多孔催化劑活化涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及催化劑活化涂層W及制備催化劑活化涂層的方法的領(lǐng)域。本發(fā)明還設(shè) 及用催化劑活化涂層涂覆的催化劑制品W及使用運(yùn)些催化劑制品用于廢氣消除的方法。柳〇引背景
[0003] 在催化轉(zhuǎn)化器中，用包含催化劑、催化劑載體等的催化劑活化涂層（washcoat)涂 覆基底。在活化涂層中高表面積是可取的W使催化作用最大化。其他所需的活化涂層特性 包括熱穩(wěn)定性和允許氣體高流通量W優(yōu)化與催化劑接觸的孔尺寸分布）。尤其是，在活化涂 層中細(xì)小顆粒的使用可導(dǎo)致孔隙度減小并且催化活性受損的致密活化涂層。此外，致密無 孔活化涂層可在熱處理期間破裂，其導(dǎo)致粘附性差和耐久性不佳。
[0004] 存在對(duì)于具有增加孔隙度的催化劑活化涂層的需要，尤其是可使用易于結(jié)合到催 化劑制品（如催化轉(zhuǎn)化器）制造中的簡便方法而生產(chǎn)的催化劑活化涂層。本發(fā)明滿足了運(yùn) 些需要。 陽005] 概述
[0006] 在一個(gè)方面，本發(fā)明設(shè)及用于增加催化劑活化涂層中的孔隙度的方法。該方法包 括將含水的水包油（0/W)粗乳液引入至包含催化劑和活化涂層的其他組分的活化涂層漿 料中，用活化涂層漿料涂覆載體基底，并且般燒已涂覆的載體基底W去除粗乳液。在般燒之 后，粗乳液的油、水和其他有機(jī)組分被燒掉，并且在般燒的活化涂層中乳液的油大粒子留下 大孔隙。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，0/W粗乳液包含油或其他疏水碳氨化合物、水或其他水 相和具有8-16或10-12的親水親油平衡值（HLB)的表面活性劑。在一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施 方案中，0/W粗乳液包含礦物油、HLB10-12的非離子表面活性劑和水。
[0007] 在第二方面，本發(fā)明設(shè)及催化劑活化涂層組合物，其中在催化劑活化涂層中至少 約30% (即，30-100%)的孔在至少一個(gè)維度上的尺寸為約15ym-lOOiim，或者如果孔大 體上是球形的那么孔的直徑為約15ym-100ym。在某些特定實(shí)施方案中，在催化劑活化涂 層中至少約70% (即，70-100%)的孔在至少一個(gè)維度上的尺寸為約15ym-lOOym，或者 如果孔大體上是球形的那么孔的直徑為約15ym-100ym。在其他特定實(shí)施方案中，在催化 劑活化涂層中至少約30% (即，30-100% )、至少約60% (即，60-100% )或者至少約70% (即，70-100% )的孔在至少一個(gè)維度上的尺寸為約15ym-50iim，或者如果孔大體上是球 形的那么孔的直徑為約15ym-50ym。
[0008] 在特定實(shí)施方案中，可選擇催化劑制品的催化劑活化涂層的催化劑和其他固體組 分W用于廢氣排放物的消除。待消除的排放物可為合適的催化劑可利用的任一類型。催化 劑應(yīng)能夠被配制成活化涂層漿料。例如，在某些特定實(shí)施方案中，催化劑活化涂層可包含用 于汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中碳氨化合物、一氧化碳和氮氧化物（NOx)的氧化的催化劑。在替代 實(shí)施方案中，催化劑活化涂層可包含在廢氣排放物中用于NOx的儲(chǔ)存還原的催化劑（NSR催 化劑）或用于NOx的選擇性催化還原成氮的催化劑（SCR催化劑）。在其他特定實(shí)施方案中， 可選擇活化涂層的催化劑組分，W用于源自工業(yè)生產(chǎn)過程（如甲基漠、一氧化碳、苯和揮發(fā) 性有機(jī)物（V0C)，揮發(fā)性有機(jī)物包括甲燒、甲苯、二甲苯、醋酸、甲醇等）的廢氣排放物的消 除。
[0009] 在另一方面，本發(fā)明設(shè)及適用于廢氣排放物的消除的催化劑制品，其中催化劑制 品包括用根據(jù)上述的任一催化劑活化涂層實(shí)施方案和方面的催化劑活化涂層涂覆的載體 基底。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，載體基底為具有蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷結(jié)構(gòu)或金屬結(jié)構(gòu)，其中平 行氣流通道從流體入口延伸通過該結(jié)構(gòu)至流體出口。用催化劑活化涂層涂覆通道的壁，W 使流過通道的廢氣接觸催化劑活化涂層。載體基底可為具有多條縱向延伸的通道的壁流式 單塊體（monolith)。通道包括具有開放入口端和封閉出口端的入口通道W及具有封閉入口 端和開放出口端的出口通道。形成通道的壁是多孔的，其允許廢氣從入口通道穿過至出口 通道W離開單塊體，由此廢氣在壁上流過催化劑活化涂層。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，陶瓷 或金屬載體基底可為小球、波紋片或用催化劑活化涂層涂覆的單塊體的形式存在。
[0010] 在另一方面，本發(fā)明設(shè)及使用根據(jù)本發(fā)明的前述的任何方面和實(shí)施方案的催化劑 制品的廢氣排放物的消除的方法。使含有待消除的排放物的廢氣與催化劑制品接觸，使得 催化劑活化涂層W有效的方式接觸廢氣W產(chǎn)生所需的催化轉(zhuǎn)化并且消除廢氣的所選擇的 一種組分或多種組分。
[0011] 在又一方面，本發(fā)明設(shè)及用于廢氣排放物的消除的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)包括根據(jù)前述 的任何實(shí)施方案和方面的催化劑制品。系統(tǒng)可包括根據(jù)上述的任何實(shí)施方案和方面的催化 劑制品W及煙塵過濾器、催化煙塵過濾器和/或按照需要的另外的常規(guī)催化劑制品中的一 種或多種。用于廢氣排放物消除的系統(tǒng)的組分與廢氣源并且與彼此流體流動(dòng)接觸。在某些 實(shí)施方案中，廢氣流從它的源頭流動(dòng)與本發(fā)明的催化劑制品和系統(tǒng)的其他組分順序接觸W 實(shí)現(xiàn)廢氣排放物的消除。
[0012] 附圖簡述
[0013] 圖1A為用常規(guī)催化劑活化涂層（即沒有用粗乳液制備的催化劑活化涂層）涂覆 并且般燒的蜂窩狀載體基底的X射線微斷層攝影術(shù)狂MT)圖像。
[0014] 圖1B為用根據(jù)本發(fā)明的催化劑活化涂層（即用粗乳液制備的催化劑活化涂層） 涂覆并且般燒的蜂窩狀載體基底的X射線微斷層攝影術(shù)狂MT)圖像。
[0015] 詳述
[0016] 在描述本發(fā)明的若干示例性實(shí)施方案之前，應(yīng)了解，本發(fā)明不限于W下描述中所 闡述的構(gòu)建步驟或處理步驟的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施方案且能夠W各種方式實(shí)施 或進(jìn)行。
[0017] 在本說明書全篇中提及"一個(gè)實(shí)施方案"、"某些實(shí)施方案"、"一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方 案"或"一實(shí)施方案"意味著結(jié)合實(shí)施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性包括于本發(fā)明 的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在本說明書全篇中各個(gè)地方出現(xiàn)如"在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案 中"、"在某些實(shí)施方案中"、"在一個(gè)實(shí)施方案中"或"在一實(shí)施方案中"的短語未必指本發(fā)明 的同一實(shí)施方案。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性可W任何適合方式在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案中加W組合。
[0018] 如本文使用的，與活化涂層的孔有關(guān)的術(shù)語"在催化劑活化涂層內(nèi)"是指在活化涂 層組合物的固體粒子之間的活化涂層的孔?；罨繉咏M合物的固體粒子包含催化劑、難烙 金屬氧化物載體、氧儲(chǔ)存組分、促進(jìn)劑、粘合劑等。運(yùn)些固體粒子可在顆粒本身具有內(nèi)部孔 系統(tǒng)。載體粒子的孔被用于浸潰催化劑和其他組分至固體粒子中?；罨繉咏M合物的固體 粒子的孔通常為微孔，其具有的尺寸在納米范圍內(nèi)或最多1-2ym。相比之下，本發(fā)明的"在 催化劑活化涂層內(nèi)"的孔是在活化涂層的固體粒子之間，并且為在至少一個(gè)維度上具有至 少15ym的尺寸的大孔。
[0019] 如本文使用的，術(shù)語"大孔"和"大孔的"是指在至少一個(gè)維度上具有等于或大于 約15ym的尺寸的孔的材料。如果大孔大體上為球形的，那么大孔的直徑等于或大于約 15ym。術(shù)語"微孔"和"微孔性的"是指在至少一個(gè)維度上具有小于約lOym的尺寸的孔 的材料。如果微孔大體上為球形的，那么微孔的直徑小于約10ym。
[0020] 類似地，如本文使用的，相對(duì)于乳液的術(shù)語"大粒子"是指具有等于或大于約15ym 的直徑的乳液的油相粒子。相對(duì)于乳液的術(shù)語"微粒"是指具有小于約lOym的直徑的乳 液的油相粒子。
[0021] 如本文使用的，術(shù)語"活化涂層"具有其在本領(lǐng)域中的一般意義，即應(yīng)用于基底載 體材料（如蜂窩型基底或金屬絲網(wǎng)）上的催化材料或其他材料的薄的粘附的涂層，基底載 體材料與所處理的氣流接觸W實(shí)現(xiàn)廢氣污染物的去除。通過制備在液體媒介物中包含特定 固含量的催化劑和/或載體的漿料來形成活化涂層，然后將活化涂層涂覆在基底上并且干 燥W提供活化涂層。
[0022] 如本文使用的，相對(duì)于催化劑的術(shù)語"載體"是指通過締合、分散、浸潰或其他合適 的方法接收銷族金屬、穩(wěn)定劑、促進(jìn)劑、粘合劑等的材料。載體的實(shí)例包括但不限于難烙金 屬氧化物、高表面積難烙金屬氧化物和包含氧儲(chǔ)存組分的材料。高表面積難烙金屬氧化物 載體包括選自由