先进的催化烟尘过滤器及其制造和使用方法 |
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| 申请号 | CN201180063712.2 | 申请日 | 2011-11-21 | 公开(公告)号 | CN103282610B | 公开(公告)日 | 2015-09-02 |
| 申请人 | 巴斯夫公司; | 发明人 | 李跃进; S·A·罗斯; A·H·蓬克; G·A·格拉米乔尼; | ||||
| 摘要 | 本文公开了包含具有多孔壁的壁流式单 块 、渗入该多孔壁的第一载体涂料以及该多孔壁上的第二载体涂料的催化 烟尘 过滤器 。本文还公开了制备催化烟尘过滤器的方法以及柴油 发动机 废气排放处理系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种催化烟尘过滤器，包括： |
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| 说明书全文 | 先进的催化烟尘过滤器及其制造和使用方法技术领域[0001] 本文公开了用于柴油发动机废气排放系统的催化烟尘过滤器及其制备和使用方法。更具体地，本文描述了具有渗入壁流式单块的壁的第一载体涂料和被布置在壁流式单块的壁上的第二载体涂料的催化烟尘过滤器。 [0002] 发明背景 [0003] 柴油发动机的废气为不均匀的混合物，其不仅包含气态排放物例如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的烃(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)，还包含构成所谓的颗粒或颗粒物的凝聚相材料(液体和固体)。通常地，在柴油发动机废气系统中提供催化剂组合物和被布置在该组合物上的基底，以将某些或全部的这些废气组分转化成无毒组分。例如，柴油废气系统可包含一个或多个的柴油氧化催化剂、烟尘过滤器以及用于还原NOx的催化剂。 [0004] 柴油废气的总颗粒物排放物由三个主要组分组成。一个组分是固体的、干燥的、固体含碳成分或烟尘成分。该干燥的含碳物促成了通常与柴油废气相关的可见烟尘排放。颗粒物的第二个组分为可溶的有机成分(“SOF”)。该可溶的有机成分有时被称作可挥发的有机成分(“VOF”)，本发明将利用其术语。根据柴油废气的温度，VOF可作为蒸汽或作为气溶胶(液体冷凝物的细微滴)存在于柴油废气中。如标准测量试验所规定的，例如美国重型瞬态联邦测试程序(U.S.Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)，在稀释的废气中于52℃的标准颗粒收集温度下一般呈现为冷凝的液体。这些液体产生于两个来源：(1)每次活塞上升和下降从发动机的汽缸壁排出的润滑油；以及(2)未燃烧的或部分燃烧的柴油燃料。 [0005] 颗粒物的第三个组分是所谓的硫酸盐成分。该硫酸盐成分由存在于柴油燃料中的少量硫组分形成。在柴油燃烧期间形成小比例的SO3，其转而与废气中的水迅速结合，形成硫酸。作为冷凝相的硫酸与作为气溶胶的颗粒聚集，或该硫酸被吸附至其他的颗粒组分，并因此增加了TPM的质量。 [0006] 具有许多在去除柴油废气的颗粒物中有效的已知过滤器结构，例如蜂窝壁流式过滤器、线绕式或纤维填充式过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等等。然而，陶瓷壁流式过滤器最受关注。这些过滤器能够从柴油废气中去除超过90％的颗粒材料。该过滤器是用于去除废气颗粒的物理结构，并且累积的颗粒将增加发动机上的过滤器的反向压力。因此，必须不断地或定期地烧毁过滤器中累积的颗粒，以维持可接受的反向压力。遗憾地，炭黑颗粒需要超过500℃的温度，以在富(贫)氧废气条件下燃烧。该温度高于柴油废气中通常所存在的温度。 [0007] 催化剂组合物以及其上布置有该组合物的基底通常被提供于柴油发动机废气系统中，以将某些或全部的这些废气组分转化成无毒的组分。例如，包含铂族金属、碱金属和其组合的被称为柴油氧化催化剂(DOC)的氧化催化剂通过提高未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)两种气态污染物的转化，并通过这些污染物的氧化将一些比例的颗粒物转化成二氧化碳和水，促进柴油发动机废气的处理。这种催化剂一般被布置在各种基底上(例如，蜂窝流通式单块基底)，将其放置在柴油发动机的废气中，以在废气排至大气之前处理废气。某些氧化催化剂还提高了NO至NO2的氧化。 [0008] 汽车制造商正在寻求降低被布置在流通式蜂窝基底上的柴油氧化催化剂的尺寸，以帮助将DOC放置在更靠近发动机的紧密耦合位置。因此，DOC的降低的尺寸不能完全氧化烃和一氧化碳，以满足排放要求。因此，需要提供可协助烃和一氧化碳氧化的催化烟尘过滤器，以满足日益严格的排放要求。发明概要 [0009] 本发明的一个或多个实施例涉及包含壁流式单块、第一载体涂料和第二载体涂料的催化烟尘过滤器。该壁流式单块具有多个纵向延伸的通道，该通道由接壤和限定所述通道的纵向延伸的多孔壁形成。该通道包含具有开放的入口末端和关闭的出口末端的入口通道，以及具有关闭的入口末端和开放的出口末端的出口通道。所述的第一载体涂料渗入壁流式单块的壁。所述的第二载体涂料被布置在壁流式单块的通道壁上。所述的第一载体涂料包含(1)难熔金属氧化物载体颗粒上的铂和钯或(2)沸石和氧化铝；中的其中一个，且所述的第二载体涂料包含(1)难熔金属氧化物载体颗粒上的铂和钯或(2)沸石和氧化铝；中的另一个。 [0010] 本发明的额外实施例涉及包含与催化烟尘过滤器流动连通的柴油发动机的废气处理系统。详细的实施例进一步包含一个或多个位于柴油发动机和催化烟尘过滤器之间且与两者流动连通的催化剂。在进一步实施例中，该废气处理系统进一步包含一个或多个位于催化烟尘过滤器下游且与催化烟尘过滤器流动连通的催化剂。 [0011] 在详细的实施例中，所述的第二载体涂料被布置在入口通道的壁上。在特定的实施例中，所述的第二载体涂料被布置在出口通道的壁上。 [0012] 在一些实施例中，铂存在在约0.5g/ft3和约80g/ft3的负载范围内。在一个或多3 3 个实施例中，钯存在在约0.5g/ft和约80g/ft 的负载范围内。 [0013] 根据一些实施例，包含沸石和氧化铝的载体涂料包含约0.05g/in3至约0.3g/in33 3 范围内的沸石和约0.2g/in至约0.5g/in 范围内氧化铝。 [0014] 在详细的实施例中，包含沸石和氧化铝的载体涂料进一步包含被担载在储氧组分3 3 (OSC)上的钯。在特定实施例中，钯存在在约0.5g/ft和约30g/ft 的负载范围内。 [0015] 在特定实施例中，壁流式单块包含具有孔隙率在约40％至约70％范围内且平均孔径在约10μm和30μm范围内的堇青石。 [0016] 本发明的进一步实施例涉及制造催化剂涂层的壁流式单块的方法。提供了具有多个纵向延伸通道的壁流式单块，该通道由接壤和限定所述通道的纵向延伸的多孔壁形成。该通道包含具有开放的入口末端和关闭的出口末端的入口通道，以及具有关闭的入口末端和开放的出口末端的出口通道。壁流式单块的多孔壁具有平均孔径。制备第一载体涂料浆料。该第一载体涂料的浆料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的其中一个。该第一载体涂料浆料具有平均粒径小于或等于约多孔壁的平均孔径的固体。分散第一载体涂料浆料的涂层，使得该第一载体涂料浆料渗入壁流式单块的多孔壁。干燥和煅烧该壁流式单块。制备第二载体涂料浆料。该第二载体涂料浆料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的另一个。该第二载体涂料浆料具有平均粒径大于或等于约多孔壁的平均孔径的固体。借助第二载体涂料浆料将涂层施加在壁流式单块的通道壁上。干燥和煅烧该壁流式单块。 [0017] 在详细的实施例中，包含被分散在水中的沸石和氧化铝的载体涂料浆料进一步包含至少一个被浸渍在OSC上的铂族金属。在特定实施例中，制备包含被分散在水中的沸石和氧化铝的载体涂料浆料包含通过初湿技术借助钯溶液浸渍OSC以及在添加沸石和氧化铝之前将已浸渍的OSC分散于水中。在进一步实施例中，制备第二载体涂料浆料进一步包含将缔合型增稠剂和表面活性剂中的至少一个添加至浆料。 [0018] 本发明的一个或多个实施例涉及处理包含烃、一氧化碳和颗粒物的废气流的方法。将该废气流与被布置在壁流式单块的壁上的第二载体涂料接触。该第二载体涂料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的其中一个。将该废气流与渗入壁流式单块的壁的第一载体涂料接触。该第一载体涂料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的另一个。 [0019] 在详细的实施例中，在第二载体涂料之前将该废气流与第一载体涂料接触。在特定实施例中，在第一载体涂料之前将该废气流与第二载体涂料接触。 [0020] 在一些实施例中，包含被分散在水中的沸石和氧化铝的载体涂料进一步包含被担载在储氧组分(OSC)上的钯。 [0022] 图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的催化烟尘过滤器的局部横截面图； [0023] 图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的壁流式单块的局部横截面图； [0024] 图3示出了壁流式过滤器基底的透视图； [0025] 图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的排放处理系统实施例的示意性描述； [0026] 图5示出了针对实例1-3作为温度函数的CO转化的图示； [0027] 图6示出了针对实例1-3作为温度函数的烃转化的图示； [0028] 图7示出了针对实例4-5作为温度函数的CO转化的图示；以及 [0029] 图8示出了针对实例4-5作为温度函数的烃转化的图示。 具体实施方式[0030] 在描述本发明的多个示例性实施例之前，应该理解本发明不局限于下面描述中所详述的结构或工序步骤的细节。本发明能够有其他的实施例且能以各种方式实践或执行。 [0031] 针对该应用目的，下面的术语具有各自下面所详述的含义。 [0032] 术语“废气流”，“发动机废气流”，“废气体流”等等指发动机流出的流出物以及指包括但不局限于催化烟尘过滤器的一个或多个其他催化剂系统组分的下游的流出物。 [0034] “铂族金属组分”指铂族金属或其氧化物中的其中一个。 [0035] “稀土金属”指元素周期表中所定义的镧系的一个或多个氧化物，包括镧、铈、镨和钕。 [0036] “载体涂料(washcoat)”在被施加至难熔基底，例如蜂窝流通式单块基底或过滤器基底(其足够多孔以允许处理的气体流通过通道)，的催化或其他材料的薄的、粘性涂层领域中具有其通常含义。如本文所用的和如Heck,Ronald and Robert Farrauto,Catalytic Air Pollution Control,New York:Wiley-Interscience,2002,pp.18-19中所述的，载体涂料层包括被布置在单块基底表面上的材料组成上不同的层或下面的载体涂料层。催化制品可包含一个或多个载体涂料层，且每个载体涂料层可具有独特的化学催化功能。 [0037] “流动连通”意味着所述的组分和/或管道邻接，致使废气气体或其他流体可在该组分和/或管道之间流动。 [0038] “下游”指路径中废气流中的组分的位置，该组分比该组分之前的组分进一步远离发动机。例如，当柴油颗粒过滤器被指作在柴油氧化催化剂的下游时，在流动通过该柴油颗粒过滤器之前，废气管道中从发动机散发的废气流动通过该柴油氧化催化剂。因此，“下游”指相对于另一个组分，更靠近发动机的组分。 [0039] 本发明的实施例涉及制造具有提高的CO和烃氧化活性的催化烟尘过滤器的方法。传统的催化烟尘过滤器具有被放置在多孔过滤器壁的空隙空间内部的催化剂涂层，其中每个组分在壁内紧密混合。本发明的一个或多个实施例具有被放置在过滤器多孔壁内的主要贵金属组分，例如铂和钯。在过滤器壁的顶部涂布沸石和/或储氧组分的单独的、薄的层(或局部层)。如此，相比具有相同组成的标准涂层方法，显著增强了过滤器的氧化活性。 [0040] 本发明的一个或多个实施例涉及催化烟尘过滤器，如图1至3所示。该催化烟尘过滤器包含具有多个纵向延伸通道的壁流式单块10，该通道由接壤和限定所述通道的纵向延伸的多孔壁14形成。图1和图2示出了还被称作壁流式过滤器基底的壁流式单块10的局部横截面图，示出了入口通道16、出口通道18以及多孔壁14。应该理解，壁流式单块10一般包含多个图1和2所示的通道。 [0041] 所示出的壁流式单块10具有多个交替阻塞的通道(也称作通路)11，并可用作颗粒过滤器。该壁流式单块10具有入口末端30和出口末端32。壁流式单块10的入口通道16具有开放的入口末端和出口末端32，该出口末端具有有效阻止气体流动通过入口通道 16的出口末端32的出口塞13。出口通道18具有入口末端处的入口塞12和开放的出口末端。在相反的末端，堵塞交替的通道11，以在入口末端30和出口末端32处形成棋盘式图案。该配置迫使气流20通过入口通道16的开放末端进入壁流式单块10。该气流20被出口塞13阻止并被迫通过多孔壁14扩散至出口通道18。由于入口塞12，该气流20不能向回通至入口通道16。 [0042] 壁流式单块10的每个多孔壁14具有多个孔15。图1示出了局部横截面图，其示出作为多孔壁14内的简单开口的孔15。然而，本领域内的那些技术人员应该理解，孔15在贯穿多孔壁14的整个三维结构中迂回曲折，其中它们可连接至多孔壁14的表面17。第一载体涂料22渗入壁流式单块10的多孔壁14，涂布孔15的表面。该第一载体涂料22选自(1)难熔金属氧化物载体颗粒上的铂和钯；或(2)沸石和氧化铝，中的其中一个。第二载体涂料24被布置在壁流式单块10的通道多孔壁14的表面17上。该第二载体涂料24包含(1)难熔金属氧化物载体颗粒上的铂和钯；或(2)沸石和氧化铝，中的另一个。如所理解的，在一个实施例中，包含载体涂料的铂和钯渗入多孔壁，而包含载体涂料的沸石和氧化铝被布置在多孔壁的表面上。在替代实施例中，包含载体涂料的沸石和氧化铝渗入多孔壁，而包含载体涂料的铂和钯被布置在多孔壁的表面上。 [0043] 在图1所示的实施例中，第二载体涂料24位于入口通道16的多孔壁14的表面17上。这仅仅是说明性的且并非旨在限制本发明的保护范围。在替代实施例(未示出)中，第二载体涂料24位于出口通道18的多孔壁14的表面17上。这可通过反转气流20的箭头方向预见，其可引起入口通道16和出口通道18切换。 [0044] 在特定实施例中，第二载体涂料24位于入口通道16和出口通道18两者的多孔壁14的表面17上。在这些情况下，入口通道16的多孔壁14上的第二载体涂料24的特定组成可相同于或不同于出口通道18的多孔壁14上的第二载体涂料24的组成。下面描述了有关第二载体涂料24的组成的进一步描述。 [0045] 壁流式单块可以是本领域内的那些技术人员所已知的任何合适材料。合适的壁流式单块材料的非限制性实例包括堇青石、碳化硅、钛酸铝、氧化铝和莫来石。壁流式单块的孔隙率还可根据结果过滤器的所需特性改变。在详细的实施例中，该单块的孔隙率在约40％至约70％范围内。在特定实施例中，该单块的孔隙率为约50％。该单块的平均孔径也可变化，并根据单块材料改变。在一些实施例中，该单块具有约10μm和30μm范围内的平均孔径。 [0046] 第一载体涂料22中的铂和钯的负载可变化。在详细的实施例中，铂存在在约3 3 3 0.5g/ft和约80g/ft 的负载范围内。在一个或多个实施例中，铂存在在约0.5和约30g/ft 3 3 3 3 的负载范围内，或在约1g/ft和约30g/ft 的负载范围内，或在约0.75g/ft 和约60g/ft 3 3 的负载范围内或在约1.5g/ft和约15g/ft 的负载范围内。在各种实施例中，第一载体涂 3 3 3 3 3 料22中的铂负载大于或等于约0.5g/ft、0.75g/ft、1g/ft、1.25g/ft、1.5g/ft、1.75g/ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ft、2g/ft、3g/ft、4g/ft、5g/ft、6g/ft、7g/ft、8g/ft、9g/ft、10g/ft、15g/ft或20g/ 3 ft。 [0047] 在详细的实施例中，钯存在在约0.5g/ft3和约80g/ft3的负载范围内。在一个或多3 3 3 个实施例中，钯存在在约0.5g/ft和约30g/ft 的负载范围内，或在约0.5g/ft 至约15g/ 3 3 3 3 3 ft的负载范围内，或在约1g/ft 和约80g/ft 的负载范围内，或在约1g/ft 和约3080g/ft 3 3 的负载范围内或在约1g/ft和约15g/ft 的负载范围内。在各种实施例中，第一载体涂料 3 3 3 3 3 3 3 22中的钯负载大于或等于约0.5g/ft、1g/ft、1.5g/ft、2g/ft、3g/ft、4g/ft或5g/ft 。 [0048] 包含铂和钯的载体涂料中的载体颗粒可包含本领域内的那些技术人员所已知的任何载体。在详细的实施例中，包含铂和钯的载体涂料中的载体颗粒可包含一个或多个难熔金属氧化物。在特定实施例中，该难熔金属氧化物为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化锆中一个或多个。包含铂和钯的载体涂料中的载体颗粒的尺寸可根据壁流式单块的平均孔径改变。在其中铂和钯载体涂料渗入壁流式单块的壁的实施例中，为了确保第一载体涂料22渗入壁流式单块的多孔壁14，有用地，具有小于壁流式单块平均孔径的载体颗粒尺寸。 在详细的实施例中，载体颗粒具有小于或等于约10μm的D90。D90为定义的尺寸，在此处约 90％的颗粒具有较细的颗粒尺寸。在特定实施例中，第一载体涂料中的载体颗粒具有小于或等于约9μm、8μm、7μm、6μm或5μm的D90。在一个或多个实施例中，第一载体涂料22的D90等于或小于第二载体涂料24的D90。 [0049] 包含沸石和氧化铝的载体涂料中的沸石可为任何合适的沸石。在详细的实施例中，沸石为α-沸石、β-沸石和Y-沸石中的一个或多个。在特定实施例中，该沸石为β-沸3 3 石。在详细的实施例中，沸石存在在约0.05g/in至约0.3g/in 的数量范围内。在一些实 3 3 施例中，沸石存在在约0.1g/in至约0.2g/in 的数量范围内。在各种实施例中，沸石存在 3 3 3 3 3 数量大于或等于约0.05g/in、0.1g/in、0.15g/in、0.2g/in或0.25g/in 。在特定实施例 3 中，沸石存在在约0.1g/in。 [0050] 包含沸石和氧化铝的载体涂料中的氧化铝存在在约0.2g/in3至约0.5g/in3的数3 3 量范围内。在一些实施例中，氧化铝存在在约0.3g/in至约0.4g/in 的数量范围内。在各 3 3 3 种实施例中，氧化铝存在数量大于或等于约0.2g/in、0.3g/in或0.4g/in 。在特定实施例 3 中，氧化铝存在在约0.5g/in。 [0051] 在特定实施例中，包含沸石和氧化铝的载体涂料包含约0.05g/in3至约0.3g/in33 3 范围内的沸石以及约0.2g/in至约0.5g/in 范围内的氧化铝。 [0052] 在一些实施例中，包含氧化铝和沸石的载体涂料进一步包含被担载在储氧组分(OSC)上的铂族金属。该铂族金属可为任何合适的铂族金属。在特定实施例中，包含沸石和氧化铝的载体涂料中的铂族金属为钯。储氧组分可为本领域内已知的任何合适的OSC材料。在详细的实施例中，OSC为二氧化铈、包含二氧化铈的化合物和包含稀土金属的化合物3 3 中的一个或多个。OSC可存在在约0.05g/in和约0.2g/in 的数量范围内。 [0053] 被担载在包含沸石和氧化铝的载体涂料中的OSC上的钯数量可根据催化烟尘过3 3 滤器的所需特性变化。在详细的实施例中，钯存在在约0.5g/ft和约30g/ft 的数量范围 3 3 内。在一些实施例中，在第二载体涂料24中钯存在在约0.5g/ft至约15g/ft 的数量范围 3 3 内，或在约1g/ft至约15g/ft 的数量范围内。在各种实施例中，钯存在数量大于或等于约 3 3 3 3 3 3 3 3 0.05g/ft、1g/ft、2g/ft、3g/ft、4g/ft、5g/ft、10g/ft或15g/ft 。在特定实施例中，在 3 包含沸石和氧化铝的载体涂料中钯存在数量在约15g/ft。 [0054] 第二载体涂料24还可包括其他组分，包括但不局限于，缔合型增稠剂和表面活性剂。可添加缔合型增稠剂以增加第二载体涂料24的粘度。可将表面活性剂添加至第二载体涂料24，以降低表面张力。适合与第二载体涂料连同使用的表面活性剂可以是阴离子、阳离子、非离子或两性离子。根据一个或多个实施例的合适缔合型增稠剂包括聚合物疏水性乙氧基化聚氨酯，其可被称为缔合型聚合物。合适的缔合型增稠剂包括HEUR(疏水性乙氧基化聚氨酯)，其被称为缔合型聚合物，可从Byk Chemie，Rohm and Haas公司以及BASF获得。在一个或多个实施例中，可利用具有高假塑性指数(无剪切的高粘度)的缔合型增稠剂，或高度剪切变稀缔合型增稠剂。在一个实施例中，缔合型增稠剂具有稳定的pH范围并为非离子性质。根据一个或多个实施例的合适表面活性剂包括非离子的表面活性剂，其在浆料中呈现出润湿、消泡和分散。在一个或多个实施例中，缔合型增稠剂和表面活性剂为协同作用，使得缔合型增稠剂优选低的HLB(疏水亲油平衡)，促进了无剪切粘度的建立。合适的表面活性剂可从BASF、Lubrizol、Air Products和AKZO Nobel获得。 [0055] 催化烟尘过滤器的特定实施例具有包含被担载在氧化铝上的约20g/ft3铂和约3 10g/ft钯的第一载体涂料22。第二载体涂料24被布置在入口通道的壁上且包含被担载 3 3 3 在储氧组分上的约10g/ft钯、约0.1g/in β-沸石以及约0.05g/in氧化铝。 [0056] 基底 [0057] 根据一个或多个实施例，用于催化剂的基底可为任何通常用于制备汽车催化剂的材料并通常包含金属或陶瓷蜂窝结构。根据一个或多个实施例的壁流式基底具有多个沿基底纵轴延伸的纤细的、基本平行的气体流动通道。通常地，借助在相反端面堵塞的交替通道，在基底主体的一个末端处堵塞每个通道。虽然可利用更加较少的通道，但是该单块载体在每平方英寸横截面可包含高达约700或更多的流动通道(或“格子”)。例如，该载体在每平方英寸(“cpsi”)可具有约7至600、更通常地约100至400个格子。该格子可具有为矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形或为其他多边形形状的横截面。壁流式基底通常具有在0.002和0.1英寸之间的壁厚度。壁流式基底的特定实施例具有在0.002和0.015英寸之间的壁厚度。然而，应该理解本发明不局限于特殊的基底类型、材料或几何形状。 [0058] 陶瓷基底可由任何合适的陶瓷或金属材料制得。示例性的陶瓷材料包括，但不局限于，堇青石、堇青石-α氧化铝、氮化硅、锆莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α氧化铝、硅铝酸盐等等。示例性的金属载体包括热耐性金属和金属合金例如钛和不锈钢以及其中铁是基本上的或主要组分的其他合金。 [0059] 基底的孔隙率可根据所需的催化烟尘过滤器特性制定。在特定实施例中，壁流式单块的孔隙率在约11μm至约23μm范围内。 [0060] 制备催化剂的方法 [0061] 本发明的额外实施涉及制造催化烟尘过滤器的方法。制备包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属；或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的其中一个的第一载体涂料浆料。该第一载体涂料浆料具有小于或等于约壁流式单块中孔15的平均孔径的固体。将第一载体涂料浆料的涂层分散在壁流式单块中，使得该第一载体涂料浆料渗入多孔壁。然后干燥和煅烧该壁流式单块，以固定单块的多孔壁14的孔15内的第一载体涂料22。 [0062] 制备包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属；或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝；中的另一个的第二载体涂料浆料。第二载体涂料浆料具有平均粒径大于或等于约孔15的平均孔径的固体。将第二载体涂料浆料的涂层施加在壁流式单块的通道壁上。干燥和煅烧该壁流式单块，以将第二载体涂料24固定在多孔壁14的表面17上。 [0063] 第二载体涂料浆料可用于涂布入口通道16或出口通道18的表面17中的任一个或两者。在一些实施例中，将第二载体涂料浆料涂布在入口通道16的壁14的表面17上，产生图1所示的催化烟尘过滤器(壁流式单块10)。在一个或多个实施例中，将第二载体涂料浆料涂布在出口通道18的壁14的表面17上。在特定实施例中，将第二载体涂料浆料涂布在入口通道16和出口通道18两者的多孔壁14的表面17上。可更改该第二载体涂料浆料，使得出口通道18与入口通道16相比，沸石、氧化铝和/或其他组分的数量不同。可更改用于第一载体涂料和第二载体涂料两者的涂布工序，以便包括研磨所述的颗粒，从而根据所采用的壁流式单块的孔隙率调节D90。 [0064] 在一些实施例中，涂布壁流式单块包含将该单块布置在水中并以逐滴方式添加一个或多个的铂和钯溶液。在一些实施例中，水已包含沸石和氧化铝中的一个或多个。但是，可在单块已浸入后添加这些组分并可同时地或与其他组分(例如铂和钯)分开地添加这些组分。 [0065] 在一些实施例中，制备在难熔金属氧化物载体颗粒上包含铂族金属的载体涂料浆料包括借助铂溶液和钯溶液中的一个或多个浸渍氧化铝载体颗粒。可同时地或分开地浸渍铂和钯，并可在相同的载体颗粒或单独的载体颗粒上浸渍铂和钯。在详细的实施例中，通过初湿技术完成任何或全部的浸渍程序。 [0066] 包含沸石和氧化铝的载体涂料浆料还可包含铂族金属，包括但不局限于，铂和钯。将铂族金属添加至包含沸石和氧化铝的载体涂料浆料可以是当有需要的显著氧化功能时的特殊使用。当包含沸石和氧化铝的载体涂料具有高的铂族金属组成时，催化烟尘过滤器将用作柴油氧化催化剂。 [0067] 在一些详细的实施例中，包含沸石和氧化铝的载体涂料浆料进一步包含至少一种被浸渍在OSC上的铂族金属。该铂族金属可为任何合适的铂族金属，包括但不局限于，铂和钯。OSC材料可为任何合适的材料，包括但不局限于，二氧化铈。在特定的实施例中，该铂族金属为钯。可通过初湿技术借助钯溶液浸渍OSC材料并在添加沸石和氧化铝之前在水中分散浸渍的OSC制备包含沸石和氧化铝的载体涂料浆料。 [0068] 详细的实施例进一步包括将缔合型增稠剂和表面活性剂中的一个或多个添加至第二载体涂料浆料。缔合型增稠剂可增加第二载体涂料浆料的粘度。表面活性剂可用于降低浆料的表面张力。表面活性剂可为任何合适的表面活性剂，包括阴离子、阳离子、两性离子和非离子表面活性剂。 [0069] 排放处理 [0070] 在基本配置中，如图4所示，排放处理系统包含位于柴油发动机40下游且与柴油发动机40流动连通的催化烟尘过滤器42。由发动机40排出包含烃、一氧化碳和颗粒物的废气流。废气流通过下游的催化烟尘过滤器42。 [0071] 在一些实施例中，废气流与被布置在催化烟尘过滤器的壁上的第二载体涂料接触。第二载体涂料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属；或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝，中的其中一个。该废气形成流，随后接触渗入壁流式单块的壁的第一载体涂料。该第一载体涂料包含(1)被分散在水中的难熔金属氧化物载体颗粒上的铂族金属；或(2)被分散在水中的沸石和氧化铝，中的另一个。在一些实施例中，废气流在第一载体涂料之前接触第二载体涂料。在特定实施例中，该废气流接触催化烟尘过滤器入口侧的第二载体涂料，接触烟尘过滤器的壁内的第一载体涂料，然后再次接触烟尘过滤器出口侧的壁上的第二载体涂料。在一些实施例中，烟尘过滤器的出口侧上的第二载体涂料不同于烟尘过滤器的入口侧上的第二载体涂料。 [0072] 排放处理系统的一些实施例进一步包含一个或多个位于柴油发动机和催化烟尘过滤器之间并与两者流动连通的催化剂和/或催化制品。在一个或多个实施例中，具有一个或多个位于催化烟尘过滤器下游且与催化烟尘过滤器流动连通的催化剂和/或催化制品。合适的可选催化组分可包括，但不局限于，用于氮氧化物选择性催化还原、氨氧化、颗粒过滤、NOx存储和/或捕集组分、烃、还原/氧化组分和还原剂喷射器的材料。以上列出的催化制品的仅仅是说明性的且不应该被视为限制本发明的保护范围。 [0073] 实例 [0074] 下面实例进一步说明了本发明，但是当然，其不应该被视为以任何方式限制其保护范围。例如，虽然提供了针对钛酸铝和堇青石壁流式过滤器的实例，但是可预期根据本文所述的实例，碳化硅过滤器将显示类似的结果。 [0075] 实例1至3 [0076] 在由堇青石制得的类似过滤器基底上制备孔隙率50％且平均孔径19μm的实例1至3。格子密度为每平方英寸300个格子且壁厚度为13密耳。基底具有1.5”(直径)×6”(长度)圆形的尺寸。基底具有非对称设计，即，入口通路具有比出口通路更大的开口面积。 [0077] 实例1至3中的每个实例具有相同的组成，但是利用如下面所述的不同工序制得。3 3 3 3 3 每个实例由20g/ftPt、20g/ftPd、0.25g/inAl2O3、0.2g/inβ-沸石和0.15g/inOSC组成。 OSC是由45％CeO2、45％ZrO2、8％La2O3和2％Pr6O11组成的混合物。在过滤器基底的长度上所述的组成是相同的。这些实例1至3所用的氧化铝粉末具有6μm的D90。将实例1至 3中的每个于700℃下老化4小时。 [0078] 实例1 [0079] 借助初湿技术将铂四乙醇胺氢氧化物溶液(20g/ft3)浸渍在氧化铝粉末上。以相3 3 同的方式将硝酸钯溶液(10g/ft)浸渍在氧化铝载体上。单独地，将钯(10g/ft)浸渍在OSC组分上。然后物理混合该两种粉末并将其分散于水中，以制造浆料。然后将β-沸石添加至浆料。最终的浆料具有16％的固体含量、2.5pH以及2cP粘度。 [0080] 然后通过借助低于浆料水平的基底入口侧和正好高于(约1/4英寸)浆料水平的出口侧将基底浸入浆料，对该浆料进行载体涂布。从该浆料中去除基底并从出口侧吹空气流直至无载体涂料浆料流出。然后将涂层的样品于110℃下干燥2小时并在空气中于450℃下煅烧1小时。 [0081] 实例2 [0082] 首先借助初湿技术将铂四乙醇胺氢氧化物溶液(20g/ft3)浸渍在氧化铝粉末上。3 然后，以相同的方式将硝酸钯溶液(10g/ft)浸渍在氧化铝载体上。将Pt/Pd浸渍的氧化铝分散于水中，以制造固体含量7％、pH3.7以及粘度2cP的第一载体涂料浆料。然后以与实例1相同的方式将该第一载体涂料浆料载体涂布在基底上。 [0083] 将钯(10g/ft3)浸渍在OSC组分上。将Pd浸渍的OSC粉末分散于水中，制造第二载体涂料浆料。将β-沸石添加至第二载体涂料浆料。该第二载体涂料浆料具有10％的固体含量、1.7pH以及2cP粘度。然后借助第二载体涂料浆料载体涂布该基底，以与实例1相同的方式对其进行干燥并煅烧。 [0084] 实例3 [0085] 借助实例2的第一载体涂料浆料对该基底进行载体涂布并以相同的方式进行干3 燥/煅烧。将钯(10g/ft)浸渍在OSC组分上。将Pd浸渍的OSC粉末分散于水中，制造第 3 二载体涂料浆料。将β-沸石添加至第二载体涂料浆料。将预研磨的氧化铝(0.03g/in) 3 和氧化铝胶状粘合剂(0.02g/in)添加至第二载体涂料浆料，以提高载体涂料的粘附力。添加20％缔合型增稠剂，以提高载体涂料的流变性并添加1％的表面活性剂，以降低表面张力。该第二载体涂料浆料具有11％固体含量、19pH以及2cP粘度。然后借助第二载体涂料浆料载体涂布该基底，以与实例1相同的方式对其进行干燥并煅烧。 [0086] 实例4至5 [0087] 用于实例4和5的过滤器基底由孔隙率50％和平均孔径23μm的堇青石制得。格子密度为每平方英寸250个格子且壁厚度为15密耳。基底具有1.5”(直径)×6”(长度)圆形的尺寸。该氧化铝与实例1-3中的氧化铝相同。将实例4和5中的每个于750℃下老化4小时。 [0088] 实例4 [0089] 首先将氧化铝粉末分散至水中，以制造含约20％固体的浆料。伴随良好的搅拌将铂溶液逐滴添加至该浆料。然后以相同方式加入钯。最后将β-沸石添加至浆料。最终根据涂层目标稀释该浆料，其具有10％固体含量、3.6pH以及14cP粘度。然后以与实例1相3 3 3 同的方式将浆料载体涂布在基底上。实例4具有3.33g/ftPt、1.67g/ftPd、0.1g/inAl2O3 3 和0.1g/inβ-沸石的组成。 [0090] 实例5 [0091] 首先将氧化铝粉末分散至水中，以制造含约20％固体的第一载体涂料浆料。伴随良好的搅拌将铂溶液逐滴添加至该浆料。然后以相同方式加入钯。最终根据涂层目标稀释该浆料，其具有4％固体含量、4.3pH以及2cP粘度。然后以与实例1相同的方式将第一载体涂料浆料载体涂布在基底上。 [0092] 通过将β-沸石分散至水中制备第二载体涂料浆料。将预研磨的氧化铝(0.03g/3 3 in)和氧化铝胶状粘合剂(0.02g/in)添加至所述的浆料，以提高载体涂料的粘附力。借助连续的研磨将该浆料研磨至20μm的D90。利用20％缔合型增稠剂提高流变性并添加1％的表面活性剂降低表面张力。该第二载体涂料浆料具有5％固体含量、3.8pH以及2cP粘度。然后借助第二载体涂料浆料载体涂布该基底，以与实例1相同的方式对其进行干燥并 3 3 3 3 煅烧。实例5具有3.33g/ftPt、0.1g/inAl2O3上1.67g/ft Pd、0.1g/inβ-沸石以及0.05g/ 3 in氧化铝粘合剂的组成。 [0093] 测试条件 [0094] 借助具有1000ppmCO、420ppmHC(在C1基础上)、100ppm NO、10％O2、7％H2O、5％CO2的进料气体在实验室反应器中测试所有的实例。烃由相等部分的丙烯、甲苯和癸烷构-1成。气时空速(GHSV)为35,000hr 。将这些实例中的每个实例的起燃温度列于表1中且图5-8示出了相关图示。 [0095] 表1 [0096] [0097] 图5示出了针对实例1至3作为温度函数的CO转化的图示。图6示出了针对实例1至3作为温度函数的烃转化的图示。从这两个图示可看出根据一个或多个本文所述实施例制得的实例2和3比具有单个载体涂料的实例1具有较低的起燃温度(T50)。 [0098] 图7示出了针对实例4和5作为温度函数的CO转化的图示。图8示出了针对实例4和5作为温度函数的烃转化的图示。从这两个图示可看出根据一个或多个本文所述实施例制得的实例5比具有单个载体涂料的实例4具有较低的起燃温度。 [0099] 因此，本发明的一个或多个实施例涉及具有的一氧化碳起燃温度和烃起燃温度比单个载体涂料层中具有类似组成的催化烟尘过滤器的一氧化碳起燃温度和烃起燃温度低超过约10℃的催化烟尘过滤器(在将两种过滤器于约700℃下老化约4小时后)。 [0100] 当将该过滤器于约700℃下老化约4小时并在流动反应器系统中借助包含1000ppmCO、420ppm烃(基于C1)、100ppm NO、10％O2、7％水、5％CO2余者由N2构成的进料对其进行测试时，催化烟尘过滤器的详细实施例呈现出低于140℃的一氧化碳T50，其中烃由约相等部分的丙烯、甲苯和癸烷构成(基于C1)。当将该过滤器于约700℃下老化约4小时并在流动反应器系统中借助包含1000ppmCO、420ppm烃(基于C1)、100ppm NO、10％O2、 7％水、5％CO2余者由N2构成的进料对其进行测试时，催化烟尘过滤器的详细实施例呈现出低于约150℃的烃T50，其中烃由约相等部分的丙烯、甲苯和癸烷构成(基于C1)。 [0102] 贯穿本说明书提及的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”意味着有关该实施例描述的特殊的特征、结构、材料，或特性涵盖在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各种地方出现的短语例如“在一个或多个实施例中”，“在某些实施例中”，“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指本发明的相同实施例。此外，该特殊的特征、结构、材料，或特性可以任何合适方式结合在一个或多个实施例中。 [0103] 虽然参照特殊实施例描述了本发明，但是应该理解这些实施例仅仅是说明了本发明的原理和应用。本领域内的那些技术人员可显而易见地在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下对本发明的方法和装置做出各种修改和变化。因此，意图在于本发明包含涵盖在所附权利要求和其等同物的保护范围内的修改和变化。 |
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