[发明专利]涂覆的陶瓷催化剂载体及其制备方法

说明书

背景技术

本发明涉及将催化剂或催化剂载体涂层施涂至多孔陶瓷催化剂载体上，所述 催化剂用于控制内燃机尾气排放。更具体地说，本发明涉及预涂覆或钝化方法， 从而能将催化剂涂层施涂至这种陶瓷催化剂载体上，同时避免这些涂层对陶瓷载 体物理性能的有害影响。

催化剂涂覆方法对陶瓷催化剂载体(例如陶瓷蜂窝体)热性能的有利效果是 众所周知的，并且已提出了许多解决该问题的方法。其主要问题是在涂覆和固化 过程中催化剂或催化剂载体涂层的氧化物组分(例如氧化铝)会渗入陶瓷载体的 微结构并以这样的方式填充该微结构，即通常提高带催化剂的蜂窝体的热膨胀系 数。这种热膨胀系数的上升明显降低了蜂窝体抗热冲击的能力。美国专利 4,452,517、4,483,940、4,532,228和5,346,722提到了该问题并提出了解决方案。

现有的用于控制内燃机尾气排放的蜂窝体结构(honeycomb structure)，尤其是 用于从尾气系统有效地除去颗粒物(例如烟灰)的蜂窝体结构是一种本领域称为 壁流过滤器的结构。这种过滤器通常是多孔陶瓷蜂窝体，其通道的顶端交替堵塞， 从而进入该结构物的尾气必须透过所述多孔通道的壁以便在排放尾气前俘获所 述颗粒物。适用于制造这种过滤器的陶瓷材料(这种过滤器材料会受催化剂涂覆 方法的不利影响)的例子有堇青石、钛酸铝、碳化硅、耐熔碱性磷酸锆、以及低 膨胀性碱性铝硅酸盐，例如β-锂霞石、β-锂辉石和铯榴石。采用这些材料的尾气 过滤器设计的例子公开在美国专利6,620,751、6,673,414和6,468,325中。

为了应对美国和欧洲实施的更严厉的柴油机尾气排放标准，近来把目光集中 在对用于处理柴油机尾气的陶瓷壁流蜂窝体过滤器的设计和性能作基础改进。在 这些改进中，设想改变设计以便利用催化剂涂层来控制烃和/或氮氧化物的排放。 其目标是开发一种改进的耐高温性能、耐高热冲击、低成本的蜂窝体烟灰过滤器， 它可以与先进的控制排放的催化技术相容，替代现有的高成本和/或不具有催化作 用的颗粒物过滤器。

业已证实，现有技术中可成功地将催化剂涂覆方法对透壁陶瓷蜂窝体催化剂 载体在热膨胀系数和耐热冲击方面的不利影响降至最低的材料和方法并不适合 制造带催化剂的壁流过滤器。难以解决的问题是需要在具有催化作用的过滤器上 保持高的气体渗透性和低的热膨胀系数，同时仍能使催化剂的负载量足以有效地 催化处理尾气。催化剂涂层必须以这样的方式沉积在过滤器结构上，即能提供有 效的催化剂分布，而不会使载体陶瓷壁结构的热膨胀系数或者所需高气体渗透性 发生不可接受的恶化。

要求的是，施涂修补基面涂层(washcoating)或催化剂涂层造成的热膨胀系数 上升不超过10×10^-7/℃(在1000℃下测定)，在该温度下测定的涂覆的过滤器的 热膨胀系数不超过25×10^-7/℃，以便保持过滤器的耐热冲击性能。此外，在对过 滤器进行再生以除去俘获的颗粒物以后，在尾气的空速最高达150,000hr^-1时具有 催化作用的过滤器的气体渗透性应足以保持低于8kPa的压降。

发明的内容

本发明提供一种掩蔽或“钝化”多孔陶瓷体细孔结构的方法，所述多孔陶瓷 体可用作催化剂涂层或修补基面涂层的载体，所述涂层能防止热膨胀系数上升同 时不会使涂覆催化剂或修补基面涂层的载体的孔隙度或气体渗透性发生不可接 受的恶化。因此，所述方法能防止催化剂或修补基面涂层闯入载体的细孔结构或 不可接受地封闭敞开的壁孔结构，同时仍能使催化剂或修补基面涂层很好地分布 在陶瓷壁上或陶瓷壁中。

因此，本发明的第一方面提供一种在施涂催化剂或催化剂载体涂层之前底涂 多孔陶瓷催化剂载体的方法，它包括向所述载体施涂液体混合物的涂层，形成涂 覆的载体，所述液体混合物包括至少一种选自聚乙烯醇/乙烯基胺共聚物、聚乙烯 醇/乙烯基甲酰胺共聚物和明胶的涂料。随后干燥形成的涂层，在载体上形成一层 涂料，它与常规的催化剂涂层和修补基面涂层制剂相容，并且是足够稳定的以阻 挡催化剂液体或修补基面涂料液不合需求地渗入陶瓷载体的细孔结构。