[发明专利]一种低背压和高碳烟过滤效率柴油颗粒过滤器的制备方法

说明书

本发明公开了一种低背压和高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器制备方法。柴油颗粒过滤器采用蜂窝陶瓷壁流式载体，载体涂层是双层涂层结构；底层直接涂覆到载体形成，包括耐高温抗氧化的陶瓷粉末颗粒，形成多孔陶瓷薄膜，其中，底层孔隙率大于蜂窝陶瓷壁流式载体过滤壁的孔隙率；顶层涂覆具有催化氧化碳烟颗粒的催化材料，形成催化层直接与碳烟颗粒接触。本发明通过优化底层涂层结构的孔隙率和孔尺寸，以及优化顶层催化层的催化材料、涂层上载量，提高涂层对碳烟颗粒的过滤效率，同时降低DPF背压，增加碳烟颗粒在DPF过滤壁的表面沉积，进一步增加顶层催化涂层与碳烟颗粒的接触，从而加速碳烟颗粒的催化氧化脱除能力。

技术领域

本发明属于机动车、船舶发动机尾气处理技术领域，特别涉及一种具有良好低背压，同时具有高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器的制备技术。

背景技术

柴油机具有热效率高，经济性好的显著优点，但是也伴随着排放大量的碳烟颗粒物(Particulate Matter简称：PM)及NOx等对环境和人体健康造成严重危害的废气，随着各国法律法规对环保要求的加严，对NOx和PM的脱除成为必然的趋势，尤其是针对PM的脱除，采用壁流式蜂窝陶瓷颗粒过滤器(Diesel Particulate Filters简称：DPF)也已成为必然的选择。

在后处理净化系统中，DPF作为有效脱除PM的关键单元，能非常有效捕集PM，其捕集效率高达90％及以上，但是伴随着DPF前后压差急剧增加，发动机的运行效率受到显著影响，因此需要及时将捕集到的PM进行有效的去除，以便使整个后处理系统维持在一个较低的背压状态。

根据大量研究表明，DPF对碳烟颗粒的捕集，主要分为两个阶段，即第一个阶段，在碳烟颗粒捕集初期，大部分颗粒进入壁的内部，沉积在孔内，此阶段称为深层捕集，第二阶段，大量碳烟颗粒沉积到壁表面，称为表层捕集。在第一阶段内，随着捕集时间增加，捕集碳烟颗粒的量增加，背压成指数增加，随着进入第二阶段，背压随着碳烟捕集的增加，呈线性增加，这充分说明了，整个捕集系统背压的增加明显受到第一阶段碳烟捕集的影响，进一步分析，其原因是因为初始阶段大量的小尺寸的碳烟颗粒沉积到壁内孔中，导致堵塞，因此要解决此问题，则要求将碳烟颗粒捕集在壁表面，防止其进入壁的内孔之中。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种具有低背压和高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器制备方法。本发明要解决的问题是提供一种具有双涂层结构的碳烟颗粒过滤器，解决碳烟过滤器背压高，过滤效率低的问题，通过对底层涂层结构的优化，调控涂层孔隙率及孔径尺寸的分布，同时对顶层涂层的结构优化，制备得到一种具有低背压和高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器，将更加有效地捕集碳烟颗粒，同时进行脱除。

本发明制备的具有低背压和高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器，是一种具有两层涂层结构，底层未与气流直接接触，采用整体式涂覆工艺属于填充层，顶层属于催化层，与气流直接接触。

本发明通过以下技术方案实现：

一种具有低背压和高碳烟过滤效率的柴油颗粒过滤器制备方法，包括：

所述催化剂涂层在载体表面构成两层涂层结构；其中，载体表面是底层涂层，属于填充层；底层涂层表面是顶层涂层，属于催化层，与气流和碳烟颗粒直接接触；

所述底层涂层，包括耐高温抗氧化的陶瓷粉末颗粒及其混合物，至少包含碳化硅组成，不含贵金属；根据载体本身的孔径分布，按照平均孔径尺寸的1％～10％范围，优选陶瓷粉末颗粒尺寸，结合涂覆量，优化填充层的厚度，实现涂层孔隙率及孔径尺寸的调控；所述顶层涂层，则为催化层，由涂层材料和浸渍在涂层材料上的活性组分制成，顶层活性组分由含Pt和/或Pd贵金属盐制成，催化剂涂层中贵金属总含量为0.5～3.0g/ft³。