[发明专利]汽油颗粒物过滤器

说明书

催化壁流式整料过滤器，其具有用于强制点火内燃发动机的排放处理系统中的三效催化活性，所述催化壁流式整料过滤器包括多孔过滤器基材，所述多孔过滤器基材具有在其间限定纵向的第一面和第二面以及在纵向上延伸的第一和第二多个通道，其中所述第一多个通道在第一面处开放和在第二面处封闭以及第一多个通道的通道部分地由通道壁表面限定，其中所述第二多个通道在第二面处开放和在第一面处封闭以及第二多个通道的通道部分地由通道壁表面限定，和其中第一多个通道的通道壁表面与第二多个通道的通道壁表面之间的通道壁是多孔的，其中具有层厚度的包括催化剂材料的第一壁上涂层至少存在于第一多个通道的通道壁表面上，其中第一多个通道的通道壁表面上的催化材料包括选自(i)仅铑(Rh)；(ii)仅钯(Pd)；(iii)铂(Pt)和铑(Rh)；(iv)钯(Pd)和铑(Rh)；和(v)铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)的一种或更多种铂族金属以及难熔的金属氧化物载体，其中：(i)每单位体积的存在于第一多个通道的通道壁表面上的壁上涂层的一种或更多种铂族金属的重量的量沿着纵向连续变化；和/或(ii)存在于第一多个通道的通道壁表面上的壁上涂层的层厚度沿着纵向连续变化。

技术领域

本发明涉及适合用于车用汽车排放处理系统，尤其是用于强制点火内燃发动机，如汽油火花点火发动机的排放处理系统中的催化壁流式整料过滤器。所述整料提供了用作汽油颗粒物过滤器的补偿发动机废气流的有效方法。

背景技术

强制点火发动机使用火花点火来引起烃与空气混合物的燃烧。与此不同，压燃式发动机通过将烃注入压缩空气中来引起烃(典型地柴油燃料)的燃烧。强制点火发动机可以由汽油燃料、混有包括甲醇和/或乙醇的含氧化合物(oxygenate)的汽油燃料、液化石油气或压缩天然气作为燃料。强制点火发动机可以为化学计量运转的发动机或贫燃运转的发动机。

环境颗粒物质(PM)由大多数作者基于它们的的空气动力学直径 (所述空气动力学直径被定义为与所测量的颗粒在空气中具有相同沉降速率的密度1g/cm³的球体的直径)而划分为以下类别：

(i)PM-10-空气动力学直径小于10μm的颗粒；

(ii)直径小于2.5μm的细颗粒(PM-2.5)；

(iii)直径小于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；以及

(iv)特征在于直径小于50nm的纳米颗粒。

自二十世纪九十年代中期以来，因为细颗粒和超细颗粒可能对健康不利的作用，自内燃发动机排出的颗粒物的粒度分布越来越受到关注。在美国，法律规定了环境空气中PM-10颗粒的浓度。由于健康研究表明人类死亡率与小于2.5μm的细颗粒的浓度之间的强关联性，所以1997年在美国引入了对PM-2.5的新的额外的环境空气质量标准。

现已将兴趣转移到由柴油和汽油发动机产生的纳米颗粒，因为从对在2.5-10.0μm范围内颗粒物的研究发现推断，认为它们比更大尺寸的颗粒物更深入地渗透到人的肺中，并且因此相信它们比更大的颗粒更加有害。

柴油颗粒物的尺寸分布具有对应于颗粒成核和聚集机理的牢固建立的双峰特征，相应的颗粒类型分别被称为核型(nuclei mode)和聚集型(accumulation mode)(参见图1)。如从图1中可以看出，在核型中，柴油PM包括大量保持非常小质量的小颗粒。几乎全部柴油颗粒物具有明显小于1μm的尺寸，即它们包括细颗粒(即归入美国1997年法律范围)、超细颗粒与纳米颗粒的混合物。

相信核型颗粒主要由挥发性冷凝物(烃类、硫酸、硝酸等)构成，并且包含少量的固体材料，例如灰分和碳。聚集型颗粒被认为包含与冷凝物和被吸附材料(重质烃、含硫物质、氮氧化物衍生物等)混杂的固体(碳、金属灰分等)。并不相信粗型(Coarse mode)颗粒在柴油燃烧过程中产生，并且可以通过如沉积和后续的来自发动机汽缸、排放系统或颗粒物取样系统的壁面的颗粒物材料的重新夹带的机理形成。这些类型之间的关系示于图1中。