微粒过滤器的改进或与微粒过滤器相关的改进的制作方法

背景技术：

1、存在关于从内燃机，尤其是从汽车应用中的柴油和汽油发动机排放微粒物质(pm)(通常称为烟灰)的问题。主要问题与潜在健康影响相关联，特别是与大小在纳米范围内的非常微小的颗粒相关联。

2、柴油微粒过滤器(dpf)和汽油微粒过滤器(gpf)已经使用多种材料(包括烧结金属、陶瓷或金属纤维等)制造，其中实际大规模生产中的最常见类型是由多孔陶瓷材料制成的壁流式种类，该多孔陶瓷材料以沿主体长度延伸的许多小通道的单片阵列形式制造。交替的通道在一端被堵塞，因此废气被迫通过多孔陶瓷通道壁，该多孔陶瓷通道壁防止大部分微粒穿过，因此仅经过滤的气体进入环境。商业生产中的陶瓷壁流式过滤器包括由堇青石、各种形式的碳化硅和钛酸铝制成的那些陶瓷壁流式过滤器。车辆上的实用过滤器的实际形状和尺寸以及诸如通道壁厚度和其孔隙率等特性取决于所关注的应用。气体通过的陶瓷壁流式过滤器的过滤器通道壁中的孔的平均尺寸典型地在5μm至50μm的范围内并且通常约20μm。鲜明对比的是，来自现代乘用车高速柴油发动机的大多数柴油微粒物质的大小非常小，例如10nm至200nm。

3、一些pm可能保留在过滤器壁中的孔结构内，并且这可以在一些应用中逐渐积聚直到孔被pm的网络桥接，并且此pm网络然后使得能够容易地在过滤器通道的内壁上形成微粒饼。微粒饼是极好的过滤介质，并且其存在提供非常高的过滤效率。在一些应用中，烟灰在沉积时在过滤器上被连续燃烧，这防止微粒饼在过滤器上积聚。

4、对于一些过滤器，例如轻型柴油微粒过滤器，需要定期从过滤器中去除捕获的pm以防止过大背压的积聚，过大背压的积聚对发动机性能有害并且可能导致燃料经济性差。因此，在柴油应用中，保留的pm通过在某一过程中在空气中将其燃烧而从过滤器中去除，在该过程期间，达到点燃保留的pm所需的高温所使用的可用的空气量和过量燃料的量被非常小心地控制。在通常称为再生的此过程将要结束时，去除过滤器中最后剩余的微粒可能导致过滤效率显著降低，并且将许多小颗粒的突发释放到环境中。因此，过滤器在首次使用时和随后在每个再生事件之后并且还在每个再生过程的后一部分期间使用时可能具有低过滤效率。

5、因此，期望随时改进和/或维持过滤效率—例如在过滤器首次使用时的早期寿命期间，和/或在再生期间和再生之后立即，和/或当过滤器装载有烟灰时。

6、wo2021028691a1(该申请的全部内容据此以引用方式并入)描述了在过滤器首次使用时的早期寿命期间和/或在再生期间和紧随其后，和/或当过滤器装载有烟灰时，具有改进的过滤效率的过滤器可通过包括以下步骤的处理方法获得：

7、a)在贮存器中容纳干粉；

8、b)将过滤器定位在过滤器保持器中，该过滤器包括多孔基底，该多孔基底具有入口面和出口面，该入口面和所述出口面由多孔结构分开；

9、c)通过向该过滤器的所述出口面施加压力减小来建立通过该过滤器的所述多孔结构的初级气流；

10、d)将该干粉从该贮存器转移到位于该过滤器的该入口面上游的喷雾装置；并且

11、e)使用该喷雾装置朝向该过滤器的所述入口面喷雾所述干粉，使得该干粉被夹带在该初级气流中并穿过所述过滤器的该入口面以接触该多孔结构。

12、在wo2021028691a1中，其描述了干粉可如何包含热解氧化铝、热解二氧化硅、热解二氧化钛、二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、碳气凝胶、二氧化钛气凝胶、氧化锆气凝胶或二氧化铈气凝胶中的一者或多者。具体地，描述了已涂覆有振实密度为0.05g/l且d50为5.97微米的热解氧化铝的过滤器的示例。优选地，在用干粉涂覆之后煅烧过滤器。

13、虽然已经发现这种处理方法产生具有改进的过滤效率特性的过滤器，但仍希望进一步改进此类过滤器的处理，具体地，改进经处理的过滤器的耐久性。具体地，希望改进以干燥形式沉积在整体件制品的气体接触表面上的粉末的耐水性和粘附性。

技术实现思路

1、现在将描述本公开的各方面和实施方案。本领域技术人员将认识到，除非当前上下文另外教导，否则本公开的一个方面或实施方案的一个或多个特征可以与本公开的任何其它方面或实施方案的一个或多个特征组合。具体地，任何被指示为优选或有利的特征可与任何其它被指示为优选或有利的一个或多个特征组合。

2、在第一方面，本公开提供了一种形成用于处理废气的经涂覆整体件制品的方法，该方法包括以下步骤：

3、将多孔整体件制品保留在涂覆设备中，该多孔整体件制品包括用于废气通过的多个通道，每个通道具有气体接触表面；

4、将胶凝颗粒作为干粉沉积到至少一些通道的气体接触表面上；以及

5、使胶凝颗粒与液体或气体试剂在多孔整体件制品内发生原位反应，以提供经涂覆整体件制品。

6、有利地，本技术人已发现，胶凝颗粒可以以干粉形式沉积在整体件制品的气体接触表面上，然后发生原位反应以提供在使用中表现出对水暴露的高耐受性的胶结并且牢固粘附的涂层。

7、该方法包括提供多孔整体件制品，该多孔整体件制品包括用于废气通过的多个通道，每个通道具有气体接触表面。多孔整体件制品是本领域公知的。多孔整体件制品有时可称为基底、优选地蜂窝基底、优选地陶瓷蜂窝基底。这种基底包括适于废气通过的多个通道。这些通道是平行的并且从入口端(或第一端)延伸到出口端(或第二端)，即通道轴向延伸穿过该制品。典型地，这些通道具有正方形横截面，但也可以使用任何已知的整体件设计。

8、该多孔整体件制品/基底可由例如烧结金属、陶瓷或金属纤维等形成。例如，该制品可由堇青石、各种形式的碳化硅或钛酸铝形成。

9、在一些实施方案中，该整体件制品是整体件过滤器。特别优选的是，整体件过滤器是壁流式过滤器(也可称为壁流式整体件制品)。壁流式过滤器是公知的，并且典型地，相邻通道交替地插入在整体件制品的每一端，使得在使用中，废气沿着入口通道(即，在整体件制品的入口端开口以用于接收废气的通道)通过，并且被迫穿过通道壁进入相邻的出口通道(即，在整体件制品的出口端开口的通道)。

10、通道壁分布有细孔，从而为整体件制品提供所需的孔隙率，通道壁(例如，过滤壁)中的孔的平均尺寸通常在5μm至50μm的范围内。每个通道具有气体接触表面。即，每个通道具有适于在使用时接触例如废气的表面。该表面可以由通道壁表面和/或由包含在其中的孔提供。

11、在另一个特别优选的实施方案中，多孔整体件制品是催化剂制品(即，催化制品)。催化多孔整体件制品是公知的，并且表现出催化功能，诸如氧化、nox捕集或选择性催化还原活性。多孔整体件制品可包括一个或多个载体涂层、优选地催化载体涂层。载体涂料是涂覆并渗透制品的多孔结构的组合物。然后在将胶凝颗粒沉积到通道上之前，优选地煅烧包括所述一个或多个载体涂层的制品，如本文所述。因此，催化剂制品可选自例如三元催化剂(twc)、nox吸收剂、氧化催化剂、选择性还原催化剂(scr)、烃捕集器和贫nox催化剂。催化剂制品可包含一种或多种铂族金属，特别是选自由铂、钯和铑组成的组的那些。

12、在特别优选的实施方案中，多孔整体件制品是催化壁流式过滤器。因此，该制品可以是例如催化的烟灰过滤器(csf)、选择性催化还原过滤器(scrf)、贫nox捕集过滤器(lntf)、汽油微粒过滤器(gpf)、氨泄漏催化剂过滤器(ascf)或它们中的两种或更多种的组合(例如，包括选择性催化还原(scr)催化剂和氨泄漏催化剂(asc)的过滤器)。

13、过滤器的形状和尺寸(例如，诸如通道壁厚度和其孔隙率等特性)可以根据过滤器的预期应用而变化。过滤器可以被配置为与内燃机一起使用以对由内燃机排放的废气过滤。内燃机可以是汽油火花点火式发动机。然而，在被配置为与柴油或汽油发动机形式的内燃机一起使用时，过滤器具有特定应用。

14、在一些实施方案中，胶凝颗粒为无机颗粒。优选地，胶凝颗粒包含或由硅酸盐、铝酸盐或硅铝酸盐组成。胶凝颗粒可以由单一化合物或化合物的混合物组成。

15、在一些优选实施方案中，胶凝颗粒包含或由水硬性胶凝颗粒组成，并且使该胶凝颗粒与该液体或气体试剂发生反应的步骤包括使该水硬性胶凝颗粒水合。

16、在一些特别优选的实施方案中，水硬性胶凝颗粒包含或由硅酸钙、铝酸钙、硅铝酸钙和/或铝铁酸钙组成。

17、在特别优选的实施方案中，液体或气体试剂包含或由水分子组成。

18、在一些实施方案中，使该水硬性胶凝颗粒水合的步骤包括用液相的水分子渗透该通道。例如，液相的水分子可包含雾化水汽，并且用该水分子渗透通道可包括将雾化水汽喷涂到多孔整体件制品中和/或将雾化水汽抽吸通过多孔整体件制品。雾化水汽的喷涂和/或抽吸可使用该涂覆设备来进行。

19、然而，在优选的实施方案中，使水硬性胶凝颗粒水合的步骤包括将通道暴露于气相的水分子中，例如暴露在增湿室内。

20、在特别优选的实施方案中，该气相的水分子包含增湿气体，例如增湿空气。

21、在一些实施方案中，例如使用外部泵和/或真空，主动地将该增湿气体吹过和/或抽吸通过多孔整体件制品。

22、然而，在优选的实施方案中，增湿气体扩散和/或对流到多孔整体件制品中。

23、在一些实施方案中，增湿气体具有大于或等于60％、或65％、或70％、或75％、或80％、或85％、或90％、或95％的相对湿度(rh)。

24、在一个优选的实施方案中，使水硬性胶凝颗粒水合的步骤包括水热处理；例如在水热烘箱中。

25、水热处理可包括使多孔整体件制品经受大于或等于40℃、或60℃、或80℃、或100℃的环境温度。

26、在一些实施方案中，水热处理包括使多孔整体件制品经受最高至或等于80℃、或100℃、或120℃、或150℃的环境温度。

27、在一些实施方案中，水热处理包括将多孔整体件制品暴露于增湿气体达2小时至24小时、任选地4小时至12小时、任选地6小时至8小时。

28、在一些实施方案中，该胶凝颗粒包含或由地质聚合物前体颗粒组成，并且使该胶凝颗粒与该液体或气体试剂发生反应的步骤包括使该地质聚合物前体颗粒发生化学反应。

29、在一些优选的实施方案中，地质聚合物前体颗粒包含或由硅铝酸盐、火山灰、煅烧粘土、偏高岭土、粉煤灰、高炉矿渣或硅灰组成。

30、在一些实施方案中，液体或气体反应物包含或由碱、优选地碱性聚硅酸盐、更优选地硅酸钠或硅酸钾组成。

31、在一些实施方案中，胶凝颗粒的振实密度可为1g/cm3至3g/cm3、任选地1.5g/cm3至2.5g/cm3、任选地约2g/cm3。

32、在一些优选的实施方案中，胶凝颗粒具有5微米至60微米的d50(按体积计)。

33、使该胶凝颗粒与该液体或气体试剂发生反应的步骤在将该整体件制品安装到用于处理废气的装置中之前进行。例如，该反应步骤可以在将整体件制品安装到诸如排气系统的装置中之前在处理设备中进行。该处理设备可以是例如本文所述的涂覆设备，或单独的水喷射或水雾化设备，或水热烘箱。

34、在一些实施方案中，将该胶凝颗粒作为干粉沉积到至少一些通道的气体接触表面上的步骤包括将该胶凝颗粒作为干颗粒气溶胶喷涂到该多孔整体件制品的入口面中。在一些优选的实施方案中，该胶凝颗粒在喷涂之前以干颗粒的形式保持在贮存器中。

35、因此，该方法可以优选地包括将胶凝颗粒作为干颗粒气溶胶喷涂到气体接触表面上。该方法可以包括将悬浮在气体中(即，作为气溶胶)的干粉(即，干胶凝颗粒)喷涂到该整体件制品上的多个通道的气体接触表面上。在例如wo2011/151711a1、wo2021028691a1和wo2021/028692a1(所有这些文献的全部内容据此以引入方式并入)中描述了用于将干粉喷涂到整体件制品上的合适的方法和设备。

36、在特别优选的实施方案中，将该胶凝颗粒作为干粉沉积到至少一些通道的气体接触表面上的步骤包括通过向该多孔整体件制品的出口面施加真空而将该胶凝颗粒作为干颗粒气溶胶抽吸到该多孔整体件制品的入口面中并且沿着通道抽吸。

37、在一些实施方案中，胶凝颗粒以1.5g/l至15g/l、任选地3g/l至10g/l、任选地4.5g/l至9g/l、任选地4.5g/l、或6g/l、或9g/l的装载水平沉积。

38、在特别优选的实施方案中，经涂覆整体件制品在其安装到用于处理废气的装置中之前保持未煅烧。

39、本公开的方法的一个主要优点在于，在对干颗粒进行沉积以将这些颗粒粘附到气体接触表面上之后，该整体件制品不需要高温处理，诸如煅烧。相反，胶凝颗粒在原位发生化学反应以形成胶结涂层。如本文所用，“高温处理”是指在用于煅烧过滤器的典型温度(例如，通常大于400℃或500℃)下进行的工艺，并且与在最高至或等于150℃的高温下进行的工艺形成对比。

40、使用化学反应步骤而不是煅烧步骤降低了制造经涂覆整体件制品的能量需求。此外，该方法避免了高温对存在于整体件制品中的任何催化剂颗粒的潜在有害影响，使得催化剂颗粒能够更有效地保留和粘附到整体件制品通道。

41、在第二方面，本公开提供了一种能够通过上述第一方面的方法获得的整体件制品。

42、在第三方面，本公开提供了一种用于处理废气的经涂覆整体件制品，该经涂覆整体件制品包括用于废气通过的多个通道，每个通道具有气体接触表面；至少一些通道的气体接触表面至少部分地涂覆有胶结涂层。

43、在特别优选的实施方案中，该胶结涂层包含或由水合硅酸钙、水合铝酸钙、水合铝硅酸钙和/或水合铝铁酸钙组成。

44、在一些实施方案中，该胶结涂层包含或由地质聚合物组成。

45、在优选的实施方案中，该经涂覆整体件制品是催化烟灰过滤器(csf)、选择性催化还原过滤器(scrf)、贫nox捕集过滤器(lntf)和汽油微粒过滤器(gpf)中的一者或多者。

46、在本说明书中，术语“干粉”是指未悬浮或溶解在液体中的微粒组合物。这并不一定意味着完全不存在所有水分子。干粉优选地是自由流动的。

47、在本说明书中，术语“振实密度”是指根据欧洲药典7.0的第2.9.35节的方法1用1250次振实测量的粉末的振实密度。

48、在本说明书中，术语“g/l”(克/升)是指给定物质的质量除以整体件制品的体积。

49、在本说明书中，当参考干粉的量时，术语“装载”和“质量装载”是指添加到过整体件制品中的干粉的质量，并且可通过在将粉末施加到整体件制品之前和之后对整体件制品称重来测量。

50、在本说明书中，术语“d50(按体积)”是指通过从英国马尔文的malvernpanalytical ltd获得的带有aero s分散单元的malvern3000测量的d50(按体积)测量结果。分散条件：气压＝2barg，进料速率＝65％，料斗间隙＝1.2mm。折射率和吸收参数根据malvern3000用户手册中提供的说明来设定。

51、在本说明书中，术语“真空发生器”是指用于产生压力减小的设备或设备的组合。合适设备的非限制性示例包括根据文丘里原理操作的真空发生器、真空泵，例如旋转叶片和液环真空泵以及再生鼓风机。

52、在本说明书中，术语“压力传感器”是指用于测量绝对压力和/或相对压力的设备或设备的组合。合适设备的非限制性示例包括可以是隔膜压力换能器的压力换能器。例如，可以使用可从德国克林根贝格的wikaalexander wiegand se&co.kg获得的p30压力变送器。

53、在本说明书中，术语“控制器”是指可以包括硬件和/或软件的功能。控制器可以包括控制单元或者可以是在专用或共享计算资源上运行的计算机程序。控制器可以包括单个单元或者可以由可操作地连接的多个子单元构成。控制器可以位于一个处理资源上，或者可以分布在空间上分离的处理资源上。控制器可以包括微控制器、一个或多个处理器(诸如一个或多个微处理器)、存储器、可配置逻辑、固件等。

54、在本说明书中，范围和量可以表示为“约”特定值或范围。“约”也包括确切的量。例如，“约2微米”意指“约2微米”以及“2微米”。通常，术语“约”包括预期在实验误差内的量。术语“约”可以包括在所提供的值小5％至大5％以内的值。例如，“约2微米”意指“介于1.9微米与2.1微米之间”。

55、在本说明书中，干粉“由……组成”的表达意指基本上仅由指定成分组成的干粉，如本领域技术人员将认识到的通常遇到的不可避免的杂质除外。