催化滤烟器的无钝化涂布法制造技术

本发明专利技术涉及用于同时减少柴油机废气流中存在的氮氧化物（ＮＯｘ）、颗粒物和气态烃的排放处理系统和方法。该排放处理系统包括催化滤烟器，该催化滤烟器包含壁流整料和含载体粒子的催化剂。可以在不向该壁流整料施用钝化层的情况下用包含催化载体粒子的浆料洗涂该壁流整料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术的实施方案涉及用于从废气流中除去污染物的排放处理系统的部件及其制造方法。更特别地，本专利技术涉及用于排气系统的滤烟器和制造滤烟器的方法。柴油机废气是多相混合物，不仅含有气态排放物，例如一氧化碳(“CO”)、未燃烃(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)，还含有构成所谓微粒或颗粒物的凝相材料(液体和固体)。常常在柴油机排气系统中提供催化剂组合物和具有该组合物的基底，以将某些或所有这些废气组分转化成无害组分。例如，柴油机排气系统可以含有柴油机氧化催化剂、滤烟器和用于减少NOx的催化剂中的一种或多种。已知含有铂族金属、贱金属及其组合的氧化催化剂通过促进HC和CO气态污染物以及一定比例的颗粒物经由这些污染物的氧化转化成二氧化碳和水来促进柴油机废气的处理。这类催化剂通常包含在被称作柴油机氧化催化剂(DOC’s)的单元中，所述单元位于柴油机的废气中，用于在废气被排放到大气中之前处理废气。除了气态HC、CO和颗粒物的转化外，含有铂族金属(其通常分散在高熔点氧化物载体上)的氧化催化剂还促进一氧化一氮(NO)氧化成NO2。柴油机废气的总颗粒排放物由三种主要组分构成。一种组分是固态、干燥的碳质成分或烟灰成分。这种干燥的碳质物引起常与柴油机废气联系在一起的可见烟灰排放。颗粒物的第二组分是可溶有机成分(“SOF”)。可溶有机成分有时被称作挥发性有机成分(“VOF”)，在本文中将使用这一术语。VOF可以根据柴油机废气的温度以蒸气或以气溶胶(液体冷凝物的细滴)形式存在于柴油机废气中。其通常如标准测量试验(例如U.S.Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)所规定，在52℃的标准微粒收集温度下以冷凝液形式存在于稀释废气中。这些液体来自两个来源：(1)活塞每次上下时从发动机汽缸壁上扫除的润滑油；和(2)未燃或部分燃烧的柴油燃料。颗粒物的第三组分是所谓的硫酸盐成分。硫酸盐成分由柴油燃料中存在的少量硫组分形成。在柴油燃烧过程中形成小比例的SO3，其又迅速与废气中的水结合形成硫酸。硫酸与气溶胶形式的微粒一起聚集成凝相，或被吸附到其它微粒组分上，由此增加TPM的量。用于大量减少颗粒物的一种关键的后处理技术是柴油机微粒过滤器。有许多有效地从柴油机废气中除去颗粒物的已知过滤器结构，例如蜂窝壁流过滤器、缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等。但是，如下所述的陶瓷壁流过滤器受到最多关注。这些过滤器能从柴油机废气中除去超过90％的微粒材料。该过滤器是用于从废气中除去粒子的物理结构，积聚的粒子会增加发动机上来自该过滤器的背压。因此，必须从过滤器上连续或周期性地烧除积聚的粒子以维持可接受的背压。遗憾的是，烟灰粒子需要超过500℃的温度才能在富氧(稀燃)排气条件下燃烧。该温度高于柴油机废气中一般存在的温度。通常引入措施以降低烟灰燃烧温度，从而提供过滤器的被动再生。催化剂的存在促进了烟灰燃烧，由此在现实工作周期下柴油机废气内可达的温度下使过滤器再生。由此，催化滤烟器(CSF)或催化柴油机微粒过滤器(CDPF)随积聚烟灰的被动燃烧一起有效提供了＞80％颗粒物减少，并由此促进过滤器再生。此外，该滤烟器可进一步被氧化催化剂催化，以促进HC、CO和如上所述的其它污染物的转化。用于HC和CO转化的这些催化剂可以-->是该系统中独立氧化催化剂之外附加的催化剂。该滤烟器可进一步被NOx减除催化剂(例如选择性催化还原(SCR)催化剂)催化。在SCR过程中，经通常由贱金属构成的催化剂用氨(NH3)将NOx还原成氮(N2)。该技术能够实现大于90％的NOx减少，因此代表了实现艰巨NOx减少目标的最佳途径之一。正在研发用于汽车用途的SCR，以脲(通常存在于水溶液中)作为氨源。SCR提供了有效的NOx转化，只要废气温度在该催化剂的活性温度范围内即可。SCR催化剂可位于单独的基底上或位于滤烟器上。凭借这一方法，催化滤烟器发挥两种催化剂功能：除去废气流的微粒组分和将废气流的NOx组分转化成N2。滤烟器，特别是陶瓷壁流过滤器，通常由含有微裂纹的陶瓷基底材料(例如钛酸铝、堇青石和碳化硅)制成。当用含微粒材料的洗涂(washcoat)浆料形式的催化材料涂层催化该滤烟器时，该催化剂涂料会进入这些微裂纹。微裂纹被认为在低温打开并在高温关闭。这使该过滤器在烟灰再生过程中膨胀而不损害该过滤器的物理完整性。过滤器中微裂纹的存在使热膨胀系数在较高温度保持较低。但是，这些催化涂料在微裂纹中的存在使基底较不挠性，在过滤器上造成应力，这会导致机械故障。传统涂布法在催化涂料研磨之前或之中采用乙酸或硝酸，以使该洗涂浆料适合涂布到过滤器基底上。在施用催化剂涂料之前，用聚合涂料使具有这些微裂纹的材料钝化。在美国专利4,532,228和7,166,555中描述了这类聚合涂料的实例。聚合涂料通常用聚合材料填充裂纹，然后固化。尽管该钝化法减轻了与进入微裂纹的洗涂材料相关的某些问题，但这种钝化步骤提高了生产成本，并且是额外的制造步骤。专利技术概要本专利技术的实施方案涉及制造涂有催化剂洗涂层(washcoat)的壁流基底的方法。根据一个或多个实施方案的壁流基底具有被成形为超过一个轴向延伸的通道的透气壁，其中各通道的一端被堵塞且任何一对相邻通道在其相反末端被堵塞。根据一个或多个实施方案的方法包括将至少一种贵金属施用到高熔点金属氧化物上，制备包含高熔点金属氧化物载体、贵金属和具有至少两个酸基的有机酸的浆料，研磨该浆料以降低所述被浸渍的高熔点金属氧化物载体的粒度，提供壁流基底并用所述经研磨的浆料洗涂(washcoat)该壁流基底。本专利技术的另一些实施方案涉及催化滤烟器。该催化滤烟器包含由钛酸铝、堇青石、碳化硅或组合材料制成的壁流基底。该壁流基底具有直接施用到壁流基底上的适用于转化烃、CO和NOx的催化材料的洗涂层(washcoat)，在基底与该洗涂层之间没有钝化层。该壁流基底具有被成形为超过一个轴向延伸的通道的透气壁，各通道的一端被堵塞且任何一对相邻通道在其相反末端被堵塞。在煅烧含该洗涂层的壁流基底后，该催化滤烟器的烃、CO和NOx转化率在大约110℃至大约140℃的温度高于相同的但在基底和洗涂层之间含钝化层的催化滤烟器的烃、CO和NOx转化率。附图简述图1显示了本专利技术排放处理系统的实施方案的示意图；图2显示了壁流过滤器基底的透视图；图3显示了壁流过滤器基底的截面剖视图；图4显示了样品A和B之间的CO转化率的比较；-->图5显示了样品A和B之间的总烃转化率的比较；图6显示了样品C至F之间的CO转化率的比较；图7显示了样品C至F之间的总烃转化率的比较；图8显示了样品G至M之间的CO转化率的比较；图9显示了样品G至M之间的总烃转化率的比较；图10显示了样品N至S的热膨胀系数的比较；图11显示了样品N至S的弹性模量值的比较；图12显示了样品T至Y的热膨胀系数值的比较；且图13显示了样品T至Y的弹性模量值的比较。专利技术详述在描述本专利技术的几个示例性实施方案之前，要理解的是，本专利技术不限于下述描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本专利技术能有其它实施方案并且能以各种方式实施或进行。除非文中清楚地另行指明，本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“该”包括复数对象。因此，例如，提到本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造涂有催化剂洗涂层的壁流基底的方法，包括：将至少一种贵金属施用到高熔点金属氧化物上；制备包含高熔点金属氧化物载体、贵金属和具有至少两个酸基的有机酸的浆料；研磨该浆料，以降低被浸渍的高熔点金属氧化物载体的粒度；和提供壁流基底，并用所述经研磨的浆料洗涂该壁流基底，该壁流基底具有被成形为超过一个的轴向延伸的通道的透气壁，各通道的一端被堵塞且任何一对相邻的通道在其相反的末端被堵塞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-18 11/959,0481.制造涂有催化剂洗涂层的壁流基底的方法，包括：将至少一种贵金属施用到高熔点金属氧化物上；制备包含高熔点金属氧化物载体、贵金属和具有至少两个酸基的有机酸的浆料；研磨该浆料，以降低被浸渍的高熔点金属氧化物载体的粒度；和提供壁流基底，并用所述经研磨的浆料洗涂该壁流基底，该壁流基底具有被成形为超过一个的轴向延伸的通道的透气壁，各通道的一端被堵塞且任何一对相邻的通道在其相反的末端被堵塞。2.权利要求1的方法，其中在研磨之前添加有机酸。3.权利要求1的方法，其中在研磨过程中添加有机酸。4.权利要求1的方法，其中在不存在钝化层的情况下在基底上直接进行洗涂。5.权利要求1的方法，其中所述至少一种贵金属选自由铂、钯、钌、铱、铑及其组合组成的组。6.权利要求1的方法，其中所述有机酸包含超过一个的羧酸基。7.权利要求6的方法，其中所述具有超过一个羧酸基的有机酸选自由酒石酸、柠檬酸、正乙酰基谷氨酸、己二酸、α-酮戊二酸、天冬氨酸、壬二酸、樟脑酸、羧基谷氨酸、柠檬酸、羟甲戊二酸、二巯基丁二酸、富马酸、戊烯二酸、谷氨酸、戊二酸、间苯二甲酸、衣康酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、甲基富马酸、中草酸、3-甲基戊烯二酸、草酸、草酰乙酸、邻苯二甲酸、苯二甲酸、庚二酸、癸二酸、辛二酸、琥珀酸、酒石酸、对苯二甲酸、愈伤酸、苯均三酸、羧基谷氨酸酯、它们的衍生物及其组合组成的组。8.权利要求1的方法，其中所述有机酸是酒石酸。9.权利要求1的方法，其中所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y李，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]