[发明专利]具有高度过滤效率的催化活性颗粒过滤器

说明书

本发明涉及一种壁流式过滤器，该壁流式过滤器为在通道中具有催化活性涂层的颗粒过滤器，这些通道在通道A的第一端部处的相对封闭端处以气密方式封闭，其中为过滤器的入口区域另外提供干燥粉末‑气体气溶胶，该干燥粉末‑气体气溶胶包含具有高熔点的金属化合物(诸如例如金属氧化物Al203、Si02、Fe02、Ti02、Zn02等)并且相对于废气背压同时改善催化活性和过滤效率程度。

本发明涉及一种壁流式过滤器、其制备方法以及该过滤器用于减少内燃机的有害废气和细微颗粒的用途。

具有和不具有附加催化活性涂层的柴油微粒过滤器或汽油微粒过滤器是用于去除颗粒排放物并减少废气中有害物质的合适聚集体。这些是壁流式蜂窝体，其被称为催化剂支撑体、载体或基材整料。为了满足法律标准，希望当前和未来针对内燃机的废气后处理的应用不仅出于成本原因而且出于安装空间原因而将微粒过滤器与其他催化活性功能组合。催化活性涂层可被定位在表面上或形成该表面的通道的壁中。催化活性涂层通常在所谓的涂覆操作中以悬浮液的形式被施用到催化剂支撑体上。在这方面，许多此类方法在过去由机动车废气催化转化器制造商公布(EP1064094B1、EP2521618B1、WO10015573A2、EP1136462B1、US6478874B1、US4609563A、WO9947260A1、JP5378659B2、EP2415522A1、JP2014205108A2)。与相同尺寸的流通式支撑体相比，使用微粒过滤器(无论是否经催化涂覆)导致废气背压显著增大，并且因此导致发动机扭矩减小或可能导致燃料消耗增加。为了甚至不进一步增大废气背压，催化转化器的催化活性贵金属的氧化载体材料或氧化催化剂材料的量通常在过滤器的情况下比在流通式支撑体的情况下以更小的量施用。因此，经催化涂覆的微粒过滤器的催化效果经常不如相同尺寸的流通式整料的催化效果。

人们已经做出了一些努力来提供由于活性涂层而具有良好催化活性但仍具有优选低废气背压的微粒过滤器。关于低废气背压，已证明有利的是催化活性涂层不作为多孔壁流式过滤器的通道壁上的层存在；相反，过滤器的通道壁改为散布有催化活性材料(WO2005016497A1、JPH01-151706、EP1789190B1)。为此，选择催化涂层的粒度，使得颗粒渗透到壁流式过滤器的孔中并且可通过煅烧将颗粒固定在那里。具有壁内涂层的催化活性过滤器的缺点是催化活性物质的量受到多孔壁的吸收容量的限制。

已发现，通过将催化活性物质施用到壁流式蜂窝体的通道壁的表面，可实现废气中有害物质的转化的增加。具有催化活性材料的壁上涂层和壁内涂层的组合也是可能的，因此可在不显著增加背压的情况下进一步提高催化性能。

除了催化效果，可通过涂层改善的过滤器的另一个功能是其过滤效率，即过滤效果本身。WO 2011151711A1描述了一种方法，通过该方法将干燥气溶胶施用到未涂覆或经催化涂覆的过滤器，该过滤器在通道壁中携带催化活性材料(具有修补基面涂料的壁内涂层)。气溶胶通过分布高熔点粉末状金属氧化物来提供，并且通过气流引导气溶胶通过壁流式过滤器的入口侧。在这种情况下，粒度为0.2μm至5μm的单个颗粒附聚以形成颗粒的桥接网络，并且穿过壁流式过滤器作为层沉积在单个入口通道的表面上。过滤器的典型粉末载量介于每升过滤器体积5g和50g之间。明确指出的是，不希望用金属氧化物在壁流式过滤器的孔内获得涂层。

用于提高无催化活性的过滤器的过滤效率的另一种方法在WO2012030534A1中有所描述。在这种情况下，通过经由颗粒气溶胶沉积陶瓷颗粒，在入口侧的流动通道的壁上形成过滤层(“识别层”)。该层由锆、铝或硅的氧化物组成，优选为1nm至5μm范围内的纤维形式，并且具有大于10μm、通常25μm至75μm的层厚度。在涂覆过程之后，在热过程中煅烧所施用的粉末颗粒。

在专利说明书US8277880B2中描述了另一种方法，在该方法中，在过滤器入口通道的表面上形成膜(“捕集层”)，以提高无催化活性的壁流式过滤器的过滤效率。通过抽吸填充有陶瓷颗粒(例如碳化硅、堇青石)的气流通过入口通道，在入口通道的表面上形成过滤膜。在施用过滤层之后，在高于1000℃的温度焙烧蜂窝体，以增大粉末层在通道壁上的粘合强度。EP2502661A2和EP2502662B1提及了通过粉末施用的另外的壁上涂层。