Método para preparación de un material de almacenamiento de NOx.

Un método para producir un material de almacenamiento de óxido de nitrógeno que comprende mezclar una solución de bario con partículas de ceria,

secar por aspersión las partículas, calentar las partículas secadas por aspersión y hacer un recubrimiento de las partículas sobre un sustrato.

Metodo para preparacion de un material de almacenamiento de NOx

Campo tecnico Las realizaciones de la invencion se relacionan con metodos para la manufactura de materiales para almacenamiento de oxido de nitrogeno. Mas particularmente, las realizaciones de la invencion son pertinentes a metodos para preparar materiales para almacenamiento de NOx que son resistentes al envejecimiento termico. Los materiales para almacenamiento de oxido de nitrogeno pueden ser parte de una trampa catalitica utilizada para tratar corrientes de gas de salida, especialmente aquellos que emanan de motores que utilizan como combustible gasolina o diesel.

Tecnica antecedente La emision de oxidos de nitrogeno ("NOx") a partir de motores de quema limpia (descritos mas adelante) deben ser reducidos con el fin de satisfacer los estandares de regulacion de emisiones. Los catalizadores para automotores de conversion convencional en tres vias ("TWC") son adecuados para disminuir los contaminantes de NOx, monoxido de carbono ("CO") e hidrocarburos ("HC") en la salida de motores operados en o cerca de condiciones aire/combustibles estequiometricas. La proporcion precisa de aire a combustible que da como resultado las condiciones estequiometricas varia con las proporciones relativas de carbono e hidrogeno en el combustible. Una relacion aire a combustible ("A/F") de 14.65:1 (peso de aire a peso de combustible) es la relacion estequiometrica correspondiente a la combustion de un combustible de hidrocarburo, tal como gasolina, con un formula promedio CH1.88. El simbolo A se utiliza asi para representar el resultado de dividir una relacion particular A/F por la relacion estequiometrica A/F para un combustible dado, de tal manera que; A = 1 es una mezcla estequiometrica, A > 1 es una mezcla inclinada hacia combustible y A < 1 es una mezcla rica en combustible.

Los motores, especialmente los motores alimentados por gasolina para ser usados en automoviles para pasajeros y similares, estan siendo disenados para operar bajo condiciones de inclinacion como una medida de economia de combustible. Tales motores futuros se denominan como "motores de quema inclinada". Esto es, la relacion de aire a combustible en las mezclas de combustion suministrada a tales motores se mantiene considerablemente por encima de la relacion estequiometrica (por ejemplo en una relacion en peso de aire a combustible de 18:1) de tal manera que los gases salientes resultantes estan "inclinados", esto es, los gases de salida son relativamente altos en contenido de oxigeno. Aunque los motores de quema inclinada proveen economia de combustible potenciada, tiene la desventaja que los catalizadores TWC convencionales no son efectivos para reducir la emisiones de NOx de tales motores por el oxigeno excesivo en la salida. Intentos para superar este problema han incluido motores de operacion de quema inclinada con periodos breves de operacion rica en combustible (los motores que operan de esta manera se denominan algunas veces como "motores de quema inclinada parcial") . La salida de tales motores se trata con un sorbente catalizador/NOx el cual almacena el NOx durante periodos de operacion inclinada (rica en oxigeno) , y libera el NOx almacenado durante los periodos de operacion ricos (ricos en combustibles) . Durante los periodos de operacion rica (o estequiometrica) , el componente catalizador del sorbente catalizador/NOx promueve la reduccion de NOx a nitrogeno por reaccion del NOx (incluyendo el NOx liberado del sorbente de NOx) con HC, CO y/o hidrogeno presentes en la salida.

Los motores diesel proveen mejor economia de combustible que los motores a gasolina y normalmente operan el 100% del tiempo bajo condiciones de inclinacion, donde la reduccion del NOx es dificil debido a la presencia de oxigeno en exceso. En este caso, el sorbente catalizador/NOx es efectivo para almacenar NOx. Como sucede en el caso de la aplicacion de quema inclinada parcial de gasolina, despues del modo de almacenamiento de NOx, debe utilizarse una condicion rica transiente para liberar/reducir el NOx almacenado a nitrogeno. En el caso del motor diesel, esta condicion de reduccion transiente requerira una calibracion unica del motor o inyeccion de un combustible diesel en la salida para crear el ambiente reductor siguiente.

Los componentes de almacenamiento de NOx (sorbentes) que incluyen oxidos de metales alcalinoterreos, tales como oxido de Mg, Ca, Sr y Ba, oxidos de metales alcalinos tales como oxidos de Li, Na, K, Rb y Cs, y oxidos de metales de tierras raras tales como oxidos de Ce, La, Pr y Nd en combinacion con catalizadores de metales preciosos tales como platino disperso sobre un soporte de alumina han sido usados en la purificacion de gas de salida de un motor de combustion interna. Para el almacenamiento del NOx, se prefiere usualmente la baria porque forma nitratos que inclinan la operacion del motor y libera los nitratos de manera relativamente facil, bajo condiciones de riqueza. Sin embargo, los catalizadores que utilizan la baria para el almacenamiento de NOx exhiben un problema en la aplicacion practica, particularmente cuando los catalizadores estan envejecidos por exposicion a altas temperaturas y condiciones de operacion inclinadas. Despues de tal exposicion, tales catalizadores muestran un descenso marcado en la actividad catalitica para la reduccion de NOx, particularmente a baja temperatura (200 a 350°C) y condiciones a operacion a alta temperatura (450°C a 600°C) . Ademas, los absorbentes de NOx que incluyen baria sufren de la desventaja de que cuando se exponen a temperaturas por encima de 450°C en la presencia de CO2, se forma carbonato de bario, el cual se hace mas estable que el nitrato de bario. Adicionalmente,

el bario tiende a sinterizarse para formar compuestos complejos con materiales de soporte, lo cual lleva a la perdida de la capacidad de almacenamiento de NOx.

Se ha reportado materiales de almacenamiento de NOx que comprenden bario fijado a particulas de ceria, y estos materiales de NOx han exhibido propiedades de envejecimiento termico mejoradas en comparacion con materiales catalizadores descritos anteriormente. Milt et al., en Catlysis Communications 200 º, 8, º65º º6º, por ejemplo, se refieren a un catalizador de Ba, K/CeO2 el cual es empleado para el atrapamiento de NOx y combustion de hollin. Eberhardt et al., en Topics in Catalysis 2004, Vols. 30/31, 135º142, por otro lado, informa sobre el comportamiento de envejecimiento a altas temperaturas acopladas con atmosfera oxidante de sistemas de almacenamiento modelo de NOx tales como Ba/CeO2.

A pesar de estas mejoras, hay una necesidad vigente para mejorar el rendimiento de los materiales para almacenamiento de NOx, particularmente la capacidad de estos materiales para operar a lo largo de un amplio rango de temperatura y para operar efectivamente despues de exposicion a alta temperatura. Tambien es deseable mejorar la cinetica de la oxidacion de NOx (requerida en el avance del almacenamiento de NOx) y la cinetica de reduccion de NOx (requerida despues de la liberacion de NOx) . Asi, existe una necesidad para proveer materiales de almacenamiento mejorados para NOx y metodos para su manufactura.

Resumen Aspectos de la invencion incluyen metodos para manufacturar materiales para almacenamiento de oxido de nitrogeno y trampas cataliticas para la disminucion de los oxidos de nitrogeno.

Una realizacion se relaciona con un metodo para preparar un material para almacenamiento de oxido de nitrogeno que comprende mezclar una solucion de bario con particulas de ceria, secar por aspersion las particulas, calentar las particulas secadas por aspersion, mezclar las particulas compuestas con un catalizador soportado sobre un metal precioso y recubrir con la mezcla en pasta de particulas un substrato.

Breve descripcion de los dibujos La figura 1 es una grafica que muestra la eficiencia en la conversion de oxido de nitrogeno de un catalizador de acuerdo con una realizacion de la invencion y un catalizador de referencia comparativo;

La figura 2 es una grafica que compara la capacidad de almacenamiento de oxido de nitrogeno de diversos catalizadores;

La figura 3 es una grafica que compara la capacidad de almacenamiento de oxido de nitrogeno de catalizadores;

La figura 4 es una grafica que compara la capacidad de almacenamiento de oxido de nitrogeno de dos catalizadores;

La figura 5 es una grafica que compara la capacidad de almacenamiento de oxido de nitrogeno de dos catalizadores; y

La figura 6 es una imagen SEM de un material compuesto de BaCO3/CeO2 secado por aspersion y calcinado.

Descripcion detallada En una realizacion de la invencion, se proveen metodos para manufacturar materiales para almacenamiento de NOx y trampas cataliticas que incluyen estos materiales de almacenamiento. De... [Seguir leyendo]

1. Un metodo para producir un material de almacenamiento de oxido de nitrogeno que comprende mezclar una solucion de bario con particulas de ceria, secar por aspersion las particulas, calentar las particulas secadas por aspersion y hacer un recubrimiento de las particulas sobre un sustrato.

2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde las particulas de ceria tienen un area superficial de entre 50 y 150 m2/g, antes del secado por aspersion.

3. El metodo de la reivindicacion 2, en donde las particulas de ceria tienen un tamano de particula de entre 5 micrones y 20 micrones.

4. El metodo de la reivindicacion 3, en donde las particulas de ceria tienen un volumen de poro promedio de 0.3 a

0.5 ml/g.

5. El metodo de la reivindicacion 1, en donde los poros en las particulas de ceria tienen un diametro de poro promedio de entre 3 nm y 30 nm.