[發(fā)明專利]經(jīng)由氣體運(yùn)載的多孔組件在多孔陶瓷過濾器上施加區(qū)別層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180042235.1
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN103270002A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·J·皮茲克;蔡軍;A·索克霍雅克;R·A·紐曼
• 申請（專利權(quán)）人: 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號: C04B41/45
• 分類號: C04B41/45;C04B41/87;B01J35/04;B01J37/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 吳亦華

本申請要求享受美國臨時(shí)專利申請No.61/379,210的優(yōu)先權(quán)。

本申請涉及制備多孔陶瓷過濾器和載體材料的方法。

多孔陶瓷材料用于多種過濾應(yīng)用中并且用作各種應(yīng)用中的催化劑載體。多孔陶瓷材料的一種重要用途為用于處理來自燃燒過程的廢氣，所述廢氣包括例如來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣。多孔陶瓷材料被用于過濾來自所述廢氣的煙灰粒，并且在一些情況下被用于攜帶可將廢氣中的某些組分(例如NO_x化合物)催化化學(xué)轉(zhuǎn)化為無害化合物(例如N₂和H₂O)的催化劑材料。

多種類型的陶瓷過濾器用于這些應(yīng)用中，所述應(yīng)用中包括例如針狀莫來石、堇青石和碳化硅。

這些過濾器中存在幾個(gè)值得注意的實(shí)際問題。一個(gè)問題在于這些過濾器的孔通常顯著大于想用其除去的煙灰或其它顆粒。煙灰粒特別可比所述孔小2個(gè)數(shù)量級以上。尺寸小的顆粒使得其中許多顆粒可通過所述過濾器，而非被截留。在運(yùn)行早期過濾器清潔時(shí)該問題特別嚴(yán)重。在持續(xù)運(yùn)行期間，這些小顆粒中的一些最終被截留于所述過濾器中，從而實(shí)際上隨著截留顆粒的累積而減小所述孔徑。結(jié)果，所述過濾器在使用一段時(shí)間后過濾效率得到稍微改善。在一些應(yīng)用中，例如汽車廢氣過濾器中，累積的煙灰周期性地?zé)M，在此后所述過濾器再次開始效率變低直到累積了另一煙灰層。因此，在過濾器的使用期限期間通常會出現(xiàn)效率降低和煙灰粒或其它顆粒污染物逸散的問題。希望提供一種可捕獲極小煙灰粒且在運(yùn)行最初階段也具有高過濾效率的過濾器。

一種提供該過濾器的方法為降低所述過濾器壁的孔的尺寸，但降低孔徑極顯著地提高了所述過濾器上的壓力降。較高的壓力降或?qū)е虏僮鲏毫^高(這提高了所述過濾器施加在上游裝置如內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)載)，或?qū)е峦ㄟ^所述過濾器的氣體流速比較緩慢，或?qū)е聝煞N情況均出現(xiàn)。為此，簡單降低通過所述過濾器壁的孔的尺寸并非適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。

另一種方法為將薄的區(qū)別層(discriminating?layer)施加于所述過濾器壁的表面。施加的區(qū)別層具有比所述過濾器壁小的孔，從而使得所述過濾器甚至在運(yùn)行最初階段也可捕獲小顆粒。原則上，可實(shí)現(xiàn)該效果而在過濾器上并無過大的壓力降增量(與無涂層的過濾器的實(shí)測值相比)。這是因?yàn)樗鰠^(qū)別層比較薄，因此氣體僅須穿過短距離的所述區(qū)別層的高度壓縮的小孔。一旦氣體通過該區(qū)別層，它們則進(jìn)入并穿過所述過濾器壁的較大孔，由此它們可以更容易地流過且所述過濾器的壓力降較小。

用于將所述區(qū)別層施加于陶瓷過濾器的常規(guī)方法為淤漿法。將小顆粒分散到液體中以形成漿體，然后可使所述漿體經(jīng)過所述過濾器。隨著所述漿體經(jīng)過所述過濾器，顆粒沉積于所述過濾器壁表面上形成薄涂層。然后將該涂層干燥并煅燒以制備區(qū)別層。然后，因?yàn)樵撨^濾器是多孔的，所以所述漿體將因毛細(xì)管作用而填充進(jìn)入過濾器孔以占據(jù)所述過濾器孔中的一些。這堵塞了所述孔并導(dǎo)致壓力降提高，當(dāng)然也浪費(fèi)涂覆材料。當(dāng)將所述涂層干燥并煅燒時(shí)產(chǎn)生了其它問題。這些步驟必須小心實(shí)施以避免產(chǎn)生裂紋并達(dá)到所需的機(jī)械強(qiáng)度。因?yàn)楸仨毘ポd液，所以這些干燥和煅燒步驟傾向于是緩慢、耗能并且昂貴的。該方法的另一問題是當(dāng)所述過濾器壁表面高度多孔并且/或者具有較大的孔時(shí)該方法不能良好地實(shí)施。在那些情況下，由于較大數(shù)量的顆粒滲透通過所述過濾器壁中的孔，所述孔易于堵塞。為了使得所述方法在這些情況下奏效，常常必須首先用犧牲材料填充所述壁的孔，隨后沉積區(qū)別層。然后將所述犧牲層燒除。另一方式為將幾個(gè)獨(dú)立層依次相繼沉積，其中以較大顆粒開始沉積然后以越來越小的顆粒進(jìn)行沉積。該方法通常需要在獨(dú)立沉積步驟之間進(jìn)行熱處理/煅燒。這兩種方式均十分昂貴。

因此，需要一種用于在陶瓷過濾器上形成區(qū)別層的更好的更高效的方法。

EP?1?775?022描述了一種用于在多孔載體上沉積多孔催化劑涂層的方法。在該方法中，由含所述催化劑或催化劑前體的溶液形成氣溶膠。使該氣溶膠穿過加熱區(qū)，其中分離出溶劑，從而產(chǎn)生催化劑或催化劑前體的極細(xì)微顆粒。然后使含有這些顆粒的氣流穿過多孔過濾器，在該多孔過濾器中這些顆粒沉積在所述過濾器孔的表面上。將所述含有捕獲顆粒的過濾器再次加熱以形成催化劑層。在EP?1?775?022中所述的方法中，將催化劑或催化劑前體材料沿所述過濾器的孔的壁沉積。這最大化了所施加催化劑的表面積，這對于以獲得快反應(yīng)速率為目的的催化應(yīng)用而言是重要的。EP?1?775?022并未記載區(qū)別層的形成。