DE2415452A1

DE2415452A1 - Katalysator und ein verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2415452A1
Application number: DE2415452A
Authority: DE
Inventors: James Anthony Cairns; Richard Stuart Nelson; Stanley Frederick Pugh
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-10-30
Also published as: SE7404205L; DE2415452C2; SE404065B

Description

Katalysator und ein Verfahren zu seiner Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatoren und ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren.
Katalytische Materialien sind gewöhnlich sehr teuere Metalle, wie Edelmetalle, Palladium, Iridium, Platin, Rhodium oder eine Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle. Obwohl es möglich sein kann, katalytische Materialien als selbsttragende Strukturen aufzubauen, so ist es doch üblich, den Katalysator auf ein Trägersubstrat aufzubringen.
Auf diese Weise kann man eine Vielzahl von aktiven Stellen schaffen, obwohl nur kleine Mengen an katalytischem Material verwendet werden.
Es ist aber nicht nur das katalytische Material teuer, sondern es ist auch außerordentlich schwierig, sicherzustellen, daß das katalytische Material nicht in irgendeiner Weise geschädigt wird oder daß seine Wirksamkeit als Katalysator nicht beeinträchtigt wird. Das bedeutet im allgemeinen, daß man sehr darum besorgt sein muß, sicherzustellen, daß nichts mit dem katalytischen Material in Berührung kommt, wenn er einmal auf dem Substrat niedergeschlagen ist. Es ist üblich, alle Herstellungsschritte an dem Substrat vor der Aufbringung des Katalysators vorzunehmen und erst dann den Katalysator aufzubringen, was üblicherweise durch Ausfällen aus einer Lösung geschieht.
Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung der Erfindung dar, die in der deutschen Offenlegungsschrift 2 359 580 beschrieben ist. In der deutschen Offenlegungsschrift 2 359 580 wird unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators beschrieben. Das Verfahren besteht darin, daß auf eine Substratoberfläche eine im wesentlichen atomisierte Dispersion eines Materiales gelenkt wird, das katalytisch ist oder das eine Komponente eines katalytischen Systems ist, um mit der Substratoberfläche ohne Agglomeration den größten Anteil der Atome des Materials, die auf die Oberfläche treffen, zu verbinden.
In der oben erwähnten deutschen Offenlegungsschrift wird weiter ein spezielles, die Erfindung verwirklichendes Verfahren beschrieben, bei dem Platin auf einem porösen Aluminiumoxyd-Substrat durch Ionenstrahlzerstäubung niedergeschlagen wird.
Es gibt einen weiten Bereich von Anwendungen für Katalysatoren, die nach dem erwähnten Verfahren hergestellt werden können. Einige Beispiele solcher Anwendungen sind - neben der Hydrierung - Gasverbrennungen, Isomerisierungen, Anwendungen unter Verwendung von umlaufendem unedlen Metall, um die hohen Kosten der Edelmetallkatalysatoren zu vermeiden, die Behandlung von gasförmigen Aus flüssen Kraftwagen-Auspuffbehandlungssysteme und Zündvorrichtungen.
Bei Betrachtung einiger dieser Anwendungen ist es augenscheinlich, daß die Wahl des Substrates eine wichtige Rolle bei der Optimierung der Leistung des katalytischen Systems spielen kann. Ein besonderes Problem ist beispielsweise das Erfordernis für Kraftwagen-Auspuffbehandlungssysteme, einer scharfen Umgebung und wiederholten thermischen Kreisprozeßen während der Betriebsiebensdauer des Systems zu widerstehen.
Es gibt auch Hinweise, daß für Platin Aluminiumoxyd ein besonders geeignetes Substrat ist.
Die vorliegende Erfindung hat nun zum Gegenstand, einen Substratträger für katalytisches Material zu schaffen, der angepaßt werden kann, um den speziellen Betriebskriterien zu genügen, wie beispielsweise einer scharfen Umgebung und thermischen Kreisprozeßen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren der oben erwähnten Offenlegungsschrift angewandt, um ein Material auf ein Substrat niederzuschlagen, das katalytisch ist oder das eine Komponente eines katalytischen Systems ist. Das Substrat umfaßt ein Metall, das eine Oberflächenschicht aufweist, wie Aluminiumoxyd, die mit dem Material verträglich ist. Ein Beispiel eines solchen Substrates ist ein Aluminium-tragender ferritischer Stahl, der an der Luft hitzebehandelt worden ist, um eine im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehende Oberflächenschicht zu bilden.
Im letzteren Fall macht die vorliegende Erfindung von einer bemerkenswerten Eigenschaft des katalytischen Materials, das mit Hilfe dieses Verfahrens niedergeschlagen wird, Gebrauch. Diese Eigenschaft besteht darin, daß das katalytische Material in einer hochaktiven Form niedergeschlagen wird, und zwar im wesentlichen als eine atomisierte Dispersion und unter derartigen kontrollierbaren Bedingungen, daß der Niederschlag von überschüssigem Material in jedem Teilbereich, huber den das Material dispergiert wird, vermieden werden kann oder erheblich herabgesetzt werden kann im Vergleich zu konventionellen Niederschlägen.
Infolgedessen ist ein kleiner ausgesetzter Oberflächenbereich des Substrates, das mit katalytischem Material überzogen ist, imstande, eine Leistung zu erbringen, die einem viel größeren ausgesetzten Oberflächenbereich eines Substrates, das mit katalytischem Material auf konventionelle Weise überzogen ist, äquivalent ist.
Es wird angenommen, daß die Aluminiumoxyd-Oberflächenschicht auf einem Aluminium-tragenden ferritischen Stahl Spuren aufweist, einschließlich solche des Eisens und von beliebigen anderen Elementen, die mit dem Stahl legiert sind. Eine solche Zusammensetzung wird im folgenden durch den Ausdruck "eine im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehende Oberflächenschicht" definiert.
Vorzugsweise umfaßt das Substrat eine Legierung von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium und die Gewichtsanteile liegen vorzugsweise im Bereich von bis zu 15 % Chrom, 0,5 bis 12 % Aluminium und 0,1 bis 3 % Yttrium.
Der Rest ist Eisen.
Aluminium-tragende ferritische Stähle haben die Eigenschaft, beim Erhitzen an der Luft eine Aluminiumoxydschicht zu bilden, und die Aluminiumoxydschicht schützt die Stähle gegen weiteren oxydativen Angriff. Derartige Stähle haben bei ihrer Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung einen dreifachen Vorteil. Dieser besteht 1. in der ihnen innewohnenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion, 2. in der Schaffung einer Aluminiumoxydoberfläche, die besonders als Substratträger für katalytisches Material geeignet ist, und 3. in der Tatsache, daß irgendwelche Risse, die sich als Folge von thermischen Kreisprozeßen in dem Aluminiumoxyd gebildet haben, beim Erhitzen an. der Luft von selbst wieder beseitigt werden.
Die spezielle Eisen-, Chrom-, Aluminium-, Yttrium-Legierung hat weitere VorteiLe. So ist der Aluminiumoxydfilm stabiler und haftfester als Filme aus Aluminiumoxyd auf konventionellen Aluminium-tragenden ferritischen Stählen. Die Legierung ist bei höheren Temperaturen stark verformbar, so daß ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlag und Bruch bei scharfen thermischen Kreisprozeßen das Material mechanisch akzeptabel zur Verwendung bei der Behandlung von Ausflüssen macht, wie Kraftwagen-Auspuffgasen. Die Legierung ist auch geeignet zur Verwendung bei Kohlendioxyd und Dampf.
Versuche, die die Herstellung und Leistung von Beispielen, die die Erfindung verwirklichen, veranschaulichen, werden jetzt beschrieben.
Vor dem Niederschlagen des katalytischen Materials wurden Scheiben einer im Handel unter der Bezeichnung "Fecralloy" erhältlichen Legierung etwa 24 Stunden an 0 der Luft auf etwa 1000 C erhitzt. Platin wurde anschließend auf den Scheiben niedergeschlagen nach dem Verfahren der deutschen Offenlegungsschrift 2 359 580.
Eines der bemerkenswerten Kennzeichen dieses Niederschlagsverfahrens besteht darin, daß das Platin eine bemerkenswerte spezifische Aktivität zeigt. Das erlaubt nicht nur eine sehr geringe Bedeckung der herzustellenden Katalysatoren, sondern bedeutet tatsächlich, daß oft wenig zu gewinnen ist, indem die Platinmenge erhöht wird. So wurde beispielsweise bei einem Versuch, bei dem der Katalysator zur Oxydation von Kohlenmonoxyd bestimmt als Umwandlung in Prozent des Kohlenmonoxyds mit steigender Temperatur, über einen Bereich einer Katalysatormenge von 8 Mikrogramm pro cm2 bis 0,6 Mikrogramm pro cm2 beibehalten wird.
Es ist festzustellen, daß Fecralloy'LStahl nicht so leicht als Träger für katalytisches Material verwendet werden könnte, wenn dieses durch ein konventionelles Verfahren niedergeschlagen wird. Es wäre dann notwendig, einen Oberflächenüberzug zu schaffen, der den ausgesetzten Oberflächenbereich steigern würde, wie beispielsweise durch Waschüberziehen mit Aluminiumoxyd.
Ein Katalysator, der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, hat eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock und thermischen Kreisprozeßen.
Nach längerem Betrieb oder vielen thermischen Kreisproeeßen wurde jedoch eine Verminderung im Hinblick auf die Wirksamkeit des Katalysators festgestellt.
Eine erste kursorische Inspektion läßt vermuten, daß ein Verlust an aktiven Stellen aufgetreten war. Dieser könnte durch drei Hauptursachen bedingt sein, und zwar durch den Verlust an Platin von der Oberfläche (das bedeutet, daß Platin als Verschmutzer abgegeben wird) oder durch eine Agglomeration des Platins, wodurch die Anzahl an aktiven Stellen herabgesetzt wird, oder dadurch, daß Platin durch etwas Schicht bedeckt oder maskiert wird. Die ersten beiden, oben erwähnten Möglichkeiten scheiden aus, da die weitere Untersuchung keinen Anhaltspunkt für einen Verlust des Platingehaltes und für eine betr chtliche Agglomeration des Platins lieferte.
Was die dritte Ursache angeht, so wird angenommen, daß eine Oxydschicht oben auf dem Platin gebildet wird und daß diese die Wirksamkeit des Platins als Katalysator herabsetzt.
Zwei alternative Verfahren sind erfindungsgemäß vorgesehen, um diese Schwierigkeit zu überwinden oder herabzusetzen. Bei der ersten und bevorzugten Methode wird das Metall, das eine erste Schicht, wie Aluminiumoxyd trägt, mit einem Trägermaterial überzogen, das eine anhaftende kontinuierliche Oberflächenschicht, die von der ersten Schicht getragen wird, bildet,und zwar in der Weise, wie es in der britischen Patentanmeldung 57 208/73 beschrieben wird, Bei der zweiten Methode, bei der das Substrat ein Metall mit einer Oxydschicht auf seiner Oberfläche umfaßt, wird das Material, das katalytisch ist oder das eine Komponente eines katalytischen Systems ist, nach dem oben erwähnten Verfahren auf die Oxydschicht niedergeschlagen und Risse werden auf der Oxydschicht gebildet.
Vorzugsweise erstrecken sich die Risse von der Grenzschicht zwischen der Oxydschicht und dem Metall längs der freien Oberfläche des Katalysatorkörpers.
Die Stufe der Bildung von Rissen in der Oxydschicht kann durchgeführt werden, bevor oder nachdem das Katalysatormaterial auf das Substrat aufgebracht wird.
Die Stufe der Bildung der Risse kann durchgeführt werden, indem das Substrat mechanischer Arbeit unterworfen wird. Das kann durch Biegen, Verformen, Riffeln, Rändern, Aufrauhen, Schleifen, Stößeln oder Strecken des Substrates geschehen. Die tatsächlich verwendete Methode hängt davon ab, ob der Katalysator vor der Rißbildungsstufe auf das Substrat aufgebracht wird oder ob nicht. Beispielsweise könnte es verschwenderisch sein, das katalytische Material wegzuschleifen oder zu entfernen, und es ist daher besser, das Substrat zu biegen oder auf andere Weise zu bearbeiten, wenn das Substrat mit dem katalytischen Material überzogen ist.
Gegenwärtig besteht ein großes Interesse daran, die Auspuffgase von Verbrennungsmaschinen zu reinigen.
Viele Veränderungen sind dazu an konventionellen Verbrennungsmaschinen vorgenommen worden und die Verwendung eines Katalysatorsystems bei der Umwandlung von Auspuffgasen zu ungefährlichen Gasen, die an die Atmosphäre abgegeben werden, ist gut bekannt.
Die Gesetze in verschiedenen Ländern der Welt sind im Hinblick auf die gegenwärtig oder in der Zukunft erlaubten Konzentrationen von Emissionen von Verunreinigungen in die Atmosphäre aus Verbrennungsmaschinen sehr streng.
Katalysatoren zur Verwendung in Auspuff systemen von Verbrennungsmaschinen sind im allgemeinen am besten, wenn die Maschinen bei erhöhten Temperaturen laufen.
Wenn einmal die Maschine erwärmt ist, haben die heißen Auspuffgase zusammen mit der Exothermie bei der katalytischen Reaktion den günstigen Effekt, daß der Katalysator auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird, bei der die katalytische Reaktion fortschreiten kann.
Beim Anstellen der kalten Maschine - wenn also das Auspuffsystem kalt ist - gibt es jedoch einen Zeitraum, wo der Katalysator nicht mit seiner vollen Leistung arbeitet. Während dieses Zeitraumes können die Konzentrationen an Luftverschmutzungen, insbesondere an Kohlenmonoxyd, die erlaubten Konzentrationen überschreiten, die gegenwärtig in einigen Ländern festgelegt sind.
Wenn auch die Maschine im warmgelaufenen Zustand den Vorschriften der einzelnen Länder genügen kann, so kann sie daher dennoch verboten werden, weil es unmöglich ist, immer den Anforderungen zu genügen.
Um dieses Problem zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, daß der Katalysator vor dem Anlassen der Maschine vorerhitzt wird.
Demgemäß schafft die Erfindung weiter einen Katalysatorkörper, der aus einem Metallsubstrat besteht, das eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht, wie Aluminiumoxyd, aufweist, die mit dem Überzug von katalytischem Material verträglich ist und mit einem Überzug von katalytischem Material versehen ist, wobei der Katalysatorkörper mit Mitteln versehen ist, die ermöglichen, einen elektrischen Strom durch das Substrat hindurchgehen zu lassen, um dieses zu erhitzen.
Vorzugsweise liegt das Substrat in Form einer einzelnen Folie vor oder in Form von mehreren Folien, die angeordnet sind, um einen Katalysatorkörper zu bilden.
Der Katalysatorkörper ist in Übereinstimmung mit irgendeinem der Verfahren zur Herstellung von Katalysatorkörpern, die in den britischen Patentanmeldungen 51 974/73, 51 975/73 und 51 977/73 beschrieben sind, aufgebaut.
Die Mittel zum Hindurchgehen eines elektrischen Stromes durch das Substrat können mit den Enden der Folie verbunden sein oder den Folien, wie es der Fall sein kann, oder mit den Seitenkanten der Folie oder Folien (das bedeutet, daß jene Kanten parallel zur Längsachse der verlängerten Folien verlaufen).
Katalysatorsysteme zur Kraftwagen-Auspuffbehandlung werden jetzt anhand eines Beispieles und unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Katalysatorkörpers ist, Fig. 2 eine Teilansicht des Systems ist, Fig. 3 und 4 elektronenmikroskopische Aufnahmen des Teils eines Katalysatorkörpers 100-mal bzw.
3000-mal vergrößert sind, und Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines anderen Katalysatorkörpers ist.
Fig. 1 veranschaulicht einen Katalysatorkörper, der aus einem katalytischen Material besteht, das sich auf einem Fecralloy-Stahl-Substrat befindet, das wie folgt hergestellt wurde: Das Substrat, das 15 % Chrom, 4 % Aluminiumoxyd, 0,3 z Yttrium enthält und wobei der Rest Eisen ist, wird zu einer 50,8 mm breiten und 0,0635 mm dicken Folie gerollt.
Eine Länge dieser Folie ist mit 1,016 mm Riffelungen versehen und wird zusammen mit einer glatten Folie entsprechender Länge 24 Stunden bei 10000C an der Luft oxydiert. Die geriffelten und flachen Folien werden anschließend auf beiden Seiten durch Zerstäubung von einer Platinaufprallfläche unter Verwendung eines Aronionenstrahles separat überzogen.
Das Zerstäuben wird fortgesetzt, bis das niedergeschlagene Platin einer im wesentlichen monoatomistischen Schicht entspricht.
Die geriffelte Folie wird anschließend oben auf die glatte Folie gelegt und - nachdem sie an den Enden punktverschweißt ist, werden die kombinierten Folien zu einer Form aufgerollt, die in Fig. 1 gezeigt wird.
Fig. 2 veranschaulicht ein Auspuffkatalysatorsystem zur Behandlung von Auspuffgasen einer Verbrennungsmaschine. Die beiden Katalysatorzylinder 11 werden verwendet.
Auspuffgase, das die Maschine verläßt, tritt vielfältig bei 12 ein und berührt den ersten Katalysatorzylinder unter reduzierten Bedingungen, unter denen Stickstoffoxyde katalytisch zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert werden.
Um Kohlenmonoxyd zu oxydieren, ist es notwendig, Sauerstoff einzuleiten und dieses wird bei diesem Beispiel erreicht, indem Luft in die Leitung 13 gepumpt wird.
Die Auspuffgase berühren auf diese Weise den zweiten Katalysatorzylinder unter oxydierenden Bedingungen unter denen Kohlenmonoxyd katalytisch zu Kohlendioxyd oxydiert wird.
Ein Katalysatorzylinder, wie er beschrieben worden ist, ist für die Kohlenmonoxydoxydation im Auspuffsystem einer Benzinverbrennungsmaschine getestet worden. Über 90 % Umwandlung des ausströmenden Kohlenmonoxyds sind bei einer sehr hohen Kolbengeschwindigkeit von mehr als 100 000 Kolbenbewegungen pro Stunde erreicht worden.
Nach mehr als 100-stündigem Laufen, zeigte der Substratstahl keine sichtbaren Zeichen von mechanischer Beschädigung. Das Katalysatorsystem widersteht auch thermischen Kreisprozeßen bis zu 11000C.
Nach diesen Tests wurde ein kleiner Anteil des Substratträgers zusammen mit dem Katalysator für Laboruntersuchungen entfernt, bei denen der auf den Träger aufgebrachte Katalysator zur Oxydation von Kohlenmonoxyd verwendet wurde. Der Katalysator, der bei 2000C zu arbeiten begann und der eine vollständige Umwandlung bei 2500C zeigte, hatte nach 100-stündigem Maschinentest keine Beeinträchtigung in der Leistung erfahren.
Weiter haben Untersuchungen der Giftwirkung auf die Katalysatoren der obigen Beispiele gezeigt, daß die Vergiftung durch Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxyd und Thiophen nicht ernster ist, als sie bei konventionellen Katalysatoren unter oxydierenden Bedingungen gefunden wird.
Es wurde allerdings bei Testen hinsichtlich einer längeren Lebensdauer und hinsichtlich vielfach wiederholter thermischer Kreisprozeße eine gewisse Beeinträchtigung der katalytischen Leistung gefunden.
Eine bevorzugte Methode zur Vermeidung oder Herabsetzung solcher Beeinträchtigungen wird in der britischen Patentanmeldung 57 208/73 beschrieben. Eine andere Methode, die die Bildung von Rissen in der Oxydschicht zum Gegenstand hat, wird jetzt anhand eines Beispieles unter Hinweis auf die Fig. 3 und 4 beschrieben.
Verschiedene glatte. Längen eines Aluminium-tragenden ferritischen Stahles, beispielsweise des Fecralloy-Stahles, 0,05 mm dick und 101,6 mm breit, wurden an der Luft 24 Stunden bei 10000C oxydiert, um eine Aluminiumoxydschicht auf seiner Oberfläche zu bilden. Platin wurde anschließend auf das Aluminiumoxyd auf beiden Seiten des Streifens nach der Methode der deutschen Offenlegungsschrift 2 359 580 niedergeschlagen.
Der so überzogene Streifen wurde anschließend durch den Spalt von zwei geriffelten Walzen gezogen. Dies diente zwei Zwecken, nämlich dem, den Streifen in kontinuierlicher Länge der Riffelungen herzustellen, und dem, die Oxydschicht mit Rissen zu versehen.
Die bearbeiteten Oberflächen wurden anschließend unter einer Elektronenmikroskopabtastung untersucht und die Fig. 3 und 4 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen, die zeigen, daß die Aluminiumoxydschicht (und folglich auch das Platin) Risse entlang den Höhenrücken 1 aufweist, worauf mit 2 hingewiesen wird. Der Tälerbereich 3 der Riffelungen zeigte keine Risse. Die Risse erstrecken sich von der Grenzschicht zwischen dem Fecralloy-Stahl und dem Aluminiumoxyd bis zu der freien Oberfläche des Katalysatorkörpers.
Ein Katalysatorkörper, der eine gerissene Aluminiumoxydschicht aufwies, wurde mit einem solchen verglichen, der keine Risse aufwies. Die zu vergleichenden Katalysatorkörper wurden mehrere Male thermischen Kreisprozeßen unterworfen und bei erhöhten Temperaturen (zweckmäßigerweise 11000C) 15 Minuten in einer oxydierenden Atmosphäre gehalten.
Es wurde gefunden, daß der Katalysatorkörper mit der gerissenen Aluminiumoxydschicht thermischen Kreisprozeßen widerstand und seine Wirksamkeit als Katalysator länger beibehielt, als Katalysatorkörper, die nicht die gerissenen Oxydschichten aufwiesen. Deshalb wird von Katalysatorkörpern mit gerissenen Oxydschichten erwartet, daß sie eine längere Lebensdauer in oxydierenden Umgebungen haben.
Es wird angenommen, daß während der Verwendung des Katalysators in oxydierenden Umgebungen, insbesondere wenn die Auspuffgase einer Verbrennungsmaschine behandelt werden, das Platin durch einen Oxydfilm, der sich auf ihm bildet, maskiert wird. Obgleich es nicht völlig plausibel gemacht werden kann, ist anzunehmen, daß ein oder mehrere Elemente des Fecralloy-Stahls durch die Aluminiumoxydschicht diffundieren können, um mit dem Sauerstoff unter Bildung des Oxydfilmes auf dem Platin zu reagieren. Es wird angenommen, daß die Bildung dieses Oxydfilmes unter anderem abhängig ist von den relativen Diffusionsgeschwindigkeiten der Elemente Eisen, Yttrium und Aluminium und der relativen Leichtigkeit mit der jedes dieser Elemente entweder durch die Masse oder längs der Gefügegrenzen des Stahls und den Aluminiumoxyd- und Platinschichten diffundiert.
Es wird angenommen, daß der Grund, daß die Rißbildung auf der Aluminiumoxydschicht die erwartete Lebensdauer und Leistung des Katalysators verbessert, der ist, daß jeder Riß effektiv eine neue Stelle bildet, an der die Oxydation fortschreiten kann. Es wird angenommen, daß die Elemente, die den Oxydfilm auf dem Aluminiumoxyd bilden, bevorzugter zu dieser neuen Oxydationsstelle diffundieren können, als sie durch den Rest der Aluminiumoxydschicht diffundieren. Auf diese Weise wird angenommen, daß die Bildung des Oxydfilmes auf dem Platin verzögert oder verhindert werden kann.
Obgleich vorgezogen wird, das Katalysatormaterial der Stufe der Rißbildung der Oxydschicht auf das oxydierte Substrat aufzubringen, kann es möglich sein, die Oxydschicht mit Rissen zu versehen, bevor der Katalysator auf das Substrat aufgebracht wird.
Es kann möglich sein, einen ersten Überzug des Aluminiumoxyds auf den Streifen aufzubringen und diese Schicht mit Rissen zu versehen und anschließend eine weitere Oxydschicht der gerissenen Schicht zuzufügen, bevor das Katalysatormaterial aufgebracht wird.
Fig. 5 veranschaulicht einen Katalysatorkörper 110, der mit Mitteln versehen ist, um einem elektrischen Strom zu ermöglichen, durch das Substrat hindurchzugehen, um das Substrat zu erhitzen.
In Fig. 5 ist der Katalysatorkörper 110 aus einer einzigen Folie 111 von Fecralloy-Stahl aufgebaut. Die Folie 111 wird auf beiden Seiten mit einem Katalysator 112, wie Platin, überzogen unter Verwendung der in der deutschen Offenlegungsschrift 2 359 580 beschriebenen Methode. Die -Folie 111 ist 0,05 mm dick und 101,6 mm breit und wird erhalten, indem eine glatte Länge von Fecralloy-Stahl bearbeitet wird, um einen geriffelten Bereich und einen glatten Bereich zu schaffen, wie es in der britischen Patentanmeldung 51 974/73 beschrieben ist.
Der Streifen 111 wird anschließend um eine transversale Achse gebogen, die der Schnittlinie zwischen den geriffelten und glatten Bereichen benachbart ist, und anschließend zu einer Rolle von etwa 66 mm äußerem Durchmesser gewickelt, indem die Falte 13 gekrümmt wird, wie es in der britischen Patentanmeldung 51 974/73 beschrieben ist.
Die freien Enden 114, 115 der Folie 111 werden in einen keramischen Isolator 116 eingekapselt. Zwei elektrischleitende Verteilerschienen (nicht gezeigt) werden auch in den Isolator 116 eingekapselt. Jede Verteilerschiene ist in elektrischem Kontakt mit einem Ende der Folie 111. Falls notwendig, kann die Oxydschicht und das katalytische Material 112 von dem Teil des Fecralloy-Stahls entfernt werden, der in Kontakt mit den Verteilerschienen ist, um einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen. Die jeweiligen Verteilerschienen werden mit Streifen 17, 18 versehen, die aus dem Isolator herausragen, um äußere elektrische Enden zu schaffen.
Beim Betrieb wird eine elektrische Stromleitung mit den Streifen 17 und 18 verbunden und ein elektrischer Strom fließt durch die Folie 11 und erzeugt Wärme, die die Temperatur des katalytischen Materials 12 erhöht.
Wenn der Katalysatorkörper 10 vorerhitzt wird, werden die zu behandelnden Gase veranlaßt, entlang den Kanälen zwischen den Schichten der Folie 11 zu fließen. Im Falle einer Verbrennungsmaschine bedeutet das, daß die Maschine nur gestartet wird, nachdem der Katalysator vorerhitzt ist, so daß die Auspuffgase einen vorerhitzten Katalysator berühren. Danach halten die heißen Auspuffgase und die Exothermie der katalytischen Reaktion den Katalysator auf eine geeignete Arbeitstemperatur mit oder ohne Hilfe von elektrischem Erhitzen.
Die Stromzufuhr zu Folie 11 kann thermostatisch kontrolliert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben erwähnten Beispiele beschränkt. Beispielsweise sind die kreisförmigen Querschnitte des Katalysatorkörpers nicht zwingend vorgeschrieben, sondern ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt kann auch verwendet werden. Der Katalysatorkörper kann aufgebaut werden, indem Längen von wechselweise geriffelten und glatten Folien zusammengestapelt werden oder quergeriffelte Paare.

Claims

Patentansprüche

Katalysator, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß er aus einem Metallsubstrat, das eine Oberflächenschicht aufweist, die mit einem Überzug von katalytischem Material verträglich ist'und mit einem Überzug von katalytischem Material versehen ist, besteht und daß der größere Anteil des Oberflächenüberzuges des katalytischen Materiales eine unagglomerierte atomisierte Dispersion umfaßt.
2. Katalysator gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat einen Aluminium-tragenden ferritischen Stahl umfaßt, der an der Luft hitzebehandelt worden ist, um eine im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehende Oberflächenschicht zu bilden.
3. Katalysator gemäß Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat eine Legierung von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium umfaßt.
4. Katalysator gemäß Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Legierungszusammensetzung im Bereich von bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 12 Gew.-% Aluminium und 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium liegt und daß der Rest Eisen ist.
5. Katalysator, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß er aus einem Metallsubstrat besteht, das mit einem darauf befindlichen zerstäubten Überzug von katalytischem Material verträglich ist und mit einem zerstäubten Überzug von katalytischem Material versehen ist.
6. Katalysator gemäß Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat einen Aluminium-tragenden ferritischen Stahl umfaßt, der an der Luft hitzebehandelt worden ist, um eine im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehende Oberflächenschicht zu bilden.
7. Katalysator gemäß Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat eine Legierung von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium umfaßt.
8. Katalysator gemäß Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Legierungszusammensetzung im Bereich von bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 12 Gew.-% Aluminium und 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium liegt und daß der Rest Eisen ist.
9. Katalysator gemäß Anspruch 1 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Metall eine Oxydoberflächenschicht aufweist, die mit einem Überzug von katalytischem Material verträglich ist und mit einem Überzug von katalytischem Material versehen ist, dad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oxydschicht Risse aufweist.
10. Katalysator gemäß Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Risse sich von der Grenzfläche zwischen der Metall- und Oxydschicht längs der freien Oberfläche des Katalysators erstrecken.
11. Katalysator gemäß Anspruch 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Metall eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht aufweist, die mit einem Überzug von katalytischem Material verträglich ist und mit einem Überzug von katalytischem Material versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i chne t, daß der Katalysator mit Mitteln versehen ist, die einem elektrischen Strom ermöglichen, das Substrat zu erhitzen.
12. Katalysatorsystem zur Behandlung von Auspuffgasen von Verbrennungsmaschinen, d a d u r c h g e k e n nz e i c h-n e t, daß das System aus einem ausgedehnten Oberflächenträger einer Legierung besteht, die bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 - 12 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium enthält und wobei der Rest Eisen ist, daß auf dem Träger eine Oberflächenschicht aus Platin niedergeschlagen ist und daß der größere Anteil dieser Oberflächenschicht eine unagglomerierte atomisierte Dispersion umfaßt.
13. Katalysatorsystem zur Behandlung von Auspuffgasen von Verbrennungsmaschinen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das System aus einem ausgedehnten Oberflächenträger einer Legierung besteht, die bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 - 12 Gew.-% Aluminium und 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium enthält und wobei der Rest Eisen ist, und daß auf dem Träger eine zerstäubte Platinschicht niedergeschlagen ist.
14. Katalysatorsystem zur Behandlung von Auspuffgasen von Verbrennungsmaschinen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das System eine Katalysatorkammer, Einlaßleitungen für die Luftzufuhr und für die Auspuffgase zur Kammer und einen ausgedehnten Oberflächenträger in der Kammer umfaßt, der aus einer Legierung besteht, die bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 12 Gew.-% Aluminium und 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium umfaßt und wobei der Rest Eisen ist, daß auf dem Träger eine Platinoberflächenschicht niedergeschlagen ist und daß der größere Anteil dieser Oberflächenschicht eine unagglomerierte atomisierte Dispersion umfaßt.
15. Katalysatorsystem gemäß Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Platinschicht eine zerstäubte Schicht umfaßt.
16. Katalysatorsystem gemäß Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine weitere Kammer durch die Auspuffgase hindurchgehen, bevor sie sich mit der Luft vermischen, ein ausgedehnter Oberflächenträger in der weiteren Kammer, der bis zu 15 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 12 Gew.-% Aluminium und 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium umfaßt und wobei der Rest Eisen ist, eingeschlossen ist, daß auf dem Träger in der weiteren Kammer eine Platinoberflächenschicht niedergeschlagen ist und daß der größere Anteil dieser Oberflächenschicht eine unagglomerierte atomisierte Dispersion umfaßt.
17. Katalysatorsystem gemäß Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Platinschicht auf dem Träger in der weiteren Kammer eine zerstäubte Schicht umfaßt.