本发明涉及适用于排放处理系统(例如汽车内燃排气系统)的催化壁流式整料(monolith)。该整料提供了一种用于处理发动机废气流的有效方法。
背景技术：
包括柴油发动机在内的内燃机的排放受到全球政府正在实施的法规的限制。制造商正在寻求通过发动机设计和废气后处理的组合来满足这些立法要求。用于进行废气后处理的排气系统通常包括一系列催化剂和/或过滤器，这些催化剂和/或过滤器被设计成进行用于降低这种法规所限制的废气种类的比例的某些反应。
柴油发动机废气流是一种不均匀混合物，其不仅包含气态排放物如一氧化碳(“co”)、未燃烧的烃(“hc”)和氮氧化物(“nox”)，而且还包含构成所谓颗粒或颗粒物质的冷凝相材料(液体和固体)。常常在柴油发动机排气系统中提供催化剂组合物以及在其上布置组合物的基底，以将这些废气组分中的一些或全部转化为无害组分。例如，柴油机排气系统可以包含柴油机氧化催化剂、烟灰过滤器和用于还原nox的催化剂中的一种或多种。
柴油机废气流的总颗粒物质排放物包括固态干燥的碳质级分，即所谓的烟灰级分。这种干燥的碳质物质为通常与柴油机废气相关联的可见烟灰排放物作出了贡献。
用于高颗粒物质减少的一项关键后处理技术是柴油机颗粒过滤器。存在许多已知的可从柴油机废气流中有效除去颗粒物质的过滤器结构，例如蜂窝壁流式过滤器、缠绕或填充式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等。但是，下面描述的陶瓷壁流式过滤器受到最多关注。这些过滤器能够从柴油机废气流中除去超过90％的颗粒物质。该过滤器是用于从废气流中除去颗粒的物理结构，并且累积的颗粒将增加对发动机的来自过滤器的背压。因此必须连续地或周期性地从过滤器烧除累积的颗粒，以保持可接受的背压。遗憾的是，碳烟灰颗粒需要超过500℃的温度以在富(贫)氧排气条件下燃烧。这个温度高于柴油机废气流中所典型存在的温度。
因此需要主动燃烧累积的烟灰以促进过滤器再生。主动过滤器再生的一种形式是间歇地将额外的烃类燃料引入到废气中并使其燃烧以便提高过滤器温度。额外的烃类燃料的燃烧可以通过用合适的助燃催化剂涂覆过滤器而在过滤器本身上进行。经适当催化的过滤器通常被称为催化烟灰过滤器或csf。
在主动再生期间，csf可能需要达到大约600℃的温度以允许以足够的速率除去(燃烧)颗粒物质。但是，如果在主动再生事件期间出现低废气流量的周期，例如当发动机/车辆空转时，减少的气体流量阻止了热量从csf中移除。这可导致过滤器的一些部分达到超过1000℃的温度。这样的高温可导致两个主要问题。首先，催化剂会烧结，从而降低了其表面积并且因此催化剂活性丧失。其次，在基底中可出现高的热梯度，导致由热膨胀差异引起的机械应力。在极端条件下，所述热梯度和应力会导致基底破裂，从而导致csf的完整性的丧失。
因此，挑战在于控制csf的主动再生，以使得其可以达到足够高的温度以除去颗粒物质，但不会高到对催化剂和/或过滤器基底造成损害。
如上所述，柴油机废气流还包含nox。经过验证的应用于贫排气条件下的固定来源的nox减少技术是选择性催化还原(scr)。在此过程中，在通常由贱金属组成的催化剂上，用氨(nh3)将nox还原成氮气(n2)。该技术能够进行大于90％的nox还原，因此它是实现积极的nox还原目标的最佳途径之一。只要排气温度在催化剂的主动温度范围内，scr就能提供有效的nox转化。
可在排气系统中提供分开的基底，所述分开的基底各自包含催化剂以处理废气的离散组分。但较少基底的使用是所希望的，以减小系统的整体尺寸，以易于系统的组装，并且降低系统的总成本。实现此目标的一个方法是利用对将nox转化为无害组分有效的催化剂组合物涂覆烟灰过滤器。采用这种方法，催化烟灰过滤器承担两个催化剂功能：除去废气流中的颗粒组分，并且将废气流中的nox组分转化为氮气。
可实现nox还原目标的涂覆烟灰过滤器需要在烟灰过滤器上有足够的scr催化剂组合物负载量。通过暴露于废气流的某些有害组分而随时间发生的组合物的催化效力的逐渐丧失提高了对scr催化剂组合物的更高催化剂负载量的需求。然而，具有更高催化剂负载量的涂覆烟灰过滤器的制备可能导致排气系统内高到不可接受的背压。因此希望下述这样的涂覆技术：所述涂覆技术允许在壁流式过滤器上更高的催化剂负载量，但仍然允许过滤器保持达到可接受的背压的流动特性。
在涂覆壁流式过滤器时考虑的另一个方面是选择合适的scr催化剂组合物。首先，该催化剂组合物必须是耐久的，以使得即使在长时间暴露于作为过滤器再生的特征的更高温度之后，其也保持其scr催化活性。例如，颗粒物质的烟灰级分的燃烧常常导致高于700℃的温度。这样的温度使得许多常用的scr催化剂组合物如钒和钛的混合氧化物变得催化效率较低。其次，scr催化剂组合物优选具有足够宽的操作温度范围，以使得它们可以适应车辆运行所处的可变温度范围。例如在低载荷条件下或在启动时，通常遇到低于300℃的温度。scr催化剂组合物优选能够催化废气的nox组分的还原，以实现nox还原目标，即使是在较低的排气温度下。
us8617476公开了一种蜂窝过滤器，其以负载于通道壁上的沸石的量和所述壁的导热性为特征。
us8398925公开了一种用于内燃机的颗粒过滤器基底。该过滤器基底涂覆有具有不同密度区域的洗涂层(washcoat)。
wo2005016497公开了一种排气处理系统。
us2012/0247092公开了一种用于排放控制的多组分过滤器。
us2014/0140899公开了催化颗粒过滤器。
wo2011140248公开了催化烟灰过滤器和排放处理系统。
us5221484公开了一种催化过滤系统和方法。
因此希望提供一种改进的壁流式整料和/或至少解决与现有技术相关的一些问题，或者至少提供一种其商业上有用的替代方案。
技术实现要素：
根据第一方面，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面
和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一
面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在
所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中第一催化材料分布在所述多孔基底内，
其中微孔膜在所述第一多个通道中在所述第一多个内表面的
在纵向方向上延伸的第一部分上提供，以及
其中所述第一部分从所述第一面开始延伸所述第一多个通道
的长度的75％至95％。
现在将进一步描述本发明。在下面的段落中更详细地定义了本发明的不同方面。如此定义的每个方面可以与其它任意一个方面或多个方面组合，除非有明确的相反指示。尤其是，被指示为优选或有利的任何特征可以与被指示为优选或有利的其它任意一个特征或多个特征组合。
本发明人已经发现，通过提供如本文所讨论的微孔膜，可以指导烟灰沉积位置。微孔膜是涂层，其所具有的孔被确定尺寸为小于被回收的烟灰颗粒。这意味着该膜允许气体的流通以用于处理，但是阻止烟灰在由该膜保护的区域中的多孔基底的较大孔内的积聚。微孔膜的提供因而防止了在使用中的那些区域中的背压的积聚。
本发明人已经发现，如果他们控制进入过滤器后部的烟灰量，那么当进行烟灰再生时，基于其在使用中累积的位置，在前部比在后部有更多的烟灰燃烧。典型地，在传统过滤器中，更多的烟灰积聚在后面，导致显著的温度梯度并且降低装置的寿命。防止过滤器后面的烟灰沉积可降低再生过程中在过滤器后部达到的温度，从而改善在过滤器损害方面的过滤器耐久性。
因此，本发明涉及用于排放处理系统中的催化壁流式整料。壁流式整料在本领域中众所周知用在柴油机颗粒过滤器中。它们通过迫使废气(包括颗粒物质)流过由多孔材料形成的壁来工作。优选地，该整料是包含scr催化剂的过滤器。
该整料具有第一面和第二面，在第一面和第二面之间限定了纵向方向。在使用中，第一面将是废气的入口面，而第二面将是经处理的废气的出口面。
如常规的壁流式整料，其具有在纵向方向上延伸的第一和第二多个通道。第一多个通道在第一面处开口并且在第二面处封闭。第二多个通道在第二面处开口并且在第一面处封闭。所述通道优选彼此平行以在通道之间提供恒定的壁厚。结果，进入多个通道之一的气体在不扩散通过通道壁进入其它多个通道的情况下无法离开该整料。通过将密封剂材料引入通道的开口端而来关闭通道。优选地，第一多个通道中的通道数等于第二多个通道中的通道数，并且各多个通道均匀地分布在整个整料中。
第一多个通道提供第一多个内表面。第二多个通道提供第二多个内表面。
为了促进待处理的气体通过通道壁，该整料由多孔基底形成。该基底还充当用于保持催化材料的载体。用于形成多孔基底的合适材料包括陶瓷状材料如堇青石，α-氧化铝，碳化硅，氮化硅，氧化锆，莫来石，锂辉石，氧化铝-二氧化硅-氧化镁或硅酸锆，或多孔难熔金属。壁流式基底也可以由陶瓷纤维复合材料形成。优选的壁流式基底由堇青石和碳化硅形成。这类材料能够耐受在处理废气流时所遇到的环境，特别是高温，并且可被制成为足够多孔的。这类材料及其在制造多孔整料基底中的使用在本领域中是公知的。
为了提供催化壁流式整料，必须将催化材料施加到多孔基底上，典型地以洗涂层的形式。该施加可以被表征为“壁上”施加或“壁中”施加。前者的特征在于在通道的表面上形成涂层，如本文讨论的微孔膜。后者的特征在于催化材料渗透到多孔材料内的孔中。用于“壁中”或“壁上”施加的技术可取决于所施加的材料的粘度、施加技术(例如喷涂或浸渍)以及不同溶剂的存在。这些施加技术在本领域中是已知的。洗涂层的粘度受到例如其固体含量的影响。它也受到以下因素的影响：洗涂层的颗粒尺寸分布(对于在其颗粒尺寸分布上具有尖峰的精细研磨的洗涂层，相对平坦的分布将给出不同的粘度)以及流变改性剂如瓜耳胶和其它胶。wo2011/080525、wo1999/047260和wo2014/195685中描述了合适的涂覆方法，所述文献通过引用并入本文。
用作催化材料的催化剂包括沸石，例如zsm-5，丝光沸石，γ-沸石和β-沸石或其任何两种或更多种的混合物。沸石可以是金属化或未金属化的，例如使用fe，v，cu，ce，fe或pt或其任何两种或更多种。在金属化的情况下，可以使用已知技术如浸渍或离子交换来施加金属。优选地，该整料是选择性催化还原剂过滤器(scr)。用于还原nox的合适催化剂在本领域中是已知的，并且被描述于例如wo2009/001131、wo2010/043891和wo2008/106519中。有利地，scr整料能够在单个单元中既还原废气流中nox又除去颗粒物质。
优选地，催化材料包括小孔沸石。特别用于处理贫燃燃烧发动机的废气中的nox的小孔沸石包括选自以下的沸石：cha，lev，eri，ddr，kfi，eab，pau，mer，aei，goo，yug，gis，vni和aft结构家族。wo2008/132452中描述了合适的实例，所述文献通过引用并入本文。来自cha和aei家族的小孔沸石是特别优选的。小孔沸石优选用cu和/或fe金属化，任选地包含ce。另外可选地，小孔沸石可用以下金属进行金属化：利用贵金属(包括金、银和铂族金属)，优选利用铂族金属，更优选利用钯或铂，最优选利用钯。
优选地，催化材料分布在整个多孔基底上。也就是说，优选地，催化材料优选均匀且一致地分布在整个多孔基底中。
然而，在一些实施方案中，本发明的整料被处理以使得多孔基底的仅一段以催化材料填充。特别地，可以存在从第一面开始在纵向方向上延伸的第一段和从第二面开始在纵向方向上延伸并且延伸到第一段的第二段。换句话说，该整料的一端(相对于废气的流动)形成第一段，并且在另一端的其余部分形成第二段。在这些实施方案中，第二段包含催化材料。优选地，催化材料分布在多孔基底的整个第二段中。也就是说，优选地，催化材料优选均匀且一致地分布在整个该段中。在这种实施方案中，优选地，第一段在多孔基底内不包含任何催化材料(或实际上，任何添加的材料)。
优选地，在纵向方向上第一段的长度与在纵向方向上第二段的长度的比为5:95至15:85，优选为大约10:90。
典型地，第一和第二部分之间的边界将处于与第一和第二面平行的平面中。这有助于洗涂(wash-coating)过程。但是，还可以具有在整料的截面上变化的边界，例如锥形边界。这可有利地用于增加整料内的第二段的体积，因为整料的中心部分要经历升高的温度。
微孔膜在第一多个通道中提供，涂覆第一多个内表面。优选地，微孔涂层不在第二多个表面上提供。在本文所述的第一方面中，该膜在第一通道的长度的75％至95％、优选80％至90％上提供。该长度是从第一多个通道的第一面到内部密封端的内部空腔长度。由于涂层从第一面开始延伸，这意味着通道的后部未被涂覆。根据第二方面，多个第一内表面被完全涂覆。
微孔膜可由各种各样的材料制成，包括聚合物膜和无机膜。可使用的无机材料包括烧结金属和陶瓷膜。陶瓷膜可包括氧化铝，氧化锆，二氧化钛，二氧化硅，锆石，堇青石，莫来石，尖晶石，碳化硅，氮化硅,及其混合物，其通过热烧结或利用反应性无机粘结剂结合。
微孔膜的孔尺寸使得烟灰颗粒不能通过该膜。优选地，膜涂层的平均孔径为约0.1微米至5微米，更优选为0.2至1微米。
该催化剂膜可以是可渗透的、半渗透的或不可渗透的膜的形式。如本文所用，膜是催化剂涂层，其中涂层的厚度是在其上布置膜的壁的厚度的大约0.1至15％。膜还可以包含约5-40％的催化剂材料，基于负载于过滤器总体上的催化剂材料的总重量计。
该膜可以在多孔壁的入口侧或出口侧。该膜可以覆盖过滤器长度的100％，或者可仅覆盖过滤器长度的10-90％，从入口面或出口面测量。例如，该膜可以覆盖过滤器长度的10-25％，25-50％，50-75％，35-75％或75-70％。
在一种实施方案中，优选地，微孔膜具有沿着纵向方向减小的厚度，使得厚度在与第一面相邻的区域中最大。该膜还可以包括催化剂浓度梯度，其中高浓度的催化剂朝向过滤器的入口端。
还可以使用传统技术以提供这种“壁上”施加将微孔膜提供给基底的仅特定部分。例如，保护性聚合物涂层(例如聚乙酸乙烯酯)可被施加到其余部分，使得该膜不会在那里形成。一旦残余洗涂层已经被除去，例如在真空下，则保护性聚合物涂层可被烧掉。
微孔膜可通过喷涂或浸渍方法施加，但是用于形成其的材料可以通过多种技术之一而基本上被阻止渗入多孔基底，例如使用如上所述的稠且粘性的涂覆溶液。
为了避免疑惑，要承认微孔涂层可以延伸到表面区域中并且渗入接近基底表面的孔中。这对于膜粘附到基底上来说可能是必要的。优选地，第一多个通道的表面上的膜渗透到通道壁厚度的小于25％，优选10％，优选地小于5％。
优选地，微孔膜包含不同于第一催化材料的第二催化材料，优选烟灰燃烧促进剂催化剂。最优选的实例包括二氧化铈上的铜，ce/zr或二氧化铈。
在某些方面中，微孔膜包含用于吸附或捕获催化剂毒物(例如灰分，na，pt，硫氧化物，fe等)的材料。一个这样的实例是二氧化铈。另一个实例是裸沸石(例如，h-型沸石)。
在某些方面中，微孔膜包含用于尿素水解的催化剂。us8071037中公开了合适的涂层材料。
优选地，与多孔壁组合的第一和第二多个通道的平均截面宽度导致100至600的每平方英寸孔室数(cellpersquareinch，cpsi)。所述通道可以具有恒定的宽度，并且各多个通道可具有一致的通道宽度。但优选地，用作使用中的入口的多个通道具有比用作出口的多个通道更大的平均截面宽度。优选地，差值为至少10％。这提供了过滤器中提高的灰分储存容量，这意味着可以使用较低的再生频率。在wo2005/030365中描述了不对称过滤器，所述文献通过引用并入本文。
优选地，相邻通道之间的基底的平均最小厚度(即，壁厚)为8至20密耳(其中“mil”为1/1000英寸)(0.02至0.05cm)。由于通道优选是平行的并且优选具有恒定的宽度，所以相邻通道之间的最小壁厚优选是恒定的。将要理解，有必要测量该平均最小距离以确保可再现的测量。例如，如果通道具有圆形截面且是密集的，则在两个相邻通道之间的壁最薄处有一个清晰点。壁厚优选与壁孔隙率和/或平均孔尺寸相关联。例如，壁厚对平均孔尺寸为10至50。
优选地，在垂直于纵向方向的平面中，该整料具有100-500、优选200-400的每平方英寸通道数。例如，在第一面上，开口第一通道和封闭第二通道的密度是200-400的每平方英寸通道数。所述通道可具有矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形或其它多边形形状的截面。
根据另一方面，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中第一催化材料分布在整个多孔基底内，
其中微孔膜在所述第一多个通道中提供，涂覆所述第一多个内表面，并且
其中所述微孔膜具有沿纵向方向增加的厚度，使得所述厚度在与所述封闭的第二面相邻的区域中最大。
优选地，该微孔膜在与封闭的第二表面相邻的区域中所具有的厚度使得使用中的背压比与所述第一面相邻的区域中的背压大至少20％。
根据另一方面，提供一种用于处理燃烧废气流的排放处理系统，该系统包括如本文所述的催化壁流式整料，其中所述第一面在所述第二面的上游。
根据另一方面，提供一种用于制造如本文所述的催化壁流式整料的方法，所述方法包括：
提供多孔基底，所述多孔基底具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，其中所述第一多个通道在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且其中所述第二多个通道提供第二多个内表面；
以包含第一催化材料的洗涂层渗入所述多孔基底中，以提供分布在所述多孔基底内的第一催化材料；并且
在所述第一多个内表面上形成微孔膜。
基底的选择性渗入通过如下方式而成为可能：将基底垂直地浸入催化剂浆料的一部分中，使得第一和第二基底部分之间的希望边界位于浆料的表面处，将样品留在浆料中约30秒。将基底从浆料中取出，并且过量的浆料通过如下方式而被从壁流式基底中除去：首先使其从通道中排出，然后用压缩空气吹(对着浆液渗透的方向)，并且然后从浆料渗透的方向抽真空。通过使用这种技术，催化剂浆料渗透到基底的第一部分的壁上，但是孔没有被堵塞到过度背压将在成品基底中积聚的程度。
经涂覆的基底典型地在约100℃下干燥并且在较高温度(例如300-450℃)下煅烧。在煅烧之后，催化剂负载量可通过计算基底的经涂覆和未涂覆重量来确定。正如对于本领域技术人员来说显然的是，可通过改变涂覆浆料的固体含量来改变催化剂负载量。另外可选地，可以进行基底在涂覆浆料中的反复浸渍，然后如上所述除去过量的浆料。
如上文和wo2011/080525、wo1999/047260和wo2014/195685中所述形成微孔膜的涂层。为了防止涂层沿着通道表面的整个长度形成，在第一部分中的表面可用保护性聚合物膜预先涂覆，例如使用聚乙酸乙烯酯。这防止了催化材料粘附在第一部分中的表面上。然后可以将该保护性聚合物涂层烧掉。
本公开内容尤其涵盖下面详细描述的四种优选实施方案。
根据第一优选实施方案，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中第一催化材料分布在整个多孔基底内，
其中微孔膜在所述第一多个通道中在所述第一多个内表面的在纵向方向上延伸的第一部分上提供，以及
其中所述第一部分从所述第一面开始延伸所述第一多个通道的长度的80％至90％。
通过提供微孔膜形式的壁上涂层，这对于大部分通道来说阻止了烟灰沉积到壁中，并且因此在存在壁上涂层的位置，烟灰负载的背压较低。这些区域中的烟灰形成表面层，但对气流不具有相同的抑制作用。后区中的区域不具有微孔涂层，使得烟灰可沉积在壁的孔中，并且这导致在后部较高的背压。在初始加载之后，这个升高的背压降低了将在通道的后部中加载的烟灰的相对量。这因而降低了在主动烟灰再生期间在该区域中的放热，从而提高过滤器对破裂/峰值温度的耐久性。
根据第二优选实施方案，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中微孔膜在所述第一多个通道中在所述第一多个内表面的在纵向方向上延伸的第一部分上提供，以及
其中所述第一部分从所述第一面开始延伸所述第一多个通道的长度的75％至95％，
并且其中所述微孔膜具有沿纵向方向降低的厚度，使得所述厚度在与所述第一面相邻的区域中最大。
这个实施方案以与第一实施方案类似的方式工作。微孔膜有助于防止烟灰进入通道的第一部分中的壁中。然而，通过提供厚度不断减小的微孔膜，逐渐增加的量的烟灰将进入多孔基底中。这在通道5中朝向通道的背部提供了不断增加的背压。这有助于进一步降低热再生时出现的温度梯度。
根据第三优选实施方案，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中第一催化材料分布在整个多孔基底内，
其中微孔膜在所述第一多个通道中在所述第一多个内表面的在纵向方向上延伸的第一部分上提供，以及
其中所述第一部分从所述第一面开始延伸所述第一多个通道的长度的75％至95％，
其中所述多孔基底具有从第一面开始在纵向方向上延伸的第一段和从第二面开始在纵向方向上延伸并且延伸到第一段的第二段，并且其中第一催化材料分布在整个第二段中，并且其中在纵向方向上第一段的长度与在纵向方向上第二段的长度的比为5:95至15:85。
结果，由于所述第一段具有高孔隙率，所以在此段中的背压非常低。因此，在此段中在微孔膜的表面上积聚的烟灰增加，并且因此减少了后部的烟灰负荷，并且导致更好的耐久性。
根据第四优选实施方案，提供用于排放处理系统中的催化壁流式整料，
该整料包含多孔基底，并且具有在其间限定纵向方向的第一面和第二面以及在所述纵向方向上延伸的第一和第二多个通道，
其中所述第一多个通道提供第一多个内表面并且在所述第一面处开口并且在所述第二面处封闭，并且其中所述第二多个通道在所述第二面处开口并且在所述第一面处封闭，
其中第一催化材料分布在整个多孔基底上，
其中微孔膜在所述第一多个通道中提供，涂覆所述第一多个内表面，以及
其中所述微孔膜具有沿纵向方向增加的厚度，使得所述厚度在与封闭的第二面相邻的区域中最大。
本发明人已经发现，当额外的壁上涂层在后部增加超过防止烟灰沉积所需的水平时，该涂层可对提高第一通道的后部中的背压具有直接影响。也就是说，涂层的厚度可以提供足够的背压来阻止烟灰在后部沉积。特别地，该涂层应该足以使得由于后部中增加的涂层厚度，烟灰负载的背压在后部比在前部高20％。这减少了烟灰朝向整料后部的沉积，并且有助于防止再生期间在这个部分中的过度热积聚。
根据另一方面，提供一种用于处理包含nox和颗粒物质的燃烧废气流的方法，所述方法包括使废气流通过如本文所述的整料，其中所述第二面在所述第一面的下游。
本发明的排气系统用于内燃机，并且特别是贫燃内燃机，尤其是柴油机。
附图说明
现在将参考以下非限制性附图来描述本发明，其中：
图1是示意性地示出根据本发明的壁流式整料过滤器1的透视图。
图2是图1中所示壁流式整料过滤器1的a-a线截面图。
图3a-c示出了本文描述的微孔膜的位置和相对厚度的不同实施方案。
图4是示意性地示出根据本发明的壁流式整料过滤器1的透视图。
图5示出了本文所述的微孔膜的位置和相对厚度的一种实施方案。
图6示出了用于柴油机的废气处理系统的示意图。
具体实施方式
根据本发明的壁流式整料1在图1和图2中示出。它包含在整料1的纵向(在图1a中以双向箭头“a”表示)上彼此平行布置的大量通道。该大量通道包括第一子集通道5和第二子集通道10。
这些通道被描绘为使得第二子集通道10窄于第一子集通道5。这已被发现在过滤器中提供了增加的灰分储存容量。不过，这些通道另外可选地也可具有相同尺寸。
第一子集通道5在壁流式整料1的第一端面15上的末端部分处开口，并且在第二端面25上的末端部分处用密封材料20密封。
另一方面，第二子集通道10在壁流式整料1的第二端面25上的末端部分处开口，并且在第一端面15上的末端部分处用密封材料20密封。
壁流式整料1的多孔材料40在通道壁35的孔内提供有诸如沸石的催化材料。这可通过使用如本领域中已知并且在说明书其它地方讨论的洗涂层施涂方法来提供。优选地，催化材料分布在整个多孔材料40中，在如下所述的某些实施方案中除外。
第一子集通道5的通道壁35在其至少一部分上提供有微孔膜36。第二子集通道10的通道壁未被涂覆。图2显示了壁流式过滤器如何工作但没有显示微孔膜36。图3a-3c和图4中示出了微孔膜36的实施方案。
当该壁流式整料用于尿素scr装置时，被引入到第一子集通道5中的废气g(在图2中，“g”表示废气，并且箭头表示废气的流动方向)将通过介于通道5a与通道10a和10b之间的通道壁35，并且然后从整料1流出。因此，废气中的颗粒物质被通道壁35捕获。
负载于整料1的通道壁35中的沸石起到用于催化还原的催化剂的作用，其与诸如氨的还原剂组合而对nox作用，以将nox还原为n2。
因此，当壁流型整料1被用于尿素scr装置时，通过在废气通过孔室壁(cellwall)35的同时负载于孔室壁35上的沸石的作用以及来源于从尿素scr装置的尿素喷嘴喷出的尿素水的氨的作用，废气中的nox被还原为n2。
在图3a中，微孔涂层在第一子集通道5的通道壁35上提供，使得通道长度(从第一端面15到通道的密封端测量)的约90％并且从第一端面15开始具有微孔涂层。该涂层的厚度基本均匀。
本发明人已经发现，通过沿着通道5但小于通道5的全长来提供壁上涂层，它们可以影响通道5内的烟灰积聚。特别地，在传统的未涂覆的壁流式整料中，烟灰倾向于特别向着通道的末端积聚。当通过燃烧再生步骤将其除去时，额外烟灰的存在导致在整料内的陡温度梯度。这导致过滤器的破裂和有效寿命的显著缩短。
通过提供微孔膜36形式的壁上涂层，这对于大部分通道来说阻止了烟灰进入壁中，并且因此在存在壁上涂层的位置，烟灰负载的背压较低。这些区域中的烟灰形成表面层，但对气流不具有相同的抑制作用。后区中的区域不具有微孔涂层，使得烟灰可沉积在壁的孔中，并且这导致在后部较高的背压。在初始加载之后，这个升高的背压降低了将在通道5的后部中加载的烟灰的相对量。这因而降低了在主动烟灰再生期间在该区域中的放热，从而提高过滤器对破裂/峰值温度的耐久性。
在图3b中，微孔涂层在第一子集通道5的通道壁35上提供，使得通道长度(从第一端面15到通道的密封端测量)的90％并且从第一端面15开始具有微孔涂层。涂层的厚度沿着通道5减小，使得涂层在接近第一端面15处最厚。
如在上面讨论的实施方案中那样，施加微孔膜36有助于防止烟灰进入通道5的第一部分中的壁中。然而，通过提供厚度不断减小的微孔膜36，逐渐增加的量的烟灰将进入多孔基底中。这在通道5中朝向通道的背部提供了不断增加的背压。这有助于进一步降低热再生时出现的温度梯度。
在图3c中，微孔涂层在第一子集通道5的通道壁35上提供，使得通道长度(从第一端面15到通道的密封端测量)的90％并且从通道5的第一端开始具有微孔涂层。涂层的厚度基本均匀。但是，在此实施方案中的多孔基底40被分成两段。从第一面开始的不包含任何催化材料的第一段50，以及具有整个分布的催化材料的第二段51(剩余部分)。
结果，由于第一段50具有高孔隙率，所以背压非常低。因此，在微孔膜36的表面上积聚的烟灰增加，并且因此减少了后部的烟灰负荷，并且导致更好的耐久性。
图4是示意性示出根据本发明的壁流式整料过滤器1的透视图。该壁流式整料显示出第一段50和第二段51。
在图5中，微孔涂层在第一子集通道5的通道壁35上提供，使得通道长度(从第一端面15到通道的密封端测量)的100％具有微孔涂层。通道5上的涂层的厚度使得涂层在接近封闭的第二端面25处最厚。催化材料分布在整个多孔材料中。
本发明人已经发现，当额外的壁上涂层在后部增加超过防止烟灰沉积所需的水平时，该涂层可对提高第一通道的后部中的背压具有直接影响。特别地，该涂层应该足以使得由于后部中增加的涂层厚度，烟灰负载的背压在后部比在前部高20％。这减少了烟灰朝向整料后部的沉积，并且有助于防止再生期间在这个部分中的过度热积聚。
在图6所示的废气处理系统100的实施方案中，氨还原剂105被注入到壁流式整料1上游的废气110的流中。废气110从发动机115通过管道120到达排气系统125。氨还原剂105根据需要(如由控制器135确定)通过注射喷嘴140从储器130分配，并在到达充当scr装置的整料1之前与废气混合。
应当注意，该壁流式整料在本文中被描述为单个部件。尽管如此，当形成排放处理系统时，所使用的整料可通过将多个通道粘合在一起或通过将多个较小的如在本文所述的整料粘合在一起而形成。这类技术在本领域中是众所周知的，排放处理系统的合适外壳和构造也是众所周知的。
该膜可以在多孔壁的入口侧或出口侧。该膜可覆盖过滤器长度的10-90％，从入口面或出口面测量。例如，该膜可覆盖过滤器长度的10-25％，25-50％，50-75％，35-75％或75-70％。
该膜的催化和/或吸附材料可包括如本文所定义的scr催化剂，nox捕集器，烟灰氧化催化剂，水解催化剂，用于金属如v、pt、pd、rh、ru、na、cu、fe、co、nu和cr或用于其它毒物如灰分和/或硫氧化物的吸附剂。催化和/或吸附材料的实例包括负载金属的沸石，例如cu/cha，cu/aei，fe/cha，pd/cha等，h-型沸石，负载型铂族金属等。
优选地，该膜作为催化剂洗涂层的形式施加，该洗涂层包含催化剂和任选的一种或多种其它成分，例如粘结剂(例如金属氧化物颗粒)，纤维(例如玻璃或陶瓷非织造纤维)，掩蔽剂，流变改性剂以及造孔剂。
膜中的这些特征的所有或任意组合可改善烟灰负载的背压(特别是与过滤器效率组合)，减少过滤器再生期间的放热，改善过滤器的热和机械耐久性(例如避免破裂，剥落等)，保护温度敏感性催化剂免受高温突增，提高催化剂的总体以及基于单位重量的性能，减少n2o的形成，允许更好的nh3利用，并且捕获毒物如pt、灰分、硫氧化物、na、fe，并且减轻经由挥发的金属潜在损失。
尽管在此已经详细描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将会理解，可以在不脱离本发明或所附权利要求的范围的情况下对其进行变化。