利用催化剂组分涂覆衬底的方法

文档序号:9264252
利用催化剂组分涂覆衬底的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用包括催化剂组分的液体涂覆衬底的方法。经涂覆的衬底用于排放 控制装置,排放控制装置处理或从内燃机产生的废气中去除污染物。本发明还涉及利用包 括催化剂组分的液体涂覆衬底的设备。
【背景技术】
[0002] 用于处理活动和静止应用中的内燃机废气的排放控制装置(例如,催化器,诸如 三元催化器或柴油机氧化催化器)通常包括经包括催化剂组分的液体涂覆的衬底(例如, 蜂窝状整体式衬底)。在涂覆过程中可出现问题,这可取决于待涂覆衬底的特性(例如,通 道尺寸、构成衬底的材料及其多孔性)和用于形成涂层的液体的特性(例如,流变能力)。 排放控制装置的制造商已经研制了解决这些问题的各种方法和设备。
[0003] WO 99/47260描述了一种涂覆整体式支撑件的方法,包括步骤:(a)将容纳装置放 置在支撑件之上,(b)将预定量的液体组分配给到所述容纳装置中,以先(a)后(b)的顺序 执行或以先(b)后(a)的顺序执行,(c)通过施加压力或真空,将所述液体组分抽吸到支撑 件的至少一部分中,并且使几乎所有所述量都保留在所述支撑件内。
[0004] WO 2011/080525描述了一种利用包括催化剂组分的液体涂覆包括多个通道的蜂 窝状整体式衬底的方法,所述方法包括步骤:(i)大体竖向地保持蜂窝状整体式衬底;(ii) 经由衬底下端处的通道的开口端将预定量的液体引入衬底中;(iii)将引入的液体密封地 保留在衬底内;(iv)颠倒包含保留的液体的衬底;以及(V)在衬底的颠倒的下端处向衬底 的通道的开口端施加真空,以沿衬底的通道抽吸液体。

【发明内容】

[0005] 本发明的发明人研制出了利用包括催化剂组分的液体自动地精确涂覆衬底的方 法和设备。具体地,所述方法和设备可利用液体将衬底的通道壁均匀地涂覆至预定长度,并 且最小化通道的涂覆长度之间的变化。本发明的方法还容许优异的分布控制和对剂量长度 的控制。
[0006] 所述方法和设备可用于应用具有较宽浓度范围的液体。通常,现有技术中用于涂 覆衬底的方法仅当与粘度在特定范围内的液体一起使用时才能给出良好的结果,该范围通 常是较窄的粘度范围(这通常被称作"载体涂料处理窗口 ")。因此,需要修改特定方法中 使用的载体涂料的配方,从而使得它将具有落在该方法的"载体涂料处理窗口 "内的粘度。 所述方法和设备可在较宽的载体涂料处理窗口上提供良好的结果。它容许在不修改载体涂 料配方的情况下将较宽浓度范围的载体涂料涂覆到衬底上。
[0007] 本发明提供一种利用包括催化剂组分的液体涂覆衬底的方法,所述衬底包括多个 通道,其中,所述方法包括:
[0008] (a)竖向地保持所述衬底;
[0009] (b)经由或通过所述衬底的下端处的通道的开口端将所述液体引入所述衬底;以 及
[0010] (C)在所述衬底的下端已被部分地填充有所述液体时或之后,向所述衬底的上端 处的通道的开口端施加真空,同时将所述液体引入所述衬底。
[0011] 本发明还提供用于执行所述方法的设备。本发明的一个方面涉及一种利用包括催 化剂组分的液体涂覆衬底的设备,所述衬底包括多个通道,其中,所述设备包括:
[0012] (a)用于竖向地保持所述衬底的装置;
[0013] (b)用于经由或通过所述衬底的下端处的通道的开口端将所述液体引入所述衬底 的装置;
[0014] (C)在所述衬底的下端已被部分地填充有所述液体时用于触发真空的装置;以及
[0015] (d)用于向所述衬底的上端处的所述通道的开口端施加真空的装置。
[0016] 本发明的另一方面涉及利用包括催化剂组分的液体涂覆衬底的设备的使用方法。
【附图说明】
[0017] 图1示出用于执行本发明的方法的设备的剖面。
[0018] 图2包含(A)X射线图像和(B)已经利用根据本发明的方法涂覆的壁流式过滤衬 底的视图。
[0019] 图3包含(A)X射线图像和⑶已经利用一种方法涂覆的壁流式过滤衬底的视图, 其中,(i)液体已被引入衬底下端,并且(ii)在引入液体之后,向衬底上端施加真空之前, 存在短的停顿。
【具体实施方式】
[0020] 用于处理或去除内燃机产生的废气中的污染物的排放控制装置在本领域中是周 知的。这类装置通常包括利用催化剂组分涂覆的衬底。本发明用于制备这类装置。
[0021] 本发明涉及利用包括催化剂组分的液体涂覆衬底。应该理解,"催化剂组分"不限 于在涉及废气的污染物组分(例如,C0、HC或NO x)的反应中具有催化活性的化学化合物或 材料。用语"催化剂组分"包含通常应用于催化器或排放控制装置所包括的载体涂料中的 任何组分。例如,催化剂组分可涉及能够存储或吸收NO x或碳氢化合物的材料。但是,"催 化剂组分"优选本身具有催化活性。
[0022] 包括催化剂组分的液体为本领域技术人员已知并且包括:铂族金属化合物(诸如 铂、钯、铑化合物)的水溶液、用于沉积吸收衬底上的NO x的化合物的碱金属和碱土金属的 水溶液及其他组分,诸如过渡金属(例如,铁、铜、钒、铈)的化合物和过渡金属催化促进剂 化合物;包括颗粒催化剂支撑材料(诸如,氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、氧化锆、氧化硅-氧 化铝和沸石)并可选地支撑上述铂族金属或过渡金属中的一个或多个的载体涂料浆料;以 及包含被支撑的金属化合物的结合体和上述金属化合物的水溶液的载体涂料浆料。这类液 体还可包括相关的酸、有机化合物增稠剂等,以提高配制材料的催化活性化学性质从而符 合所得催化剂的计划目标,和/或提高液体的粘度和流变能力。液体可以是溶液或悬浮液, 但通常液体是悬浮液。
[0023] 通过本发明,已经可以成功地利用粘度为约IOOcP至1000 cP以上(在20°C下在 Brookfield RV DVII+Extra Pro粘度计上利用SC4-27锭子以50rpm锭子速率测量的)的 液体涂覆衬底。
[0024] 本发明的方法和设备可用于涂覆衬底,其中,液体仅覆盖通道长度的一部分(即, 小于通道的轴向长度)。
[0025] 在实践中,通常反复执行本发明的方法,诸如通过利用自动化设备,如本发明的设 备。
[0026] 通常,方法的步骤(a)包括利用用于保持衬底的装置竖向地保持衬底。在本发明 的方法或设备中,"用于保持衬底的装置"也可指"衬底托架"。一般地,方法的步骤(a)包 括大体竖向地保持衬底。本发明的设备通常包括用于大体竖向地保持衬底的装置。
[0027] 用于保持衬底的装置可支撑外表面,诸如衬底的一端或一侧的外表面(即,当衬 底定向为使得通道的开口端处于下端和/或上端处时)。优选地,用于保持衬底的装置支撑 衬底一侧的外表面。
[0028] 通常,用于保持衬底的装置包括用于接纳衬底下端的外壳。并非所有衬底都具有 常规的圆形剖面,并且一些具有椭圆形或跑道形、斜椭圆或其他不对称剖面。无论衬底具有 何种剖面,都可利用常规方法或技术采用合适塑形的外壳来接纳衬底。
[0029] 可手动地或自动地将衬底插入用于保持衬底的装置(例如,衬底托架)。优选地, 自动地将衬底插入用于保持衬底的装置。本发明的设备可包括用于将衬底插入(例如,自 动地插入)用于保持衬底的装置的"拾放"装置(例如,机器人"拾放"装置)。
[0030] 在本发明的方法中,步骤(a)包括(al)拾取衬底(例如,利用"拾放"装置)和 (a3)竖向地保持衬底(例如,利用用于保持衬底的装置或衬底托架)。优选地,步骤(a)包 括(al)拾取衬底,(a2)将衬底插入用于保持衬底的装置,以及之后的(a3)利用用于保持 衬底的装置竖向地保持衬底。更优选地,步骤(a)包括(al)拾取衬底,(a2)将衬底插入用 于接纳衬底下端的外壳,以及之后的(a3)利用用于保持衬底的装置(诸如,可充气箍)竖 向地保持衬底。
[0031] 一般地,用于保持衬底的装置包括用于与衬底的外表面接触和/或接合的至少一 个可充气箍。每个可充气箍可在衬底周围形成液密或气密密封。在本发明的方法中,步骤 (a)可包括(a)通过为衬底下端周围的可充气箍充气竖向地保持衬底。
[0032] 优选地,用于保持衬底的装置仅包括一个可充气箍或至少两个可充气箍(更优选 地仅包括两个可充气箍),其中,每个箍用于与衬底的外表面接触和/或接合。每个可充气 箍可符合衬底的外表面。
[0033] 优选地,至少一个可充气箍(例如,第一可充气箍)由外壳支撑(例如,由外壳的 内壁支撑)并优选延伸到外壳的内部空间中。
[0034] 一般地,每个可充气箍可被布置为在水平平面(即,垂直于衬底的轴向长度或中 心轴线的平面,诸如与包含衬底端部(废气流过该端部)的平面平行的平面)中与衬底的 外表面接触和/或接合。每个可充气箍可被布置为在水平平面中与衬底外表面(例如,衬 底一侧的外表面)的一部分接触和/或接合或完全包围衬底的外表面。例如,当衬底具有 圆形剖面时,每个可充气箍可被布置为在水平平面中与衬底外表面的弧形部分或整个圆周 接触和/或接合。优选地,每个可充气箍被布置为与衬底外表面的整个圆周长度接触和/ 或接合。
[0035] 用于保持衬底的装置通常包括用于与衬底下端处的外表面接触和/或接合的第 一可充气箍和用于与衬底下端以上(例如,在衬底下端和上端之间的约中途处或在衬底的 上半部中)的衬底外表面接触和/或接合的第一可充气箍。当用于施加真空的装置包括可 充气箍(诸如第二可充气箍)时,用于向衬底上端施加真空的装置可提供用于保持衬底的 装置的一部分。
[0036] 当将液体引入衬底下端时,第一可充气箍将衬底保持就位。还提供屏障,以防止液 体涂覆衬底一侧处的外表面。当液体经过可充气箍并涂覆衬底一侧处的外表面时,一些液 体不会被引入衬底内,导致所述方法的涂覆精确度降低,尤其是当衬底具有相对小的体积 时。
[0037] 通常,第一可充气箍在被充气时具有与衬底端部(端面)一起提供连续平坦表面 或屏障的表面。这种可充气箍的例子是具有正方形或矩形剖面的可充气箍。因此,当被充 气时,第一可充气箍和衬底的端面形成单个平坦表面,从而使得可充气箍和衬底一侧处的 外表面之间不存在积聚或收集液体的空间。
[0038] 优选地,所述或每个可充气箍具有正方形或矩形剖面。当具有第一可充气箍和第 二可充气箍时,优选地,第一可充气箍和第二可充气箍各自具有正方形和矩形剖面。这种可 充气箍还可被称作正方形面囊。可充气箍的一个平坦侧面具有与衬底一侧处的外表面相符 合的表面。可充气箍的另一个平坦侧面具有可与衬底端部一起形成连续平坦表面的表面。 正方形饰面囊还可比其他形状的可充气箍更均匀地放气,在衬底和囊之间保留更大空间, 由此容许改进将真空施加于衬底时的空气流。
[0039] 所述方法包括(b)通过衬底下端处的通道的开口端将液体引入衬底。这是将液体 施加到衬底内部的步骤。克服重力通过衬底下端处的通道的开口端将液体引入衬底,诸如 通过将液体推动或注射到衬底中。已经发现,克服重力将液体引入衬底中有助于提供更宽 的载体涂料处理窗口。液体可均匀地涂覆到通道壁上,涂覆预定的长度,其中,通道的涂覆 长度之间的差异为5mm或更小,通常是2mm或更小(例如,Imm或更小)。
[0040] 通常,方法的步骤(b)包括(b)利用用于将液体引入衬底的装置通过衬底下端处 的通道
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