[发明专利]用于将催化涂层引入流通式陶瓷蜂窝体的孔隙中的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法，通过该方法能在使用催化剂悬浮液的情况下将催化涂层引入流通式陶瓷蜂窝体的孔隙中，该催化剂悬浮液在载体液体中含有作为固体的和/或以溶解形式的催化剂成分。涂覆的蜂窝体优选用于净化汽车废气。 

背景技术

近几十年来，催化剂已用于净化汽车废气，催化剂以涂层的形式施加在所谓的蜂窝体上。用于废气的平行的流动通道穿过蜂窝体。陶瓷蜂窝体由耐火材料制成。在此，主要是指堇青石、硅酸镁铝。其他常见的陶瓷材料有碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锆莫来石、莫来石、氮化硅、钛酸铝和氧化钛。蜂窝体由这些材料通过挤压制成并且通常具有开放的孔隙结构。 

流动通道从入口端面穿过蜂窝体直到出口端面。这些通道通常具有正方形的横截面并且按窄的网格设置在该蜂窝体的横截面上。单位横截面积中的流动通道的数量称为单元密度(Zelldichte)并且可以在10和200cm^-2之间的范围内。 

蜂窝体的催化涂层是所谓的弥散涂层，其在使用催化剂成分的通常为水性的悬浮液的情况下被施加到蜂窝体上。该涂层经常也被称为中间层(Wachcoat)-涂层。 

催化剂成分例如包括粉末状的载体材料，该载体材料具有高的比表面积，在该表面积上施加有催化活性成分、通常为铂族贵重金属：铂、钯、铑、铱和钌。在施加到蜂窝体上之前通常通过湿磨使催化剂悬浮液中的固体均匀化。在磨碎之后，悬浮液的固体的平均粒度d₅₀在3和5μm之间。 

载体材料的例子是简单氧化物或复合氧化物，例如活性氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈或其它的稀土元素氧化物、二氧化硅、氧化钛或硅酸盐(如硅酸铝)或钛酸盐(如钛酸钡或钛酸铝)和沸石。特别是过渡系的活性氧化铝的各种相经证明作为耐高温的载体材料特别有利，它们可以通过掺杂氧化硅和氧化镧、但也可通过氧化锆和氧化铈来稳定。 

催化物质在蜂窝体上的浓度越大，完成的催化剂的催化活性和耐老化性通常也越大。实际上，视应用情况而定，需要10至300g/l。但最大可达到的浓度可能由于各种原因而低于催化所需的浓度。因此，涂层的附着强度随着浓度以及因而层厚的增加而减少。此外，大的层厚减小流动通道的液力直径并且因而提高催化剂的废气背压(全压头)。 

存在这样的应用领域，例如对柴油机废气中的碳氢化合物和一氧化碳进行氧化(“柴油机氧化催化剂”)，在这些应用领域中仅在100至200g/升蜂窝体体积的范围内的相对低的催化剂质量对于反应是必需的。这里，在保持贵重金属总含量的情况下进一步增加催化剂质量并不与活性优点相关联。而在其他的催化反应、例如氮氧化物的存储和还原(“氮氧化物存储催化剂”)或借助氨对氮氧化物的选择性催化还原(“SCR催化还原剂”)中，活性物质的增加则是值得期望的，但这由于上述的与涂层附着强度和完成的催化剂的背压有关的问题仅在有限的范围内是可能的。 

US 5,334,570为减少高的背压而提出将催化涂层布设到陶瓷蜂窝体的孔隙中。在该专利文件中所用的陶瓷蜂窝体具有30至45％的孔隙率和3至10μm的平均孔隙直径。因此，选择胶状颗微粒直径在0.001至0.1μm之间、优选在0.001至0.05μm之间的催化剂材料用于催化涂层，所述催化剂材料在蜂窝体与相应的胶状的涂覆悬浮液接触时渗透到蜂窝体的孔隙中。根据该专利文件，将蜂窝体浸入到涂覆悬浮液中以与涂覆悬浮液接触。以这种方式可将90至95％的胶状的中间层颗粒嵌入到蜂窝体的孔隙中，从而流动通道的横截面几乎不被涂层减小 并且因此背压仅不明显地增大。 

最近几年，已经开发出了孔隙率显著增加的约为60至65％的且平均孔隙直径在10至20μm之间的陶瓷蜂窝体。在这里，目的是使催化剂颗粒能透过通道壁，从而这些催化剂颗粒不仅能作为涂层沉积在通道表面上而且能沉积在壁的孔隙系统中。因此，在催化剂质量相当的情况下能获得较小的层厚，或者相反在催化剂层厚相同的情况下能获得较高的装填浓度(Tao et al.，SAE2004-01-1293)。 

为了涂覆蜂窝体，通常使催化活性的、不溶于水的、粉末状的成分悬浮在水或有机液体中，对其进行碾磨，并接着通过浸入悬浮液中、通过浇灌悬浮液或者通过抽吸或泵入悬浮液来对基材进行涂覆。 

如果在这里使用上述的、新开发出的多孔的蜂窝体，则实际上催化活性的物质的一部分进入到蜂窝体的孔隙系统中并且沉积在那里。但是，沉积在蜂窝体上的催化剂量由此仅少量增加。 

发明内容