用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法与流程

本发明涉及一种用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法，并且更特别地涉及一种用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法，其中所述催化剂穿过过滤器主体的孔均匀地涂覆。

背景技术：

通常，相对于汽油发动机的车辆，柴油发动机的车辆在燃料比和输出方面是优异的，并且一氧化碳或碳氢化合物的产生量更小。然而，柴油发动机的车辆相对于汽油发动机的车辆产生的污染物质的颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)的量更多。

因此，根据相关技术，柴油氧化催化器(DOC)设备、柴油微粒过滤器(DPF)设备、还原剂注射器设备、和选择性催化还原(SCR)设备或稀燃NOx捕集器(LNT)设备安装在适于柴油发动机的普通车辆的废气净化器的排气管线上。

在柴油发动机排放的废气连续地经过柴油机氧化催化器设备、柴油微粒过滤器设备和选择性催化还原器设备的同时，去除废气中包含的污染物质。

亦即，柴油机氧化催化器(DOC)将废气中包含的氧化物一氧化碳和碳氢化合物氧化成二氧化碳，柴油微粒过滤器(DPF)收集废气中包含的微粒物质，选择性催化还原器(SCR)通过使用从还原剂注射器注射的还原剂来吸附废气中包含的氮氧化物或将氮氧化物还原为氮气。

同时，所述选择性催化还原设备需要具有相对大的体积从而充分地还原氮氧化物。

因此，由于用于所述SCR设备的载体或载体壳体而使成本增加，并且当所述SCR设备安装在车辆底侧的底板上时，氮氧化物的整体净化率可由于废气温度的较低而减少。

所以，最近已经提出和使用用于在过滤器上涂覆还原催化剂的技术，从而在柴油微粒过滤器上进行选择性还原催化器的功能。例如，在韩国常规技术中，已经公开了名为“S-DPF and exhaust system using the same”的技术，其中在过滤器入口通道的内侧形成Cu-沸石催化剂涂层，在过滤器出口通道的内侧的前面形成Fe-沸石催化剂涂层以及在Fe-沸石催化剂涂层的后端形成氧化催化剂涂层。

特别地，S-DPF同时需要用于收集微粒物质的功能(如DPF的功能)以及用于吸附氮氧化物和纯化氮氧化物的功能(如SCR的功能)。

然而，在用于柴油微粒过滤器上涂覆催化还原剂的技术中，还原催化剂涂覆于过滤器内部的孔并且还原催化剂存在于过滤器的内部，因此需要使用高孔隙率过滤器，从而在过滤器的内部具有大量的还原催化剂。此处，在所述高孔隙率过滤器中有许多空的空间(孔)并进一步不均匀地形成孔，使得难以均匀地涂覆还原催化剂，由此降低微粒物质的收集能力并且增加粒子数(PN)排放。

相反地，在使用低孔隙率过滤器来改善收集PM和PN的功能的情况下，还原催化剂的量很小并因此降低氮氧化物的吸附和纯化的功能。

因此，本申请的发明人已经提出这样一种技术：即使使用高孔隙率过滤器，在过滤器上涂覆还原催化剂之后，孔的分布保持均匀，同时维持孔的尺寸很小。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供一种用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法，其中在通过使用高孔隙率过滤器涂覆大量还原催化剂时，在过滤器上涂覆还原催化剂之后，孔的分布在过滤器内保持均匀，同时维持孔的尺寸很小。

一方面，用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法可以包括以下步骤：制备过滤器主体的步骤：通过使用物质制备过滤器主体，多个孔穿过所述物质形成从而过滤废气，其中多个入口通道和多个出口 通道交替排列，所述多个入口通道的每一个打开至废气的引入方向，所述多个出口通道的每一个打开至废气的排放方向；第一涂覆步骤：首先通过将包含还原催化剂的洗涤涂覆溶液供应至从过滤器主体的入口通道和出口通道中选定的通道并同时将吸收压力提供至与选定的通道相反的通道来将还原催化剂涂覆在过滤器主体的孔的尺寸相对大的过滤器主体的区域；第二涂覆步骤：其次通过将包含还原催化剂的洗涤涂覆溶液供应至从在第一涂覆步骤中已经涂覆的过滤器主体的入口通道和出口通道中选定的通道并同时将吸收压力提供至与选定的通道相反的通道来将还原催化剂涂覆在第一涂覆步骤中涂覆的还原催化剂分布较低的过滤器主体的区域。

在制备过滤器主体的步骤中制备的过滤器主体可以具有58％或更大的孔隙率。

通过在第一涂覆步骤和第二涂覆步骤中允许包含还原催化剂的洗涤涂覆溶液经过孔可以将还原催化剂涂覆至一部分的孔，所述一部分的孔设置在背压相对小的区域。

在第一涂覆步骤和第二涂覆步骤中提供吸收压力的方向可以相同。

在第一涂覆步骤和第二涂覆步骤中提供吸收压力的方向可以相反。

在第一涂覆步骤和第二涂覆步骤中使用的还原催化剂可具有比穿过过滤器主体形成的气孔的尺寸更小的粒子尺寸。

第一涂覆步骤和第二涂覆步骤的至少一个步骤可以重复进行至少两次。

在涂覆还原催化剂之后的过滤器主体上存在的孔之中尺寸为20μm或更小的孔的总体积可以大于在涂覆还原催化剂之前的过滤器主体上存在的孔之中尺寸为20μm或更小的孔的总体积。

在第二涂覆步骤之后过滤器主体上存在的孔的平均尺寸可为10-20μm。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。

附图说明

图1为说明根据本发明的示例性实施方案制造的S-DPF的构造的示图。

图2为说明根据本发明的示例性实施方案的用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法的示图。

图3为说明根据本发明的另一实施方案的用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法的图。

图4A为根据对比实施方案的S-DPF的扫描电子显微镜照片。

图4B为根据本发明的示例性实施方案的S-DPF的扫描电子显微镜照片。

图5为根据对比实施方案和本发明实施方案的S-DPF的粒子数(PN)的对比图。

应了解，附图并不必须按比例绘制，其示出了某种程度上经过简化了的在此公开的本发明的各个优选的特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。

在图中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。

具体实施方式

下文现在将详细描述本发明的各个实施方案，所述实施方案的实施例在附图中说明并在以下进行描述。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同和其它实施方案。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能 源的燃料)。如本文中所提到的，混合动力车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。

本文所使用的术语仅为了描述具体实施方案的目的，而不是旨在限制本发明。除非上下文清楚地另外指明，如本文所使用的单数形式“一”、“一种”和“所述”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括列出的相关项目的一个或多个的任意和所有组合。

下面将参照附图来说明根据本发明的示例性实施方案一种用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法。

首先，将描述在其上涂覆有还原催化剂并根据本发明的示例性实施方案制造的柴油微粒过滤器的构造。

图1为说明根据本发明的示例性实施方案制造的S-DPF的构造的示图。

如图1所示，在其上涂覆还原催化剂并根据在柴油微粒过滤器(以下称为S-DPF)上涂覆催化剂的方法而制造的柴油微粒过滤器为一种用于收集废气中包含的颗粒物(PM)并同时通过吸附和还原氮氧化物而净化在废气中包含的氮氧化物的设备。

S-DPF包括过滤器主体100，其主要由载体101和还原催化剂200构成，孔102穿过载体101形成并且维持孔的形状，还原催化剂200涂覆在过滤器主体100的孔102中。

此时，所述过滤器主体100具有从其前部至后部形成的数个通道，所述通道划分为入口通道110和出口通道120。

所述入口通道110和所述出口通道120相邻并交替地排列。更详细地，打开所述入口通道110的前表面方向中的入口，通过所述入口引入废气，并通过过滤器主体100形成的壁(即，所述载体101)来关闭所述入口通道110的出口。同时，通过所述载体101形成的壁来关闭所述出口通道120的一个入口并打开所述出口通道120的一个出口。结果，通过入口通道110的入口引入的废气通过过滤器主体100所形 成的壁(即，所述载体101)排放至出口通道120的出口。

同时，在形成过滤器主体100的载体101之间形成空间，由此在所述过滤器主体100中形成孔102。因此，维持了足够的量的待涂覆在过滤器主体100上的还原催化剂200，并因此可以将由于吸附氮氧化物而产生的氮氧化物的纯化性能维持在所需的水平。

此时，所述还原催化剂200包含Cu-沸石、Fe-沸石或类似物。特别地，所述还原催化剂200的粒子尺寸可以小于穿过所述过滤器主体100而形成的孔的尺寸。因此，还原催化剂200进入形成过滤器主体100的载体101之间的空间的孔102并且粘附于待用还原氧化剂200涂覆的载体101的表面。此处，过滤器主体100的气孔102的平均尺寸可为10-20μm。过滤器主体100的孔102的平均尺寸维持为10-20μm的理由如下。当孔102的尺寸小于10μm时，在废气中包含的粒子(即，对应于PN排放法规的小粒子)不能穿过孔，从而积聚在过滤器的顶部，因此引起压力的突然上升，而且在过滤器顶部微粒的积聚阻止氮氧化物NOx的气体成分与还原催化剂200接触。此外，当气孔的尺寸大于30μm时，较小的粒子穿过孔102，从而排放的粒子数增加，因此超出排放法规。

此外，在涂覆还原催化剂200之后在过滤器主体100上存在的气孔102之中尺寸为20μm或更小的孔102的总体积可以大于涂覆还原催化剂200之前在过滤器主体上存在的孔102之中尺寸为20μm或更小的孔102的总体积。

接着，将参考附图描述用于制备S-DPF以具有上述构造的的第一种方法。

图2为说明根据本发明的示例性实施方案的用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法的示图。

首先，如图2中(a)所示，制备具有58％或更大的孔隙率的过滤器主体100(制备步骤)。在此时，所述过滤器主体100如通常的DPF形状制备。例如，过滤器主体100由载体101形成，孔102穿过载体101形成，其中形成数个入口通道110和出口通道120以相邻且交替地排列。

当过滤器主体100如上所述地制备时，如图2中(b)所示，将包 含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液供应至处于孔102的尺寸和分布不均匀的状态下的过滤器主体100的入口通道110和出口通道120中选定的一个通道，并同时提供吸收压力至与所选定的通道相反的另一通道(第一涂覆步骤)。例如，如图2中(b)所示，将吸收压力提供至出口通道120同时将包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液供应至入口通道110。因此，包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液主要经过在其中形成小的背压的相对大尺寸的孔，因而将还原催化剂200填充至较大尺寸的孔中。

在该状态下，过滤器主体100为干燥的。还原催化剂200的一部分填充至已经经过第一涂覆步骤的过滤器主体100的较大尺寸的孔102中。然而，如图2中(c)所示，在第一涂覆步骤中用还原催化剂200涂覆的过滤器主体的孔102的尺寸和分布是不均匀的。

完成第一涂覆步骤的过滤器主体100用还原催化剂200第二次涂覆。

通过重复进行第一涂覆步骤而对气孔102的尺寸和分布不均匀的过滤器主体进行第二涂覆步骤。换句话说，如图2中(d)所示，将包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液供应至入口通道110并同时将吸收压力提供至出口通道120。结果，包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液主要地经过在其中形成小的背压的相对较大尺寸的气孔，所述相对较大尺寸的气孔在第一涂覆步骤中没有被还原催化剂200填充，因而将还原催化剂200填充至较大尺寸的孔中。

如图2中(e)所示，在完成第二涂覆步骤的过滤器主体100中还原催化剂200均匀地分布并且孔102的尺寸保持在均匀的水平。

特别地，可以重复地进行所述第一涂覆步骤或所述第二涂覆步骤至少两次或更多次，从而将孔102的尺寸维持在所需的水平，例如平均尺寸为10-20μm。通过重复进行所述第一涂覆步骤或所述第二涂覆步骤，包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液每次主要经过在其中形成小的背压的相对较大尺寸的孔102，并因此孔的尺寸可以标准化地减小。然而，在第二涂覆步骤重复进行数次的情况下，可以进行干燥过滤器主体100的步骤来替代涂覆步骤。

维持完成第二涂覆步骤的过滤器主体100上存在的孔102之中尺 寸为20μm或更小的孔102的总体积大于在制备步骤中所制备的过滤器主体上存在的孔102之中尺寸为20μm或更小的孔102的总体积。

同时，提供突然压力的方向在第一涂覆步骤和第二涂覆步骤中相同，另一方面，所述方向可以相反。

图3为说明根据本发明的示例性实施方案的用于在柴油微粒过滤器上涂覆催化剂的方法的示图。

首先，如图3中(a)所示，制备具有58％或更大的孔隙率的过滤器主体100(制备步骤)。

如图3中(b)所示，当过滤器主体100如上所述地制备时，将吸收压力提供至出口通道120同时将包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液供应至入口通道110。结果，包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液主要经过在其中形成小的背压的相对较大尺寸的孔，因而还原催化剂200填充至较大尺寸的孔102中。

在该状态下，过滤器主体100为干燥的。还原催化剂200的一部分填充至已经经过第一涂覆步骤的过滤器主体100的较大尺寸的孔102中。然而，如图3中(c)和前一个实施方案所示，在第一涂覆步骤中用还原催化剂200涂覆的过滤器主体的孔102的尺寸和分布是不均匀的。

完成第一涂覆步骤的过滤器主体100用还原催化剂200第二次涂覆。

第二涂覆步骤通过将吸收压力以与第一涂覆步骤中提供吸收压力的相反的方向提供至其中孔102的尺寸和分布不均匀的过滤器主体100而进行。换句话说，如图3中(d)所示，将包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液供应至入口通道110并同时将吸收压力提供至出口通道120。结果，包含还原催化剂200的洗涤涂覆溶液主要地经过在其中形成小的背压的相对较大尺寸的孔，所述相对较大尺寸的孔在第一涂覆步骤中没有被还原催化剂200所填充，因此将还原催化剂200填充至较大尺寸的孔102中。

如图3中(e)所示，在完成第二涂覆步骤的过滤器主体100中还原催化剂200均匀地分布并且孔102的尺寸保持在均匀的水平。

特别地，可以重复地进行所述第一涂覆步骤或所述第二涂覆步骤 至少两次或更多次，从而将孔102的尺寸维持在所需的水平。

下文将进行对比实施方案与本发明实施方案的比较。

根据对比实施方案，通过使用根据相关技术的普通技术来用还原催化剂涂覆S-DPF。换句话说，在对比实施方案中制备过滤器主体，然后将过滤器主体浸入到容纳包含普通还原催化剂的洗涤涂覆溶液的浸渍浴中，由此制备待用还原催化剂涂覆的S-DPF，这与本发明第一涂覆步骤完成的状态相同。

根据本发明的实施方案，通过使用根据本申请的技术来用还原催化剂涂覆S-DPF。换句话说，在本发明的实施方案中，制备过滤器主体然后首先通过在过滤器主体的出口通道产生吸收压力并同时将包含还原催化剂的洗涤涂覆溶液供应至过滤器主体的入口通道而涂覆还原催化剂，然后进行干燥。干燥后，过滤器主体通过在过滤器主体的出口通道再次产生吸收压力并同时将包含还原催化剂的洗涤涂覆溶液供应至过滤器主体的入口通道来第二次用还原催化剂涂覆，由此制备S-DPF。

拍摄S-DPF的扫描电子显微镜照片，所述S-DPF是根据如上所述的对比实施例和本发明的实施方案而制备的。

图4A是根据对比实施方案的S-DPF的扫描电子显微镜照片，图4B是根据本发明的示例性实施方案的S-DPF的扫描电子显微镜照片。如图4A所示，证实了在根据对比实施方案的S-DPF中还原催化剂200分布不均匀并且孔102的尺寸不均匀。相反，如图4B所示，证实了还原催化剂200分布均匀并且孔102的尺寸均匀。

此外，进行实验以确认根据对比实施方案和本发明实施方案的S-DPF是否满足欧6标准的PN规定，其结果示于图5。

图5为比较根据对比实施方案和本发明实施方案的S-DPF的粒子数(PN)的图表。如图5所示，证实了对比实施方案不满足欧6标准的PN规定，相反地，本发明的实施方案充分满足欧6标准的PN规定。

因此，证实了大量的还原催化剂在根据本发明的实施方案制备的S-DPF上均匀分布并且形成的孔尺寸均匀而且更小，使得当废气通过时将PM过滤至充分满足欧6标准的PN规定的水平，同时可以通过还原催化剂来改善氮氧化物的吸附和纯化效果。

根据本发明的示例性实施方案，将还原催化剂分段地涂覆在高孔隙率的过滤器主体，因此涂覆大量的还原催化剂，由此以将孔的尺寸维持得更小，并维持孔的分布均匀。

因此，可以通过还原催化剂保持优异的氮氧化物的吸收和纯化性能，并可以改善收集PM和PN的功能。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。它们并不会毫无遗漏，也不会将本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多修改和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其它们的实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。