用于將區別層施加到多孔陶瓷過濾器上的方法技術

一種在具有至少一個多孔壁的陶瓷載體上形成多孔區別層的方法，其通過：(a)產生包含顆粒團聚物的氣流，和(b)鍛燒所述沉積層以形成區別層。所述顆粒的至少一部分是耐燒結性材料或耐燒結性材料前體。所述顆粒的尺寸為0.01至5微米，且所述團聚物的尺寸為10至200微米。該方法是一種在多孔壁上形成區別層的廉價有效的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本申請要求2010年9月I日提交的美國臨時專利申請號61/379，215的優先權。本專利技術涉及制備多孔陶瓷過濾器和載體材料的方法。多孔陶瓷材料用于許多過濾應用，且用作多種應用中的催化劑載體。多孔陶瓷材料的一個重要用途是處理來自燃燒過程的廢氣，包括例如來自內燃發動機的廢氣。多孔陶瓷材料被用于過濾來自廢氣的煙灰顆粒，且在某些情況下，用于攜帶可以催化廢氣的某些組分(比如NOx化合物)化學轉化成環境友好化合物(比如N2和H2O)的催化材料。在這些應用中使用多種類型的陶瓷過濾器，包括例如針形莫來石、堇青石和碳化硅等。這些過濾器具有一些顯著的實際問題。一個問題是這些過濾器的孔通常遠大于用它們除去的煙灰或其它顆粒。煙灰顆粒特別地可以比孔小2個數量級以上。顆粒的尺寸小，能夠穿過過濾器而不是被截留。在操作早期，當過濾器很干凈時，該問題特別嚴重。在連續操作期間，由于截留的顆粒積聚而實際上了減小了孔徑，因此這些小顆粒的一些最終截留在過濾器中。因此，在過濾器已經使用一段時間之后過濾效率多少有些改善。在某些應用比如汽車廢氣過濾器中，積聚的煙灰定期燒盡，其后過濾器效率再次變低直到再次積聚煙灰層。因此，在過濾器的壽命期間，效率降低和煙灰顆粒或其它顆粒污染物的脫逸的問題可能經常發生。期望提供一種可以截留非常小的煙灰顆粒且也在操作初期顯示出高過濾效率的過濾器。實現這點的一種方式是減小過濾器壁的孔的尺寸，但是減小孔徑會非常顯著地增加過濾器的壓降。壓降越高會導致操作壓力較高(其增加過濾器強加在上游裝置比如內燃機上的負擔)或穿過過濾器的氣體流速越慢(或者兩者)。為此，僅僅減小過濾器壁的孔的尺寸不是一種妥善解決方式。另一種方式是向過濾器壁的表面施加薄的區別層(discriminating layer)。施加的區別層具有比過濾器壁更小的孔，從而允許過濾器甚至在操作初期截留小顆粒。一般地，這種作用的獲得不會過大地增加過濾器的壓降(與無涂層的過濾器所觀察到的相比)。這是因為區別層很薄，因此氣體只需短距離地橫跨區別層的高度收縮的小孔。一旦氣體穿過該區別層，它們則進入并穿過過濾器壁的更大孔，由此它們可以更容易流過且過濾器上的壓降更小。向陶瓷過濾器施加這種區別層的常見方法是通過淤漿法。小顆粒分散到液體中，形成漿液，然后其穿過過濾器。顆粒在其穿過時沉積在過濾器壁表面上，形成薄涂層。然后，將該涂層干燥并鍛燒以制備區別層。然而，因為過濾器是多孔的，漿液將通過毛細管作用滲入過濾器孔，占據過濾器的一些孔。這會堵塞所述孔，導致壓降增加，同時也浪費涂層材料。當干燥和鍛燒涂層時，出現其它問題。這些步驟必須小心地進行，以避免裂縫并獲得需要的機械強度(physical strength)。因為必須除去載體液體,這些干燥和鍛燒步驟傾向于是緩慢、耗能且昂貴的。采用該方法的另一個問題是當過濾器壁的表面是高度多孔和/或具有大的孔時，其不能良好地進行。在那些情形中，由于大量顆粒穿過孔的滲入，過濾器壁中的孔易于被堵塞。為了使該方法在那些情形中起作用，人們通常不得不首先用犧牲材料(sacrificial material)填充所述壁的孔,接著沉積區別層。然后，將犧牲層燒盡。另一種方法是逐個地連續沉積幾個單獨的層，從大顆粒開始，之后用越來越小的顆粒進行。該方法通常需要在每個沉積步驟之間進行加熱處理/鍛燒。這兩種方法都相當昂貴。因此，期望一種在陶瓷過濾器上形成區別層的更好且更有效的方法。EP I 775 022描述了一種將多孔催化劑涂層沉積在多孔載體上的方法。在該方法中，氣溶膠由催化劑或催化劑前體的溶液形成。該氣溶膠直接穿過加熱區，驅走溶劑后，產生催化劑或催化劑前體的非常細的顆粒。然后，使包含這些顆粒的氣流直接穿過多孔過濾器，其中它們沉積在過濾器孔的表面上。將包含截留顆粒的過濾器再次加熱，以形成催化劑層。在如EP I 775 022中描述的方法中，催化劑或催化劑前體材料沿著過濾器孔的壁沉積。這使得施加的催化劑的表面積最大化，其在催化應用以獲得快速反應速率方面很重要。EP I 775 022沒有描述形成區別層。采用許多陶瓷過濾器的另一個問題是很難制備沒有小缺陷的過濾器。所述缺陷可以有多種形式，包括例如小的裂縫和孔，以及在某些情況下，過濾材料晶體結構的缺陷。這些缺陷可以導致大量的不合格部件，除非提供用于修復缺陷的一些經濟的方法。本專利技術的一個方面是一種在具有至少一個多孔壁的陶瓷載體上形成多孔區別層的方法，其包括:(a)使包含顆粒團聚物的氣流從所述至少一個多孔壁的進氣口側穿過所述至少一個多孔壁流至所述至少一個多孔壁的出氣口側，導致至少一部分團聚物沉積，從而在所述至少一個多孔壁的進氣口側形成團聚物、它們的組成顆粒或兩者的沉積層，其中(I)構成顆粒團聚物的至少一部分顆粒由陶瓷材料或陶瓷材料前體制成，(2)構成顆粒團聚物的顆粒的尺寸為0.01至5微米(μ m)，(3)所述團聚物的尺寸為10至200微米，和(4)所述沉積層僅延伸穿過至少一個多孔壁厚度的一部分，和(b)鍛燒所述沉積層以形成區別層。本專利技術的該方面的方法是一種在多孔過濾器上形成區別層的非常有效且經濟的方法。在該方法中，施加的顆粒團聚物幾乎全部截留在過濾器多孔壁的進氣口表面(或壁中的缺陷處)，以在所述壁的進氣口表面形成非常薄(通常厚度不超過100微米，且優選地厚度不超過30-50微米)的團聚物和/或它們的組成顆粒的層。盡管團聚物的尺寸稍大，但是截留的材料不會阻塞過濾器壁中的孔，且除了過濾器壁中的缺陷位置，團聚物和/或它們的組成顆粒傾向于以至多非常少量沉積到所述載體壁孔的內表面。因此，除了接近或在施加區別層的表面上，所述載體壁的孔徑很大程度上未改變。一旦進行鍛燒步驟，沉積的顆粒形成薄的、多孔區別層，其孔徑顯著小于無涂層載體壁的孔徑。結果，過濾器通常在很寬過濾粒徑范圍內具有非常好的過濾效率，且顯示出良好的初始過濾效率。該過濾器也產生壓降，該壓降在許多情況下不會顯著地大于無涂層的載體在相同操作條件下產生的壓降。本專利技術的另一個優點是，如果需要，區別層可以僅僅施加于載體多孔壁的一側。這樣，壁的另一側在需要的情況下可用于沉積催化材料或其它功能材料。因為在這些實施方案中沒有任何區別層施加于壁的另一側，因此在已經施加區別層之后，仍然可能需要接著將催化材料或其它功能材料沉積在另一側的表面上，或者沉積到多孔壁的孔中。 在某些實施方案中，本專利技術的另一個優點是鍛燒步驟可以與在制備以之為基礎的載體和/或制成品中所需要的其它加熱處理步驟同時進行。例如，鍛燒步驟可以與燒盡步驟或在載體上進行的其它最終加熱步驟同時進行。這樣的步驟的一個實例從針形莫來石載體除去殘余氟的最終加熱處理步驟。鍛燒步驟也可以與焙燒表層或通道蓋材料(skin orchannel cap materials)同時進行。將這些熱處理步驟合并的能力指鍛燒步驟在許多情況下可以在沒有或幾乎沒有增加的成本下進行。本專利技術也是一種修復陶瓷載體的缺陷的方法，所述陶瓷載體具有至少一個有孔的多孔壁和至少一個導致所述多孔壁具有比孔更大的開口(opening)的缺陷，其包括(a)使包含顆粒團聚物的氣流從所述多孔壁的進氣口側穿過載體和穿過所述多孔壁的缺陷流到所述至少一個多孔壁的出氣口側，使得團聚物、它們的組成顆粒或兩者積本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.01 US 61/379,2151.一種在具有至少一個多孔壁的陶瓷載體上形成多孔區別層的方法，其包括:(a)使包含顆粒團聚物的氣流從所述至少一個多孔壁的進氣口側穿過所述至少一個多孔壁流至所述至少一個多孔壁的出氣口側，導致至少一部分團聚物沉積，從而在所述至少一個多孔壁的進氣口側形成團聚物、它們的組成顆粒或兩者的沉積層，其中(I)構成顆粒團聚物的至少一部分顆粒由陶瓷材料或陶瓷材料前體制成，(2)構成顆粒團聚物的顆粒的尺寸為0.0l至5微米(μ ), (3)所述團聚物的尺寸為10至200微米,和⑷所述沉積層僅延伸穿過至少一個多孔壁厚度的一部分，和(b)鍛燒所述沉積層以形成區別層。2.權利要求1的方法，其中所述顆粒團聚物包括莫來石前體顆粒，且在步驟(b)期間，該莫來石前體顆粒形成莫來石。3.權利要求1或2的方法，其中所述載體為針形莫來石。4.權利要求1-3中任一項的方法，其中所述顆粒團聚物包括至少一種功能材料的顆粒。5.權利要求4的方法，其中所述功能材料為催化劑或催化劑前體。6.權利要求1-5中任一項的方法，其中所述顆粒團聚物為靜電團聚的、噴霧-干燥團聚的或鍛燒團聚的。7.權利要求1-6中任一項的方法,其中至少一些團聚物在沉積至載體壁上時破裂，部分地或完全地分裂成它們的組成顆粒。8.權利要求1-7中任一項的方法，其中所述沉積層為25至75微米厚。9.任一項前述權利要求的方法，其中所述多孔壁的體積平均孔徑為15至35微米。10.任一項前述權利要求的方法，其中所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡軍，A·J·皮茲克，J·J·奧布里恩，R·P·齊巴斯，
申請(專利權)人：陶氏環球技術有限責任公司，
類型：
國別省市：