[发明专利]在催化式或非催化式碳黑再生方法中用作微粒过滤器的多孔载体

说明书

技术领域

本发明涉及优选地在汽车应用及非汽车应用中用作微粒过滤器的多孔载体。该载体设计用于催化式或非催化式碳黑再生方法。

背景技术

如通常所知，微粒过滤器中的载体的特性决定微粒过滤器过滤排气中的纳米颗粒的能力，以及其流动阻力，即过滤器两端的压力降。美国专利申请US 2005/0042151A1公开：高过滤效率所需的特性，即低孔隙率及小孔径，与低压力降所需的特性相反。为了提供高过滤效率及低压力降两者，美国专利申请US 2005/0042151 A1提出了一种用于承载化学反应的催化剂载体，其中所述载体包括非织造烧结耐火陶瓷复合材料，所述复合材料具有约80％至约99％的孔隙率，约50至1000cpsi(孔道/平方英寸)的孔密度，及约1至20密耳(1密耳＝千分之一英寸)范围中的壁厚。

美国专利US 7,052,532 B1公开了一种高温纳米过滤器，该过滤器包括这样的滤料，该滤料由具有多个纤维的纤维束状滤料及具有从纤维表面延伸出的多个颗粒的颗粒状滤料组成。所述混合滤料具有大于或等于约85％的孔隙率，及大于约30μm的中等孔径。

发明内容

本发明的一个目标是提供在汽车应用及非汽车应用中用作微粒过滤器的多孔载体，该多孔载体兼具有较低的背压，及较高的过滤效率和足够的载体坚固性。此外，该载体设计用于催化式和非催化式碳黑再生方法。

该目标可以根据独立权利要求1限定的技术方案实现。

根据本发明，优选地在汽车应用及非汽车应用中用作微粒过滤器的多孔载体具有蜂窝结构，并在所述微粒过滤器的操作期间，过滤流经所述多孔载体的排气中的纳米颗粒。该载体的特征在于具有200至300cpsi(孔道/平方英寸)范围中的孔密度。

本发明基于这样的考虑，即影响微粒过滤器的载体中的背压的主要因素是载体的孔密度、壁厚、孔径，及孔隙率。此外，发明人发现，在这四个因素中，对出现在载体中的背压具有最大影响的因素是孔密度与壁厚，而孔径与孔隙率的影响相对较低。

然而，由于后两个因素(即孔径与孔隙率)会显著影响过滤器的过滤效率和坚固性(即，过滤器的稳定性)，所以可以将所述参数调节至相对较低的值，以便确保过滤器的高过滤效率和高坚固性。

同时，改变其余因素(即孔密度与壁厚)并对其进行数值分析，其中考虑到较低的孔密度及薄壁的出现会增加载体机械强度降低的风险，还对抗剪强度进行估计。

通常人们认为较高的孔密度适合于减小背压，因为在较高的孔密度下，对相同的过滤器外部尺寸来说，用于过滤的几何表面积增大，从而在过滤器载体中产生较薄的碳黑层，但本发明的参数(即较低的孔密度)是撇开这样的看法选择的。

根据优选实施例，该多孔载体具有210至280cpsi范围中的孔密度，更优选地具有220至270cpsi范围中的孔密度。

此外，根据优选实施例，该载体具有10至16密耳范围中的壁厚，更优选地具有在10至13密耳范围中，特别是12密耳的壁厚。

此外，根据优选实施例，所述载体具有35％至55％范围中的孔隙率，更优选地具有42％至47％的孔隙率，进一步优选地具有42％的孔隙率。

此外，根据优选实施例，该载体具有9至15μm范围中的孔径，更优选地具有11至12μm范围中的孔隙率。

作为本发明的分析的结果，用12密耳(1密耳＝千分之一英寸)的中等壁厚下的220或266cpsi的中等孔密度，可以实现所期望的较低过滤器堵塞风险下的良好背压特性与足够的坚固性及过滤效率的组合。

特别是，发明人发现，与具有明显较高的孔密度(即316cpsi的孔密度)的样本相比，这样最优化的载体(孔密度＝220或266cpsi且壁厚＝12密耳)发生堵塞的风险显著降低。对该效应的解释是：具有较高孔密度的载体中较小的入口孔道直径会在过滤器的前部造成较高的堵塞风险，从而阻碍碳黑在过滤器中的均匀分布。结果，本发明的载体的堵塞风险显著低于具有较高孔密度的载体，这是由于根据本发明进行最优化的载体具有较大的入口孔道。

本发明的其他特征及优点可以从属权利要求中得出。

根据在附图中示出的优选实施例，在下文中对本发明进行说明。

附图说明

图1为示出无负载的过滤器样本(即过滤器没有碳黑负载)(图1a)及有碳黑负载的过滤器样本(图1b)中，背压相对于孔密度、壁厚、孔径及孔隙率的敏感性的图表；

图2为示出孔密度和壁厚对背压ΔP的影响的图表；

图3为示出孔隙率和孔径对背压ΔP的影响的图表；