本發明涉及一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的催化顆粒過濾器，該催化顆粒過濾器包括壁內twc涂層和任選的壁上無機粒子層。本發明還涉及一種包括催化顆粒過濾器的汽油引擎排放處理系統和一種用于處理汽油引擎的廢氣的方法。

背景技術：

1、引擎廢氣基本上由氣態污染物(諸如未燃燒的碳氫化合物(hc)、一氧化碳(co)和氮氧化物(nox))和顆粒組成。對于汽油引擎來說，用于氣態污染物的三元轉化催化劑(以下可互換地稱為twc催化劑或twc)和用于顆粒的過濾器是眾所周知的確保廢氣排放符合法規的后處理手段。

2、如本領域已知的，與柴油稀燃引擎生成的顆粒相反，汽油引擎(諸如缸內直接噴射引擎)生成的顆粒往往更細且數量更少。這是因為汽油引擎與柴油引擎的燃燒條件不同。幾十年來已經開發了用于處理來自汽油引擎的廢氣的顆粒過濾器(也稱為汽油顆粒過濾器)以便有效地處理廢氣，在這些顆粒過濾器中，具有組合的催化活性和過濾功能的催化汽油顆粒過濾器引起了高度的興趣。

3、wo?2018/024547a1描述了一種催化顆粒過濾器，該催化顆粒過濾器包括滲透顆粒過濾器壁的三元轉化(twc)催化材料。在過濾器上或過濾器內涂覆twc催化材料可能會導致背壓的影響。在該專利申請中提出了一種特殊的涂層方案，以避免過度增加背壓，同時提供完全的三元轉化功能。要求催化顆粒過濾器的涂覆的孔隙率小于顆粒過濾器的未涂覆的孔隙率。

4、wo?2017/109514a1描述了一種用于排放處理系統中的催化壁流式整料，其中該整料包括多孔基底和twc催化劑，其中該twc催化劑基本上分布在整個多孔基底上，并且其中該twc催化劑包含(i)氧化鋁；(ii)一種或多種鉑族金屬；以及(iii)儲氧組分(osc)，其中該osc包含二氧化鈰或一種或多種包含鈰的混合氧化物，并且以65:35至85:15的osc與氧化鋁的重量比存在。

5、wo2021/096841a1描述了一種用于內燃機廢氣處理的顆粒過濾器，其包括涂覆在顆粒過濾器的入口側、出口側或兩側上的功能材料層，其中該功能材料層包含：第一無機材料，該第一無機材料包含氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、除二氧化鈰之外的稀土金屬氧化物中的一種或多種；以及第二無機材料，該第二無機材料包含氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化錳、硅酸鹽沸石、硅鋁酸鹽沸石中的一種或多種。顆粒過濾器可進一步包括含有鈀和銠的三元轉化(twc)催化劑復合物的催化層。

6、來自汽油引擎的氣體和顆粒排放遵循嚴格的規定，例如“輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第6階段)(limits?and?measurement?meth-ods?for?emissions?fromlight-duty?vehicles(china?6))”(gb18352.6-2016，也稱為中國第6階段)。中國第6b階段的目標是thc和co排放從中國5水平降低50％，以及nox降低42％。此外，中國第6b階段納入針對顆粒物(pm)的限值并且采用車載診斷(obd)要求。此外，根據中國第6b階段，應當在世界統一輕型車輛測試規程(world?harmonized?light-duty?vehi-cle?test?cycle，wltc)下測試車輛，該循環包括許多急劇加速和延長的高速要求?？紤]到排放限值越來越嚴格的全球趨勢，車輛制造商，即原始設備制造商(oem)，要求催化汽油顆粒過濾器在低背壓下具有高催化活性，特別是同時表現出期望的新鮮過濾效率。

7、需要提供一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的催化顆粒過濾器，該催化顆粒過濾器可以表現出在低背壓下改進的催化活性和期望的新鮮過濾效率。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的催化顆粒過濾器，該催化顆粒過濾器在催化活性、背壓和新鮮過濾效率中的至少一個方面、優選全部方面表現良好。

2、令人驚訝地發現，本發明的目的是通過包括壁內twc涂層和任選地壁上無機粒子層的顆粒過濾器來實現。

3、因此，在第一方面，本發明提供了一種顆粒過濾器，該顆粒過濾器包括

4、-基底，所述基底包括多個縱向延伸的多孔壁，以形成多個從入口端延伸至出口端的平行通道，其中一數量的所述通道是在入口端處開口且在出口端處封閉的入口通道，并且一數量的通道是在所述入口端處封閉且在所述出口端處開口的出口通道；

5、-入口通道和出口通道中的壁內三元轉化(twc)涂層，該壁內三元轉化涂層包含鉑族金屬組分、基于氧化鋁的耐火金屬氧化物和儲氧組分(osc)，其中該壁內twc涂層的基于氧化鋁的耐火金屬氧化物與儲氧組分的重量比在1:20至1:3的范圍內，并且其中該壁內twc涂層不含任何單獨的鋯物質和鋇物質；以及

6、-任選地，入口通道和/或出口通道中的壁上無機粒子層，其中無機粒子包含一種或多種非pgm組分，該一種或多種非pgm組分選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錳、氧化鋅、除二氧化鈰之外的稀土金屬氧化物或它們的任何復合氧化物。

7、在根據第一方面的一些實施方案中，顆粒過濾器不包括壁上無機粒子層。在根據第一方面的一些其他實施方案中，顆粒過濾器包括壁上無機粒子層。

8、在第二方面，本發明提供了一種用于生產如本文所述的顆粒過濾器的方法，該方法包括以下步驟：

9、(1)提供漿料，包括將鉑族金屬組分或其前體、基于氧化鋁的耐火金屬氧化物和儲氧組分在溶劑中混合，其中在混合之前沒有將鉑族金屬預固定在基于氧化鋁的耐火金屬氧化物和儲氧組分上；以及將漿料施加至基底的入口通道和出口通道中，以形成壁內twc涂層；以及

10、(2)任選地，將無機粒子施加至承載壁內twc涂層的基底的入口通道和/或出口通道中的多孔壁的表面上。

11、在第三方面，本發明提供了一種廢氣處理系統，該廢氣處理系統包括如第一方面所述的顆粒過濾器，優選地能夠從或從如第二方面所述的方法獲得的顆粒過濾器，該顆粒過濾器位于汽油引擎的下游。

12、在第四方面，本發明提供了一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的方法，該方法包括使廢氣與如第一方面所述的顆粒過濾器、優選地能夠從或從如第二方面所述的方法獲得的顆粒過濾器或如第三方面所述的廢氣處理系統接觸。

13、已經發現，與現有技術對應物相比，根據本發明的顆粒過濾器可以提供改進的催化性能和背壓特性以及期望的新鮮過濾效率。

技術特征：

1.一種顆粒過濾器，所述顆粒過濾器包括

2.根據權利要求1所述的顆粒過濾器，所述顆粒過濾器包括所述壁上無機粒子層。

3.根據權利要求1或2所述的顆粒過濾器，其中所述基于氧化鋁的耐火金屬氧化物與所述儲氧組分的重量比在1:15至1:4、更優選1:10至1:5、最優選1:10至1:7的范圍內。

4.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述入口通道中的所述壁內twc涂層和所述出口通道中的所述壁內twc涂層具有相同的組成。

5.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述鉑族金屬組分是pt組分、pd組分、rh組分或它們的任何組合。

6.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述鉑族金屬組分是rh組分、pt組分和任選的pd組分的組合。

7.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述無機粒子包含一種或多種非pgm組分，所述一種或多種非pgm組分選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、除二氧化鈰之外的稀土金屬氧化物或它們的任何復合氧化物。

8.根據權利要求7所述的顆粒過濾器，其中所述無機粒子包含氧化鋁。

9.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述壁上無機粒子層不包含pgm組分。

10.根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器，其中所述無機粒子具有0.5μm至1.5μm范圍內的d10、1.8μm至6μm范圍內的d50和3μm至10μm范圍內的d90，優選地0.8μm至1.2μm范圍內的d10、1.8μm至4μm范圍內的d50和3μm至7μm范圍內的d90。

11.一種用于生產根據前述權利要求中任一項所述的顆粒過濾器的方法，所述方法包括以下步驟：

12.根據權利要求11所述的方法，其中步驟(1)中的所述漿料包含添加劑，諸如促進劑、粘合劑、穩定劑、粘度調節劑、ph調節劑、表面活性劑或它們的任何組合。

13.根據權利要求11或12所述的方法，其中所述鉑族金屬組分的所述前體選自所述鉑族金屬的可溶性鹽、絡合物、氧化物和膠體。

14.根據權利要求11至13中任一項所述的方法，其中通過將pt組分或其前體和儲氧組分在溶劑中混合來提供所述漿料，向所述溶劑中添加基于氧化鋁的耐火金屬氧化物，然后添加rh組分或其前體。

15.根據權利要求11至13中任一項所述的方法，其中通過將rh組分或其前體與基于氧化鋁的耐火金屬氧化物在溶劑中混合來提供所述漿料，向所述溶劑中添加儲氧組分，然后添加pt組分或其前體。

16.根據權利要求11至15中任一項所述的方法，其中通過干法涂覆工藝來施加所述無機粒子。

17.根據權利要求11至16中任一項所述的方法，其中通過使用所述無機粒子或其前體來施加所述無機粒子。

18.一種廢氣處理系統，所述廢氣處理系統包括根據權利要求1至10中任一項所述的顆粒過濾器或者能夠從或從根據權利要求11至17中任一項所述的方法獲得的顆粒過濾器，所述顆粒過濾器位于汽油引擎的下游。

19.一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的方法，所述方法包括使所述廢氣與根據權利要求1至10中任一項所述的顆粒過濾器、或者能夠從或從根據權利要求11至17中任一項所述的方法獲得的顆粒過濾器、或者根據權利要求18所述的廢氣處理系統接觸。

技術總結
本發明涉及一種顆粒過濾器、一種包括該顆粒過濾器的汽油引擎排放處理系統以及一種用于處理來自汽油引擎的廢氣的方法，其中該顆粒過濾器包括：基底，該基底包括多個縱向延伸的多孔壁，以形成多個從入口端延伸至出口端的平行通道，其中一數量的通道是在該入口端開口并且在該出口端封閉的入口通道，并且一數量的通道是在該入口端封閉并且在該出口端開口的出口通道；該入口通道和該出口通道中的壁內TWC涂層，該壁內TWC涂層包含鉑族金屬組分、基于氧化鋁的耐火金屬氧化物和儲氧組分，其中該壁內TWC涂層的該基于氧化鋁的耐火金屬氧化物與該儲氧組分的重量比在1:20至1:3范圍內，并且其中該壁內TWC涂層不含任何單獨的鋯物質和鋇物質；以及任選地，該入口通道和/或該出口通道中的壁上無機粒子層，其中該無機粒子包含一種或多種非PGM組分，該一種或多種非PGM組分選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錳、氧化鋅、除二氧化鈰之外的稀土金屬氧化物或它們的任何復合氧化物。

技術研發人員：陳春雨,A·西亞尼,王偉亮,宋文吉
受保護的技術使用者：巴斯夫公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28