DE102016202610A1 - Process for producing a porous functional body - Google Patents
Process for producing a porous functional body Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016202610A1 DE102016202610A1 DE102016202610.0A DE102016202610A DE102016202610A1 DE 102016202610 A1 DE102016202610 A1 DE 102016202610A1 DE 102016202610 A DE102016202610 A DE 102016202610A DE 102016202610 A1 DE102016202610 A1 DE 102016202610A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- carrier substrate
- catalytically active
- hydrophobic liquid
- functional
- porous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/10—Filtering material manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere eines katalytisch aktiven Partikelfilters, bei welchem das Funktionsmaterial, insbesondere das katalytisch aktive Material einen lokalen Konzentrationsgradienten aufweisen kann, weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Trägersubstrats, das zumindest teilweise aus einem porösen und/oder faserigen Filtermaterial gebildet ist, Füllen eines vorbestimmten Abschnitts eines inneren Volumens des Trägersubstrats mit einer hydrophoben Flüssigkeit, Entfernen eines vorbestimmten Anteils der hydrophoben Flüssigkeit aus dem Trägersubstrat, Einbringen einer hydrophilen Flüssigkeit, die ein Funktionsmaterial oder ein Vorstufematerial eines Funktionsmaterials, insbesondere ein katalytisch aktives Material oder einen Vorläufer eines katalytisch aktiven Materials enthält, in das Trägersubstrat und Beschichten des Trägersubstrats mit dem Funktionsmaterial oder dem Vorstufematerial eines Funktionsmaterials.A method for producing a porous functional body, in particular a catalytically active particle filter, in which the functional material, in particular the catalytically active material may have a local concentration gradient, comprises the following steps: Providing a carrier substrate which is at least partially composed of a porous and / or fibrous Filter material is formed, filling a predetermined portion of an inner volume of the carrier substrate with a hydrophobic liquid, removing a predetermined portion of the hydrophobic liquid from the carrier substrate, introducing a hydrophilic liquid, a functional material or a precursor material of a functional material, in particular a catalytically active material or a Precursor of a catalytically active material, in the carrier substrate and coating the carrier substrate with the functional material or the precursor material of a functional material ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere eines katalytisch aktiven Partikelfilters.The present invention relates to a method for producing a porous functional body, in particular a catalytically active particle filter.
Es sind verschiedenste poröse Funktionskörper bekannt, die dazu vorgesehen und ausgebildet sind, mit flüssigen und/oder gasförmigen Fluiden in Wechselwirkung zu treten, wobei das Fluid oder zumindest Teile des Fluids in eine poröse Struktur des Funktionskörpers eindringen und mit einem im Funktionskörper angeordneten oder vorgesehenen Funktionsmaterial derart in Wechselwirkung treten, dass das Fluid eine Änderung einer seiner Zustandsgrößen, seiner chemischen Eigenschaften und/oder seiner Zusammensetzung erfährt. Neben beispielsweise Wärmespeicherkörpern bilden Partikelfilter, wie beispielsweise Dieselpartikelfilter, Beispiele von porösen Funktionskörpern. Dieselpartikelfilter werden dabei üblicherweise mit katalytisch aktivem Material als Funktionsmaterial durch Ausfällen in wässriger Lösung gelöster Salze oder direkte Kristallisation in wässrigen Flüssigkeiten enthaltener Gele beschichtet. In der Regel benetzt die Flüssigkeit der Lösung oder des Gels den kompletten Körper des Trägersubstrats während des Ausfäll- oder Kristallisationsprozesses im Wesentlichen homogen. Als Folge wird auch das katalytisch aktive Material homogen über den gesamten Körper des Trägersubstrats verteilt.A wide variety of porous functional bodies are known which are provided and configured to interact with liquid and / or gaseous fluids, the fluid or at least parts of the fluid penetrating into a porous structure of the functional body and having a functional material arranged or provided in the functional body interact so that the fluid undergoes a change in one of its state variables, its chemical properties and / or its composition. In addition to, for example, heat storage bodies, particulate filters, such as, for example, diesel particulate filters, form examples of porous functional bodies. Diesel particle filters are usually coated with catalytically active material as functional material by precipitation in aqueous solution of dissolved salts or by direct crystallization in aqueous liquids contained gels. In general, the liquid of the solution or gel substantially wets the entire body of the carrier substrate during the precipitation or crystallization process substantially homogeneously. As a result, the catalytically active material is also distributed homogeneously over the entire body of the carrier substrate.
In Fällen, in denen ein lokaler Konzentrationsgradient des katalytisch aktiven Materials oder eines Vorläufers eines katalytisch aktiven Materials erwünscht ist, insbesondere in Fällen, in denen ein gesteuerter lokaler Konzentrationsgradient in nur einer Raumrichtung erwünscht ist, wie beispielsweise für eine reine Oberflächenkatalyse, wurden bereits verschiedene Herstellungsverfahren probiert. Bekannt sind zum Beispiel eine Sprühimprägnierung oder eine nach Partikelgrößen des katalytisch aktiven Materials differenzierte Washcoat-Beschichtung. Es ist jedoch bisher kein Verfahren bekannt, das ohne zu großen Aufwand eine Beschichtung eines Trägersubstrats mit katalytisch aktivem Material mit einem gezielten lokalen Konzentrationsgradienten in zuverlässiger Weise ermöglicht.In cases where a local concentration gradient of the catalytically active material or a precursor of a catalytically active material is desired, especially in cases where a controlled local concentration gradient in only one spatial direction is desired, such as for pure surface catalysis, various production methods have already been used tried. For example, a spray impregnation or a washcoat coating differentiated according to particle sizes of the catalytically active material are known. However, there is hitherto no known method which allows a coating of a carrier substrate with catalytically active material with a targeted local concentration gradient in a reliable manner without too much effort.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere eines katalytisch aktiven Partikelfilters zu schaffen, mit welchem ein lokaler Konzentrationsgradient des Funktionsmaterials, insbesondere des katalytisch aktiven Materials erzielt werden kann.The invention is therefore based on the object to provide an improved process for producing a porous functional body, in particular a catalytically active particulate filter, with which a local concentration gradient of the functional material, in particular of the catalytically active material can be achieved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere eines katalytisch aktiven Partikelfilters mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for producing a porous functional body, in particular a catalytically active particulate filter having the method steps specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere eines katalytisch aktiven Partikelfilters, weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Trägersubstrats, das zumindest teilweise aus einem porösen und/oder faserigen Filtermaterial gebildet ist;
- b) Füllen eines vorbestimmten Abschnitts eines inneren Volumens des Trägersubstrats mit einer hydrophoben Flüssigkeit;
- c) Entfernen eines vorbestimmten Anteils der hydrophoben Flüssigkeit aus dem Trägersubstrat;
- d) Einbringen einer hydrophilen Flüssigkeit, die ein Funktionsmaterial oder eine Vorstufematerial eines Funktionsmaterials, insbesondere ein katalytisch aktives Material oder einen Vorläufer eines katalytisch aktiven Materials enthält, in das Trägersubstrat; und
- e) Beschichten des Trägersubstrats mit dem Funktionsmaterial oder dem Vorstufematerial eines Funktionsmaterials.
- a) providing a carrier substrate, which is at least partially formed of a porous and / or fibrous filter material;
- b) filling a predetermined portion of an internal volume of the carrier substrate with a hydrophobic liquid;
- c) removing a predetermined proportion of the hydrophobic liquid from the carrier substrate;
- d) introducing into the carrier substrate a hydrophilic liquid which contains a functional material or a precursor material of a functional material, in particular a catalytically active material or a precursor of a catalytically active material; and
- e) coating the carrier substrate with the functional material or the precursor material of a functional material.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf relativ einfache und kostengünstige Weise poröse Funktionskörper, insbesondere katalytisch aktive Partikelfilter hergestellt werden, die einen lokalen Konzentrationsgradienten des Funktionsmaterials, insbesondere des katalytisch aktiven Materials aufweisen. Der lokale Konzentrationsgradient kann dabei gezielt beeinflusst werden und ist nicht notwendigerweise auf eine Raumrichtung beschränkt. Die Erfindung macht sich das physikalische Phänomen der Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen hydrophilen und hydrophoben Flüssigkeiten zu Nutze.Porous functional bodies, in particular catalytically active particle filters, which have a local concentration gradient of the functional material, in particular of the catalytically active material, can be produced with the method according to the invention in a relatively simple and cost-effective manner. The local concentration gradient can be specifically influenced and is not necessarily limited to one spatial direction. The invention utilizes the physical phenomenon of surface tension at the interface between hydrophilic and hydrophobic liquids.
Im Rahmen der Erfindung soll dabei unter einem Funktionsmaterial insbesondere sowohl ein Material, welches eine Wechselwirkung mit dem Fluid oder einem Teil des Fluids wahlweise herbeiführt, ermöglicht, begünstigt (z. B. Katalysatoren, Reaktanden, Sorbenzien, ...) oder aber unterbindet oder unterdrückt (z. B. Inhibitoren, ...), als auch ein Vorstufematerial für ein vorgenanntes Funktionsmaterial verstanden werden.In the context of the invention, a material which selectively brings about an interaction with the fluid or a part of the fluid is, in particular, facilitated (eg catalysts, reactants, sorbents, etc.) or else prevented or suppressed (eg, inhibitors, ...), as well as a Vorstufematerial be understood for an aforementioned functional material.
Im Rahmen der Erfindung soll dabei unter einem „katalytisch aktiven Material” vorzugsweise sowohl ein Material, das als solches eine katalytische Wirkung auf zumindest eine chemische Umsetzungsreaktion entfaltet bzw. entfalten kann oder zumindest eine Komponente oder einen Anteil umfasst, welche bzw. welcher als solche bzw. solches eine katalytische Wirkung auf zumindest eine chemische Umsetzungsreaktion entfaltet bzw. entfalten kann, als auch ein Material, welches ein katalytisch aktivierbares Material oder ein Vorstufematerial zur Bereitstellung einer katalytischen Wirkung auf zumindest eine chemische Umsetzungsreaktion im Rahmen eines Aktivierungsprozesses umfasst, verstanden werden.In the context of the invention, a "catalytically active material" preferably comprises both a material which as such can develop or unfold a catalytic effect on at least one chemical conversion reaction or at least comprises a component or a component which is or is such as such in which a catalytic effect on at least one chemical conversion reaction can unfold or unfold, as well as a material which comprises a catalytically activatable material or a precursor material Provide a catalytic effect on at least one chemical reaction reaction in the context of an activation process includes understood.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Schritt b) einen Schritt des Entgasens des Trägersubstrats auf. Vorzugsweise wird in Schritt b) dem Trägersubstrat und/oder der hydrophoben Flüssigkeit Energie zugeführt, zum Beispiel in Form von Schallwellen, Ultraschallwellen und/oder durch mechanisches Rütteln des Trägersubstrats.In an advantageous embodiment of the invention, step b) comprises a step of degassing the carrier substrate. Preferably, energy is supplied to the carrier substrate and / or the hydrophobic liquid in step b), for example in the form of sound waves, ultrasonic waves and / or by mechanical shaking of the carrier substrate.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die hydrophobe Flüssigkeit ausgewählt aus n-Paraffinen, Iso-Paraffinen oder einem Gemisch/einer Mischung daraus. Vorzugsweise können für die hydrophobe Flüssigkeit n-Paraffin C10-C13, Isopar C, Isopar E, Isopar L und Isopar V verwendet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the hydrophobic liquid is selected from n-paraffins, iso-paraffins or a mixture / a mixture thereof. Preferably, n-paraffin C10-C13, Isopar C, Isopar E, Isopar L and Isopar V can be used for the hydrophobic liquid.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Durchführen des Schritts c) ein Lösemittel für die hydrophobe Flüssigkeit verwendet. Unter einem Lösemittel wird dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Flüssigkeit verstanden, die dazu geeignet ist, die hydrophobe Flüssigkeit aus dem Trägersubtrat herauszulösen, herauszuwaschen oder zu entfernen. Dabei bleibt die hydrophobe Flüssigkeit vorzugsweise chemisch unverändert. Vorzugsweise ist das Lösemittel für die hydrophobe Flüssigkeit ausgewählt aus Ketonen, Alkoholen oder Paraffinen mit einem gegenüber der hydrophoben Flüssigkeit niedrigeren Siedepunkt, bevorzugt Aceton, Ethanol oder n-Hexan. Insbesondere ist der Siedepunkt des Lösemittels dabei mindestens 25 K, bevorzugt mindestens 50 K niedriger als der Siedepunkt der hydrophoben Flüssigkeit. Das Lösemittel kann zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Schrittes c) jedoch auch dazu vorgesehen oder ausgebildet sein, die hydrophobe Flüssigkeit in ihren physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften derart zu verändern, dass die hydrophobe Flüssigkeit lokal aus dem Trägersubstrat entweichen kann oder ausgetrieben werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, a solvent for the hydrophobic liquid is used to carry out step c). In the context of the invention, a solvent is understood in particular to mean a liquid which is suitable for removing, washing out or removing the hydrophobic liquid from the carrier substrate. The hydrophobic liquid preferably remains chemically unchanged. The solvent for the hydrophobic liquid is preferably selected from ketones, alcohols or paraffins having a lower boiling point than the hydrophobic liquid, preferably acetone, ethanol or n-hexane. In particular, the boiling point of the solvent is at least 25 K, preferably at least 50 K lower than the boiling point of the hydrophobic liquid. However, for carrying out a step c) according to the invention, the solvent may also be provided or designed to change the physical and / or chemical properties of the hydrophobic liquid in such a way that the hydrophobic liquid can escape locally from the carrier substrate or be expelled.
Das restliche Lösemittel wird vorzugsweise ausgetrieben. Ein Austreiben kann dabei beispielsweise mittels Spülung mit einer wässrigen Lösung oder einem Gasstrom (z. B. Luft, Stickstoff, inertes Gas) als Spülmittel erfolgen. Vorzugsweise weist das Spülmittel dazu eine kontrollierte Temperatur auf. Aceton und Ethanol sind zum Beispiel gute Lösungsmittel für langkettige Alkane und Wasser, n-Hexan dagegen muss durch einen Luftstrom ausgetrieben werden und erfordert typischerweise einen zwischengeschalteten Trocknungsschritt.The residual solvent is preferably expelled. Stripping can be carried out, for example, by rinsing with an aqueous solution or a gas stream (eg, air, nitrogen, inert gas) as a rinsing agent. The flushing agent preferably has a controlled temperature for this purpose. For example, acetone and ethanol are good solvents for long chain alkanes and water, but n-hexane must be expelled by an air stream and typically requires an intermediate drying step.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die hydrophile Flüssigkeit Wasser.In an advantageous embodiment of the invention, the hydrophilic liquid is water.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Filtermaterial des Trägersubstrats ausgewählt aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumoxid, Ceroxid und Gemischen davon.In an advantageous embodiment of the invention, the filter material of the carrier substrate is selected from aluminum oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, zirconium oxide, cerium oxide and mixtures thereof.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Grad des Entfernens der hydrophoben Flüssigkeit aus dem Trägersubstrat in Schritt c) variabel einstellbar. Dies kann vorzugsweise durch ein variables Einstellen einer Einwirkzeit des Lösemittels erfolgen. Die Einwirkzeit des Lösemittels kann zum Beispiel eine Tiefe der katalytisch aktiven Schicht beeinflussen, die während der nachfolgenden Schritte d) und e) gebildet wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the degree of removal of the hydrophobic liquid from the carrier substrate in step c) is variably adjustable. This can preferably be done by variably setting a contact time of the solvent. For example, the exposure time of the solvent may affect a depth of the catalytically active layer formed during subsequent steps d) and e).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Beschichten in Schritt e) durch einen Ausfallvorgang, einen Kristallisationsvorgang oder einen Washcoat-Vorgang.In an advantageous embodiment of the invention, the coating in step e) is carried out by a failure process, a crystallization process or a washcoat process.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Schritte b) bis e) wiederholt durchgeführt werden. Vorzugsweise werden die Schritte b) bis e) mit unterschiedlichen vorbestimmten Abschnitten des inneren Volumens des Trägersubstrats in Schritt b) und/oder mit unterschiedlichen Funktionsmaterialien oder Vorstufematerialien von Funktionsmaterialien, insbesondere katalytisch aktiven Materialien oder unterschiedlichen Vorläufern eines katalytisch aktiven Materials in Schritt d) wiederholt. Auf diese Weise können poröse Funktionskörper, insbesondere Partikelfilter mit mehreren Funktionsmaterialien, insbesondere mehreren katalytisch aktiven Materialien und/oder mit verschiedenen lokalen Konzentrationsgradienten von Funktionsmaterialien, insbesondere katalytisch aktiven Materialien hergestellt werden. Ferner kann es Vorteil sein, wenn ein Funktionskörper nach dem im Vorherigen dargelegten iterativen Verfahren zur Herstellung eines Funktionskörpers sowohl mit mindestens einem Funktionsmaterial und mit mindestens einem katalytisch aktiven Material versehen oder beschichtet wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the steps b) to e) can be carried out repeatedly. Preferably, steps b) to e) are repeated with different predetermined sections of the internal volume of the carrier substrate in step b) and / or with different functional materials or precursor materials of functional materials, in particular catalytically active materials or different precursors of a catalytically active material in step d). In this way it is possible to produce porous functional bodies, in particular particle filters with a plurality of functional materials, in particular a plurality of catalytically active materials and / or with different local concentration gradients of functional materials, in particular catalytically active materials. Furthermore, it may be advantageous if a functional body is provided or coated with at least one functional material and with at least one catalytically active material according to the iterative process for producing a functional body set out above.
Optional kann nach Schritt e) ein Schritt des Trocknens und/oder ein Schritt des Fixierens durchgeführt werden.Optionally, after step e), a step of drying and / or a step of fixing may be performed.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines porösen Funktionskörpers, insbesondere katalytisch aktiven Partikelfilters können insbesondere die folgenden Vorteile erzielt werden:
- – selektives Auswählen der Stellen mit einem lokalen Konzentrationsgradienten;
- – selektives Bestimmen einer Tiefe einer Schicht mit einem lokalen Konzentrationsgradienten;
- – mögliches Präparieren von multifunktionalen, katalytisch aktiven Materialien an verschiedenen Stellen des Trägersubstrats, sodass eine zeitliche Abfolge von katalytischen Reaktionen möglich ist;
- – Einstellen einer definierten Verweildauer eines zu reinigenden Fluids in speziellen katalytischen Funktionen;
- – Vermeiden von Einschränkungen für den Zugang des katalytisch aktiven Materials zum Trägersubstrat;
- – Vermeiden von Oberflächendeckschichten.
- - selectively selecting the locations with a local concentration gradient;
- Selectively determining a depth of a local concentration gradient layer;
- - possible preparation of multifunctional, catalytically active materials at different locations of the carrier substrate, so that a chronological sequence of catalytic reactions is possible;
- - Setting a defined residence time of a fluid to be cleaned in special catalytic functions;
- - avoiding restrictions on the access of the catalytically active material to the carrier substrate;
- - Avoiding surface cover layers.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein poröser Funktionskörper, der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der Erfindung hergestellt worden ist. Bei dem porösen Funktionskörper handelt es sich bevorzugt um einen katalytisch aktiven Partikelfilter.The invention also relates to a porous functional body which has been produced according to the method of the invention described above. The porous functional body is preferably a catalytically active particle filter.
Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen des Herstellungsverfahrens besser verständlich.The above and other advantages, features and applications of the invention will become more apparent from the following description of various embodiments of the manufacturing method.
Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel von Herstellungsverfahren für katalytisch aktive Partikelfilter näher beschrieben. Wie oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren aber vorteilhaft allgemein bei porösen Funktionskörpern eingesetzt werden.The invention will be described in more detail below using the example of production processes for catalytically active particulate filters. As mentioned above, however, the production method according to the invention can advantageously be used generally in porous functional bodies.
Ein erstes Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines einfachen, katalytisch aktiven Partikelfilters. Die Oberflächenabscheidung des katalytisch aktiven Materials oder eines Vorläufers des katalytisch aktiven Materials soll zum Beispiel durch Ausfällen von Salzen und/oder Kristallisation von Gelen erfolgen, um Zeolith-Strukturen zu bilden.A first embodiment describes a method for producing a simple, catalytically active particulate filter. The surface deposition of the catalytically active material or a precursor of the catalytically active material is intended, for example, by precipitation of salts and / or crystallization of gels to form zeolite structures.
In einem ersten Schritt wird ein Trägersubstrat bereitgestellt, das zumindest teilweise aus einem porösen oder faserigen Filtermaterial gebildet ist. Das Filtermaterial ist zum Beispiel Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Zirkoniumoxid (ZrO2), Ceroxid (CeO2) oder ein Gemisch dieser Verbindungen. Das Trägersubstrat hat zum Beispiel die Form eines Monolithen mit zahlreichen Längskanälen, die in Längsrichtung durch poröse Wände getrennt sind, wobei die Dispersionsseite der Kanäle ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende hat und die Permeationsseite der Kanäle ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende hat.In a first step, a carrier substrate is provided, which is formed at least partially from a porous or fibrous filter material. The filter material is for example aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ) or a mixture of these compounds. For example, the carrier substrate is in the form of a monolith having numerous longitudinal channels separated longitudinally by porous walls, the dispersion side of the channels having an open inlet end and a closed outlet end and the permeation side of the channels having a closed inlet end and an open outlet end.
Dieses Trägersubstrat wird in eine hydrophobe Flüssigkeit wie beispielsweise n-Paraffin C10-C13 oder Isopar C bis Isopar V getaucht bis sein inneres Volumen mit der hydrophoben Flüssigkeit gefüllt ist. Dies kann zum Beispiel durch Zuführen von Energie zur Flüssigkeit erfolgen, um das poröse System des Trägersubstrats zu entgasen. Die Energie wird zum Beispiel mittels Schallwellen, vorzugsweise Ultraschallwellen, oder ähnliche kontaktlose Energieübertragungssysteme in die hydrophobe Flüssigkeit eingespeist.This carrier substrate is immersed in a hydrophobic liquid such as n-paraffin C10-C13 or Isopar C to Isopar V until its internal volume is filled with the hydrophobic liquid. This can be done, for example, by supplying energy to the liquid to degas the porous system of the carrier substrate. The energy is, for example, fed into the hydrophobic liquid by means of sound waves, preferably ultrasonic waves, or similar contactless energy transmission systems.
Falls die Oberflächenabscheidung des katalytisch aktiven Materials oder seines Vorläufers auf einen Teil der physikalischen Ausdehnung des Trägersubstrats oder einen Teil der inneren Oberfläche beschränkt werden soll, so kann dies durch eine entsprechende Begrenzung der Benetzung mit der hydrophoben Flüssigkeit auf nur diesen bevorzugten Teil des Trägersubstrats erreicht werden. Dieses Verfahren ist zum Beispiel bevorzugt für monolithische, katalytisch aktive Trägersubstrate, beispielsweise des Waben- oder Plattentyps, die eine spezielle Funktionalität am Einlass oder Auslass des Strömungskanals erhalten sollen.If the surface deposition of the catalytically active material or its precursor is to be restricted to a part of the physical extent of the carrier substrate or a part of the inner surface, this can be achieved by a corresponding limitation of the wetting with the hydrophobic liquid on only this preferred part of the carrier substrate , This method is preferred, for example, for monolithic, catalytically active support substrates, for example of the honeycomb or plate type, which are to receive a specific functionality at the inlet or outlet of the flow channel.
Das mit der hydrohoben Flüssigkeit gefüllte bzw. getränkte Trägersubstrat wird dann mit einem Lösemittel für die hydrophobe Flüssigkeit gespült oder gewaschen oder in ein Bad mit einem solchen Lösemittel getaucht. Bei dem Lösemittel handelt es sich zum Beispiel um Acteton, n-Decan oder Ethanol.The carrier substrate filled or impregnated with the hydrophobic liquid is then rinsed or washed with a solvent for the hydrophobic liquid or immersed in a bath containing such a solvent. The solvent is, for example, acetone, n-decane or ethanol.
Bei Bedarf, falls der katalytisch aktive Partikelfilter zum Beispiel als Crossflow-Typ eingesetzt werden soll, kann die Einwirkzeit des Lösemittels die Tiefe der Oberflächenschicht bestimmen, in welcher das katalytisch aktive Material oder sein Vorläufer abgeschieden werden soll. Die nach dem Einsatz des Lösemittels verbleibende Füllhöhe mit der hydrophoben Flüssigkeit im Trägersubstrat bestimmt die Tiefe der katalytisch aktiven Schicht, die während der nachfolgenden Schritte gebildet wird. Diese katalytisch aktive Schichttiefe bestimmt im hergestellten Partikelfilter dann die Verweildauer eines zu reinigenden Fluids in der speziellen, katalytisch aktiven Schicht mit einer bestimmten Funktionalität, die auf den jeweiligen Anwendungsfall des Partikelfilters abgestimmt ist.If necessary, if the catalytically active particulate filter is to be used, for example, as a crossflow type, the exposure time of the solvent can determine the depth of the surface layer in which the catalytically active material or its precursor is to be deposited. The filling level with the hydrophobic liquid in the carrier substrate remaining after the use of the solvent determines the depth of the catalytically active layer which is formed during the subsequent steps. This catalytically active layer depth then determines the residence time of a fluid to be cleaned in the special, catalytically active layer with a specific functionality which is matched to the particular application of the particle filter in the particulate filter produced.
Im Anschluss wird das (restliche) hydrophobe Lösungsmittel ausgetrieben, vorzugsweise mit einer hydrophilen Flüssigkeit mit einer kontrollierten Temperatur.Subsequently, the (residual) hydrophobic solvent is expelled, preferably with a hydrophilic liquid at a controlled temperature.
Anschließend wird das Trägersubstrat mit seiner präparierten Oberfläche mit einer hydrophilen Flüssigkeit in Kontakt gebracht, die das katalytisch aktive Material, seine Salze, Gele oder andere Vorläufer oder Gemische davon enthält. Bei der hydrophilen Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Aufgrund des physikalischen Phänomens der Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen der hydrophoben Flüssigkeit und der hydrophilen Flüssigkeit benetzt die hydrophile Flüssigkeit nur jene Abschnitte des Trägersubstrats, an denen zuvor mit Hilfe des Lösemittels die hydrophobe Flüssigkeit entfernt worden ist.Subsequently, the carrier substrate with its prepared surface is brought into contact with a hydrophilic liquid containing the catalytically active material, its salts, gels or other precursors or mixtures thereof. The hydrophilic liquid is preferably water. Due to the physical phenomenon of the surface tension at the interface between the hydrophobic liquid and the hydrophilic liquid, the hydrophilic liquid wets only those portions of the support substrate on which the hydrophobic liquid has been previously removed by means of the solvent.
Die Beschichtung des Trägersubstrats mit dem katalytisch aktiven Material erfolgt dann durch dem Fachmann allgemein bekannte Ausfäll-, Kristallisations- oder Washcoat-Prozesse mit bekannten Prozessbedingungen. Optional folgen auf diesen Beschichtungsvorgang ein Trocknungsprozess und/oder ein Fixierungs- oder Kalzinationsprozess (Wärmebehandlung).The coating of the carrier substrate with the catalytically active material is then carried out by precipitation, crystallization or washcoat processes with known process conditions which are generally known to the person skilled in the art. Optionally, this drying process is followed by a drying process and / or a fixing or calcination process (heat treatment).
Ein zweites Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Partikelfilters mit mehreren unterschiedlichen, katalytisch aktiven Materialen mit unterschiedlichen lokalen Konzentrationsgradienten.A second exemplary embodiment describes a method for producing a catalytically active particle filter having a plurality of different, catalytically active materials with different local concentration gradients.
In einem ersten Schritt wird das Trägersubstrat mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet, wobei das katalytisch aktive Material oder sein Vorläufer über den gesamten Körper des Trägersubstrats ohne nennenswerten Konzentrationsgradienten homogen verteilt sein darf. Anschließend wird das Trägersubstrat getrocknet.In a first step, the carrier substrate is coated with a catalytically active material, wherein the catalytically active material or its precursor may be distributed homogeneously over the entire body of the carrier substrate without appreciable concentration gradients. Subsequently, the carrier substrate is dried.
In einem zweiten Schritt wird das so vorbereitete Trägersubstrat oder ein vorbestimmter Abschnitt davon mit Unterstützung eines Entgasungsvorgangs mit einer hydrophoben Flüssigkeit benetzt, wie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.In a second step, the carrier substrate prepared in this way or a predetermined section thereof is wetted with a hydrophobic liquid with the aid of a degassing operation, as described above in connection with the first exemplary embodiment.
In einem dritten Schritt wird das mit der hydrophoben Flüssigkeit benetzte Trägersubstrat mit einem Lösemittel für hydrophobe Flüssigkeiten in Kontakt gebracht, wie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.In a third step, the carrier substrate wetted with the hydrophobic liquid is brought into contact with a solvent for hydrophobic liquids, as described above in connection with the first exemplary embodiment.
In einem vierten Schritt wird eine hydrophile Flüssigkeit, die das katalytisch aktive Material, seine Salze, Gele oder anderen Vorläufer enthält, mit dem Trägersubstrat oder zumindest mit Teilen davon in Kontakt gebracht. Es folgt auch in diesem Fall ein Ausfäll-, Kristallisations- oder Washcoat-Prozess mit bekannten Prozessbedingungen, gefolgt von einem Trocknungs-Prozess und/oder einem Fixierungs- oder Kalzinationsprozess.In a fourth step, a hydrophilic liquid containing the catalytically active material, its salts, gels or other precursors is contacted with the support substrate or at least parts thereof. It also follows in this case a precipitation, crystallization or washcoat process with known process conditions, followed by a drying process and / or a fixing or calcination process.
Die Abfolge der obigen Schritte 2 bis 4 kann beliebig wiederholt werden, um den katalytisch aktiven Partikelfilter fertigzustellen.The sequence of the above steps 2 to 4 can be repeated as desired in order to complete the catalytically active particle filter.
Zusätzlich oder alternativ können auch die lokale Größenverteilung und/oder die Aktivierungspotenziale oder andere die lokale Aktivität des katalytisch aktiven Materials beeinflussende Eigenschaften in der gleichen Weise variiert werden.Additionally or alternatively, the local size distribution and / or the activation potentials or other properties influencing the local activity of the catalytically active material can also be varied in the same way.
Claims (13)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016202610.0A DE102016202610A1 (en) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | Process for producing a porous functional body |
| DE112017000880.8T DE112017000880A5 (en) | 2016-02-19 | 2017-02-10 | Process for producing a porous functional body |
| PCT/EP2017/052963 WO2017140583A1 (en) | 2016-02-19 | 2017-02-10 | Method for producing a porous functional body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016202610.0A DE102016202610A1 (en) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | Process for producing a porous functional body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016202610A1 true DE102016202610A1 (en) | 2017-08-24 |
Family
ID=58213050
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102016202610.0A Withdrawn DE102016202610A1 (en) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | Process for producing a porous functional body |
| DE112017000880.8T Withdrawn DE112017000880A5 (en) | 2016-02-19 | 2017-02-10 | Process for producing a porous functional body |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE112017000880.8T Withdrawn DE112017000880A5 (en) | 2016-02-19 | 2017-02-10 | Process for producing a porous functional body |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE102016202610A1 (en) |
| WO (1) | WO2017140583A1 (en) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2546489A1 (en) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Uop Inc | PROCESS FOR COATING AND IMPRAEGNATING CATALYST CARRIERS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
| EP0149912A2 (en) * | 1984-01-19 | 1985-07-31 | Corning Glass Works | Treatment of monolithic catalyst supports |
| US20040001781A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-01 | Engelhard Corporation | Multi-zone catalytic converter |
| DE10254661A1 (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-09 | Umicore Ag & Co.Kg | Process for coating a catalyst carrier comprising two different substructures with a catalytically active coating and catalyst obtained thereby |
| US20040211172A1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-10-28 | Chuanfu Wang | Muffler and catalytic converter devices |
| US7097880B2 (en) * | 2003-12-18 | 2006-08-29 | Corning Incorporated | Method for preparing catalysts |
| US20070215009A1 (en) * | 2004-06-11 | 2007-09-20 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Metal Oxide Nanoporous Material, Coating Composition to Obtain the Same, and Methods of Manufacturing Them |
| EP1897615A2 (en) * | 1998-04-28 | 2008-03-12 | Basf Catalysts Llc | Monolithic catalysts and related process for manufacture |
| DE102007044585A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-04-02 | Süd-Chemie AG | Process for the partial coating of catalytically active components on complex components |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070149399A1 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-28 | Ku Anthony Y | Multifunctional catalyst and methods of manufacture thereof |
| DE102007029418A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-08 | Robert Bosch Gmbh | Catalyst element, catalyst for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and method for producing a catalyst element according to the invention |
| DE102007056213A1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Method for producing a shaped body through which exhaust gas can flow and exhaust system of an internal combustion engine |
| US8637422B2 (en) * | 2010-03-29 | 2014-01-28 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Method for producing surface-supported catalyst |
| BR112013030719A2 (en) | 2011-05-31 | 2020-07-21 | Johnson Matthey Public Limited Company | article and method for treating an exhaust gas, and, system for treating nox in a poorly burning exhaust gas |
| US9861962B2 (en) * | 2013-10-08 | 2018-01-09 | Industry Foundation Of Chonnam National University | Selective surface impregnation method for catalytically active materials on particulate catalyst support using mutual repulsive force and soblubility difference between hydrophilic solvent and hydrophobic solvent |
-
2016
- 2016-02-19 DE DE102016202610.0A patent/DE102016202610A1/en not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-02-10 WO PCT/EP2017/052963 patent/WO2017140583A1/en active Application Filing
- 2017-02-10 DE DE112017000880.8T patent/DE112017000880A5/en not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2546489A1 (en) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Uop Inc | PROCESS FOR COATING AND IMPRAEGNATING CATALYST CARRIERS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
| EP0149912A2 (en) * | 1984-01-19 | 1985-07-31 | Corning Glass Works | Treatment of monolithic catalyst supports |
| EP1897615A2 (en) * | 1998-04-28 | 2008-03-12 | Basf Catalysts Llc | Monolithic catalysts and related process for manufacture |
| US20040001781A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-01 | Engelhard Corporation | Multi-zone catalytic converter |
| DE10254661A1 (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-09 | Umicore Ag & Co.Kg | Process for coating a catalyst carrier comprising two different substructures with a catalytically active coating and catalyst obtained thereby |
| US20040211172A1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-10-28 | Chuanfu Wang | Muffler and catalytic converter devices |
| US7097880B2 (en) * | 2003-12-18 | 2006-08-29 | Corning Incorporated | Method for preparing catalysts |
| US20070215009A1 (en) * | 2004-06-11 | 2007-09-20 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Metal Oxide Nanoporous Material, Coating Composition to Obtain the Same, and Methods of Manufacturing Them |
| DE102007044585A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-04-02 | Süd-Chemie AG | Process for the partial coating of catalytically active components on complex components |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE112017000880A5 (en) | 2018-10-25 |
| WO2017140583A1 (en) | 2017-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1797954B1 (en) | Process for the treatment of catalyst for the purification of flue gas | |
| DE2927246C2 (en) | Plate-shaped catalyst for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases | |
| DE102007012928A1 (en) | Process for introducing a catalytic coating into the pores of a ceramic flow honeycomb body | |
| DE102012105822B4 (en) | SCR on diesel particulate filter and method of making the same | |
| DE112015001438T5 (en) | Process for coating a filter substrate | |
| DE102005062317A1 (en) | Application of catalytic washcoat to automotive catalytic converter with ceramic honeycomb structure comprises alternate flushing from each end | |
| DE4110358C2 (en) | Process for the production of a catalytic converter for the purification of exhaust gas | |
| DE102018123422A1 (en) | purifying catalyst | |
| DE102015202934A1 (en) | Fe-SAPO-34 catalyst for use in NOx reduction and method of making the same | |
| DE102018106329A1 (en) | SCRF with rear wall-mounted design | |
| WO2018029330A1 (en) | Particle filter having scr-active coating | |
| DE102006027578A1 (en) | Gas mixture e.g. soot contained exhaust gas, cleaning filter for e.g. diesel engine, has porous wall with surface coating made of ceramic fibers applied on upper surface of wall, where fibers are coated with nano-particles | |
| EP0228706B1 (en) | Process for the manufacture of open-celled ceramic bodies and ceramic bodies made by this process | |
| WO2002085520A2 (en) | Method and device for manipulating small amounts of liquid on surfaces | |
| DE102019100099A1 (en) | Process for the production of catalytically active wall flow filters | |
| DE102016202610A1 (en) | Process for producing a porous functional body | |
| DE102005021658A1 (en) | Automotive catalyst comprises sintered metal filter substrate covered by intermediate layer of aluminum oxide and silicone dioxide nano-particles | |
| DE19961483B4 (en) | Cleaning catalyst for the exhaust gas of an internal combustion engine | |
| DE10114646A1 (en) | Production of a firmly adhering, water-repellent catalyst layer | |
| DE10254661A1 (en) | Process for coating a catalyst carrier comprising two different substructures with a catalytically active coating and catalyst obtained thereby | |
| DE102015224370A1 (en) | Catalyst and process for the preparation of a catalyst | |
| DE2225366B2 (en) | Method for removing protrusions on epitaxial layers | |
| DE2539764C3 (en) | Process for coating a heat-resistant substrate with an active metal oxide film | |
| EP3924105A1 (en) | Method for producing motor vehicle exhaust gas catalysts | |
| DE4343114C2 (en) | Process for the production of separation membranes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PAGE, WHITE & FARRER GERMANY LLP, DE |
|
| R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |