涂覆的颗粒过滤器制造技术

本发明专利技术涉及用作颗粒过滤器的多孔陶瓷基体，具有至少50％的孔隙率，其包含与陶瓷基体的表面接触的氧化物组分的不均匀涂层，该氧化物组分分散在陶瓷基体的表面上和闭端孔隙中，并且在基体载体上生成不均匀涂层，其中涂层具有基本上光滑的表面。这种基体通常是颗粒过滤器或颗粒过滤器例如DPF的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用作颗粒过滤器的带有机械加强物(mechanicalreinforcement)的多孔陶瓷基体，用作颗粒过滤器的带有SCR催化剂的多孔陶瓷基体，包括多孔陶瓷基体的多孔陶瓷蜂窝式过滤器，用于净化废气的的系统，所述系统选自具有包括多孔陶瓷基体的多孔陶瓷蜂窝式过滤器的废气排放系统，以及制造多孔陶瓷基体的方法。
技术介绍
柴油颗粒过滤器(DPF)一般涂覆有催化剂，其具有氧化积聚的碳烟(soot)以及氧化一氧化碳(CO)和烃(HC)的功能。如果催化剂在过滤器中的负载水平足够高，可以将位于上游的柴油氧化催化剂(DOC)的功能集成进DPF中。为节省空间和成本并改善整个系统的效率，将选择性催化还原(SCR)催化剂集成进DPF乃至将一部分的SCR功能集成进DPF是有较大利益的。SCR是根据以下三个反应用NH3将NO和NO2还原为水和氮气：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(“标准SCR”)2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O(“快速SCR”)8NH3+6NO2→7N2+12H2O(“NO2SCR”)在SAE论文SAE2011-01-1312中描述了具有集成SCR催化剂的过滤器。其与另外的SCR模块结合使用，并且与其中DPF和SCR催化剂分离的相应系统相比，该文件示出具有结合的SCR-DPF的系统具有更好的性能。在另一论文，SAE2011-01-1140中，描述了基于涂覆在堇青石DPF上的铜沸石的SCR-DPF的开发。来自此论文最重要的信息是对于SCR-DPF，对于59％多孔性水平下的堇青石，出现裂纹的碳烟负载水平是6.8g/l。所述基体会经受住此碳烟负载，但是过滤器内部的对应温度>1000℃并且其具有对沸石的影响。WO2011128026A1给出了在其孔壁内包括SCR催化活性涂层的壁流式过滤器的实例。在此申请中描述了约100g/l的Fe-沸石涂层，并且该产品的特征是在通道的入口侧施加第二外涂层(保护涂层，overcoating)，其减少碳烟的深床过滤(deepbedfiltration)。US2011268635A1描述了基于无纺无机纤维基质的另一版本的壁流式过滤器。该基质含有金属交换的菱沸石分子筛作为SCR催化剂。US2010287915A1描述了壁流式过滤器，其中SCR催化剂作为层位于出口通道表面上，并且用于氧化颗粒物质(PM)的催化剂作为层位于入口通道上。在此解决方案中两个催化活涂层由DPF的孔壁分隔。EP1663458B1中描述了催化制品，其包括整体式壁流过滤器，其含有以1.3g/in3负载渗透壁的SCR催化剂组合物。在WO2012135871A1中描述了多功能或多涂覆壁流式过滤器，其含有所有类型的图层：水解催化剂、SCR催化剂、氨氧化催化剂和氧化催化剂。水解催化剂位于入口侧并且氧化催化剂位于出口侧，两者由含有SCR催化剂的过滤器孔壁分隔。根据此文件的教导，将不同的催化剂类型分离至不同的区域是必要的。在WO2013060487A1中描述了特殊的SCR催化剂组合物，其中基于沸石的催化剂与基于Ce-Mn/Al2O3或CeO2-ZrO2粉末的混合物用于形成SCR催化剂。该解决方案描述了如何通过由这些特殊金属氧化物代替对应的体积可以减少催化剂组合物中昂贵的沸石的量。专利申请US2009304566A1以及WO2008085280A2中也描述了类似的解决方案。所有的三个文件描述了可以在不同类型的催化剂载体上使用的特殊类型的SCR催化剂组合物。文件EP2123355A1中描述了由基于沸石的催化剂粉末、γ-氧化铝粉末、氧化铝纤维和作为用于这些组分的粘结剂的氧化铝溶胶形成的基质。较大的缺点是，不可能制造基于该组合物的柴油颗粒过滤器，因为大量的氧化铝产生较高的热膨胀系数和较低的热导率，其使得过滤器中碳烟的保存再生是不可能的。通常，如上所述的用于废气后处理系统的过滤器基体，由于现有技术水平，必须是高度多孔的，以接收高洗涤涂层负载(washcoatloading)。高多孔性水平不可避免地导致非常脆弱的结构，其造成装罐加工中的问题。因此有必要找到在用功能性催化剂，如SCR催化剂涂覆之前加强多孔结构的可能性。为达到关于所有4种组分(颗粒数(PN)、一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx))的减少足够的催化活性，在过滤器中必须具有足够的催化剂或催化活性接触表面，及其对于不同类型的催化剂。因此必须具有均匀分散在整个过滤器体积中的所有类型的催化剂。同时，过滤器的总背压应当不超过在较低的多孔性水平和较低的催化剂负载水平下的传统过滤器的相应值。所有这些导致对于每种涂覆在过滤器上的催化剂的量的限制。所有现有技术描述的解决方案集中于用被动再生运行的后处理系统。但是被动运行系统还可以遇到轻微的碳烟超负荷的情形，并且然后在更高的废气温度下这可以导致过滤器内部的温度峰，其不仅对基体而且对催化剂是严重的。所有已知的SCR催化剂具有最大750℃的温度限制。除此之外在越野地段中存在需要活性再生的应用。因此使用可以缓冲这类温度峰的基体是有利的。
技术实现思路
本专利技术的目标是创造新型多层涂覆的颗粒过滤器，具体地为DPF，其具有以下代表性特征：·高机械强度·在低背压下>99.9％的高PN效率·关于以下的催化活性○通过SCR还原NOx○以及可选的碳烟、HC和CO的氧化专利技术人已经认识到，对于用作颗粒过滤器的多孔陶瓷基体的高机械强度是通过施加含有氧化物组分的涂层，从而使氧化物组分分散在陶瓷基体的闭端孔隙(dead-endpore)中实现的。因此，在第一方面中，本专利技术提供了用作颗粒过滤器的多孔陶瓷基体，具有至少50％v/v的孔隙率，其进一步包含与陶瓷基体的表面接触的氧化物组分的不均匀涂层，该氧化物组分分散在陶瓷基体的表面上和闭端孔隙中，并且在基体上生成不均匀涂层，其中该涂层具有基本上光滑的表面。因此，具有氧化物组分的涂层导致机械强度的增加，该机械强度是压缩强度和弯曲强度。此外，该氧化物组分涂层对平均孔隙直径不产生影响并且对陶瓷结构孔隙率产生较低影响。此后，可以增加氧化物组分涂层水平直至可以看出显著的孔隙率变化。这导致机械强度的进一步增加，孔隙率的进一步降低但是对孔隙直径仍然没有显著影响，以及由于孔隙率降低PN还原效率的增加。此外，专利技术人已经认识到，通过使用该第一涂覆的陶瓷基体作为施加<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔陶瓷基体，包含具有至少50％v/v的孔隙率的多孔基体载体，其中，所述孔隙率是根据DIN 66133通过压泵法测量的，所述载体进一步包含氧化物组分的不均匀涂层，其中，所述氧化物组分选自由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、铌、镨、或它们的混合物所组成的组中，所述氧化物组分分散在所述基体载体的表面上和所述基体载体的闭端孔隙中，并且在所述基体载体上生成所述不均匀涂层，其中，所述涂层具有基本上光滑的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.14 EP 13180493.21.一种多孔陶瓷基体，包含具有至少50％v/v的孔隙率的多孔基体载
体，其中，所述孔隙率是根据DIN66133通过压泵法测量的，所述
载体进一步包含氧化物组分的不均匀涂层，其中，所述氧化物组分
选自由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、铌、镨、
或它们的混合物所组成的组中，所述氧化物组分分散在所述基体载
体的表面上和所述基体载体的闭端孔隙中，并且在所述基体载体上
生成所述不均匀涂层，其中，所述涂层具有基本上光滑的表面。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化物组分由纳
米颗粒如具有1nm至900nm范围内的平均直径的纳米颗粒构成。
3.根据权利要求1-3中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化
物组分以20-100g/l如40-100g/l的每体积的量存在。
4.根据权利要求1-4中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化
物组分分散在至少80％的所述基体载体的表面上。
5.根据权利要求5所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化物组分分散
在所述基体载体的整个表面上。
6.根据任一前述权利要求所述的多孔陶瓷基体，其中，所述多孔基体
载体包含莫来石或堇青石或含有非氧化物无机硅的组分如选自SiC
和Si3N4的组中。
7.根据任一前述权利要求所述的多孔陶瓷基体，其中，所述基体载体
基本上由SiC构成。
8.根据任一前述权利要求所述的多孔陶瓷基体，其中，所述基体载体
的孔隙率为至少60％v/v如至少65％，并且不大于75％。
9.一种多孔陶瓷基体，包含具有至少50％v/v的孔隙率的多孔基体载
体，其中，所述孔隙率是根据DIN66133通过压泵法测量的，所述
载体进一步包含a)与所述基体载体的表面接触的氧化物组分的第
一不均匀涂层，其中，所述氧化物组分选自由氧化铝、二氧化钛、
二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、铌、镨或它们的混合物所组成的组
中，所述氧化物组分分散在所述基体载体的表面上和所述基体载体
的闭端孔隙中，并在所述基体载体上生成不均匀涂层，其中，第一
涂层具有基本上光滑的表面以及b)与所述第一涂层的光滑表面直
接接触的SCR催化活性材料的第二涂层。
10.根据权利要求9所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化物组分由纳
米颗粒如具有1nm至900nm范围内的平均直径的纳米颗粒构成。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化
物组分以20-100g/l如40-100g/l的每体积的量存在。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化
物组分分散在至少80％的所述基体载体的表面上。
13.根据权利要求12所述的多孔陶瓷基体，其中，所述氧化物组分分散
在所述基体载体的整个表面上。
14.根据前述权利要求9-13中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述
多孔基体载体包含莫来石或堇青石或含有非氧化物无机硅的组分如
选自SiC和Si3N4的组中。
15.根据前述权利要求9-14中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述
多孔基体载体基本上由SiC构成。
16.根据前述权利要求9-15中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，陶瓷
基体载体的孔隙率为至少60％如至少65％，并且不大于75％。
17.根据前述权利要求9-16中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述
SCR催化活性材料以120g/l或更低如25-100g/l，例如40至100g/l
的量存在。
18.根据前述权利要求9-17中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述
SCR催化活性材料选自非交换、部分或完全金属交换的ZSM-5、β-
沸石、菱沸石、镁碱沸石、丝光沸石、八面沸石和它们的组合的组
中。
19.根据前述权利要求9-18中任一项所述的多孔陶瓷基体，其中，所述
SCR催化活性材料选自混合金属氧化物如由来自过渡或稀土金属和
它们的组合的组的至少两种金属氧化物构成的组中。
20.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·沃尔夫，拉莫娜·戴恩莱因，拉尔斯·克里斯蒂安·拉森，
申请(专利权)人：迪耐斯公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK