用于制备催化活性的壁流式过滤器的方法技术

本发明专利技术涉及一种壁流式过滤器、其制备方法以及过滤器用于减少内燃机的有害废气的用途。颗粒过滤器通常用于过滤来自燃烧过程的废气。本发明专利技术还公开了新型过滤器基底及其在废气后处理中的具体用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备催化活性的壁流式过滤器的方法具体实施方式本专利技术涉及一种用于制备颗粒过滤器的方法。颗粒过滤器通常用于过滤来自燃烧过程的废气。本专利技术还涉及新型过滤器基底及其在废气后处理中的具体用途。例如机动车辆中内燃机的废气通常含有有害气体一氧化碳(CO)和烃类(HC)、氮氧化物(NOx)和可能的硫氧化物(SOx)以及微粒，所述微粒主要由烟尘残留物和可能附着的有机附聚物组成。这些被称为主要排放物。CO、HC和颗粒是发动机的燃烧室内部的燃料不完全燃烧的产物。当燃烧温度局部超过1400℃时，进气中的氮和氧在气缸中形成氮氧化物。硫氧化物是有机硫化合物燃烧引起的，有机硫化合物中的少量始终存在于非合成燃料中。为了去除机动车辆废气中这些对健康和环境有害的排放物，已经开发了多种用于纯化废气的催化技术，其基本原理通常基于引导需要纯化的废气通过由流通式或壁流式蜂窝状结构(壁流式过滤器)和/或施加于其上和/或其中的催化活性涂层组成的催化剂。催化剂促进各种废气组分的化学反应以形成无害产物，诸如二氧化碳和水，并且同时在壁流式过滤器的情况下去除细烟尘颗粒。借助颗粒过滤器可非常有效地从废气中除去颗粒。由陶瓷材料制成的壁流式过滤器已经被证明是特别成功的。这些过滤器具有两个端面并且由多个具有一定长度的平行通道构造而成，所述多个平行通道由多孔壁形成并且从一个端面延伸到另一个端面。这些通道在过滤器的两个端部中的一端处以气密性方式交替地密封，使得形成第一通道，该第一通道在过滤器的第一侧处敞开并在过滤器的第二侧处密封，并且形成第二通道，该第二通道在过滤器的第一侧处密封并在过滤器的第二侧处敞开。根据过滤器在废气流中的布置，本文的端面中的一个形成废气的入口端面，并且第二端面形成废气的出口端面。在入口侧开放的流动通道形成入口通道，并且在出口侧开放的流动通道形成出口通道。例如，流入第一通道中的废气只能通过第二通道再次离开过滤器，并且为此目的必须流过介于第一通道和第二通道之间的壁。为此，构造壁流式过滤器的材料表现出开孔孔隙率。当废气穿过壁时，颗粒保持不变。壁流式过滤器可为催化活性的。催化活性通过用包含催化活性材料的涂层悬浮液涂覆过滤器来实现。催化活性材料与壁流式过滤器的接触在本领域中被称为“涂覆”。涂层具有实际的催化功能并包含储存材料和/或催化活性金属，所述储存材料和/或催化活性金属在大部分情况下通过以高度分散形式沉积在具有较大表面积的温度稳定性金属化合物(尤其是金属氧化物)上而存在。在大部分情况下涂层经由向壁流式过滤器之上或之中施加储存材料和催化活性组分的水性悬浮液(也称为修补基面涂料)来实现。在施加悬浮液后，通常使基底干燥并且在适当的情况下在升高的温度下煅烧。涂层可由一层组成或由多层组成，所述多层以依次在顶上(多层)和/或依次相对偏移(分区)的方式施加在对应过滤器上。催化活性材料可施加到通道之间的多孔壁上(所谓的壁上涂层)。然而，该涂层可导致过滤器的背压的不可接受的增加。以此为背景，例如，JPH01-151706和WO2005016497A1提出用催化剂涂覆壁流式过滤器，使得催化剂穿透多孔壁(公知为壁内涂层)。区域应理解为意指在过滤器壁上或壁中在小于壁流式过滤器的整个长度上存在催化活性材料(涂层)。所谓的三元催化剂用于减少化学计量燃烧发动机的废气。三元催化剂(TWC)是本领域技术人员熟知的，自二十世纪八十年代以来已被法律规定。这里的实际催化剂质量包括具有高表面积的氧化基底材料的大部分，催化活性组分以最小分布沉积在其上。铂族贵金属(铂、钯、和/或铑)特别适合用作用于清洁化学计量组成的废气的催化活性组分。例如，氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铈和它们的混合氧化物以及沸石适合用作基底材料。优选地，使用具有超过10m2/g的特定表面积(BET表面，根据DIN66132测量，自提交日期起的最新版本)的被称为活性氧化铝的材料。此外，三元催化剂包括提高动态转化率的储氧组分。这些包括铈/锆混合氧化物，其任选地具有氧化镧、氧化镨和/或氧化钇。同时，具有三元活性的分区和多层系统也已经为人所知(US8557204；US8394348)。如果此类三元催化转化器位于颗粒过滤器上或颗粒过滤器中，这被称为cGPF(催化的汽油颗粒过滤器，如EP2650042B1)。根据过滤效率、催化性能和压力损失的标准测量催化涂覆的废气过滤器的质量。为了满足这些不同的要求，提供具有(例如)催化活性区域的过滤器。如上所述，这些区域可存在于过滤基质的单元的壁上或多孔壁中。存在用于制备这些催化活性区域的两个主要类别的制造方法。两种方法类别的共同之处在于，通过施加压差(即，通过在过滤器的两个端面处存在不同压力)将涂层悬浮液引入过滤器中。涂层悬浮液在过滤器的通道中以较低压力的方向移动。在这种情况下，第一类别另外用过量的涂层悬浮液操作，所述过量的涂层悬浮液通过压差被带入过滤器基底中，并且过量的涂层悬浮液再次通过压差逆转从通道中去除。在这种情况下，过量的涂层悬浮液意指用于涂覆工艺的悬浮液的量显著高于过滤器期望加载催化活性材料所需的值。过量的涂层悬浮液可再次通过适当的方式(诸如，压差逆转)从过滤器中去除。在本专利技术的范围内，压差逆转应理解为意指存在于壁流式过滤器的相应端部处的压差逆转，并因此其符号改变。因此，这种压差逆转与初始涂覆方向相反作用。第二类别在不具有压差逆转和过量修补基面涂料的情况下工作，即，提供和供应用于涂覆的全部量的悬浮液基本上保持在基底中，即，>涂层悬浮液中固体比例的97％。下面相对于两种类别涂覆方法给出现有技术的示例。第一类别包括WO06021338A1，其描述了用涂料组合物涂覆壁流式颗粒过滤器的方法，其中壁流式过滤器由开孔材料制成，具有长度为L的圆柱形形状，并且具有从入口端面到出口端面的多个流动通道，所述通道以交替方式封闭。通过竖直对准壁流式过滤器的流动通道来施加涂层悬浮液，使得一个端面位于底部并且第二端面位于顶部，通过施加压差将涂料组合物通过壁流式过滤器的流动通道引入过滤器主体中，该壁流式过滤器的流动通道在下部端面中打开至高于下部端面的所需高度，并且通过施加抽吸脉冲向下去除过量的涂料组合物。WO06042699A1和WO11098450A1中的方法的特殊修改基于相同的涂覆原理。WO13070519A1中提出了使用该方法原理的涂覆设备。在此，也使用过量的涂层悬浮液和施加压差逆转的原理。该涂覆原理也适用于制备包括在入口侧和出口侧上具有催化活性材料的区域的颗粒过滤器。在WO09103699A1中，描述了一种用于用两种不同的修补基面涂料涂覆过滤器的方法，该方法步骤是过滤器基底垂直取向，从下方泵送第一涂层悬浮液(压差在下端处具有最高压力)，通过抽吸(压差逆转)去除过量的涂层悬浮液，并且在旋转180°之后用第二修补基面涂料从下方再次填充过滤器主体，并且通过抽吸去除过量的涂层悬浮液。在涂覆过程之后，将过滤器干燥并煅烧。US7094728B2中公开了相同的涂覆原理。EP1716903B1提出了一种涂覆过滤器主体的方法，其中通过浸入修补基面涂料悬浮液中通过重复施加压力脉冲至过滤器主体的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制备具有至少两个催化活性区域的经涂覆的陶瓷壁流式过滤器的方法，所述壁流式过滤器具有第一端面、第二端面和长度L以及至少50％至最多80％的孔隙率和5-50μm的平均孔径，所述方法包括以下步骤：/ni)经由所述壁流式过滤器通过施加压差，将过量的第一涂层悬浮液引入所述第一端面中；/nii)在压差逆转的情况下，从所述壁流式过滤器去除过量的所述第一涂层悬浮液；/niii)通过经由所述壁流式过滤器施加压差，经由所述第二端面将无过量的第二涂层悬浮液引入所述壁流式过滤器中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190104 DE 102019100099.81.用于制备具有至少两个催化活性区域的经涂覆的陶瓷壁流式过滤器的方法，所述壁流式过滤器具有第一端面、第二端面和长度L以及至少50％至最多80％的孔隙率和5-50μm的平均孔径，所述方法包括以下步骤：
i)经由所述壁流式过滤器通过施加压差，将过量的第一涂层悬浮液引入所述第一端面中；
ii)在压差逆转的情况下，从所述壁流式过滤器去除过量的所述第一涂层悬浮液；
iii)通过经由所述壁流式过滤器施加压差，经由所述第二端面将无过量的第二涂层悬浮液引入所述壁流式过滤器中。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤i)中，将所述第一涂层悬浮液从下部第一端面引入垂直锁定的壁流式过滤器中而进入所述壁流式过滤器，并且在步骤iii)中，将所述第二涂层悬浮液从上部第二端面引入所述壁流式过滤器中。


3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
步骤ii)在步骤i)之后直接进行或仅在步骤iii)之后进行。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·米勒，M·A·高特哈德特，M·弗尔斯特，S·斯皮斯，Y·魏格尔，C·赫尔佐格，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE