[发明专利]高比表面的碳化硅基催化载体与过滤器

说明书

本发明涉及催化结构技术领域，它们特别地用于柴油机类型的内燃机排气管道中。优选地，本发明涉及催化过滤器，它们能够同时除去柴油燃料在柴油发动机中燃烧产生的污染气体和炭黑。

能处理来自柴油发动机的一些气体和除去一些炭黑的催化过滤器是本技术领域的技术人员熟知的。这些结构都往往具有蜂窝状结构，该结构的其中一个面能接收待处理的排出气体，另一个面能排掉已处理的排出气体。该结构在接收与排掉面之间还包括一组用多孔壁分开的、其轴彼此平行的邻接管道或管。这些管道在一端或另一端被封闭，以便限定入口沿着接受面开启的室与出口沿着排出面开启的室的范围。这些管按照一定顺序交替地被封闭，例如在通过该蜂窝体的过程中，这些排出气体被约束通过这些入口管侧壁，从而将这些出口管再连接。这样，这些颗粒或炭黑沉积并积累在过滤体的多孔壁上。

人们知道，在其使用期间，该颗粒过滤器经受一系列过滤段(炭黑累积)和再生段(除去炭黑)。这些过滤段时，该发动机放出的炭黑颗粒保留并沉积在该过滤器内。这些再生段时，这些炭黑颗粒在该过滤器被燃烧，从而使它恢复其过滤性能。

往往，这些过滤器是用多孔陶瓷材料，例如碳化硅制成的。

例如专利申请EP 816 065、EP 1 142 619、EP 1 455 923或WO2004/090294和WO 2004/065088描述了催化过滤器实例。

除了处理炭黑的问题外，以气相形式的污染排放物(即主要地氮氧化物(NO_x)或硫氧化物(SO_x)与一氧化碳(CO)，甚至未燃烧的这些烃)转变成无害的气体(例如气态氮(N₂)或二氧化碳(CO₂))还需要进行补充处理。

为了在同一步骤过程中处理气态和固态污染物，试图使前面描述的颗粒过滤器具有催化功能。根据这些通常采用的方法，让该蜂窝结构浸渍含有催化剂或催化剂前体的溶液。

这样一些方法包括一般包括采用或者在含有溶于水(或其它极性溶剂)的催化剂前体或催化剂的溶液中，或者在催化颗粒水悬浮液中浸没方法的至少一个浸渍步骤。专利US 5 866 210描述了这样一种方法实例。

人们已知，这种浸渍方法可以分一个或多个步骤进行。这个或这些浸渍步骤的目的在于以这种方式使该催化剂尽可能最均匀地沉积在该结构中。

往往，这种催化剂含有活性组分，其中包括贵金属(Pt、Pd、Rh)和任选地稀土氧化物，例如铂与氧化铈混合物Pt/CeO₂。根据在异质催化中熟知的一些技术，这种活性组分通常沉积高比表面氧化物载体的空隙中，所述氧化物例如是氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化铈、二氧化锆。

另外，人们知道，在发动机的排气管道中引入如前面描述的颗粒过滤器会造成能改变其性能的负载损失。因此，该过滤器的空隙度应该选择得足够高，以避免这样一种改变，并且一般是20-75％。

该过滤器有催化功能，这种负载损失也就越大。事实上，在该结构的这些壁上和/或在空隙中，该催化涂层，特别是如前面描述的催化剂载体的沉积，由于在该排气管道中有该过滤器还易于增加这种负载损失。由于这种局限性，沉积催化剂的量，结果是排出气体的催化处理效率目前还受到限制。

由此得出还需要获得一种过滤结构，其微结构(空隙度、孔径与孔分布)能够使得催化剂的量增加，从而提高气体处理效率，但还不会导致负载损失很大的增加。

一种可能解决办法在于例如通过在起始混合物中有大量的合成树脂(像丙烯酸树脂)或有机聚合物(像淀粉)类型的造孔剂，提高碳化硅晶粒晶格的空隙度。但是，提高其空隙度同时导致该过滤器的机械性能严重变坏，这样降低其使用能力。

本发明的目的因此是提供一种新型的蜂窝状结构，它能够解决前面公开的问题。

在一般方式中，本发明涉及一种蜂窝状结构，它包括碳化硅和氧化铝晶粒混合物，

a)其空隙度与实际用作单一过滤器(即未催化的)的碳化硅制成的结构的空隙度基本上相等或差别不大，以及

b)高比表面。

在本说明书中，高比表面应该理解是高于0.5m²/克的比表面。作为信息，本申请人进行的试验证明了实际使用的用SiC碳化物制成的过滤器的比表面不超过0.2m²/g。这样增加比表面能够显著减少为增加其比表面而在该结构中沉积之前的载体量，对于根据本发明达到的最高比表面值，甚至使其存在变得无用，这时只是该活性组分按照这个方式沉积。