用于捕获颗粒物的催化剂制品制造技术

本发明专利技术涉及一种催化剂洗涂层组合物，其包含浆料，所述浆料包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属；和粒径范围为100nm至5.0μm的至少一种成孔剂，其中所述成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体。本发明专利技术还提供了一种用于捕获尺寸范围为1.0nm至100μm的颗粒物的催化剂制品，所述制品包含所述催化剂洗涂层，所述催化剂洗涂层沉积在衬底上并煅烧以形成孔，所述孔中的50％

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于捕获颗粒物的催化剂制品
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求2019年12月19日提交的美国临时申请第62/950,287号的全部优先权权益。


[0003]当前要求保护的专利技术涉及一种催化剂制品，其充当用于捕获颗粒物的微粒过滤器并且适用于处理排出物流以减少污染物。

技术介绍

[0004]一般来说，柴油发动机和汽油发动机的排出物气体含有烃(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO
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)和颗粒物(PM)。由沉积在衬底上的铂族金属制成的催化剂制品通常提供在汽油/柴油发动机排出物系统中，以将某些或所有这些排出物组分转化为无害组分。柴油机排出物系统可以含有柴油氧化催化剂、烟灰过滤器和用于还原NO
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的催化剂中的一种或多种。汽油机排出物系统可以含有三元转化(TWC)催化剂中的多种中的一种。柴油机排出物的总颗粒物排放由三个主要组分构成。一种组分是干燥的固体碳质级分或烟灰。颗粒物的第二组分是可溶性有机级分(“SOF”)。可溶性有机部分有时称为挥发性有机级分(“VOF”)。颗粒物的第三组分是硫酸盐级分。对于汽油机排出物，PM通常由两部分构成：碳质烟灰和灰烬(氧化物、硫酸盐等)。
[0005]颗粒物(PM)根据其空气动力学直径分为不同的组，如(i)PM
‑
10——空气动力学直径小于10μm的颗粒；(ii)直径低于2.5μm的细颗粒(PM
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2.5)；(iii)直径低于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；和(iv)纳米粒子，其特征在于直径小于50nm。与柴油机PM相比，由汽油发动机产生的微粒通常尺寸更小(尺寸分布集中在25nm左右)且量最多低两个数量级。细微粒和超细微粒被认为是严重的公众健康危害。尽管柴油机PM已在国家和国际层面进行常规监管，但汽油机PM直到最近才被认为是一种公众健康危害。具体地说，CARB 2025预计将对轻型汽油机PM排放设定1mg mi
‑1上限；Euro 6法规目前要求直喷车辆满足对直喷车辆排放的0.005g km
‑1和6.0
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基于质量和基于数量的相应限制。鉴于汽油机PM减排领域的发展起步较晚，与柴油机对应部分相比，为了最大限度地缩短基础研究和工业规模生产之间的过渡时间，需要科学界的集中努力。
[0006]对于柴油机应用，用于减少PM的一项关键后处理技术是柴油机微粒过滤器。柴油机微粒过滤器中柴油机微粒的微粒收集基于使用多孔屏障将气载微粒与气相分离的原理。柴油机过滤器可以是深床过滤器和/或表面型过滤器。在深床过滤器中，过滤介质的平均孔径大于收集的颗粒的平均直径。颗粒通过深度过滤机制的组合沉积在介质上，所述深度过滤机理包括扩散沉积(布朗运动)、惯性沉积(撞击)和流线拦截(布朗运动或惯性)。在表面型过滤器中，过滤介质的孔径小于PM的直径，因此通过筛分分离PM。分离是通过收集的柴油机PM本身的堆积来完成的，这种堆积通常被称为“滤饼”，而该过程被称为“饼过滤”。
[0007]有许多已知的用于从柴油机排出物中去除PM的过滤器结构，如蜂窝壁流式过滤
器、缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等。然而，陶瓷壁流式过滤器受到最多关注。所述过滤器是用于从排出物中去除颗粒的物理结构，并且积聚的颗粒会增加发动机上过滤器的背压。因此，积聚的颗粒必须连续或周期性地从过滤器中烧毁以维持可接受的背压。此外，在涂覆有PGM并用作过滤器的催化剂制品的情况下，当排出物气体流入催化剂组分中时，排出物气体的气体扩散特性可能会下降，从而降低过滤器的容量。
[0008]尽管柴油机PM减排研究中的一些知识可以转移到汽油机应用中，但汽油机PM的独特尺寸和化学特征带来了前所未有的新挑战。因此，将柴油机PM过滤器转移到汽油机系统将是无效的。高效的汽油机微粒过滤器(GPF)或四元催化剂(FWC)必须拥有一组针对汽油机排出物特性优化的独特特征。具体地说，经涂布的GPF/FWC催化剂的孔隙率/孔径分布分析表明，孔可分为两大类，至多中孔(2nm至50nm)和大孔光谱的上限(≈10μm)。同时，FWC过滤效率表明尺寸在≈100nm和5μm之间的PM没有被有效捕获。这对FWC的微粒质量和微粒数量过滤效率有很大影响。
[0009]本专利技术设想通过利用可引入到催化剂浆料中的先进成孔剂来解决该问题。

技术实现思路

[0010]当前要求保护的专利技术提供一种催化剂洗涂层组合物，其包含浆料，所述浆料包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属；和粒径范围为100nm至5.0μm的至少一种成孔剂，其中成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体。
[0011]当前要求保护的专利技术还提供一种用于捕获颗粒物的催化剂制品，所述制品包含沉积在衬底上的经煅烧的多孔洗涂层，其中所述经煅烧的多孔洗涂层包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属，其中经煅烧的多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至5.0μm，其中颗粒物的尺寸范围为1.0nm至100μm。在一个实施例中，当前要求保护的专利技术提供一种用于捕获颗粒物的催化剂制品，所述制品包含沉积在衬底上的经煅烧的多孔洗涂层，其中经煅烧的多孔洗涂层包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属，其中多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至5.0μm，其中孔在沉积在衬底上的洗涂层浆料的煅烧和/或煅烧后期间形成，其中洗涂层浆料包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属，和粒径范围为100nm至5.0μm的成孔剂，所述成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体，其中颗粒物的尺寸范围为1.0nm至100μm。当前要求保护的专利技术还提供一种用于制备根据当前要求保护的专利技术的催化剂制品的方法，其中方法包含：i)制备催化剂洗涂层组合物，所述催化剂洗涂层组合物包含浆料，所述浆料包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属；和至少一种成孔剂，所述成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体；ii)将洗涂层组合物沉积在衬底上；和iii)在500℃至600℃范围内的温度下煅烧以获得带有多孔洗涂层的催化剂制品，其中多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至5.0μm。
附图说明
[0012]为了提供对本专利技术的实施例的理解，参考附图，其未必按比例绘制，并且其中附图标记指代本专利技术的示例性实施例的部件。图式仅为示例性，并且不应理解为限制本专利技术。在结合附图考虑以下详细描述时，当前要求保护的专利技术的以上和其他特征、其性质以及各种优点将变得更加显而易见：
[0013]图1A至1F示出了针对所选择的微粒尺寸，就PN(颗粒数)而言的PM排放；图(a)到(c)是针对循环RTS
‑
95测量的，图(d)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化剂洗涂层组合物，其包含浆料，所述浆料包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属；和粒径范围为100nm至5.0μm的至少一种成孔剂，其中所述成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体。2.一种用于捕获颗粒物的催化剂制品，所述制品包含沉积在衬底上的经煅烧的多孔洗涂层，其中所述经煅烧的多孔洗涂层包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属，其中所述经煅烧的多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至5.0μm，其中所述颗粒物的尺寸范围为1.0nm至100μm。3.一种用于捕获颗粒物的催化剂制品，所述制品包含沉积在衬底上的经煅烧的多孔洗涂层，其中所述经煅烧的多孔洗涂层包含负载在至少一种载体上的至少一种铂族金属和/或至少一种非铂族金属，其中所述经煅烧的多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至5.0μm，其中所述孔在沉积在所述衬底上的洗涂层浆料的煅烧和/或煅烧后期间形成，其中所述洗涂层浆料包含负载在所述至少一种载体上的所述至少一种铂族金属和/或所述至少一种非铂族金属，和粒径范围为100nm至5.0μm的至少一种成孔剂，所述成孔剂选自碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、树脂、纤维素粉末和聚合物球体，其中所述颗粒物的尺寸范围为1.0nm至100μm。4.根据权利要求2至3中任一项所述的催化剂制品，其中所述多孔洗涂层包含孔，所述孔中的50％至100％的孔径范围为100nm至2.5μm。5.根据权利要求2至3中任一项所述的催化剂制品，其中所述成孔剂的粒径范围为100nm至2.5μm。6.根据权利要求2至3中任一项所述的催化剂制品，其中所述经煅烧的洗涂层的所述孔径等于存在于所述洗涂层浆料中的所述成孔剂的所述粒径。7.根据权利要求2至6中任一项所述的催化剂制品，其中所述衬底是陶瓷或金属的。8.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述衬底是流通式单块衬底或壁流式衬底。9.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述铂族金属或所述非铂族金属浸渍在所述载体上。10.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述铂族金属选自铂、钯、铑及其组合。11.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述非铂族金属选自镍、铜、锌、锰、钕、镧、镨及其组合。12.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述颗粒物的所述粒径在5.0nm至50μm的范围内。13.根据权利要求2至7中任一项所述的催化剂制品，其中所述载体选自氧化铝组分、储氧组分、氧化锆组分、二氧化铈组分及其组合。14.根据权利要求2至7...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：