用于制造汽油颗粒过滤器的方法与流程

本发明涉及一种提供催化壁流式过滤器的方法，该催化壁流式过滤器适合在车辆的汽车排放处理系统，特别是强制点火式内燃发动机(诸如汽油火花点火式发动机)的排放处理系统中使用。特别地，本发明提供了一种用于制造具有改进的催化活性和降低的背压的催化壁流式过滤器的方法。

背景技术：

1、汽油颗粒过滤器(gpf)是一种开发用于控制汽油直喷(gdi)式发动机的颗粒排放的排放后处理技术。

2、在co2和/或燃料经济性要求的驱动下，gdi车辆的数量不断增加。据估计，2016年欧洲地区60％的新汽油车是gdi型。在北美地区，gdi车辆的比例也在迅速增加——在市场上首次大规模使用gdi后的九年内，其在美国的渗透率已攀升至新轻型车辆销售量的48.5％。随着gdi车辆队伍日益增长，其排放引发了公共卫生问题，并且是人口密集的城市地区环境粒子污染的潜在主要来源。

3、最早期的gpf应用包括定位在三元催化器(twc)下游的未涂覆的gpf。随着技术的成熟，gpf也涂覆有三元催化剂。这种涂覆有催化剂的gpf配置有时被称为四元催化器。然而，twc涂层在过滤器本体上的组合会带来额外的问题，诸如背压过大，并且对最小co、nox和hc转化特性有要求。另外，还需要考虑成本，提供性能与成本之间的最佳平衡。

4、三元催化器旨在催化三个同时发生的反应：(i)一氧化碳氧化成二氧化碳，(ii)未燃烧的烃氧化成二氧化碳和水；以及(iii)氮氧化物还原成氮和氧。当twc从在化学计量点处或其附近运行的发动机接收废气时，这三个反应最有效地发生。如本领域所熟知的，汽油燃料在强制点火(例如火花点火)式内燃发动机中燃烧时排放的一氧化碳(co)、未燃烧的烃(hc)和氮氧化物(nox)的量主要受燃烧气缸中的空气燃料比的影响。具有化学计量平衡的组成的废气是其中氧化气体(nox和o2)的浓度和还原气体(hc和co)的浓度基本上匹配的废气。产生该化学计量平衡的废气组成的空气燃料比通常为14.7:1。

5、典型twc中的活性组分包括承载在高表面积氧化物上的与铑相结合的铂和钯中的一者或两者，或者甚至仅钯(没有铑)，以及储氧能力(osc)材料。

6、理论上，应当可以实现将化学计量平衡的废气组成中的o2、nox、co和hc完全转化成co2、h2o和n2(以及残余的o2)，这是twc的任务。因此，理想的是，发动机应当以使得燃烧混合物的空气燃料比产生化学计量平衡的废气组成的方式操作。

7、定义废气的氧化气体和还原气体之间的组成平衡的方式是废气的λ值，其可以根据以下公式定义：

8、λ＝(实际发动机空气燃料比)/(化学计量的空气燃料比)，其中λ值为1表示化学计量平衡的(或化学计量的)废气组成，其中λ值>1表示o2和nox过量并且组成被描述为“贫的”，并且其中λ值<1表示hc和co过量并且组成被描述为“富的”。在本领域中，还通常将发动机工作时的空气燃料比称为“化学计量的”、“贫的”或“富的”，具体取决于空气燃料比产生的废气组成。

9、应当理解，当废气组成为化学计量的或贫的时，使用twc将nox还原成n2的效率较低。同样，当废气组成为富的时，twc氧化co和hc的能力较低。因此，挑战是将流到twc中的废气的组成保持在尽可能接近化学计量组成。当然，当发动机处于稳态时，相对容易确保空气燃料比是化学计量的。然而，当发动机用于推进车辆时，所需燃料的量根据驾驶员对发动机施加的负载需求而瞬时变化。这使得控制空气燃料比以产生用于三元转换的化学计量废气特别困难。在实施过程中，通过发动机控制单元来控制空气燃料比，该发动机控制单元从废气氧气(ego)(或λ)传感器接收关于废气组成的信息：所谓的闭环反馈系统。这种系统的特征在于，空气燃料比在化学计量(或控制设定)稍富的点与稍贫的点之间摇摆(或微扰)，这是因为存在与调节空气燃料比相关联的时滞。这种微扰由空气燃料比的振幅和响应频率(hz)来表征。

10、当废气组成比设定值稍富时，需要少量的氧气来消耗未反应的co和hc，即，使反应更接近化学计量。相反地，当废气变得稍贫时，需要消耗过量的氧气。这通过开发在扰动期间释放或吸收氧气的osc材料来实现。现代twc中最常用的osc材料是铈氧化物(ceo2)或含铈的混合氧化物，例如ce/zr混合氧化物。

11、本发明的目的是提供一种制造gpf的改进的方法，以解决与现有技术相关的问题和/或至少提供一种商业上可行的替代方案。

技术实现思路

1、本公开的一个方面涉及一种用于制造汽油颗粒过滤器(gpf)的方法，该方法包括：(i)形成载体涂层浆料；(ii)用载体涂层浆料涂覆壁流式过滤器基底以形成涂覆有载体涂层的基底；以及(iii)煅烧涂覆有载体涂层的基底，从而形成gpf，其中载体涂层浆料包含(a)由pt和rh组成的铂族金属(pgm)组分；(b)储氧能力(osc)材料；和(c)羧酸根离子。

2、本公开的另一方面涉及预煅烧gpf前体，该预煅烧gpf前体包括涂覆有载体涂层的壁流式过滤器基底，该壁流式过滤器基底包括载体涂层，其中该载体涂层包含：(a)由pt和rh组成的铂族金属(pgm)组分；(b)储氧能力(osc)材料；和(c)羧酸根离子。

3、本公开的另一方面涉及一种用于制造汽油燃烧及废气处理系统的方法，该方法包括：(a)提供具有排气歧管的汽油发动机；(b)根据本文所述的方法制造gpf；以及(c)形成包括该gpf的废气处理系统，并将该废气处理系统连接到汽油发动机的排气歧管。

技术特征：

1.一种用于制造汽油颗粒过滤器(gpf)的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述羧酸根离子选自：柠檬酸根离子、苹果酸根离子、丙二酸根离子、琥珀酸根离子、酒石酸根离子、戊二酸根离子、丙醇二酸根离子、草酸根离子、乳酸根离子、乙醇酸根离子以及它们的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述羧酸根离子选自：柠檬酸根离子、丙二酸根离子以及它们的混合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述羧酸根离子是柠檬酸根离子。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体涂层浆料包含摩尔比为1:1至100:1的羧酸根离子与pt。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体涂层浆料包含摩尔比为5:1至50:1的羧酸根离子与pt。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体涂层浆料包含摩尔比为10:1至25:1的羧酸根离子与pt。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体涂层浆料基本上不含ba。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体涂层浆料进一步包含无机氧化物载体，所述无机氧化物载体包含氧化铝。

10.根据权利要求1的方法，其中将所述载体涂层浆料涂覆在所述壁流式过滤器基底的入口通道和出口通道上。

11.一种预煅烧gpf前体，所述预煅烧gpf前体包括涂覆有载体涂层的壁流式过滤器基底，所述壁流式过滤器基底包括载体涂层，其中所述载体涂层包含：

12.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述羧酸根离子选自：柠檬酸根离子、苹果酸根离子、丙二酸根离子、琥珀酸根离子、酒石酸根离子、戊二酸根离子、丙醇二酸根离子、草酸根离子、乳酸根离子、乙醇酸根离子以及它们的混合物。

13.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述羧酸根离子选自：柠檬酸根离子、丙二酸根离子以及它们的混合物。

14.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述羧酸根离子是柠檬酸根离子。

15.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述载体涂层包含摩尔比为1:1至100:1的羧酸根离子与pt。

16.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述载体涂层包含摩尔比为5:1至50:1的羧酸根离子与pt。

17.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述载体涂层基本上不含ba。

18.根据权利要求11所述的预煅烧gpf前体，其中所述载体涂层进一步包含无机氧化物载体，所述无机氧化物载体包含氧化铝。

19.一种用于制造汽油燃烧及废气处理系统的方法，所述方法包括：

技术总结公开了一种用于制造汽油颗粒过滤器的方法。该方法包括形成载体涂层浆料，用载体涂层浆料涂覆壁流式过滤器基底以形成涂覆有载体涂层的基底，以及煅烧涂覆有载体涂层的基底，从而形成汽油颗粒过滤器。载体涂层浆料包含由Pt和Rh组成的铂族金属组分、储氧能力材料和羧酸根离子。技术研发人员：董文杰,吉红宇,乔东升,商周,熊光涌受保护的技术使用者：庄信万丰（上海）化工有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17