себе (из-за относительно низкой окислительной активности в отношении NO), но также снижать выбросы NO₂ из расположенных выше по ходу катализаторов, поступающие на каталитический фильтр сажи, то есть количество NO₂ на выходе из каталитического фильтра сажи по изобретению может быть меньше количества, поступающего на него.

Начальная окислительная активность свежеполученного катализатора окисления часто ухудшается до того, как катализатор достигнет состаренного состояния. Повторное воздействие на катализатор окисления горячего выхлопного газа может вызвать спекание и/или сплавление компонентов на основе металла платиновой группы (PGM) в катализаторе до того, как он достигнет состаренного состояния. Данное ухудшение активности может представлять собой проблему, в особенности при спаривании катализатора окисления с одним или более другими устройствами снижения выбросов в выхлопной системе. Катализатор окисления по изобретению может обладать стабильной активностью в отношении окисления оксида азота (NO) до диоксида азота (NO₂) (то есть “свежая” окислительная активность катализатора в отношении NO является такой же или схожей с “состаренной” окислительной активностью катализатора). Это обеспечивает особое преимущество в случае выхлопных систем, в которых катализатор окисления сочетается с катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) или фильтром, имеющим катализатор селективного каталитического восстановления, поскольку выхлопной газ, имеющий стабильное соотношение NO:NO₂, может быть подан на катализатор SCR или фильтр, имеющий катализатор SCR.

Второй аспект изобретения относится к выхлопной системе двигателя компрессионного воспламенения, содержащей каталитический фильтр сажи по первому аспекту изобретения.

В третьем аспекте изобретение относится к двигателю компрессионного воспламенения, содержащему выхлопную систему по второму аспекту изобретения.

В четвертом аспекте изобретение относится к транспортному средству, содержащему двигатель компрессионного воспламенения по третьему аспекту изобретения.

В пятом аспекте изобретение предусматривает применение каталитического фильтра сажи по первому аспекту изобретения для окисления монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) и для снижения выбросов NO₂ в выхлопном газе из двигателя компрессионного воспламенения.

Шестой аспект изобретения относится к способу обработки монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) и NO₂ в выхлопном газе из двигателя компрессионного воспламенения, причем способ включает в себя приведение в контакт выхлопного газа с каталитическим фильтром сажи по первому аспекту изобретения.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к каталитическому фильтру сажи, содержащему катализатор окисления, содержащий компонент на основе щелочноземельного металла. Неожиданно было обнаружено, что катализатор, обладающий обеспечивающей преимущество окислительной активностью в особенности низкой Τ₅₀ для CO, может быть получен для катализаторных рецептур, содержащих компонент на основе щелочноземельного металла и модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент.

Обычно компонент на основе щелочноземельного металла содержит магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) или сочетание двух или более из них. Предпочтительно, чтобы компонент на основе щелочноземельного металла содержал кальций (Ca), стронций (Sr) или барий (Ba), более предпочтительно стронций (Sr) или барий (Ba), и наиболее предпочтительно компонент на основе щелочноземельного металла содержит барий (Ba).

Обычно компонент на основе щелочноземельного металла содержит единственный щелочноземельный металл, выбираемый из группы, состоящей из магния (Mg), кальция (Ca), стронция (Sr) и бария (Ba). Предпочтительно, компонент на основе щелочноземельного металла содержит единственный щелочноземельный металл, выбираемый из группы, состоящей из кальция (Ca), стронция (Sr) и бария (Ba), более предпочтительно стронция (Sr) и бария (Ba), и наиболее предпочтительно компонент на основе щелочноземельного металла содержит единственный щелочноземельный металл, который представляет собой барий (Ba).

Типично, количество компонента щелочноземельного металла составляет от 0,07 до 3,75 моль фут^-3 (от 2,47 до 132,43 моль/м³), в частности от 0,1 до 3,0 моль фут^-3 (от 3,5 до 105,9 моль/м³), предпочтительнее от 0,2 до 2,5 моль фут^-3 (от 7,1 до 88,3 моль/м³) (например, 0,25 до 1,0 моль фут^-3 (от 8,83 до 35,3 моль/м³)), как например от 0,3 до 2,25 моль фут^-3 (от 10,6 до 79,46 моль/м³), в особенности от 0,35 до 1,85 моль фут^-3 (от 12,36 до 65,33 моль/м³), предпочтительно от 0,4 до 1,5 моль фут^-3 (от 14,1 до 53,0 моль/м³), предпочтительнее от 0,5 до 1,25 моль фут^-3 (от 17,7 до 44,14 моль/м³). Без ограничения какой-либо конкретной теорией можно полагать, что количество присутствующих атомов щелочноземельного металла содействует обеспечивающей преимущество активности катализатора и что данная активность выходит на плато (“выравнивается”), когда количество атомов щелочноземельного металла достигает определенного значения. Способность катализатора окислять определенные молекулы HC и NO может быть снижена посредством увеличения содержания щелочноземельного металла.

Обычно суммарное количество компонента на основе щелочноземельного металла составляет от 10 до 500 г фут^-3 (от 353 до 17657 г/м³) (например, от 60 до 400 г фут^-3 (от 2119 до 14126 г/м³) или от 10 до 450 г фут^-3 (от 353 до 15892 г/м³)), в частности от 20 до 400 г фут^-3 (от 706 до 14126 г/м³), предпочтительнее от 35 до 350 г фут^-3 (от 1236 до 12360 г/м³), как, например, от 50 до 300 г фут^-3 (от 1766 до 10594 г/м³), в особенности от 75 до 250 г фут^-3 (от 2649 до 8829 г/м³).

Катализатор окисления для применения в настоящем изобретении, в общем, содержит количество компонента на основе щелочноземельного металла от 0,1 до 20% по массе, предпочтительно от 0,5 до 17,5% по массе, предпочтительнее от 1 до 15% по массе и наиболее предпочтительно от 1,5 до 12,5% по массе. Количество компонента на основе щелочноземельного металла может составлять от 1,0 до 8,0% по массе, как, например, от 1,5 до 7,5% по массе, в частности от 2,0 до 7,0% по массе (например, от 2,5 до 6,5% по массе или от 2,0 до 5,0% по массе). Количество компонента на основе щелочноземельного металла может составлять от 5,0 до 17,5% по массе, как, например, от 7,5 до 15% по массе, в частности от 8,0 до 14% по массе (например, от 8,5 до 12,5% по массе или от 9,0 до 13,5% по массе).

Обычно отношение суммарной массы компонента на основе щелочноземельного металла к суммарной массе компонента на основе металла платиновой группы (PGM) составляет от 0,25:1 до 20:1 (например, от 0,3:1 до 20:1). Предпочтительно, чтобы отношение суммарной массы компонента на основе щелочноземельного металла к суммарной массе компонента на основе металла платиновой группы (PGM) составляло от 0,5:1 до 17:1, предпочтительнее от 1:1 до 15:1, в частности от 1,5:1 до 10:1, еще предпочтительнее от 2:1 до 7,5:1 и наиболее предпочтительно от 2,5:1 до 5:1. Если присутствует платиновый (Pt) компонент, тогда предпочтительно суммарная масса щелочноземельного компонента больше суммарной массы платинового (Pt) компонента.

Материал-носитель обычно содержит модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент, или состоит по существу из такого модифицированного оксида алюминия. Гетероатомный компонент, который включен в оксид алюминия обычно изменяет химические характеристики, физическую структуру и/или физические свойства материала в сравнении с самим оксидом алюминия и обычно также в сравнении со смесью оксида алюминия с гетероатомным компонентом. Полагают, что присутствие гетероатомного компонента изменяет взаимодействие оксида алюминия со щелочноземельным компонентом. Модифицированный оксид алюминия обычно представляет собой оксид алюминия, присутствующий в гамма-форме (γ-оксид алюминия), или является производным данной формы.

Обычно гетероатомный компонент содержит элемент, выбираемый из группы, состоящей из лантанида и любого элемента группы с 1 по 14 Периодической таблицы (здесь для нумерации групп Периодической таблицы использована номенклатура ИЮПАК, так что группа 1 содержит щелочные металлы, группа 4 содержит Ti, Zr и так далее, а группа 14 содержит C, Si и так далее). Предпочтительно, гетероатомный компонент содержит элемент, выбираемый из группы 2 (например, Mg, Ca, Sr или Ba), группы 4 (например, Ti или Zr), группы 14 (например, Si) Периодической таблицы и лантанид (например, La или Ce), такой как элемент, выбираемый из группы 4 (например, Ti или Zr), группы 14 (например, Si) Периодической таблицы и лантанид (например, La или Ce). Гетероатомный компонент может представлять собой элемент, ион или соединение, но оно не является оксидом алюминия и, предпочтительно, не является составляющим элементом или ионом оксида алюминия (например, кислородом Ο^2-, алюминием или Al³⁺).

Модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент, обычно содержит или состоит по существу из оксида алюминия, легированного гетероатомным компонентом, алюминат щелочноземельного металла или их смесь. Предпочтительно, чтобы модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент, содержал или состоял по существу из оксида алюминия, легированного гетероатомным компонентом, или алюминат щелочноземельного металла.

Если модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент, представляет собой оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, тогда обычно гетероатомный компонент содержит кремний, магний, барий, лантан, церий, титан или цирконий или сочетание двух или более из них. Гетероатомный компонент может содержать или состоять по существу из диоксида кремния, оксида магния, оксида бария, оксида лантана, диоксида церия, диоксида титана или диоксида циркония. Предпочтительно, гетероатомный компонент содержит или состоит по существу из кремния, магния, бария или церия или оксида такого элемента, в частности кремния или церия или оксида такого элемента. Предпочтительнее, гетероатомный компонент содержит или состоит по существу из кремния, магния или бария или оксида такого элемента, в частности кремния или магния или оксида такого элемента, в особенности кремния или его оксида.

Примеры оксида алюминия, легированного гетероатомным компонентом, включают в себя оксид алюминия, легированный диоксидом кремния, оксид алюминия, легированный оксидом магния, оксид алюминия, легированный барием или оксидом бария, оксид алюминия, легированный оксидом лантана, или оксид алюминия, легированный диоксидом церия, в частности оксид алюминия, легированный диоксидом кремния, оксид алюминия, легированный оксидом лантана, или оксид алюминия, легированный диоксидом церия. Предпочтительно, чтобы оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, представлял собой оксид алюминия, легированный диоксидом кремния, оксид алюминия, легированный барием или оксидом бария, или оксид алюминия, легированный оксидом магния. Предпочтительнее, оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, представляет собой оксид алюминия, легированный диоксидом кремния, или оксид алюминия, легированный оксидом магния. Еще предпочтительнее, оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, представляет собой оксид алюминия, легированный диоксидом кремния. Оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, может быть получен с использованием способов, известных в данной области, или, например, способом, описанным в патенте США № 5045519.

Типично, оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, содержит от 0,5 до 45% по массе гетероатомного компонента, предпочтительно от 1 до 40% по массе гетероатомного компонента, предпочтительнее от 1,5 до 30% по массе гетероатомного компонента, в частности от 2,5 до 25% по массе гетероатомного компонента.

Если оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, содержит или состоит по существу из оксида алюминия, легированного диоксидом кремния, тогда оксид алюминия легирован диоксидом кремния в количестве от 0,5 до 45% по массе, предпочтительно от 1 до 40% по массе, предпочтительнее от 1,5 до 30% по массе (например, от 1,5 до 10% по массе), в частности от 2,5 до 25% по массе, конкретнее от 3,5 до 20% по массе (например, от 5 до 20% по массе), наиболее предпочтительно от 4,5 до 15% по массе.

Если оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, содержит или состоит по существу из оксида алюминия, легированного оксидом магния, тогда оксид алюминия легирован оксидом магния в количестве, указанном выше, или в количестве от 5 до 30% по массе, предпочтительно от 10 до 25% по массе.

Если гетероатомный компонент содержит или состоит по существу из щелочноземельного металла, тогда обычно катализатор окисления содержит компонент на основе щелочноземельного металла, который является независимым от или не является частью модифицированного оксида алюминия, включающего в себя гетероатомный компонент. Таким образом, катализатор окисления включает в себя компонент на основе щелочноземельного металла в дополнение к любому щелочноземельному металлу, который может присутствовать в модифицированном оксиде алюминия.

В общем, если гетероатомный компонент содержит или состоит по существу из щелочноземельного металла, тогда предпочтительно компонент на основе щелочноземельного металла отличается от гетероатомного компонента. Предпочтительно, чтобы гетероатомный компонент и компонент на основе щелочноземельного металла содержали разные щелочноземельные металлы.

Если гетероатомный компонент модифицированного оксида алюминия содержит щелочноземельный металл, как в случае, когда он является легирующей добавкой в оксиде алюминия, легированном гетероатомным компонентом, или когда он является частью алюмината щелочноземельного металла, тогда количество “компонента на основе щелочноземельного металла” не включает в себя количество любого щелочноземельного металла, который присутствует как часть модифицированного оксида алюминия. Подобно этому, количество гетероатомного компонента не включает в себя количество компонента на основе щелочноземельного металла, который присутствует. Количества каждого компонента можно контролировать в ходе получения катализатора окисления.

Термин “алюминат щелочноземельного металла” относится в общем к соединению формулы MAl₂O₄, где “M” представляет щелочноземельный металл, такой как Mg, Ca, Sr или Ba. Такие соединения обычно содержат шпинельную структуру. Данные соединения могут быть получены с использованием общепринятых способов, хорошо известных в данной области, или, например, используя способ, описанный в европейском патенте EP 0945165, патенте США № 6217837 или США № 6517795.

Типично, алюминат щелочноземельного металла представляет собой алюминат магния (MgAl₂O₄), алюминат кальция (CaAl₂O₄), алюминат стронция (SrAl₂O₄) или алюминат бария (BaAl₂O₄) или смесь двух или более из них. Предпочтительно, алюминат щелочноземельного металла представляет собой алюминат магния (MgAl₂O₄).

В общем, когда материал-носитель содержит алюминат щелочноземельного металла, тогда щелочноземельный металл (“M”) алюмината щелочноземельного металла отличается от компонента на основе щелочноземельного металла. Предпочтительно, чтобы алюминат щелочноземельного металла и компонент на основе щелочноземельного металла содержали разные щелочноземельные металлы.

Катализатор окисления для применения в изобретении обычно содержит суммарное количество материала-носителя от 0,1 до 5 г дюйм^-3 (6,1 до 305 г/дм³), предпочтительно от 0,2 до 4 г дюйм^-3 (12,2 до 244 г/дм³) (например, от 0,5 до 3,5 г дюйм^-3 (30,5 до 214 г/дм³)). Если катализатор окисления для применения в настоящем изобретении содержит второй материал-носитель в дополнение к материалу-носителю, содержащему модифицированный оксид алюминия, тогда суммарное количество относится к количеству как второго материала-носителя, так и материала-носителя, содержащего модифицированный оксид алюминия.

Суммарное количество материала-носителя в катализаторе окисления каталитического фильтра сажи составляет обычно от 0,2 до 4 г дюйм^-3 (12,2 до 244 г/дм³).

Если катализатор окисления для применения в настоящем изобретении содержит второй материал-носитель, тогда типично количество материала-носителя, содержащего модифицированный оксид алюминия, составляет от 0,1 до 3,0 г дюйм^-3 (6,1 до 183 г/дм³), предпочтительно от 0,2 до 2,5 г дюйм^-3 (12,2 до 153 г/дм³), предпочтительнее от 0,3 до 2,0 г дюйм^-3 (18,3 до 122 г/дм³) и наиболее предпочтительно от 0,5 до 1,75 г дюйм^-3 (30,5 до 106,8 г/дм³).

В общем, отношение суммарной массы компонента на основе щелочноземельного металла к суммарной массе материала-носителя, содержащего модифицированный оксид алюминия, составляет от 1:200 до 1:5, предпочтительно от 1:150 до 1:10, наиболее предпочтительно от 1:100 до 1:20.

Типично, материал-носитель, в частности оксид алюминия, легированный гетероатомным компонентом, находится в форме частиц. Материал-носитель может иметь размер частиц d₉₀ ≤ 20 мкм (при определении общепринятой методикой лазерной дифракции). Распределение частиц по размеру материала-носителя выбирают так, чтобы содействовать адгезии к подложке. Частицы обычно получают помолом.

Обычно материал-носитель имеет удельную площадь поверхности от 50 до 500 м² г^-1 (при измерении согласно БЭТ в соответствии с DIN 66131 или после активации при 550°C в течение 3 часов). Предпочтительно, чтобы материал-носитель имел удельную площадь поверхности от 50 до 300 м² г^-1, предпочтительнее от 100 до 250 м² г^-1.

Катализатор окисления для применения в настоящем изобретении необязательно дополнительно содержит второй материал-носитель. Типично, компонент на основе щелочноземельного металла размещен или расположен на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия, и/или на втором материале-носителе. Если катализатор окисления для применения в настоящем изобретении содержит несколько слоев, тогда второй материал-носитель и материал-носитель, содержащий модифицированный оксид алюминия, предпочтительно находятся в разных слоях.

В общем, компонент на основе щелочноземельного металла размещен или расположен по меньшей мере на одном материале-носителе, который содержит или состоит по существу из модифицированного оксида алюминия, включающего в себя гетероатомный компонент. Типично, катализатор для применения в изобретении содержит единственный материал-носитель, где данный материал-носитель содержит или состоит по существу из модифицированного оксида алюминия, включающего в себя гетероатомный компонент.

Если присутствует второй материал-носитель, в особенности когда второй материал-носитель находится в том же слое, что и первый материал-носитель, тогда предпочтительно, чтобы компонент на основе щелочноземельного металла был по существу размещен или расположен на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия (в данном контексте термин “по существу” относится к ситуации, когда по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 99%, предпочтительнее по меньшей мере 99% массы щелочноземельного компонента, который присутствует типично в слое или не в слое, размещен или расположен на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия). Дополнительно, предпочтительно, чтобы компонент на основе щелочноземельного металла был размещен или расположен только на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия. Для некоторых сочетаний материалов-носителей в одном и том же слое контроль точного размещения компонента на основе щелочноземельного металла может быть затруднителен вследствие его растворимости, и компонент на основе щелочноземельного металла может быть размещен или расположен на всех материалах-носителях.

Катализатор окисления для применения в настоящем изобретении также содержит компонент на основе металла платиновой группы (PMG), выбираемый из группы, состоящей из платинового (Pt) компонента, палладиевого (Pd) компонента и их сочетания. Катализатор окисления для применения в изобретении может содержать единственный компонент на основе металла платиновой группы (PMG), который представляет собой любо платиновый (Pt) компонент, либо палладиевый (Pd) компонент.

В общем, предпочтительно, чтобы катализатор окисления содержал платиновый (Pt) компонент и палладиевый (Pd) компонент (то есть компонент на основе металла платиновой группы (PMG) представляет собой платиновый (Pt) компонент и палладиевый (Pd) компонент). Отношение суммарной массы платинового (Pt) компонента к суммарной массе палладиевого (Pd) компонента составляет типично от 3:1 до 1:3, предпочтительно от 2:1 до 1:2 и предпочтительнее от 1,5:1 до 1:1,5, в особенности когда, но не исключительно, катализатор окисления содержит несколько слоев. Однако в особенно предпочтительном варианте осуществления отношение для суммарных масс Pt:Pd составляет от 4:1 до 1:1, предпочтительно от 2:1 до 1:1.

Типично, суммарное количество компонента на основе металла платиновой группы (PMG) (то есть суммарное количество платинового (Pt) компонента и/или палладиевого (Pd) компонента) составляет от 5 до 500 г фут^-3 (от 176 до 17657 г/м³). Предпочтительно, суммарное количество компонента PMG составляет от 10 до 400 г фут^-3 (от 353 до 14126 г/м³), предпочтительнее от 20 до 300 г фут^-3 (от 706 до 10594 г/м³), предпочтительнее от 25 до 250 г фут^-3 (от 883 до 8829 г/м³) и наиболее предпочтительно от 35 до 200 г фут^-3 (от 1236 до 7063 г/м³).

Суммарное количество компонента на основе металла платиновой группы (PMG) в катализаторе окисления для применения в каталитическом фильтре сажи по изобретению составляет от 5 до 100 г фут^-3 (от 176 до 3531 г/м³), предпочтительнее от 10 до 40 г фут^-3 (от 353 до 1413 г/м³).

Типично, катализатор окисления содержит суммарное количество по массе компонента на основе металла платиновой группы (PMG) от 2,0 до 8,0 г. Суммарное количество использованного компонента PMG зависит, среди прочего, от размера подложки.

В дополнение к компоненту на основе металла платиновой группы (PMG) катализатор окисления для применения в изобретении может дополнительно содержать компонент благородного металла. Компонент на основе благородного металла содержит благородный металл, выбираемый из группы, состоящей из рутения (Ru), родия (Rh), иридия (Ir), золота (Au), серебра (Ag) и сочетания двух или более из них. Предпочтительно, чтобы компонент на основе благородного металла содержал благородный металл, выбираемый из группы, состоящей из золота, серебра и их сочетания. Предпочтительнее, компонент на основе благородного металла содержит или состоит из золота. Если катализатор содержит золото (Au), тогда компонент на основе металла платиновой группы (PMG), предпочтительно палладиевый (Pd) компонент, присутствует как сплав с золотом (Au) (например, палладиево-золотой сплав). Катализаторы, содержащие золото (Au), могут быть получены с использованием способа, описанного настоящим заявителем в WO 2012/120292.

Катализатор окисления для применения в изобретении необязательно дополнительно содержит адсорбент углеводородов. Адсорбент углеводородов может быть выбран из цеолита, активного древесного угля, пористого графита и сочетания двух или более из них. Предпочтительно, чтобы адсорбент углеводорода представлял собой цеолит. Предпочтительнее, цеолит представляет собой среднепористый цеолит (например, цеолит, имеющий максимальный размер кольца в восемь тетраэдрических атомов) или крупнопористый цеолит (например, цеолит, имеющий максимальный размер кольца в десять тетраэдрических атомов). Примеры подходящих цеолитов или типов цеолита включают в себя фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, феррьерит, цеолит X, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит AEI, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит, бета-цеолит или медный цеолит CHA. Цеолит предпочтительно представляет собой ZSM-5, бета-цеолит или цеолит Y.

Типично, цеолит имеет молярное отношение диоксида кремния к оксиду алюминия по меньшей мере 25:1, предпочтительно по меньшей мере 25:1, причем подходящими являются диапазоны от 25:1 до 1000:1, от 50:1 до 500:1, а также от 25:1 до 100:1, 25:1 до 300:1, от 100:1 до 250:1. Цеолиты, имеющие высокое молярное отношение диоксида кремния к оксиду алюминия демонстрируют улучшенную гидротермическую стабильность.

Если катализатор содержит адсорбент углеводородов, тогда типично суммарное количество адсорбента углеводородов составляет от 0,05 до 3,00 г дюйм^-3 (3,05 до 183,1 г/дм³), в частности от 0,1 до 2,00 г дюйм^-3 (6,1 до 122,0 г/дм³), конкретнее от 0,2 до 0,8 г дюйм^-3 (12,2 до 48,8 г/дм³).

Катализатор для применения в изобретении необязательно дополнительно содержит материал для запасания кислорода. Такие материалы хорошо известны из уровня техники. Материал для запасания кислорода может быть выбран из диоксида церия (CeO₂) и диоксида церия-диоксида циркония (CeO₂-ZrO₂), такого как твердый раствор диоксида церия-диоксида циркония.

Типично, по меньшей мере один компонент на основе металла платиновой группы (PMG) размещен на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент. Таким образом, платиновый (Pt) компонент или палладиевый (Pd) компонент, либо как платиновый (Pt) компонент, так и палладиевый (Pd) компонент размещены на материале-носителе.

Обычно компонент на основе щелочноземельного металла и по меньшей мере один компонент на основе металла платиновой группы (PMG) размещены на материале-носителе, содержащем модифицированный оксид алюминия, включающий в себя гетероатомный компонент. Таким образом, катализатор окисления для применения в изобретении может содержать палладиевый (Pd) компонент и/или платиновый (Pt) компонент и компонент на основе щелочн