区域化催化剂复合材料制造技术

本发明专利技术提供区域化催化剂，其能在较短区域内有效地利用组分以实现转化和/或捕捉在废气流中的一种或多种组分的特定功能。高度受控的区域化是从整料载体的一端形成的。这些区域具有平面形状以使在基材的每个通道内的区域化催化材料是处于与载体一端之间基本上均匀的距离。也提供了制备和使用所述区域化催化剂的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及废气纯化催化剂及其使用方法。更具体而言，本专利技术涉及区域化催化剂复合材料，其包含在整料载体上的催化材料区域，其中此区域具有所需的功能，例如快速点火和/或烟灰燃烧。所述区域具有平面形状，使得在基材的每个通道内的区域化催化材料处于与载体一端之间基本上均匀的距离。这些区域提供催化活性、捕捉组分和/或吸附组分的性能。这些区域提供沿着区域长度的基本上均匀的厚度和组分浓度。专利技术背景催化转化器用于处理燃烧发动机的废气流，从而转化、捕捉和/或吸附不需要的组分以满足严格的排放标准。在催化转化器中使用的组分包括、但不限于铂族金属(PGM)、基础金属(BM)、储氧组分(OSC)和/或分子筛，例如沸石。催化转化器被设计成满足具体应用的需要，例如用于柴油发动机的废气流(例如柴油氧化催化剂(DOC)、选择性催化还原(SCR)催化剂和催化烟灰过滤剂(CSF))和汽油发动机的废气流(三效转化(TWC)催化剂)。进一步设计区域化和/或层状催化剂以实现在特定位置的特定化学作用。美国专利No.7,189,376(Kumar)公开了多区域化催化剂及其捕捉应用。美国专利No.7,749,472(Chen)提供了一种罩面涂层以提供抗中毒催化剂。本领域仍然需要区域化催化制品，其能提供优异的催化活性、组分的捕捉和/或吸附性能。专利技术概述本专利技术提供改进的区域化催化剂，其能在较短区域内有效地利用组分以实现特定的功能。高度受控的区域是从整料载体的一端形成的。这些区域具有平面形状以使在基材的每个通道内的区域化催化材料处于与载体一端之间基本上均匀的距离。第一方面提供一种用于内燃机废气流的区域化催化剂复合材料，其包含：含有多个纵向通道的整料载体；从载体一端开始的区域，并且此区域沿着纵向通道进行轴向延伸以使得此区域具有平面形状，此区域含有能转化和/或捕捉在废气流中的一种或多种组分的催化材料。所述组分可以是一氧化碳(CO)，烃(HC)，氮氧化物(NOx)，烟灰，氨(NH3)，SOx(SO2,SO3)和/或硫化氢(H2S)。此区域可以占载体长度的至多1英寸(2.54cm)。此区域可以占载体长度的2mm至0.5英寸(1.27cm)。此区域可以具有10-60μm的平均厚度。此区域可以从载体涂料形成，所述载体涂料是剪切变稀的并具有在5-7范围内的假塑性指数。此区域可以从粘度为100-750厘泊(cp)的载体涂料形成的。此区域可以从屈服点为1.5-10.0的载体涂料形成。此区域可以从负载量为0.10-1.0g/in3的载体涂料形成。催化材料可以含有铂族金属(PGM)、基础金属(BM)、储氧组分(OSC)和/或分子筛。此区域可以具有5-20μm的平均粒径。所述区域可以从含有催化材料以及流变体系的载体涂料形成，所述流变体系具有包含聚合物增稠剂、表面活性剂和/或分散剂的一种或多种化合物。流变体系含有聚合物增稠剂、表面活性剂和分散剂。从所述区域到载体一端的距离可以在通道至通道之间距离的0-15％(相对)的范围内变化。在载体一端处的区域的催化材料中的活性组分浓度与在所述区域结束处的浓度相比可以在不大于10％的量的范围内变化。在载体一端处的每个通道的区域厚度与在所述区域结束处的厚度相比可以在不大于15％的量的范围内变化。本专利技术的另一个方面提供一种用于处理包含烃、一氧化碳和其它废气组分的内燃机废气流的体系，此排放处理体系包含：排气管道，其经由排气歧管与内燃机以流体方式连通；和本专利技术所述的任何一种区域化催化剂复合材料。本专利技术的另一个方面提供一种处理废气的方法，包括使得含有烃、一氧化碳和氮氧化物的气态料流与本专利技术所述的任何一种区域化催化剂复合材料接触。在另一个方面中提供一种制备区域化催化剂复合材料的方法，此方法包括：形成剪切变稀载体涂料；和将包含多个纵向通道的整料载体的入口端浸渍到载体涂料中达到一定深度以形成具有平面形状的入口区域。此方法可以还包括在浸渍之后，提供经由纵向通道的气态脉冲以除去过量的载体涂料。此方法还包括在浸渍步骤期间向通道施加真空压力。附图简述可以考虑结合以下对于各种实施方案的详细描述以及附图更完全地理解本专利技术，在附图中：图1提供区域化催化剂复合材料和非区域化催化剂复合材料的照片；图2提供具有平面形状的区域化催化剂复合材料的特写照片；图3提供非平面的区域形状的照片；图4提供示例性的区域化催化剂复合材料的显微照片；图5和6提供示例性区域化催化剂复合材料的基于线扫描的组分含量的照片；和图7提供在区域化催化剂复合材料和非区域化催化剂复合材料之间的压降的图。详细描述发现使用具有剪切变稀粘度性能的载体涂料允许从整料载体的一端形成高度受控的区域，从而可以浓缩活性组分例如铂族金属(PGM)、基础金属(BM)、储氧组分(OSC)和/或分子筛，以用于点火和/或烟灰燃烧和/或捕捉目的。术语“整料载体”表示单一结构，其是均匀和连续的，并且不是通过将单独的载体小块固定在一起形成的。“区域”是(直接或间接地)位于基材上的催化材料，其处于从基材的一端开始的基材部分上。“入口区域”表示这种区域是从基材的入口端开始，并且在沿着基材向下朝向出口端的轴向距离处结束，但是延伸的距离小于基材的整个距离，其中入口端是废气首先进入的那个末端。“出口区域”表示这种区域是从基材的出口端开始，并且在沿着基材向上朝向入口端的轴向距离处结束，但是延伸的距离小于基材的整个距离，其中出口端是废气排出的那个末端。短的区域是优选的，例如至多1英寸(2.54cm)或甚至0.5英寸(1.27cm)或甚至0.25英寸(0.63cm)。区域化催化剂复合材料可以具有入口区域、出口区域，或同时具有入口区域和出口区域。每个区域可以设计成用于满足具体应用的特定功能。“高度受控”表示由于载体涂料在整料载体的通道中的均匀分布，此区域具有平面形状。因此，“平面形状”是指具有基本上均匀厚度的催化材料，其中催化材料与载体一端之间的距离也是基本上均匀的。例如，通道至通道的距离可以在此距离的0-5％的小范围内变化，这通过数字X-射线或光学显微术检测。另外，区域的厚度可以仅仅在不大于15％的范围内变化，这通过光学或扫描电子显微术(SEM)检测。也可以预期的是，在区域内的成分的浓度是基本上均匀的。例如，对于每个通道，在载体一端处的区域的催化材料中的活性成分浓度与在沿着通道距离在所述区域结束处的浓度相比是在不大于10％的范围内变化，这是通过电感耦合等离子体光谱(ICP)检测的。为了获得平面形状，载体涂料是从催化材料和流变改性剂体系形成的，其中流变改性剂体系是一种或多种有机化合物，其包含聚合物增稠剂、表面活性剂和/或分散剂，用于改进载体涂料的流变性能。这里使用的术语“载体涂料”具有在本领域中的常规含义，即施用到载体上的催化材料或其它材料的薄的粘附性涂料。这里使用的术语“剪切变稀”表示流体的粘度在施加剪切应力时降低。假塑性指数是描绘流体的剪切变稀特性的一个参数，其定义为在6rpm时的粘度/在60rpm时的粘度之间的无量纲比率。另一种表示剪切变稀特性的参数是流体的屈服点，其中屈服点是流体开始发生不可逆/塑性的变形时的应力。参见Herschel-Bulkley流变模型，屈服点定义为τ0，流动指数n定义粘度类型，τ0&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机废气流的区域化催化剂复合材料，其包含：含有多个纵向通道的整料载体；从载体一端开始的区域，此区域沿着纵向通道进行轴向延伸以使得此区域具有平面形状，此区域含有能转化和/或捕捉在废气流中的一种或多种组分的催化材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 US 61/980,846;2015.04.08 US 14/681,5521.一种用于内燃机废气流的区域化催化剂复合材料，其包含：含有多个纵向通道的整料载体；从载体一端开始的区域，此区域沿着纵向通道进行轴向延伸以使得此区域具有平面形状，此区域含有能转化和/或捕捉在废气流中的一种或多种组分的催化材料。2.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中所述组分是一氧化碳(CO)，烃(HC)，氮氧化物(NOx)，烟灰，氨(NH3)，SOx(SO2,SO3)和/或硫化氢(H2S)。3.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中所述区域占载体长度的至多1英寸(2.54cm)。4.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中所述区域占载体长度的2mm至1.27cm。5.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中催化材料含有铂族金属(PGM)、基础金属(BM)、储氧组分(OSC)和/或分子筛。6.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中所述区域具有10-60μm的平均厚度。7.权利要求1的区域化催化剂复合材料，其中所述区域是从粘度为100-750...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·格拉米乔尼，A·R·蒙丁，K·E·福斯，T·纽鲍尔，S·A·罗斯，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US