[发明专利]改进的催化烟灰过滤器及一种或多种制备它们的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年12月21日提交的美国临时申请序列号61/015,941的权益，该美国临时申请通过引用结合在此。

发明领域

本发明涉及一种改进的催化微粒过滤器。

发明背景

柴油发动机由于它们运行的方式而排出烟灰粒子或非常细的冷凝物小滴或这二者的团块(微粒)以及典型的有害汽油发动机排气(即，HC和CO)。这些“微粒”(本文中，柴油机烟灰)富有稠合的多环烃，它们中的一些可能是致癌的。

由于对柴油机烟灰给健康带来的危险的认识与对柴油发动机提供的更大燃料效率的需要相冲突，颁布了抑制允许排出的柴油机烟灰的量的法规。为了对付这些挑战，使用了烟灰过滤器。当使用这样的过滤器时，过滤器必须周期性通过烧尽烟灰再生。然而，因为柴油机烟灰点燃的温度显著高于柴油发动机的正常运行温度，已经提出了许多催化剂以降低柴油机烟灰的点燃温度。

通常，含有碱金属或碱性氧化物的催化剂已被用于充分地显著降低柴油机烟灰点燃温度，如例如在JP 2001-17449；WO 03/011437；US2002/0132727；US 2006/018806和US 2002/0197191中所述。不幸的是，这些催化剂通常是挥发性的和/或对过滤器是破坏性的，从而导致不实用的短寿命。另外，这些催化剂仍然需要显著量(substantial amount)的贵金属催化剂，以减少与柴油机烟灰一起排放的HC和CO气体。

还已经将其它氧化物如稀土氧化物(例如，US 4,515,758；US2002/0197191；US 2002/0044897；US 2003/0124037；WO 01/02083)和贱金属氧化物与贵金属催化剂结合使用，以试图降低柴油机烟灰点燃温度同时还催化HC和CO排放物。不幸的是，这些催化剂趋于需要显著量的昂贵的贵金属催化剂和/或稀土氧化物。

因此，期望的是提供一种用于柴油机微粒过滤器的催化剂，其避免现有技术的一个或多个问题，如上述问题中的一个。具体而言，期望的是提供一种催化剂，其消除现有技术中用于氧化烟灰所需的量的昂贵的稀土氧化物和贵金属催化剂，同时还实现长寿命。

发明内容

本发明的第一方面是包含多孔陶瓷的催化烟灰过滤器，在所述多孔陶瓷的至少一部分上具有烟灰催化剂，所述烟灰催化剂包含至少部分涂覆有包含C的陶瓷涂层的碱金属化合物(alkali compound)，所述C与金属、半金属元素或它们的组合结合。令人惊讶地，催化烟灰过滤器显示优异的烟灰燃烧、长寿命，而没有如对于碱金属氧化物(alkali oxide)催化剂常见的快速的碱金属挥发或多孔陶瓷的侵蚀。这特别令人惊讶，因为涂层陶瓷含有碳，其被碱金属催化剂(alkali catalyst)催化，与没有类似地涂覆的碱金属催化剂相比，催化效果如果根本降低了的话，也始终没有明显降低。

本发明的第二方面是一种形成催化烟灰过滤器的方法，所述方法包括将多孔陶瓷体与碱金属化合物接触，用通过加热形成包含C的陶瓷涂层的材料涂覆所述碱金属化合物，所述C与金属、半金属元素或它们的组合结合，和加热所述多孔陶瓷体以形成所述催化烟灰过滤器，所述催化烟灰过滤器包含涂覆有烟灰催化剂的多孔陶瓷体，所述烟灰催化剂包含碱金属化合物，在所述碱金属化合物的至少一部分上涂覆了包含C的陶瓷涂层，所述C与金属、半金属元素或它们的组合结合。

在另一方面，本发明是一种包含碱金属化合物的烟灰催化剂，所述碱金属化合物至少部分地被包含C的陶瓷涂层涂覆，所述C与金属、半金属元素或它们的组合结合。然后可以将烟灰催化剂应用于陶瓷体如蜂窝以制备本发明的第一方面。

烟灰催化剂和催化烟灰过滤器可以用于需要将烟灰从气态流例如汽车、火车、卡车或固定发电设备排气中移除的任何应用中。催化烟灰过滤器特别可用于从柴油发动机排气中移除烟灰。

附图简述

图1是具有本发明的烟灰催化剂的柴油机微粒过滤器(实施例1)相对于具有未涂覆有含碳的陶瓷涂层的相同碱金属催化剂的相同过滤器(比较例1)在负载烟灰1次之后的再生过程(初始再生)中，排气中CO₂浓度的图。

图2是具有本发明的烟灰催化剂的柴油机微粒过滤器(实施例1)相对于具有未涂覆有含碳的陶瓷涂层的相同碱金属催化剂的相同过滤器(比较例1)在柴油发动机上收集烟灰和再生烟灰200小时之后的再生过程中，排气中CO₂浓度的图。

发明详述

催化烟灰过滤器

一方面，本发明是催化烟灰过滤器，烟灰为碳基材料，如以上对于柴油机烟灰所描述的。催化烟灰过滤器包含多孔陶瓷。