多孔催化剂活化涂层的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及催化剂活化涂层W及制备催化剂活化涂层的方法的领域。本发明还设 及用催化剂活化涂层涂覆的催化剂制品W及使用运些催化剂制品用于废气消除的方法。柳〇引背景
[0003] 在催化转化器中，用包含催化剂、催化剂载体等的催化剂活化涂层（washcoat)涂 覆基底。在活化涂层中高表面积是可取的W使催化作用最大化。其他所需的活化涂层特性 包括热稳定性和允许气体高流通量W优化与催化剂接触的孔尺寸分布）。尤其是，在活化涂 层中细小颗粒的使用可导致孔隙度减小并且催化活性受损的致密活化涂层。此外，致密无 孔活化涂层可在热处理期间破裂，其导致粘附性差和耐久性不佳。
[0004] 存在对于具有增加孔隙度的催化剂活化涂层的需要，尤其是可使用易于结合到催 化剂制品（如催化转化器）制造中的简便方法而生产的催化剂活化涂层。本发明满足了运 些需要。 阳005] 概述
[0006] 在一个方面，本发明设及用于增加催化剂活化涂层中的孔隙度的方法。该方法包 括将含水的水包油（0/W)粗乳液引入至包含催化剂和活化涂层的其他组分的活化涂层浆 料中，用活化涂层浆料涂覆载体基底，并且般烧已涂覆的载体基底W去除粗乳液。在般烧之 后，粗乳液的油、水和其他有机组分被烧掉，并且在般烧的活化涂层中乳液的油大粒子留下 大孔隙。在一个或多个实施方案中，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的亲水亲油平衡值（HLB)的表面活性剂。在一个或多个特定实施 方案中，0/W粗乳液包含矿物油、HLB10-12的非离子表面活性剂和水。
[0007] 在第二方面，本发明设及催化剂活化涂层组合物，其中在催化剂活化涂层中至少 约30% (即，30-100%)的孔在至少一个维度上的尺寸为约15ym-lOOiim，或者如果孔大 体上是球形的那么孔的直径为约15ym-100ym。在某些特定实施方案中，在催化剂活化涂 层中至少约70% (即，70-100%)的孔在至少一个维度上的尺寸为约15ym-lOOym，或者 如果孔大体上是球形的那么孔的直径为约15ym-100ym。在其他特定实施方案中，在催化 剂活化涂层中至少约30% (即，30-100% )、至少约60% (即，60-100% )或者至少约70% (即，70-100% )的孔在至少一个维度上的尺寸为约15ym-50iim，或者如果孔大体上是球 形的那么孔的直径为约15ym-50ym。
[0008] 在特定实施方案中，可选择催化剂制品的催化剂活化涂层的催化剂和其他固体组 分W用于废气排放物的消除。待消除的排放物可为合适的催化剂可利用的任一类型。催化 剂应能够被配制成活化涂层浆料。例如，在某些特定实施方案中，催化剂活化涂层可包含用 于汽油和柴油发动机中碳氨化合物、一氧化碳和氮氧化物（NOx)的氧化的催化剂。在替代 实施方案中，催化剂活化涂层可包含在废气排放物中用于NOx的储存还原的催化剂（NSR催 化剂）或用于NOx的选择性催化还原成氮的催化剂（SCR催化剂）。在其他特定实施方案中， 可选择活化涂层的催化剂组分，W用于源自工业生产过程（如甲基漠、一氧化碳、苯和挥发 性有机物（V0C)，挥发性有机物包括甲烧、甲苯、二甲苯、醋酸、甲醇等）的废气排放物的消 除。
[0009] 在另一方面，本发明设及适用于废气排放物的消除的催化剂制品，其中催化剂制 品包括用根据上述的任一催化剂活化涂层实施方案和方面的催化剂活化涂层涂覆的载体 基底。在一个或多个实施方案中，载体基底为具有蜂窝结构的陶瓷结构或金属结构，其中平 行气流通道从流体入口延伸通过该结构至流体出口。用催化剂活化涂层涂覆通道的壁，W 使流过通道的废气接触催化剂活化涂层。载体基底可为具有多条纵向延伸的通道的壁流式 单块体（monolith)。通道包括具有开放入口端和封闭出口端的入口通道W及具有封闭入口 端和开放出口端的出口通道。形成通道的壁是多孔的，其允许废气从入口通道穿过至出口 通道W离开单块体，由此废气在壁上流过催化剂活化涂层。在一个或多个实施方案中，陶瓷 或金属载体基底可为小球、波纹片或用催化剂活化涂层涂覆的单块体的形式存在。
[0010] 在另一方面，本发明设及使用根据本发明的前述的任何方面和实施方案的催化剂 制品的废气排放物的消除的方法。使含有待消除的排放物的废气与催化剂制品接触，使得 催化剂活化涂层W有效的方式接触废气W产生所需的催化转化并且消除废气的所选择的 一种组分或多种组分。
[0011] 在又一方面，本发明设及用于废气排放物的消除的系统，其中系统包括根据前述 的任何实施方案和方面的催化剂制品。系统可包括根据上述的任何实施方案和方面的催化 剂制品W及烟尘过滤器、催化烟尘过滤器和/或按照需要的另外的常规催化剂制品中的一 种或多种。用于废气排放物消除的系统的组分与废气源并且与彼此流体流动接触。在某些 实施方案中，废气流从它的源头流动与本发明的催化剂制品和系统的其他组分顺序接触W 实现废气排放物的消除。
[0012] 附图简述
[0013] 图1A为用常规催化剂活化涂层（即没有用粗乳液制备的催化剂活化涂层）涂覆 并且般烧的蜂窝状载体基底的X射线微断层摄影术狂MT)图像。
[0014] 图1B为用根据本发明的催化剂活化涂层（即用粗乳液制备的催化剂活化涂层） 涂覆并且般烧的蜂窝状载体基底的X射线微断层摄影术狂MT)图像。
[0015] 详述
[0016] 在描述本发明的若干示例性实施方案之前，应了解，本发明不限于W下描述中所 阐述的构建步骤或处理步骤的细节。本发明能够具有其他实施方案且能够W各种方式实施 或进行。
[0017] 在本说明书全篇中提及"一个实施方案"、"某些实施方案"、"一个或多个实施方 案"或"一实施方案"意味着结合实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括于本发明 的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全篇中各个地方出现如"在一个或多个实施方案 中"、"在某些实施方案中"、"在一个实施方案中"或"在一实施方案中"的短语未必指本发明 的同一实施方案。此外，特定特征、结构、材料或特性可W任何适合方式在一个或多个实施 方案中加W组合。
[0018] 如本文使用的，与活化涂层的孔有关的术语"在催化剂活化涂层内"是指在活化涂 层组合物的固体粒子之间的活化涂层的孔。活化涂层组合物的固体粒子包含催化剂、难烙 金属氧化物载体、氧储存组分、促进剂、粘合剂等。运些固体粒子可在颗粒本身具有内部孔 系统。载体粒子的孔被用于浸溃催化剂和其他组分至固体粒子中。活化涂层组合物的固体 粒子的孔通常为微孔，其具有的尺寸在纳米范围内或最多1-2ym。相比之下，本发明的"在 催化剂活化涂层内"的孔是在活化涂层的固体粒子之间，并且为在至少一个维度上具有至 少15ym的尺寸的大孔。
[0019] 如本文使用的，术语"大孔"和"大孔的"是指在至少一个维度上具有等于或大于 约15ym的尺寸的孔的材料。如果大孔大体上为球形的，那么大孔的直径等于或大于约 15ym。术语"微孔"和"微孔性的"是指在至少一个维度上具有小于约lOym的尺寸的孔 的材料。如果微孔大体上为球形的，那么微孔的直径小于约10ym。
[0020] 类似地，如本文使用的，相对于乳液的术语"大粒子"是指具有等于或大于约15ym 的直径的乳液的油相粒子。相对于乳液的术语"微粒"是指具有小于约lOym的直径的乳 液的油相粒子。
[0021] 如本文使用的，术语"活化涂层"具有其在本领域中的一般意义，即应用于基底载 体材料（如蜂窝型基底或金属丝网）上的催化材料或其他材料的薄的粘附的涂层，基底载 体材料与所处理的气流接触W实现废气污染物的去除。通过制备在液体媒介物中包含特定 固含量的催化剂和/或载体的浆料来形成活化涂层，然后将活化涂层涂覆在基底上并且干 燥W提供活化涂层。
[0022] 如本文使用的，相对于催化剂的术语"载体"是指通过缔合、分散、浸溃或其他合适 的方法接收销族金属、稳定剂、促进剂、粘合剂等的材料。载体的实例包括但不限于难烙金 属氧化物、高表面积难烙金属氧化物和包含氧储存组分的材料。高表面积难烙金属氧化物 载体包括选自由