專利名稱：為含有兩種不同局部結(jié)構(gòu)的催化劑載體涂覆催化活性涂層的方法,和由此得到的催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)含有兩種不同局部結(jié)構(gòu)的催化劑載體涂覆催化活性涂層方法，以及由該方法得到的催化劑。
含有兩種不同局部結(jié)構(gòu)的催化劑載體越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車廢氣催化領(lǐng)域。它們主要是從廢氣，特別是柴油機(jī)廢氣中去除炭黑顆粒的過(guò)濾體。
過(guò)去，公開(kāi)了多種用于此用途的過(guò)濾器類型。所謂的壁流過(guò)濾器得到廣泛應(yīng)用。在此，其為有著圓柱外形的整塊過(guò)濾體，平行的廢氣氣流通道從入口端面通過(guò)該過(guò)濾體直至出口端面。該過(guò)濾體由一致的多孔性陶瓷材料構(gòu)成并通過(guò)例如擠出制成。為了發(fā)揮過(guò)濾器的作用，入口和出口端面處的氣流通道交替閉合，從而使得氣流通道被分成進(jìn)口和出口通道，并且當(dāng)廢氣通過(guò)該過(guò)濾體流動(dòng)時(shí)，廢氣不得不通過(guò)通道之間的多孔隔壁從進(jìn)口通道到達(dá)出口通道。在此，廢氣中含有的炭黑顆粒從廢氣流中過(guò)濾出來(lái)，并沉積在入口通道壁上。
另一種過(guò)濾器類型例如在文獻(xiàn)DE 197 04 147 A1和DE 201 17 873U1中得到了描述。為了從通過(guò)過(guò)濾體的氣流中除去顆粒，該過(guò)濾器類型的過(guò)濾體包括不透氣的第一層和透氣的第二層，其這樣設(shè)置使得形成廢氣可以流動(dòng)通過(guò)的通道。該透氣的第二層由多孔的過(guò)濾器墊組成，而該不透氣的第一層配有葉片(paddle)，這些葉片突入可流動(dòng)通過(guò)的通道，并將廢氣主要導(dǎo)向多孔的第二層和引導(dǎo)廢氣通過(guò)該多孔的第二層。這些過(guò)濾器的特別優(yōu)點(diǎn)在于較不會(huì)因?yàn)樘亢诔练e而發(fā)生堵塞。因此這些過(guò)濾器含有兩種不同的局部結(jié)構(gòu)，即多孔的過(guò)濾器墊和不透氣的第一層。為了將這種類型的過(guò)濾體同壁流過(guò)濾器區(qū)分開(kāi)來(lái)，下面也將該類型的過(guò)濾體稱為過(guò)濾器催化劑。
除了從廢氣中沉積和去除炭黑顆粒之外，經(jīng)常還需進(jìn)行廢氣的和/或加入廢氣的組分如尿素的催化處理。為達(dá)到這個(gè)目的，可以對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行催化涂覆。這些涂層可以是含有作為催化活性組分的鉑和/或鈀的氧化活性涂層，或者是含有如氧化鈰和/或氧化釩的炭黑點(diǎn)燃涂層。同樣已知一些涂層具有其它催化作用，例如儲(chǔ)存氮的氧化物和將氮的氧化物用氨進(jìn)行選擇催化還原。
這些過(guò)濾器的催化涂層優(yōu)選是所謂的分散涂層，在這些分散涂層中，催化活性組分在如活性氧化鋁的細(xì)分載體材料上以高度分散的形式存在。這種類型的涂層確保最佳地利用這些催化活性組分的催化潛能。涂覆有催化活性組分的載體材料在下面稱為催化劑材料。
為了涂覆過(guò)濾體，首先將催化劑材料分散在通常為水的載液中。然后，例如將分散體注入過(guò)濾體中，將過(guò)濾體浸入分散體中或者將分散體吸入或泵入過(guò)濾體中，從而形成涂層。然后通過(guò)壓縮空氣吹出或通過(guò)吸出來(lái)除去多余的涂層分散體。隨后，干燥和/或在300-900℃溫度下煅燒該涂層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在300-700℃溫度下進(jìn)行熱處理。此處描述的技術(shù)是汽車廢氣催化領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，所以不需要詳細(xì)解釋了。
過(guò)濾器催化劑的涂覆中的一個(gè)重大問(wèn)題在于它的兩種局部結(jié)構(gòu)有著不同的涂層分散體吸收能力。在過(guò)濾器催化劑的情況下，涂覆在過(guò)濾體上的涂層分散體的大部分沉積在多孔的過(guò)濾器墊中。這些孔因此堵塞從而失去過(guò)濾作用。然后，過(guò)濾體就只能作為具有增強(qiáng)的廢氣反壓的、簡(jiǎn)單的氣流通過(guò)的整塊材料起作用。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題和缺陷。此外，本發(fā)明旨在提供一種方法，該方法使得可以在含有兩種具有不同涂層分散體吸收能力的不同局部結(jié)構(gòu)的催化劑載體上涂覆催化活性涂層，其中可以基本上相互獨(dú)立地調(diào)節(jié)局部結(jié)構(gòu)中的涂層濃度。特別地，應(yīng)當(dāng)避免由于涂層分散體的過(guò)量沉積而影響催化劑載體的多孔局部結(jié)構(gòu)的功能，或甚至因此而完全報(bào)廢。
該目的可通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)通過(guò)催化劑載體的預(yù)涂覆來(lái)改變至少一個(gè)局部結(jié)構(gòu)的吸收能力，然后涂覆催化涂層。優(yōu)選地，相互之間相對(duì)地改變局部結(jié)構(gòu)的吸收能力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)局部結(jié)構(gòu)的孔填充、親水和/或疏水處理來(lái)改變吸收能力。優(yōu)選通過(guò)局部結(jié)構(gòu)的孔填充和/或疏水處理來(lái)改變吸收能力。優(yōu)選用已知方式在過(guò)濾體上涂覆催化涂層。在涂覆之后，干燥和/或煅燒涂層。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在涂覆催化材料和用至少一種預(yù)涂覆介質(zhì)預(yù)涂覆之后進(jìn)行干燥和/或煅燒。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在催化涂層的熱處理中去除預(yù)涂覆介質(zhì)。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)額外的措施，如優(yōu)選為進(jìn)一步的熱處理來(lái)去除預(yù)涂覆劑。
催化載體的預(yù)涂覆優(yōu)選使用至少一種能燒掉的材料和/或至少一種能蒸發(fā)或揮發(fā)的材料作為預(yù)涂覆介質(zhì)。
優(yōu)選使用可與水混溶的液體、與水不可混溶的液體或水作為可蒸發(fā)或揮發(fā)的材料。
優(yōu)選使用聚乙烯醇、蠟或其它疏水物質(zhì)作為能燒掉的材料。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，這些材料以溶液或乳狀液的形式進(jìn)行涂覆，并優(yōu)選在涂覆催化涂層之前進(jìn)行干燥。這樣，優(yōu)選地在至少一種局部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行疏水處理。
優(yōu)選使用可與水混溶的液體如醇或者與水不可混溶的有機(jī)液體如烴來(lái)進(jìn)行預(yù)涂覆和孔填充。特別優(yōu)選使用水。
該方法特別適合于涂覆所謂的過(guò)濾器催化劑，該催化劑的特征在于有著兩種具有不同的孔隙率并因而具有不同的涂層分散體吸收能力的局部結(jié)構(gòu)。該過(guò)濾器催化劑的第一局部結(jié)構(gòu)包含例如多孔的過(guò)濾器墊，而第二局部結(jié)構(gòu)包含無(wú)孔的、例如光滑的金屬箔片。
優(yōu)選地通過(guò)與至少一種預(yù)涂覆介質(zhì)接觸來(lái)進(jìn)行催化劑載體的預(yù)涂覆。
催化劑載體的預(yù)涂覆優(yōu)選地通過(guò)浸入水或液態(tài)蠟中來(lái)進(jìn)行。由此，多孔的局部結(jié)構(gòu)的孔部分地或全部地被預(yù)涂覆液體填充，從而使得在接下來(lái)的涂覆中，涂層分散體再也不能滲透至多孔局部結(jié)構(gòu)的深處。在催化劑載體完全浸入之后，可通過(guò)相應(yīng)的吹氣或干燥來(lái)調(diào)節(jié)部分填充。另一種特別適合的方法是吸入，在該方法中將過(guò)濾體的一個(gè)端面放入液體中，而所述液體通過(guò)毛細(xì)管力有選擇地升入催化劑載體的多孔局部結(jié)構(gòu)中。通過(guò)這種方法，可以有目的地相互之間相對(duì)地改變兩種局部結(jié)構(gòu)的涂層分散體吸收能力。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一種預(yù)涂覆介質(zhì)含有催化活性材料或其前體。
在去除預(yù)涂覆介質(zhì)步驟后，該催化活性材料或其前體至少保留在至少一種，優(yōu)選多孔的局部結(jié)構(gòu)上，并因此形成一種另外的催化涂層。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在用水預(yù)涂覆有著兩種局部結(jié)構(gòu)的催化劑載體時(shí)，將硝酸鈰加入水中，在優(yōu)選地于無(wú)孔局部結(jié)構(gòu)上涂覆涂層分散體之后，并在干燥和/或煅燒之后，硝酸鈰以氧化鈰的形式殘留在多孔局部結(jié)構(gòu)之上。從而，可形成一種在至少一種局部結(jié)構(gòu)和/或在兩個(gè)局部結(jié)構(gòu)之上具有不同組成和/或功能的涂層的催化劑。
對(duì)過(guò)濾器催化劑進(jìn)行涂層測(cè)試，該過(guò)濾器催化劑具有一種有著不同纖維直徑的非織造織物作為多孔局部結(jié)構(gòu)和波紋形金屬箔片作為第二無(wú)孔局部結(jié)構(gòu)，測(cè)得的結(jié)果是，當(dāng)非織造織物的纖維直徑是22μm時(shí)，涂層材料總質(zhì)量的95％沉積在非織造織物里，而只有5％沉積在金屬箔片上。當(dāng)非織造織物的纖維直徑只有12μm時(shí)，該比率為98％比2％。
通過(guò)用水預(yù)涂覆過(guò)濾器催化劑，可以達(dá)到涂層材料總質(zhì)量的至多80％，優(yōu)選至多50％，和特別優(yōu)選至多30％沉積在非織造織物上。由此防止過(guò)濾器催化劑的多孔局部結(jié)構(gòu)的過(guò)濾功能被涂層破壞。
權(quán)利要求
1.一種使用涂層分散體在催化劑載體上涂覆催化活性涂層的方法，該催化劑載體含有至少兩種在涂層分散體吸收能力方面不同的局部結(jié)構(gòu)，其中通過(guò)催化劑載體的預(yù)涂覆改變至少一個(gè)局部結(jié)構(gòu)的吸收能力，然后涂覆催化涂層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)涂覆使用一種能燒掉的、能揮發(fā)的和/或能蒸發(fā)的材料來(lái)進(jìn)行。
3.權(quán)利要求2的方法，其中使用聚乙烯醇、蠟或蠟乳狀液作為能燒掉的材料。
4.權(quán)利要求2的方法，其中使用水進(jìn)行預(yù)涂覆。
5.權(quán)利要求2的方法，其中使用可與水混溶的液體進(jìn)行預(yù)涂覆。
6.權(quán)利要求5的方法，其中使用醇作為可與水混溶的液體。
7.權(quán)利要求2的方法，其中使用與水不可混溶的有機(jī)液體進(jìn)行預(yù)涂覆。
8.權(quán)利要求7的方法，其中使用烴作為與水不可混溶的有機(jī)液體。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中所述預(yù)涂覆介質(zhì)含有催化活性材料和/或其前體。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其中使用過(guò)濾器催化劑載體作為催化劑載體，該過(guò)濾器催化劑載體具有一種多孔的過(guò)濾器墊作為第一局部結(jié)構(gòu)和一種無(wú)孔的金屬箔片作為第二局部結(jié)構(gòu)。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其中預(yù)涂覆是通過(guò)將催化劑載體浸入預(yù)涂覆介質(zhì)或?qū)㈩A(yù)涂覆介質(zhì)吸入催化劑載體來(lái)進(jìn)行的。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其中該催化涂層在施涂之后進(jìn)行干燥和/或煅燒。
13.可由權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的方法制得的催化劑。
14.含有催化劑載體和涂覆在該催化劑載體上的催化活性涂層的催化劑，該催化劑載體具有至少兩種局部結(jié)構(gòu)，其中第一局部結(jié)構(gòu)有著高孔隙率而第二局部結(jié)構(gòu)有著低孔隙率，和總質(zhì)量的催化活性涂層存在于催化劑載體上，其中至多涂層總質(zhì)量的80％存在于有著高孔隙率的局部結(jié)構(gòu)上。
15.權(quán)利要求14的催化劑，其中涂層總質(zhì)量的至多50％存在于有著高孔隙率的局部結(jié)構(gòu)上。
16.權(quán)利要求14的催化劑，其中涂層總質(zhì)量的至多30％存在于有著高孔隙率的局部結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用涂層分散體在催化劑載體上涂覆催化活性涂層的方法，其中該催化劑載體具有至少兩種在涂層分散體吸收能力方面不同的局部結(jié)構(gòu)。該方法的特征在于通過(guò)使用一種能燒掉的材料或使用液體預(yù)涂覆該催化劑載體而使得局部結(jié)構(gòu)的吸收能力彼此相對(duì)改變，然后用已知的方式將催化涂層涂覆在該過(guò)濾體上，干燥和/或煅燒。
文檔編號(hào)B01D46/10GK1720390SQ200380104741
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者R·羅梅斯萊, T·克羅伊策, E·洛克斯 申請(qǐng)人:尤米科爾股份公司及兩合公司