[发明专利]钛酸铝多孔结构

说明书

本发明涉及多孔结构，如催化剂载体或者颗粒过滤器，其构成过滤和/或活性部分的材料基于钛酸铝。形成根据本发明的载体或陶瓷过滤器的基础的陶瓷材料或者主要由元素Al、Ti的氧化物构成。所述多孔结构最通常是蜂窝状结构并且特别地用于柴油类型内燃机的排气管道中。

在本说明书的后面部分中，为了方便起见并且根据在陶瓷领域的习惯，将通过参考相应的简单氧化物(例如Al₂O₃或TiO₂)描述所述包含所述元素的氧化物。特别地，在下面说明书中，除非另外提到，所述构成根据本发明的氧化物的不同元素的比例通过参考相应简单的氧化物的重量以相对于在所描述化学组成中存在的氧化物的总量的重量百分比给出。

在本说明书的剩余部分中，将描述在可以除去在来自汽油或者柴油内燃机的废气中包含的污染物的过滤器或者催化剂载体的特定领域(本发明涉及的领域)中的应用和优点。目前，所有用于净化废气的结构通常都具有蜂窝状结构。

据已知，在它的使用期间，颗粒过滤器经受一系列的过滤(烟灰积累)和再生(烟灰去除)阶段。在过滤阶段期间，由发动机排出的烟灰颗粒被保留和沉积在过滤器内部。在再生阶段期间，烟灰颗粒在过滤器内部被烧掉以便恢复其过滤性能。因此将理解的是，构成过滤器的材料在低温和高温时的机械强度性质对于这种应用是极其重要的。同样地，该材料必须是具有足够稳定的结构以经受，尤其在在其中装备它的交通工具的整个寿命期间，可局部升高达1000℃以上的温度，尤其如果一些再生阶段控制不良的话。

目前，过滤器主要地由多孔陶瓷材料制成，最通常地由金刚砂或者堇青石制成。这种类型的金刚砂催化过滤器例如描述在专利申请EP816065、EP1142619、EP1455923或者WO2004/090294和WO2004/065088中。这种过滤器可以获得具有优异的热导率和具有孔隙度特征(特别地平均孔径和孔径分布)的化学上惰性的过滤结构，其对于过滤由内燃机产生的烟灰的应用是理想的。

然而，仍然存在一些这种材料特有的缺点：

第一个缺点与SiC的稍微高的热膨胀系数(大于3×10^-6K^-1)有关，这不允许制备大尺寸的整料过滤器并且最经常必须将该过滤器分割成多个使用胶合剂结合在一起的蜂窝状元件，如在专利申请EP1455923中描述的那样。经济性的第二个缺点与极其高的允许烧结(以确保该蜂窝状结构的足够的热机械强度)的烧制温度(典型地高于2100℃)有关，特别地在过滤器的连续再生阶段期间更如此。这种温度要求安装特殊设备，这显著地提高了最后获得的过滤器的成本。

另一方面，虽然由堇青石制成的过滤器是已知的并且使用很长时间了(由于它们的低成本)，然而目前已知的是，在这种结构中可能遇到问题，特别地在控制不良的再生循环期间，在其期间，过滤器可能局部地经受高于堇青石的熔点的温度。这些热点的后果可为从过滤器的效率的部分损失至在最严重的情况下它完全的破坏。而且，堇青石不具有足够的化学惰性(考虑连续的再生循环期间达到的温度)，并因此它易于反应并被来源于在该过滤阶段期间已经积累在该结构中的润滑剂、燃料或其它油的残余物的物类腐蚀，该现象还可以是该结构的性能快速退化的原因。

例如，这种缺点已经描述在专利申请WO2004/011124中，其提出用多铝红柱石(10-40重量%)增强的基于钛酸铝(60-90重量%)的过滤器以克服它们，其耐用性得到改善。

根据另一实施方案，专利申请EP1559696提出使用粉末以制备通过在1000-1700℃使铝、钛和镁的氧化物反应性烧结获得的蜂窝式过滤器。在烧结之后获得的材料呈两种相的混合物形式：假板钛矿Al₂TiO₅结构类型的主相，其包含钛、铝和镁，和Na_yK_1-yAlSi₃O₈类型的长石次相。

然而，由申请人进行的实验已经表明在目前难于保证这种基于钛酸铝类型材料的结构的性能，特别地难于达到适合于例如使它们能直接地用于颗粒过滤器类型的高温应用中的热稳定性、热膨胀系数的值。

本发明的目的因此是提供多孔结构，其包含具有得到明显改善的如上所述性质的氧化物材料，尤其以使得它们更有利地用于制备过滤和/或催化多孔结构，典型地蜂窝状结构。

更确切地说，本发明涉及包含陶瓷材料的多孔结构，该陶瓷材料的化学组成包含，基于氧化物以重量%计：

-大于25%并低于52%的Al₂O₃；