DE102011002449A1

DE102011002449A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Monolithsubstrats mit einer Katalysatorkomponente

Info

Publication number: DE102011002449A1
Application number: DE102011002449A
Authority: DE
Inventors: Guy Richard Chandler; Keith Anthony Flanagan; Paul Richard Phillips; Paul Schofield; Michael Leonard William Spencer; Hedley Michael Strutt
Original assignee: JOHNSON METTHEY PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2031-01-05
Also published as: US20110268624A1; GB2487847B8; JP5883909B2; RU2012133433A; GB2487847A; KR20120105554A; GB2487847A8; GB2477602B; DK2521618T3; DE102011002449B4; EP2659976B1; CN102781586B; RU2014151995A3; RU2541575C2; EP2889083A1; JP5646649B2; EP2659976B8; RU2014151995A; HK1178482A1; EP2521618B1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, dass die Schritte umfasst: (i) im Wesentlichen vertikales Halten eines Wabenmonolithsubstrats; (ii) Einführen eines vorab festgelegten Volumens der Flüssigkeit in das Substrat über offene Enden der Kanäle an einem unteren Ende des Substrats; (iii) abdichtendes Zurückhalten der eingebrachten Flüssigkeit in dem Substrat; (iv) Umdrehen des Substrats, das die zurückgehaltene Flüssigkeit enthält, und (v) Anlegen eines Vakuums an die offenen Enden der Kanäle des Substrats an dem umgedrehten unteren Ende des Substrats, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrats zu ziehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält.
”Wabenmonolithsubstrat”, wie hierin definiert, umfasst Metall- und keramische Durchflussmonolithe, die eine Vielzahl von Kanälen oder Zellen haben, die sich in Längsrichtung entlang der Länge der Substratstruktur erstrecken, wobei die Kanäle an ihren beiden Enden offen sind; und Metall- und Keramikfilter, einschließlich keramischer Wandstromfilter, die eine Vielzahl von Kanälen oder Zellen haben, die sich in Längsrichtung entlang der Länge der Substratstruktur erstrecken, wobei Kanäle an einem ersten Ende des Substrates, die offen sind, an dem gegenüberliegenden Ende blockiert sind und Kanäle, die an dem gegenüberliegenden Ende offen sind, an dem ersten Ende blockiert sind, wobei die Anordnung dergestalt ist, dass jede zweite angrenzende Zelle ein offenes Ende (oder ein blockiertes Ende) an dem ersten Ende des Wandstromfilters und ein blockiertes Ende (oder ein offenes Ende) an dem davon gegenüberliegenden Ende hat, so dass, wenn ein Ende des Wandstromfilters betrachtet wird, es einem Schachbrett mit offenen und blockierten Kanälen ähnelt. Eine Fluidumverbindung zwischen den offenen Kanälen an dem ersten Ende des Wandstromfilters und den offenen Kanälen des davon gegenüberliegenden Endes erfolgt über die poröse Wandstruktur des Wandstromfilters.
Die Definition ”Wabenmonolithsubstrat” beinhaltet auch metallische, sogenannte ”Teilfilter” wie sie in der WO 01/80978 offenbart sind oder wie das in der EP 1 057 519 offenbarte Substrat.
Typischerweise umfassen keramische Materialien zur Herstellung von Wabenmonolithsubstraten Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Aluminiumtitanat, gesinterte Metalle, Aluminiumoxid, Cordierit, Mullit, Pollucit, ein Thermet wie z. B. Al₂O₃/Fe, Al₂O₃/Ni oder B₄C/Fe, oder Kompositwerkstoffe, die Teile von beliebigen zwei oder mehreren hiervon umfassen.
Die Formulierung der die Katalysatorkomponenten enthaltenden Flüssigkeiten zur Beschichtung von Wabenmonolithsubstraten sind dem Fachmann bekannt und umfassen: wässrige Lösungen von Platingruppenmetallverbindungen, wie z. B. Platin-, Palladium- und Rhodiumverbindungen, wässrige Lösungen von Alkalimetall- und Erdalkalimetallverbindungen zur Ablagerung von Verbindungen zur Absorption von NO_x auf den Substraten und andere Komponenten, wie z. B. Verbindungen der Übergangsmetalle, z. B. Eisen, Kupfer, Vanadium, Cer und Übergangsmetallkatalysator-Promotorverbindungen; ”Washcoat”-Aufschlämmungen, einschließlich partikelförmiger Katalysatorträgermaterialien wie Aluminiumoxid, Ceroxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Siliciumdioxidaluminiumoxid und Zeolithe, die optional ein oder mehrere der oben genannten Platingruppenmetalle oder Übergangsmetalle tragen; und ”Washcoat”-Aufschlämmungen, die Kombinationen von geträgerten Metallverbindungen und wässrigen Lösungen der o. g. Metallverbindungen enthalten. Solche Flüssigkeiten können auch relevante Säuren, organische Verdickungsmittel usw. enthalten, um die Katalysatoraktivität, die Chemie der Formulierung, um sich für den beabsichtigten Zweck des resultierenden Katalysators zu eignen, und/oder die Viskosität und Rheologie der Flüssigkeit zu verbessern.
Eine Vorrichtung zur automatisierten Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats ist z. B. aus unserer WO 99/47260 und aus der US 5 422 138 bekannt. Die zuletzt genannte Literaturstelle offenbart eine Vorrichtung, die Mittel zum im Wesentlichen vertikalen Halten eines Wabenmonolithsubstrats und Mittel zum Einführen eines vorher bestimmten Volumens einer Flüssigkeit in das Substrat über offene Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats umfasst, d. h. Merkmale (a) und (b) des Anspruchs 4 der vorliegenden Beschreibung.
Die EP 1 325 781 offenbart eine Entwicklung der Beschichtungstechnik, die in der US 5 422 138 offenbart ist, die benutzt werden kann, um moderne ”in Zonen eingeteilte” Substrate zu produzieren.
Die gegenwärtigen Erfinder haben bekannte Techniken zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, mit besonderem Schwerpunkt auf die Beschichtung von Filtersubstraten untersucht und sie sind auf eine Vielzahl von Problemen gestoßen.
Ein Problem war, dass, wenn ein flüssiger Washcoat zu viskos ist, der Gegendruck in dem Filter zu hoch für eine praktische Anwendung der Filter in Abgassystemen von Dieselfahrzeugen sein kann. Die Erfinder haben festgestellt, dass Washcoat-Viskositäten von ungefähr 50 cps zur Beschichtung von Filtern erforderlich sein können und dass derartige Washcoats mit niedriger Viskosität oftmals zu einer ungleichmäßigen Beschichtung des Filtersubstrats führen, wenn bekannte Beschichtungsmethoden verwendet werden.
In der Praxis haben die Erfinder festgestellt, dass es nützlich ist, den Wasserabsorptionsfaktor des Substrats an den Gehalt der suspendierenden Flüssigkeit in einem Washcoat anzupassen, um eine gewünschte prozentuale axiale Beschichtungstiefe zu erreichen; wenn die beiden nicht angepasst werden, kann die Beschichtung beim Trocknen an Stabilität verlieren. Durch Entfernen der suspendierenden Flüssigkeit, normalerweise Wasser, aus dem Washcoat auf dem Substrat werden die Washcoat-Komponenten immobilisiert.
Weiterhin haben die Erfinder beobachtet, dass durch Entfernen der Verdickungsmittel aus der Washcoatformulierung, wodurch sich ein Washcoat mit einer niedrigeren Viskosität ergibt, die Trocknungszeit reduziert werden kann.
Ein alternatives Verfahren wurde untersucht, das das Einbringen eines Wandstromfiltersubstrats in ein Bad einer wässriger Lösung und Zulassen, dass die Lösung das Filter durch Kapillarwirkung imprägniert, und anschließendes Trocknen und Kalzinieren des imprägnierten Wandstromfiltersubstrats umfasst. Jedoch ist festgestellt worden, dass sich dieses Verfahren nicht ohne weiteres automatisieren lässt, da der Imprägnierungsschritt und der anschließende Trocknungsschritt zu langsam waren. Außerdem war dieses Verfahren nicht ausreichend anpassungsfähig, um Kundenbedürfnisse, wie z. B. eine Katalysator-”Zonenbildung” zur Verbesserung der Aktivität und zum Einsparen von teuren Platingruppenmetallen zu gestatten.
Das Verfahren und die Vorrichtung, die in der US 5 422 138 offenbart sind, verwenden Aufschlämmungen mit höherer Viskosität, z. B. 100 bis 500 cps, und erscheint damit auf dem Gebiet der Beschichtung von Filtersubstratmonolithen mit den gewünschten niedriger viskosen Aufschlämmungen in der Praxis nicht geeignet zu sein. Weiterhin können die in diesem Verfahren verwendeten Überschussmengen an Flüssigkeit, die teure Platingruppenmetalle enthalten, um Wabenmonolithsubstrate zu beschichten, zu einem ineffizienten Verlust von etwas Flüssigkeit führen. Auf dem einschlägigen Fachgebiet ist es auch wichtig, dass ein beschichtetes Wabenmonolithsubstrat einer vertraglichen Spezifikation entspricht, die zwischen einem Hersteller beschichteter Wabenmonolithsubstrate und seinem Kunden vereinbart wurde, da übermäßiges Beschichten mit teuren Platingruppenmetallen den Profit des Herstellers verringern kann, während ein Beschichten des Wabenmonolithsubstrats mit zu wenig Platingruppenmetall dazu führen kann, dass der Hersteller in Konflikt mit seinem Kunden gerät.
Die Erfinder haben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Beschichtung von Wabenmonolithsubstraten, insbesondere Filtern, mit niedriger viskosen Flüssigkeiten, die Katalysatorkomponenten enthalten, entwickelt, das ein sorgfältigeres und akkurateres Beladen mit teuren Platingruppenmetallkomponenten ermöglicht, und Verluste in der Fabrik der Hersteller verhindert.
Gemäß einem Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

(i) Halten eines Wabenmonolithsubstrats in einer im Wesentlichen vertikalen Position;
(ii) Einführen eines vorab festgelegten Volumens der Flüssigkeit in das Substrat über offene Enden der Kanäle an einem unteren Ende des Substrats;
(iii) abdichtendes Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit in dem Substrat;
(iv) Umdrehen des Substrates, das die zurückgehaltene Flüssigkeit enthält; und
(v) Anlegen eines Vakuums an die offenen Enden der Kanäle des Substrates an dem umgedrehten unteren Ende des Substrats, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrats zu ziehen.

In einer Ausführungsform ist ein Schritt des Abdichtens einer äußeren Oberfläche des Substrats von, d. h. eines Abdichtens von einer Flüssigkeitsverbindung mit, den offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrates zwischen die Schritte (i) und (ii) eingefügt.
In einer anderen Ausführungsform wird die Abdichtung, die die Flüssigkeit im Schritt (v) zurückhält, erst entfernt, nachdem ein Vakuum angelegt worden ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das Substrat ein Filter, wie es hierin definiert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

(a) Mittel zum im Wesentlichen vertikalen Halten eines Wabenmonolithsubstrats;
(b) Mittel zum Einführen eines vorab festgelegten Volumens der Flüssigkeit in das Substrat über die offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats;
(c) Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit in dem Substrat;
(d) Mittel zum Umdrehen des die zurückgehaltene Flüssigkeit enthaltenden Substrats, und
(e) Mittel zum Anlegen eines Vakuums an die offenen Enden der Kanäle des Substrats an dem umgekehrten unteren Ende des Substrats, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrats zu ziehen.

Obwohl das Substrat manuell in die Haltemittel eingesetzt werden kann, wird bevorzugt, eine Roboter-„Greif- und Montage”-Einrichtung zu verwenden, um die Automatisierung des Verfahrens als Ganzes zu erhöhen.
In einer Ausführungsform umfassen die Haltemittel ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens des unteren Endes des Substrats. Ein sachkundiger Ingenieur wird erfassen, dass nicht alle Substrate einen herkömmlichen kreisförmigen Querschnitt haben, sondern dass sie auch die Form eines ovalen oder ”rennbahnförmigen”, eines verzerrten ovalen oder anderen asymmetrischen Querschnitts annehmen können. Je nach Querschnitt des Substrates kann sich der sachkundige Ingenieur ein geeignet geformtes Gehäuse zur Aufnahme des Substrates, wie es geeignet ist, zu Eigen machen.
Die Haltemittel können alle geeigneten Mittel zum Halten des Substrates umfassen, z. B. steife Borsten oder eine flexible Lamelle aus elastomerem Material, getragen durch eine innere Wand des Gehäuses, die sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckt und die deformiert wird, wenn das Substrat in eine Öffnung des Gehäuses eingesetzt wird, oder drei oder mehr gleichmäßig beabstandete Füße, die in einer im Wesentlichen üblichen axialen Ebene angeordnet sind und sich von der Innenwandoberfläche des Gehäuses in das Innere des Gehäuses erstrecken, zum Greifen einer Außenfläche des Substrats im Anschluss an das Einsetzen des Substrats in das Gehäuse.
In einer besonderen Ausführungsform umfassen die Haltemittel jedoch wenigstens einen aufblasbaren Kragen, der auf einer inneren Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, für den Eingriff mit einer äußeren Oberfläche des Substrats. Obwohl der aufblasbare Kragen eine Form haben kann, die in der US 5 422 138 , 8–16, und der dazu gehörenden Beschreibung offenbart ist, d h. ein Kragen, der die gesamte axiale Länge der Außenoberfläche des Substrats kontaktiert, bevorzugen wir die Verwendung einer Anordnung, die einen ersten aufblasbaren Kragen, der die Außenoberfläche an einem unteren Ende des Substrats kontaktiert, und einen zweiten aufblasbaren Kragen umfasst, der die Außenoberfläche des Substrats oberhalb des unteren Endes des Substrats, z. B. ungefähr in der Mitte zwischen dem unteren und oberen Ende des Substrats oder in der oberen Hälfte des Substrats kontaktiert. Ein Grund für die Bevorzugung von wenigstens zwei aufblasbaren Krägen zum Ergreifen des Substrats ist, dass die Erfinder festgestellt haben, dass das Substrat fester gehalten wird und eine höhere Präzision für die folgenden Verfahrensschritte, insbesondere den Umdrehschritt, ermöglicht wird, während der Einzelkragen, der in der US 5 422 138 dargestellt ist, mehr Flexibilität in der seitlichen Ebene aufweist, was höhere Drücke erfordert, um das Substrat mit einem gewünschten Festigkeitsgrad zu halten.
Jedes beliebige passende Flüssigkeitseinführungsmittel kann verwendet werden, jedoch umfasst es in einer besonderen Ausführungsform einen Kolben, der sich innerhalb eines Zylinders auf und ab bewegt. Obwohl der Ausdruck ”Zylinder” einen kreisförmigen Querschnitt des Kolbenkopfs und der Zylinderbohrung beinhaltet, ist in Ausführungsformen die Form des Kolbenkopfs und der Zylinderbohrung durch den Querschnitt des Substrates vorgegeben, d. h. ist das Substrat im Querschnitt oval, sind der Kolbenkopf und die Zylinderbohrung ebenfalls im Querschnitt oval. Dies ist dadurch bedingt, dass ein Übereinstimmen des Querschnitts des Kolbenkopfs und der Zylinderbohrung mit dem Substrat die Beschichtung des Substrats im Hinblick auf eine gleichmäßigere axiale Washcoat-Tiefe fördern kann. Jedoch ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Querschnitt des Substrats mit dem Querschnitt des Kolbenkopfs und der Zylinderbohrung übereinstimmt, wenn dies das Umrüsten der Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mit unterschiedlichen Querschnitten vermeidet.
Im Allgemeinen bewegt sich der Kolben innerhalb des Zylinders zwischen einer ersten Position, wobei eine Oberfläche des Kolbenkopfs an den Zylinderkopf angrenzt oder mit diesem ausgerichtet ist, und einer zweiten Position, wobei eine innere Wand des Zylinders, Zylinderkopfes und des Kolbenkopfs ein Verdrängungsvolumen definieren.
In einer Ausführungsform ist das Verdrängungsvolumen ähnlich oder identisch zu dem Volumen der Flüssigkeit, die in das Substrat eingeführt werden soll, und der Kolben kehrt zu der ersten Position nach Einführen der Flüssigkeit in das Substrat zurück. Diese Anordnung ist bevorzugt in einer Ausführungsform, bei der die Oberfläche des Kolbenkopfs das untere Ende des Substrats trägt oder daran angrenzt, wenn der Kolben in der ersten Position ist. Auf diese Weise kann das Substrat, wenn das Substrat als erstes in das Gehäuse eingesetzt wird, durch den Kolbenkopf getragen werden, bevor das Haltemittel, wie ein aufblasbarer Kragen, betätigt wird, wodurch ein zuverlässigerer Eingriff mit dem Haltemittel und/oder Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit innerhalb des Substrats (die letzteren Abdichtungsmittel werden weiter unten diskutiert) erhalten wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Verdrängungsvolumen ausreichend, um mehrfache Dosen der Flüssigkeit aufzunehmen, d. h. ausreichend Flüssigkeit zum Einbringen einzelner Dosen in zwei oder mehr Substrate. Natürlich ist es in dieser Anordnung notwendig, sich ein Mittel zum abdichtenden Zurückhalten eingebrachter Flüssigkeit in einem Substrat, das die Flüssigkeit in dem Zylinder zurückhalten kann, in Ausführungsformen zu Eigen zu machen, bei denen der Zylinder selbst umgedreht wird.
Die Flüssigkeit kann in geeigneter Weise über eine Öffnung in dem Zylinderkopf durch die die Flüssigkeit in das Substrat eingeführt wird, durch eine Leitung in dem Kolbenstößel und Kolbenkopf oder durch Ventilmittel in einer Wand des Zylindergehäuses in den Zylinder eingespeist werden. Auf jeden Fall ist es wünschenswert, nur das vorab festgelegte Volumen der Flüssigkeit, die in das Substrat eingebracht werden soll, in das Verdrängungsvolumen einzuspeisen, um die Verschwendung von Beschichtungsflüssigkeit zu verhindern. In einer Anordnung ist das Verdrängungsvolumen das gleiche wie das Volumen der Flüssigkeit, die in das Substrat eingeführt werden soll, so dass wenig oder gar kein Totraum vorhanden ist, wenn das Verdrängungsvolumen mit der Flüssigkeit beladen wird. Auf diese Weise ist die Zylinderbohrung geleert, wenn das Gesamtvolumen der Flüssigkeit in das Substrat eingeführt ist, und der Kolbenkopf grenzt aus Gründen, die weiter unten detaillierter beschrieben, werden an das untere Ende des Substrats. Natürlich ist es, wie oben erwähnt, auch möglich, das Verdrängungsvolumen mit ausreichend Flüssigkeit für zwei oder mehr Flüssigkeitseinführungsschritte zu beladen, wobei der Kolben schrittweise innerhalb des Zylinders vordringt, so dass Folglich das Verdrängungsvolumen (und das Flüssigkeitsvolumen) mit jedem Schritt abnimmt.
Das Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit innerhalb des Substrates kann ein beliebiges geeignetes Merkmal, wie eine Guillotine, eine Iris oder ein Verschluss oder ein Material sein, das eine Einwegpermeabilität aufweist. Jedoch ist in einer bevorzugten Anordnung das Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der Flüssigkeit eine Oberfläche des Kolbenkopfs selbst, die ein Material umfassen kann, das die Abdichtung dazwischen erhöht, z. B. ein elastomeres Material, wie einen Weichsiliconschaum oder einen synthetischen Kautschuk. Folglich kontaktiert in der obigen Ausführungsform, in der das gesamte Volumen der Flüssigkeit aus dem Zylinder in das Substrat ausgestoßen wird, d. h. der Kolben zu der ersten Position zurückgekehrt ist, die Oberfläche des Kolbenkopfs das untere Ende des Substrats, so dass die Abdichtung zum Zurückhalten der in das Substrat eingeführten Flüssigkeit gebildet wird.
In einer Ausführungsform wird das die Flüssigkeit zurückhaltende Mittel vor dem Anlegen des Vakuums entfernt.
In einer anderen Ausführungsform jedoch erhält das die Flüssigkeit zurückhaltende Mittel die Abdichtung am Ende des Substrates solange aufrecht, bis das Vakuummittel ein Vakuum an das umgedrehte untere Ende des Substrates anlegt, d. h. im Anschluss an das Ausschalten des Vakuums verbleibt ein statisches Vakuum in dem Substrat. Abhängig von der Natur der Abdichtungsmittel ist es so, dass die Flüssigkeit nicht zwischen den Zellen des Substrates fließt, was zu einer ungleichmäßigen axialen Beschichtungstiefe über das Substrat im Anschluss an die Umdrehung führt; oder aus dem Ende des Substrates, in das die Flüssigkeit eingebracht worden ist, ausläuft und dann die äußeren Wände des Substrats herunterläuft, bevor das Vakuum angelegt werden kann, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrates zu ziehen – was zu einem Flüssigkeitsverlust und einem unerwünschten schlechteren kosmetischen Erscheinungsbild der äußeren Haut-Beschichtung des Substrates führt. Die Ausführungsform, bei der der Kolbenkopf die Abdichtung liefert, wobei der Abdichtungseingriff mit dem Substrat aufrecht erhalten wird, bis das Vakuum angelegt ist, weist auch den Vorteil einer Reinigung der Kolbenoberfläche auf, so das er bereit für das nächste Substrat ist.
In einer weiteren Ausführungsform werden das Gehäuse, der Kolben und der Zylinder alle gemeinsam als eine Einheit durch das Umdrehmittel umgedreht. Wünschenswerterweise umfassen solche Umdrehmittel eine Robotereinheit.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Mittel zum Abdichten einer äußeren Oberfläche des Substrats von (d. h. Abdichten von einer Flüssigkeitsverbindung mit) den offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats. Dies kann notwendig sein in Ausführungsformen, bei denen der Querschnitt der Kolbenbohrung eine andere Form als der Querschnitt des Substrates hat, z. B. wenn das Substrat oval und die Kolbenbohrung kreisförmig ist. Dies wird gemacht, um jedwede Restflüssigkeit in peripheren Totraumbereichen des Zylinders vom Einsickern in das Substrat während des Umdrehschritts abzuhalten.
Jedes beliebige passende Abdichtungsmittel zum Abdichten der äußeren Oberfläche des Substrats von den offenen Enden der Kanäle am unteren Ende des Substrats kann verwendet werden, wie z. B. die flexible Lamelle, die oben erwähnt worden ist, jedoch umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform das Abdichtungsmittel einen aufblasbaren Kragen, oder wenn mehr als ein aufblasbarer Kragen verwendet wird, einen aufblasbaren Kragen in Verbindung mit dem unteren Ende des Substrats.
Das Vakuummittel kann jede passende Form annehmen, umfasst jedoch in einer Ausfuhrungsform einen Trichter, dessen breiteres Ende zur Aufnahme des umgedrehten Endes des Substrats dient.
Eine Abdichtung zwischen dem Vakuummittel und dem umgedrehten Ende des Substrats kann durch eine Lamelle aus flexiblem Material erreicht werden, die sich in den Raum erstreckt, der durch die innere Oberfläche des breiteren Endes des Trichters definiert ist, wobei die Lamelle deformiert wird, wenn das Substrat in das breitere Ende des Trichters eingesetzt wird und die Lamelle in Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Substrats gelangt. In einer besonderen Ausführungsform umfasst jedoch die innere Oberfläche des breiteren Endes des Trichters einen aufblasbaren Kragen zum abdichtenden Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Substrats. Da die auf dem Vakuummittel angeordnete Abdichtung auch das Substrat greift, kann sie als ein zweites Haltemittel angesehen werden.
Das (erste) Haltemittel kann von dem beschichteten Substrat während dem Anlegen des Vakuums gelöst und nach dem Vakuumschritt wieder angewendet werden. Dies geschieht aus mindestens vier Gründen:

(i) in der Ausfuhrungsform, bei der der Kolbenkopf die Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit umfasst, wobei die Abdichtung nach einem Anlegen und Abschalten eines Vakuums beibehalten wird, d. h. ein statisches Vakuum in dem Substrat verbleibt, kann das Substrat mit dem Kolbenkopf eine hydraulische Abdichten bilden. Das (zweite) Haltemittel auf dem Vakuummittel ermöglicht, dass das Substrat von dem Kolbenkopf gezogen wird;
(ii)) um jeglichen Verlust des Vakuums in den Substratkanälen zu verhindern;
(iii) um einen Kantenschaden am Substrat zu verhindern oder zu reduzieren und um das Substrat zu schützen; und
(iv) um zu ermöglichen, dass Luft Zugang zum Gehäuse erlangt und in das Substrat über das Ende des Substrates, in welches die Flüssigkeit eingeführt worden ist, eintritt, obwohl dies auch durch Vorsehen von Perforationen in der Wand des Gehäuses erreicht werden kann.

Im Anschluss an den Vakuumschritt können die Vorrichtung und das beschichtete Substrat wieder in die aufrechte Position gebracht werden, worauf das beschichtete Substrat dann zum Trocknen und optionalen Kalzinieren der Beschichtung entnommen werden kann.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Herstellung von modernen ”in Zonen eingeteilten” Substraten. Im Anschluss an das Trocknen und optionale Kalzinieren des beschichteten Substrats kann nach einem ersten Durchgang das gleiche Substrat in einem zweiten Durchgang mit einer anderen Flüssigkeit von dem gegenüberliegenden Ende, von dem die erste Schicht eingeführt worden ist, her beschichtet werden. Zum Beispiel können das Dosisgewicht und der Feststoffgehalt der Flüssigkeit und die Größe des angelegten Vakuums alle berechnet und optimiert werden, um eine beliebige axiale Tiefe der Beschichtung zu erreichen, die erforderlich ist. Es ist auch möglich, in einem zweiten Durchgang den Substratmonolithen mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung von zu der Beschichtung des ersten Durchgangs dem gegenüberliegenden Ende her zu beschichten, um einen gewünschte Umfang einer Überlappung zwischen diesen beiden Beschichtungen zu erreichen, so dass sie z. B. 5% entsprechen. Mehrfache Beschichtungen, z. B. eine Beschichtung eines dritten Durchgangs über der Beschichtung des ersten oder zweiten Durchgangs kann ebenfalls durchgeführt werden, gefolgt von einem Trocknen und optionalen Kalzinieren, wenn es gewünscht ist.
Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Filtersubstrats, wie es in unserer WO 2004/079167 offenbart ist, d. h. eines in Zonen eingeteilten Filtersubstrats, wobei eine erste Katalysatorzone einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, der wenigstens ein Platingruppenmetall (PGM) zum Oxidieren von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickstoffmonoxid umfasst und wobei wenigstens eine stromabseitige Katalysatorzone wenigstens ein PGM umfasst, wobei die Gesamt-PGM-Beladung in der ersten Katalysatorzone größer als die Gesamt-PGM-Beladung in der wenigstens einen stromabseitigen Katalysatorzone ist.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Vorrichtung durch einen geeigneten programmierten Computer geregelt, um bei Verwendung die Abfolge der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung durchzuführen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass das Verfahren zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile liefert, wenn es zur Herstellung von Wandstromfiltern verwendet wird, die Katalysatoren, wie: Oxidationskatalysatoren mit einem oder mehreren Platingruppenmetallen (der erhaltene beschichtete Filter ist im Allgemeinen als ein katalysierter Rußfilter oder CSF bekannt) und Katalysatoren zum Katalysieren der selektiven Reduktion von Stickstoffoxiden mit stickstoffhaltigen Reduktionsmitteln wie Ammoniak und Ammoniakvorläufern, wie z. B. Harnstoff, umfassen. Es wird auch angenommen, dass das Verfahren gemäß der Erfindung für die Herstellung von Filtern verwendet werden kann, die sogenannte NO_x-Absorberkatalysatoren (NACs) umfassen, die auch als Mager-NO_x-Fallen oder einfach NO_x-Fallen bekannt sind.
Das Verfahren ist dahingehend anpassungsfähig, dass mit einer geeigneten Manipulation der Dosiermengen, des Washcoat-Feststoffgehalts und der Vakuumstärke und -dauer einige oder alle der Filterkanäle beschichtet werden können, unterschiedliche Kanalbeschichtungslängen für die Einlauf- und Auslasskanäle festgelegt werden können und die Verfahren verwendet werden können, um in Zonen eingeteilte beschichtete Wandstromfilteranordnungen herzustellen, z. B. wobei die ersten axialen 20% der Einlasskanäle mit einer höheren Konzentration an Platingruppenmetallen beschichtet sein können als der verbleibende Teil des Einlaufkanäle stromab davon.
Im Allgemeinen ist der Washcoat-Feststoffgehalt, der für eine gegebene Washcoatbeladung ausgewählt ist, von der Porosität des Teils, das beschichtet werden soll, und der axialen Länge der Beschichtung, die aufgetragen werden soll, abhängig und der genaue Washcoat-Feststoffgehalt, der benötigt wird, kann durch routinemäßiges Ausprobieren festgelegt werden. Typischerweise wird der Washcoat-Feststoffgehalt jedoch in einem Bereich von etwa 8–40% Feststoffen liegen. Im Allgemeinen gilt für die Beschichtung der gleichen axialen Länge eines Teils, dass je höher die Porosität des Teils ist, der Washcoat-Feststoffgehalt, der verwendet werden soll, umso niedriger ist. Auch um verschiedene axiale Längen des gleichen Teils mit der gleichen Washcoatbeladung zu beschichten, gilt, dass je kürzer die axiale Länge ist, desto hoher der Washcoat-Feststoffgehalt sein muss. Damit ein typisches Cordierit- oder SiC-Wandstromfilter mit einem Washcoat bei einer Standardwashcoatbeladung beschichtet wird, kann man einen Washcoat-Feststoffgehalt von 25% auswählen, um die gesamte Länge der Kanäle zu beschichten. Um eine relativ kurze Zone eines Wandstromfilters, z. B. um eine kurze Einlasszone eines katalysierten Rußfilters mit einer relativ hohen Washcoatbeladung von Platingruppemetallen zu beschichten, kann ein viel höherer Washcoat-Feststoffgehalt ausgewählt werden, z. B 30–40%. Das Washcoatvolumen zur Beschichtung einer kürzeren axialen Länge eines Teils mit der gleichen Washcoatbeladung wird geringer sein als für eine längere axiale Länge des Teils.
Das Vakuum, das angelegt werden muss, wird im Allgemeinen in der Größenordnung von –5 kpa bis –50 kpa sein, wobei die Dauer im Bereich von etwa 0,3 Sekunden bis etwa 2 Sekunden abhängig von dem Washcoat-Feststoffgehalt (längere Vakuumdauer für einen geringeren Washcoat-Feststoffgehalt) und der Größe des Teils (Teile mit größerem Volumen benötigen eine längere Dauer und das Anwenden eines höheren Vakuums) liegt. Jedoch können typischerweise die Vakuumanwendungen in der Größenordnung von etwa 1 Sekunde liegen. Größere Substrate, z. B. solche, die für Schwerlastdieselfahrzeuge vorgesehen sind, können die Anwendung eines höheren Vakuums benötigen, z. B. –40 bis –50 kpa.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein besseres Beschichtungsprofil durch Anlegen eines Vakuums bei Schritt (v), der der Umdrehung des Teiles folgt, in wenigstens zwei Schritten erreicht werden kann: eine erste kurze Anwendung eines relativ schwachen Vakuums (in der Größenordnung von –5 bis –10 kpa) bei relativ geringem Vakuumdruck und ohne Anwendung von jedwedem Haltemittel wie z. B. aufblasbaren Krägen in dem Vakuummittel; gefolgt von einem zweiten längeren und stärkeren Vakuum mit Haltemittelbetätigung. Es wird angenommen, dass die kürzere Vakuumanwendung dazu dient, die Kolbenoberfläche zu reinigen und dem Washcoat zu ermöglichen, entlang der Länge der Kanäle zu laufen, bevor das zweite höhere Vakuum die flüssigen Washcoatkomponente herauszieht und dadurch die Washcoat-Feststoffe auf einer Oberfläche des Teiles immobilisiert, Die Zeit zwischen der ersten und der zweiten Vakuumanwendung kann 5 bis 10 Sekunden, wie z. B. 6–8 Sekunden, betragen. Schwerlastdieselfahrzeugteile können eine dritte oder nachfolgende Vakuumanwendung benötigen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verfahren der Erfindung insbesondere für die Herstellung von Wandstromfiltern, die Katalysatoren zur Katalyse der selektiven Reduktion von Stickstoffoxiden mit stickstoffhaltigen Reduktionsmitteln, wie Ammoniak und Ammoniakvorläufern, wie z. B. Harnstoff umfassen, für die Fahrzeugverwendung anwendbar sind. Derartige selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysatoren enthalten V₂O₅/WO₃/TiO₂ und Übergangsmetall-ausgetauschte Zeolithe wie Fe/beta-Zeolith oder Cu/CHA. Eine besondere Schwierigkeit bei der Herstellung solcher Produkte ist das Ausgleichen der konkurrierenden Anforderungen des Beibehaltens der Katalysatoraktivität bei einem akzeptablen Gegendruck. Ein hoher Gegendruck hat eine negative Auswirkung auf die Leistungsabgabe und die Krafstofftökonomie. Da Emissionsstandards, d. h. die Mengen an Schadstoffen, die erlaubt sind, von einem Fahrzeug ausgestoßen zu werden, z. B. Euro 5 und Euro 6 immer strenger werden, umfassen sie auch gesetzgeberische Anforderungen für eine im Betrieb erfolgende bordeigene Diagnose(OBD)-Überprüfung der andauernden Katalysatorwirksamkeit. OBD-Anforderungen sind Insbesondere für katalysierte Filter relevant, da Fahrzeughersteller typischerweise ein regelmäßiges aktives Entfernen von Feinstaub, der auf dem Filter festgehalten wird, in ihren Fahrzeugaufbau einschließen, um eine effiziente Motorleistung aufrecht zu erhalten, bei dem Abgastemperaturen unter Verwendung z. B. einer Motorsteuerung einer Kraftstoffeinspritzung erhöht werden und/oder Kraftstoff in das Abgasstromab des Motors injiziert wird und auf einem geeigneten Katalysator verbrannt wird. Da Fahrzeughersteller Katalysatorprodukte fordern, die in der Lage sind, eine gesamte (Fahrzeug)-Lebensdauer zu halten, versuchen Hersteller von katalysierten Filtern der Katalysatordeaktivierung über die Zeit entgegenzuwirken, indem das Filter mit so viel Katalysator wie möglich am Anfang beladen wird. Jedoch, wie vorher erwähnt, bewirkt eine erhöhte Katalysatorbeladung eine unerwünschte Erhöhung des Filtergegendrucks. Während es möglich ist, einigen der begleitenden Schwierigkeiten durch Verwendung von höher porösen Filtersubstraten entgegenzuwirken, sind solche Substrate fragiler und schwieriger zu handhaben. Ein Alternativmittel zum Vermeiden eines unakzeptablen Gegendrucks ist es, die Menge der Katalysatorbeschichtung zu begrenzen. Jedoch führt die Verringerung der Menge des SCR-Katalysators zu einer geringeren NO_x-Umwandlung und NH₃-Speicherkapazität, die für eine Niedrigtemperatur-NO_x-Umwandlung wichtig ist.
Bei der Entwicklung eines Verfahrens zur Beladung eines Wandstromfiltersubstrats mit einem Washcoat eines SCR-Katalysators untersuchten die Erfinder herkömmliche Beschichtungstechniken, wie sie beispielsweise in der WO 2005/016497 offenbart sind, bei denen ein Wandstromfiltersubstrat vertikal in einen Bereich der Katalysatoraufschlämmung eingetaucht wird, so dass die Spitze des Substrats gerade über der Oberfläche der Aufschlämmung angeordnet ist. Das heißt, die Washcoataufschlämmung kommt mit der Einlassfläche einer jeden Kanalwand in Kontakt, jedoch wird verhindert, dass die Auslassfläche einer jeden Wand kontaktiert wird. Die Probe wird ungefähr 30 Sekunden in der Aufschlämmung belassen. Das Substrat wird aus der Aufschlämmung entnommen und überschüssige Aufschlämmung wird aus dem Wandstromsubstrat durch anfängliches Ablaufenlassen aus den Kanälen und anschließendes Ausblasen mit Druckluft (gegen die Richtung des Eindringens der Aufschlämmung), und anschließendes Ziehen eines Vakuums aus der Richtung des Eindringens der Aufschlämmung entfernt. Die Offenbarung der WO '497 beansprucht, dass bei Anwendung dieser Technik die Katalysatoraufschlämmung die Wände des Substrats durchdringt, jedoch die Poren nicht in dem Ausmaß verschlossen werden, dass ein unangemessener Gegendruck in dem fertiggestellten Substrat aufgebaut wird. Das beschichtete Substrat wird dann typischerweise bei ungefähr 100°C getrocknet und bei einer höheren Temperatur, z. B. 300 bis 450°C kalziniert (oder gebrannt). Der Prozess kann wiederholt werden, um die Außenfläche des Wandstromfilters zu beschichten.
In jüngster Zeit haben Hersteller von Wandstromfiltern damit begonnen, Produkte anzubieten, die auf ihrer Einlassfläche mit einer Oberflächenmembran vorbeschichtet sind, die feinverteilte feuerfeste Partikel umfasst, um neben anderen Merkmalen die Partikelfiltration zu verbessern (siehe beispielsweise die EP 2 158 956 der NGK Insulator Ltd. und den Fachbeitrag der Society of Automotive Engineers (SAE) 2008-01-0621 von dem Weltkongress 2008 in Detroit, Michigan, 14. bis 17. April 2008, durch die benannten Erfinder der EP '956). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben spezielle Schwierigkeiten bei der Beschichtung dieser sogenannten „Membranfilter” unter Verwendung der herkömmlichen Beschichtungstechniken der WO '497 festgestellt (siehe auch WO 00/01463 und WO 2010/062794 ).
Insbesondere das herkömmliche (Eintauch-)Beschichten des Filters in eine Katalysatoraufschlämmung führt zum Aufbau von Beschichtungen in der Membranschicht, die, wie die gegenwärtigen Erfinder glauben, aufgrund großer Kapillarkräfte entstehen, die die Beschichtungsaufschlämmung in die Membranschicht führen. Die Membranschicht kann mit Beschichtung blockiert (oder ”geblendet”) werden und das resultierende Filter hat einen signifikant höheren Gegendruck. Die Verwendung dieser herkömmlichen Beschichtungstechnik zur Beschichtung sowohl der Einlass- als auch der Auslasskanäle der Membranfilter mit z. B. Übergangsmetall-ausgetauschten, auf Zeolith basierenden SCR-Beschichtungen führt dazu, dass der SCR-Katalysator die Membranstruktur blockiert und das resultierende SCR-beschichtete Filter einen hohen Gegendruck aufweist
Die Erfinder haben daraus geschlossen, dass der hohe Gegendruck, der durch Verwendung eines konventionellen Eintauchbeschichtungsprozesses zur Beschichtung sowohl der Einlass- als auch der Auslasskanäle von Membranfiltern angetroffen wird, durch Eintauchbeschichten lediglich der Auslasskanäle signifikant reduziert werden kann, d. h. die Einlassfilterkanäle, die eine durch den Substrathersteller vorbeschichtete Membranoberflächenbeschichtung haben, werden nicht mit SCR-Katalysator beschichtet. Jedoch haben die Erfinder, wenn sie diesen Ansatz ausprobiert haben, festgestellt, dass ein Eintauchbeschichten (über die Auslasskanäle) zu einem Beschichtungsgradienten mit einer höheren Anteil der Katalysatorbeschichtung auf dem hinteren Teil des Filters führte, wobei einiges davon, wie sie ermittelt haben, in der Membranstruktur abgelagert wurde, obwohl der Katalysator auf die gegenüberliegende Fläche der Kanalwand von der vorbeschichteten Oberflächenmembranschicht aufgetragen wird.
Anschließend haben die Erfinder festgestellt, dass durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung lediglich der Auslasskanäle eines Wandstromfiltersubstrats, dessen Einlasskanäle mit einer Membranschicht beschichtet sind, wobei das Verfahren einen geeigneten Washcoat-Feststoffgehalt und eine relativ schnelle Vakuumanwendung verwendet, die Auslasskanäle einheitlicher beschichtet werden können, d. h. dass weniger oder im Wesentlichen kein SCR-Katalysator, der auf die Auslasskanäle appliziert wurde, in der Einlassmembranschicht gefunden wurde.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Auslasskanälen eines Wandstromfiltersubstratmonolithen dessen Einlasskanäle durch den Hersteller des Wandstromfiltersubstratmonoliths mit einer Oberflächenmembranschicht vorbeschichtet wurden, die fein verteilte anorganische Feststoffe bei einem axial im Wesentlichen einheitlichen Katalysator-Washcoat umfasst, wobei das Verfahren die Schritte (i) bis (v) gemäß Anspruch 1 umfasst.
Vorteile dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung umfassen, dass ein Katalysator-Washcoatbeschichten (über die Auslasskanäle) den Beschichtungsgradienten verringert und einen geringeren Gegendruck aufgrund von Rußbeladung, (wenn Ammoniak oder ein Ammoniakvorläufer als Reduktionsmittel verwendet wird) eine höhere NH₃-Speicherung und eine höhere NO_x-Umwandlung (frisch und hydrothermisch gealtert) im Vergleich mit einem identischen katalysierten Substratmonolithen liefert, bei dem der Katalysator-Washcoat stattdessen durch eine herkömmliche Eintauchbeschichtungstechnik (wie beschrieben in der WO '497 ) auf die Auslasskanäle appliziert wurde. Die Erfinder glauben, dass diese verbesserte Beschichtungsgleichmäßigkeit zu einer besseren Durchflussverteilung über den Filter beitragen sollte, was für die Dosierung der Reduktionsmittel, wie z. B. stickstoffhaltiger Reduktionsmittel, und die anschließende Kontrolle der NH₃-Entgleitung und der NO_x-Umwandlung relevant ist.
Wie in Beispiel 1 und 8 zu sehen, ist die Reduzierung der Menge an Katalysator auf dem hinteren Teil eines Filters auch vorteilhaft für „reale” Alterungsbedingungen, da dieser Bereich im Allgemeinen drastischeren Bedingungen ausgesetzt ist (höhere Temperaturen und größere Ascheeinwirkung), was zu einer relativ geringeren katalytischen Leistung aus diesem Bereich als die des Frontteil des Filters führen kann. Die Verwendung des Beschichtungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung (über die Auslasskanäle anstelle des Eintauchbeschichtens über die Auslasskanäle) kann den Anteil des Katalysators, der auf das hintere Ende des Filters aufgetragen wird, vermindern und sollte eine Leistungsverbesserung unter realen Bedingungen ergeben.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren generell gegenüber den herkömmlichen Eintauchbeschichtungsverfahren ist, dass eine selektive Adsorption der Komponenten aus einem Mehrfachkomponentenkatalysator-Washcoat auf Kosten einer oder mehrerer anderer Komponenten des Washcoats durch den Wabensubstratmonolithen im Vergleich zu einem herkömmlichen Eintauchbeschichtungsverfahren wesentlich reduziert oder eliminiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die Erfindung einen katalysierten Wandstromfiltersubstratmonolithen, auf den der Hersteller des Wandstromfiltersubstratmonolithen eine Oberflächenmembranschicht vorab auf die Einlasskanäle aufgetragen hat, die fein verteilte feuerfeste Feststoffe aufweist, wobei die Auslasskanäle ein axial im Wesentlichen einheitliches Beschichtungsprofil eines Katalysator-Washcoats aufweisen, wobei der katalysierte Wandstromfiltersubstratmonolith durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhältlich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die Erfindung einen katalysierten Wandstromfiltersubstratmonolithen, bei dem der Hersteller des Wandstromfiltersubstratmonolithen die Einlasskanäle mit einer Oberflächenmembranschicht vorbeschichtet hat, die fein verteilte feuerfeste Feststoffe aufweist, wobei die Auslasskanäle ein axial im Wesentlichen einheitliches Beschichtungsprofil des Katalysator-Washcoats aufweisen, wobei die Washcoatbeladung in einer axialen stromaufseitigen Hälfte des katalysierten Wandstromfiltersubstratmonolithen innerhalb von 10% der Washcoatbeladung in dessen axial stromabseitigen Hälfte liegt.
In Ausführungsformen ist die Porösität des Wandstromfiltersubstratmonolithen gemäß den beiden letzteren Aspekten der Erfindung vor der Beschichtung zwischen 40 bis 80%. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Porosität der Filter zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung typischerweise > 40% oder > 50% und die Porositäten liegen bei 45–75%, wie 50–65% oder 55–60%.
In weiteren Ausführungsformen beträgt ein mittleres Porenvolumen des Wandstromfiltersubstratmonolithen vor der Beschichtung 8 bis 45 μm, z. B. 8 bis 25 μm, 10 bis 20 μm oder 10 bis 15 μm. In besonderen Ausführungsformen ist die erste mittlere Porengröße größer als 18 μm, beispielsweise 15 bis 45 μm, 20 bis 45 μm, z. B. 20 bis 30 μm, oder 25–45 μm.
In Ausführungsformen ist der auf die Auslasskanäle des Wandstromfiltersubstratmonolithen der Erfindung aufgetragene Katalysator-Washcoat eine NO_x-Falle, ein katalysierter Rußfilter-Washcoat, umfassend ein geträgertes Platingruppenmetall oder einen NH₃-SCR-Katalysator, vorzugsweise einen NH₃-SCR-Katalysator.
Vorzugsweise umfasst der NH₃-SCR-Katalysator einen Übergangsmetall-ausgetauschten Zeolith und am stärksten bevorzugt ist das Übergangsmetall aus der Gruppe ausgewählt, die aus Kupfer, Eisen, Cer und Mischungen von zwei oder mehreren davon besteht, und der Zeolith ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ferrierit, CHA, BEA und MFI (ZSM-5) besteht. Besonders bevorzugte Kombinationen sind Cu/CHA, Fe/Ferrierit, Fe/oder Fe-Ce/ZSM-5 und Fe oder Fe-Ce/BEA.
Damit die Erfindung vollständiger verstanden werden kann, wird im Folgenden Bezug genommen auf eine Reihe von schematischen Darstellungen einer Ausführungsform der Vorrichtung und der Verfahrensschritte der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen:
1 die Startposition für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ohne Substrat zeigt;
2 die Vorrichtung der 1 mit einem eingesetzten Substrat zeigt;
3 die Anordnung der Vorrichtung und des Substrats zeigt, wobei das Substrat durch Betätigung von aufblasbaren Krägen gehalten wird;
4 die Anordnung zeigt, wobei ein Beladungskolben abgesenkt ist und eine abgemessene Dosis eines Washcoats über ein Dosierkontrollventil in ein Verdrängungsvolumen eingeführt wird;
5 die Anordnung von 4 darstellt, wobei das Dosierkontrollventil geschlossen ist und der Kolben die Washcoatbeladung in das Substrat getrieben hat,
6 die Anordnung zeigt, bei der die Vorrichtung umgedreht ist und das untere Ende des umgedrehten Substrats in ein offenes Ende eines Trichters eingesetzt ist, der eine aufblasbare Kragendichtung zum Anlegen eines Vakuums aufweist;
7 den Schritt zeigt, bei dem die aufblasbaren Krägen des (ersten) Haltemittels sich von dem Substrat lösen, so dass das Substrat durch den Vakuumtrichterkragen gehalten wird, und ein Vakuum angelegt wird, um den Washcoat in den Substratmonolithen zu ziehen.
8 Röntgenstrahldichteprofile von drei Wandstromfiltern vergleicht, einem ersten (die Kontrolle) ”wie erhalten” von einem Zulieferer, wobei die Einlasskanäle vorbeschichtet sind mit einer Membranschicht, die fein verteiltes anorganisches feuerfestes Material aufweist, einem zweiten ”wie erhalten”, dessen Auslasskanäle zusätzlich mit einem SCR-Katalysator unter Verwendung einer Eintauchbeschichtungsmethode (Vergleich) beschichtet sind, und einem dritten ”wie erhalten”, dessen Auslasskanäle zusätzlich mit dem gleichen SCR-Katalysator bei einer ähnlichen Washcoatbeladung wie bei dem zweiten, jedoch unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prozesses beschichtet sind;
9 ein Diagramm ist, das die Rußbeladung gegenüber Gegendruck für frische Proben von Wandstromfiltern, die durch ein Eintauchbeschichtungsverfahren (Vergleich) und das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, vergleicht;
10 ein Diagramm ist, das die frische NO_x-Umwandlungsaktivität für gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellte Filter vergleicht, die in das Abgassystem eines auf eine Laborbank montierten Motors eingebaut und gemäß den in Beispiel 5 beschriebenen experimentellen Protokollen getestet wurden. In dieser Figur und den nachfolgenden Figuren ist das Produkt des Beispiels 1 mit ”AID” gekennzeichnet und das Produkt des Vergleichsbeispiels 2 mit „Eintauchen” gekennzeichnet;
11 ein Diagramm ist, das die Rate des NH₃-Entgleitens für die frischen Filter während der NO_x-Umwandlungstests vergleicht, die in 10 dargestellt sind;
12 ein Diagramm ist, das die gealterte NO_x-Umwandlungsaktivität für gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellte Filter vergleicht, die in das Abgassystem eines auf einer Laborbank montierten Motors eingebaut und gemäß den experimentellen Protokollen getestet wurden, die in Beispiel 5 beschrieben sind, und
13 ein Diagramm ist, das die Rate des NH₃-Entgleitens für gealterte Filter während des NO_x-Umwandlungstests, der in 12 dargestellt ist, vergleicht.
1 zeigt die Startposition für eine Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung, wobei 12 ein Haltemittel ist, umfassend ein Gehäuse 14 zum Aufnehmen des unteren Ende eines Substratromolithen und ein Paar aufblasbarer Krägen 16a, 16b in entleertem Zustand, wobei sich der Beladungskolben 18, der innerhalb des Zylinders 20 angeordnet ist, in der ausgeweiteten oder ersten Position befindet.
2 zeigt die Anordnung, wobei ein Substrat 22 in die Haltemittel 12 beispielsweise mittels eines ”Greif- und Montage”-Roboterarms eingesetzt ist und durch eine Oberfläche eines Kolbenkopfs 24, der Elastomermaterial umfasst, gehalten wird.
3 zeigt die Vorrichtung von 2, wobei die aufblasbaren Krägen 16a, 16b betätigt sind, um in Eingriff mit einer äußeren Oberfläche des Substratmonolithen 22 zu stehen.
4 zeigt, wie der Beladungskolben 18 durch einen Servomechanismus (nicht dargestellt) zu einer vorprogrammierten Tiefe abgesenkt ist und eine abgemessene Dosis eines Washcoats 26 wird über ein Dosiersteuerventil 28 mittels eines volumetrischen Einlegers (nicht dargestellt) über eine Washcoat-Zuführleitung 30 in das Verdrängungsvolumen 32 gepumpt wird, das zum Teil durch eine innere Wand des Zylinders, den Zylinderkopf und den Kolbenkopf 18 definiert ist.
In 5, in der das Dosiersteuerventil 28 geschlossen ist, wird die Washcoatbeladung 26 in die Basis des Substrats 22 gedrückt. Der Kolben 18 ist zurückgekehrt zu seiner ersten Position und die Elastomermaterialfläche dichtet die dosierte untere Endfläche des Substrats 22 zur Vorbereitung des Umdrehens ab.
In 6 ist das Substrat 22 umgedreht, z. B. um 180° gedreht, in eine Position oberhalb eines Vakuumkegels 36. Der Vakuumkegel 36 wird mittels eines pneumatischen Zylinders (nicht dargestellt) in Position angehoben. Ein aufblasbarer Kragen 38 in dem Vakuumkegel wird aktiviert und eine erste Vakuumbetätigung wird ausgelöst.
Die aufblasbaren Krägen 16a, 16b des Haltemittels 12 lösen sich und der Vakuumkegel 36 zieht das Substrat 22 nach unten und weg von der Oberfläche des Kolbenkopfs 24 (der Vakuumkegelkragen 38 verbleibt in der Eingriffsposition und der pneumatische Kolben zieht das Substrat nach unten). Anschließend werden weitere Vakuumbetätigungen an das Substrat 22 angelegt. Es kann eine beliebige Anzahl von Vakuumbetätigungen geben, jedoch sind in der dargestellten Ausführungsform zwei Vakuumbetätigungen vorgesehen, wenn das Substrat von dem Kolbenkopf gelöst worden ist. In diesem Stadium ist die abschließende axiale Beschichtungstiefe erreicht, wenn die Flüssigkeiten aus der Washcoataufschlämmung entfernt werden.
Mit Hilfe eines pneumatischen Zylinders drückt der Vakuumkegel 36 das Substrat 22 nach oben und die aufblasbaren Krägen 16a, 16b sind wieder im Eingriff. Der Vakuumkegelkragen 38 löst sich und anschließend wird der Vakuumkegel 36 nach unten bewegt. Das Substrat 22 und die Vorrichtung 10 werden dann zurück in die erste aufrechte Position gedreht, so dass das beschichtete Substrat vertikal entnommen werden kann, z. B. durch Verwendung einer ”Greif- und Montageeinheit” zum anschließenden Trocknen. Ein frisches bzw. neues Substrat kann dann in das Haltemittel 14 der Vorrichtung 10 eingesetzt werden und der Ablauf kann wiederholt werden.
BEISPIELE
BEISPIEL 1 UND VERGLEICHSBEISPIEL 2 – Applizieren eines SCR-Katalysators auf Auslasskanäle eines kommerziell erhältlichen Wandstromfilters, das eine durch den Zulieferer vorbeschichtete Einlasskanalmembranschicht hat
In diesem Beispiel 1 wurde ein kommerziell erhältliches Siliciumcarbid-Wandstromfilter (NGK Insulators Ltd., Produkt-Code: MSC-111) mit einem kreisförmigen Querschnitt (5,66 Zoll (14,4 cm) Durchmesser und 6 Zoll (15,24 cm) axiale Länge) mit einer Zelldichte von 300 Zellen pro Quadratzoll, einer Kanalwanddicke von 0,305 mm, einer Porosität von 52% und einer mittleren Porengröße von 23 μm, ermittelt durch Quecksilberporosimetrie, dessen Einlasskanäle durch den Zulieferer (d. h. NGK) mit einer Membranschicht vorbeschichtet sind, die fein verteilte feuerfeste Partikel aufweist, verwendet, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Filter mit Auslasskanälen, die mit einem SCR-Katalysator nach dem Verfahren gemäß der Erfindung und einem herkömmlichen Eintauchbeschichtungsverfahren beschichtet sind, zu vergleichen.
Ein Washcoat, der eine Dispersion eines Kupfer-ausgetauschten (2,5 Gew.-% Kupfer) CHA-Molekularsieb-NH₃-SCR-Katalysators enthält, wurde auf 100% der axialen Länge lediglich der Auslasskanäle des MSC-111-Produkts unter Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung appliziert. Der Washcoat-Feststoffgehalt des Cu/Zeolith-Katalysators betrug 25% und ein Siliciumdioxid-Sol-Bindemittel war in Mengen vonb 10% Washcoatfeststoffen enthalten. Eine Washcoatbeladung von 0,95 gin^–3 wurde erreicht. Das beschichtete Teil wurde in strömender Luft bei 100°C getrocknet und bei 500°C 1 Stunde kalziniert (d. h. gebrannt).
Für das Vergleichsbeispiel 2 wurde ein ähnliches Produkt bei identischer Washcoatbeladung durch ein Eintauchbeschichtungsverfahren, das in der WO 2005/016497 beschrieben ist, unter Verwendung einer identischen Washcoatzusammensetzung erhalten, d. h. das Wandstromfilter wurde (1) in die Aufschlämmung bis zu einer ausreichenden Tiefe eingetaucht, um die Kanäle des Substrats entlang der gesamten axialen Länge des Substrats von einer Richtung zu beschichten; (2) von der beschichteten Seite ungefähr 20 Sekunden abgesaugt und wie bei Beispiel 1 getrocknet und kalziniert.
Gealterte katalysierte Filter wurden durch magere hydrothermale Alterung der Produkte des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 bei 800°C während 16 Stunden in 10% Sauerstoff (O₂), 10% Wasserdampf und zum Rest Stickstoff (N₂) hergestellt.
BEISPIEL 3 – Röntgenstrahlendichteanalyse der beschichteten Filter
Beschichtete Wandstromfilter, die gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellt worden waren, wurden unter Verwendung einer Röntgenstrahlendichteanalyse analysiert und mit einem MSC-111-Filter in der vom Zulieferer erhaltenen Form (d. h. mit Einlasskanälen, die mit einer Membranschicht vorbeschichtet sind, jedoch ohne auf die Auslasskanäle aufgetragene SCR-Beschichtung) verglichen. Die Ergebnisse sind in der 8 dargestellt, wobei die Röntgenstrahlendichtespur auf den Röntgenstrahlen des beschichteten oder ”jungfräulichen” Teils überlagert ist. Die am weitesten links liegenden Röntgenstrahlendichtedatenpunkte für einen gegebenen axialen Ort entlang der Länge des Filters zeigen eine relativ hohe Dichte, z. B. die Endanschlüsse des Wandstromfilters. Dem gegenüber zeigen die Datenpunkte, die am weitesten rechts liegen, für einen gegebenen axialen Ort entlang der Länge des Filters eine relativ geringe Dichte.
Es kann der Röntgenstrahlendichtespur für das ”wie erhaltene” MSC-111-Teil entnommen werden, dass ein Dichtegradient zwischen dem Einlassende und dem Auslassende bereits existiert, der, wie die Erfinder vermuten, von der Membranschicht herrührt, die durch den Hersteller aufgetragen wurde (das Auslassende hat eine höhere Washcoatdichte als das Einlassende). Ein Vergleich der Röntgenstrahlendichtespur für das ”wie erhaltene”-Produkt mit dem Vergleichsbeispiel 2-Produkt zeigt, dass das Beschichtungsprofil hinsichtlich Dichte in Richtung des Auslassendes zunimmt. Es kann auch gesehen werden, dass die Dichte tatsächlich von dem Einlassende in Richtung zur Mitte des Vergleichsbeispiel 2-Teils relativ zu dem ”wie erhaltenen”-Teil abnimmt.
Die Erfinder spekulieren, dass dieses Beschichtungsprofil vermutlich aufgrund der höherdichten Feststoffe am Auslassende einen ungleichmäßigen Luftfluss während der Vakuumanwendung bei der Herstellung des Vergleichsbeispiels 2 bedingt, so dass der Luftfluss einen hohen Grad einer Washcoat-Freigabe von dem axial zentralen Bereich des Vergleichsbeispiels 2-Teils bedingt. Es ist auch möglich, dass diese Beobachtung aus der ”batch-to-batch”-Variation in dem ”wie erhaltenen”-Teil herrühren kann.
Im Gegensatz dazu hat das Filter des Beispiels 1 ein Dichteprofil, das im Wesentlichen ähnlich zu dem ”wie erhaltenen”-Teil ist, einschließlich einer ähnlichen Tendenz der Washcoatdichte von dem Einlassende zu dem Auslassende.
BEISPIEL 4 – Rußbeladene Gegendruckanalyse
Die Rate des Gegendrucks steigt relativ zu der Rußbeladung für jedes der Filter des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 bei der Verwendung von Dieselabgas, das Feinstaub enthält, bei einem Test unter Verwendung des Dieselpartikelgenerators (DPG) und der in dem europäischen Patent 1 850 068 A1 offenbarten und durch Cambustion Ltd. hergestellten Testzelle. Das heißt, eine Vorrichtung zum Erzeugen und Sammeln von Feinstaub, der aus der Verbrennung eines flüssigen Kohlenstoff enthaltenden Kraftstoffs stammt, wobei die Vorrichtung einen Kraftstoffbrenner, der eine Dose umfasst, die in einem Container angeordnet ist, wobei der Container einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweist, wobei der Gasauslass mit einer Leitung zum Transport des Gases von dem Gasauslass zur Atmosphäre verbunden ist, Mittel zum Nachweisen der Rate des Gases, das durch den Gaseinlass fließt, und Mittel, die ein oxidierendes Gas zwingen, von dem Gaseinlass über den Container, den Gasauslass und die Leitung zur Atmosphäre zu fließen, eine Station zum Sammeln von Feinstaub aus dem Gas, das durch die Leitung fließt, und Mittel zur Kontrolle der den Gasfluss zwingenden Mittel in Antwort auf die ermittelte Gasdurchflussrate am Gaseinlass umfasst, wobei die Rate des Gasflusses am Gaseinlass bei einer gewünschten Rate gehalten wird, um eine unter-stöchiometrische Kraftstoffverbrennung in dem Container zu liefern, so dass die Feinstaubbildung gefördert wird.
Die Filter wurden jeweils abwechselnd in die Station eingesetzt, wobei die Einlasskanäle, durch den Hersteller mit einer Membranschicht vorbeschichtet sind, die angeordnet ist, um Partikel enthaltendes Abgas zuerst aufzunehmen. Die Vorrichtung wurde mit einem Standardtankstellen-Dieselkraftstoff betrieben, der ein Maximum von 50 ppm Schwefel enthält. Die DPG-Einheit wurde mit einer Gasmassendurchflussrate von 250 kg/h, einer Partikelherstellungsrate von 10 g/h betrieben, wobei ein Inline-Partikel-Siliciumcarbidfilter bei ungefähr 240°C gehalten wurde. Während der Feinstaubbeladung jedes Filters wurde der Gegendruck durch einen Differentialdrucksensor bestimmt und in einen Computer alle 10 Sekunden eingegeben.
Die Ergebnisse sind in 9 dargestellt, denen entnommen werden kann, dass
BEISPIEL 5 – Mit frischen und gealterten Proben durchgeführter Bankmotoren-Aktivitätsvergleich der beschichteten Filter

Die Filter des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 wurden jeweils abwechselnd in das Abgassystem eines bankmontierten, Euro IV-konformen, üblichen 2 Liter-Direkteinspritzungs-Bahnmotors (passend z B. für einen Personenkraftwagen) auslassseitig von einem 1 l Oxidationskatalysator (95 g/ft³ bei einem 2:1-Gewichtsverhältnis Platin und Palladium, aufgetragen auf ein 350 Zellen pro Quadratzoll aufweisendes Cordierit-Monolith-Durchflusssubstrat) eingebaut, wobei die Filter dergestalt ausgerichtet wurden, dass die Kanäle, die mit einer vorbeschichteten Membranschicht versehen waren, auf der Gaseinlassseite sind. Standard-Dieselkraftstoff mit 50 ppm Schwefelgehalt wurde verwendet. Ein Harnstoff-Injektor zum Einspritzen der Harnstofflösung (AdBlue) in das Abgas wurde zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Filter angeordnet. Dieselkraftstoff mit < 10 ppm Schwefel wurde verwendet. Nach einer anfänglichen Aufwärmphase, lief der Motor bei einer Serie von Motorlasten, um eine gewünschte Filtereinlasstemperatur zu erreichen. Die Testbedingungen, die verwendet wurden, sind in der Tabelle 1 dargestellt. ”Alpha” ist definiert als das NH₃/NO_x-Verhältnis. So ist für ein ”Alpha” von 0,7 eine theoretische maximale NO_x-Umwandlung 70% gemäß der Reaktionen 4NO + 4NH₃ + 3O₂ → 4N₂ + 6H₂O; und NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O. Eine Abgasrückführungsventilposition, die in die Motorregelstrategie des Motors programmiert ist, wurde außer Kraft gesetzt, um das EGR auszuschalten, so dass die Schritte 3 bis einschließlich 5 in einem sinnvollen Zeitraum beendet werden können (anstelle von Stunden). Die gesamte Serie der Schritte 1 bis 5 wurde unmittelbar einer nach dem anderen durchgeführt. Tabelle 1 – Experimentelles Protokoll für die NO_x-Umwandlung und NH₃-Entgleittests

Schritt Nr.	Filtereinlasstemperatur (°C)	Harnstoffeinspritzstrategie	Schrittendpunkt
1	450	Ziel 0,7 Alpha (EGR ein)	2,5 Minuten beim festgesetzten Bewertungspunkt
2	400	Ziel 0,7 Alpha (EGR ein)	2,5 Minuten beim festgesetzten Bewertungspunkt
3	300	Ziel 1,5 Alpha (EGR aus)	Nachweis eines Entgleitens von 20 ppm Ammoniak beim Filterauslass
4	250	Ziel 1,5 Alpha (EGR aus)	Nachweis eines Entgleitens von 20 ppm Ammoniak beim Filterauslass
5	220	Ziel 1,5 Alpha (EGR aus)	Nachweis eines Entgleitens von 20 ppm Ammoniak beim Filterauslass

Die Ergebnisse für die ”frischen” katalysierten Filter sind in den 10 und 11 dargestellt, wo gesehen werden kann, dass die Spitzen-NO_x-Umwandlungsaktivität des katalysierten Filters des Beispiels 1 bei jeder der drei Temperaturdatenpunkte, die dargestellt sind, signifikant besser ist. Für den NH₃-Entgleittest kann gesehen werden, dass NH₃ beim katalysierten Filter von Beispiel 1 später entgleitet als bei dem katalysierten Filter von Vergleichsbeispiel 2. Dies zeigt, dass das katalysierte Filter der Erfindung eine größere NH₃-Speicherkapazität als das Vergleichsfilter hat, was wichtig für die Förderung der NO_x-Umwandlung bei geringer Temperatur ist.
Die entsprechenden Ergebnisse für die gealterten Proben sind in den 12 bzw. 13 dargestellt, wobei die NO_x-Umwandlungsaktivität für die Probe von Beispiel 1 signifikant besser ist als die Probe des Vergleichsbeispiels 2. Die gleiche Verzögerung im Ammoniakentgleiten ist ebenfalls zu sehen, wodurch gezeigt ist, dass nach einer Alterung die gleichen Vorteile relativ zu den frischen Proben erhalten bleiben
Den Ergebnissen der Beispiele kann als Ganzes entnommen werden, dass die MSC-111-Wandstromfilterproben, bei denen die Auslasskanäle mit SCR-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet sind, ein gleichmäßigeres Beschichtungsprofil zeigen, einen geringeren Rußbeladungs-Gegendruck und eine größere NH₃-SCR-NO_x-Umwandlung (für sowohl frisch als auch gealtert) und eine größere NH₃-Speicherkapazität als die gleichen Wandstromfilter, die unter Verwendung einer herkömmlichen Eintauchbeschichtungstechnik des Standes der Technik beschichtet sind, aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 01/80978 [0003]
EP 1057519 [0003]
WO 99/47260 [0006]
US 5422138 [0006, 0007, 0013, 0023, 0023]
EP 1325781 [0007]
WO 2004/079167 [0040]
WO 2005/016497 [0048, 0049, 0054, 0087]
EP 2158956 [0049]
WO 00/01463 [0049]
WO 2010/062794 [0049]
EP 1850068 A1 [0093]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fachbeitrag der Society of Automotive Engineers (SAE) 2008-01-0621 von dem Weltkongress 2008 in Detroit, Michigan, 14. bis 17. April 2008 [0049]

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (i) im Wesentlichen vertikales Halten eines Wabenmonolithsubstrats; (ii) Einführen eines vorab festgelegten Volumens der Flüssigkeit in das Substrat über offene Enden der Kanäle an einem unteren Ende des Substrats; (iii) abdichtendes Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit in dem Substrat; (iv) Umdrehen des Substrats, das die zurückgehaltene Flüssigkeit enthält; und (v) Anlegen eines Vakuums an die offenen Enden der Kanäle des Substrats an dem umgedrehten unteren Ende des Substrats, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrats zu ziehen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt des Abdichtens einer äußeren Oberfläche des Substrats von den offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrates zwischen Schritt (i) und (ii) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt (v) die Abdichtung, die die Flüssigkeit zurückhält, erst nach dem Anlegen des Vakuums entfernt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Filter ist.
Vorrichtung zur Beschichtung eines Wabenmonolithsubstrats, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst, mit einer Flüssigkeit, die eine Katalysatorkomponente enthält, wobei die Vorrichtung umfasst: (a) Mittel zum im Wesentlichen vertikalen Halten eines Wabenmonolithsubstrats; (b) Mittel zum Einführen eines vorab festgelegten Volumens der Flüssigkeit in das Substrat über offene Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats; (c) Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit in dem Substrat; (d) Mittel zum Umdrehen des die zurückgehaltene Flüssigkeit enthaltenden Substrats; und (e) Mittel zum Anlegen eines Vakuums an die offenen Enden der Kanäle des Substrats an dem umgedrehten, unteren Ende des Substrates, um die Flüssigkeit entlang der Kanäle des Substrats zu ziehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens des unteren Endes des Substrats umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel einen aufblasbaren, an der inneren Oberfläche des Gehäuses angeordneten Kragen zum Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Substrats umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen der Flüssigkeit einen Kolben umfassen, der sich in einem Zylinder auf und ab bewegt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kolben auf und ab bewegt zwischen einer ersten Position, bei der ein Kolbenkopf an einen Zylinderkopf anstößt, und einer zweiten Position, bei der eine innere Wand des Zylinders, der Zylinderkopf und der Kolbenkopf wenigstens teilweise ein Verdrängungsvolumen definieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Kolbenkopfs das untere Ende des Substrats trägt, wenn der Kolben in der ersten Position ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mantel des Zylinders ein Ventil zur Einspeisung der Flüssigkeit in die Zylinderbohrung umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum abdichtenden Zurückhalten der eingeführten Flüssigkeit innerhalb des Substrats eine Oberfläche des Kolbenkopfes umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse, der Kolben und der Zylinder durch Umdrehmittel umgedreht werden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Abdichten einer äußeren Oberfläche des Substrats an den offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats umfasst
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wenn abhängig von Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abdichten der äußeren Oberfläche des Substrats von den offenen Enden der Kanäle an dem unteren Ende des Substrats den aufblasbaren Kragen umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuummittel einen Trichter umfassen, dessen breiteres Ende zur Aufnahme des umgedrehten Endes des Substrats ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung computergesteuerte Mittel zur Steuerung der Vorrichtung umfasst, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith, der vom Hersteller des Wandstromfiltersubstratmonolithen an den Einlausskanälen mit einer Oberflächenmembranschicht vorbeschichtet ist, die fein verteilte feuerfeste Feststoffe umfasst, wobei die Auslasskanäle ein axial im Wesentlichen gleichmäßiges Beschichtungsprofil eines Katalysator-Washcoats umfassen, wobei der katalysierte Wandstromfiltersubstratmonolith durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 erhältlich ist.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith, der vom Hersteller des Wandstromfiltersubstratmonolithen an den Einlasskanälen mit einer Oberflächenmembranschicht vorbeschichtet ist, die fein verteilte feuerfeste Feststoffe umfasst, wobei die Auslasskanäle ein axial im Wesentlichen gleichmäßiges Beschichtungsprofil eines Katalysator-Washcoats umfassen, wobei die Washcoatbeladung in einer axial stromaufseitigen Hälfte des katalysierten Wandstromfiltersubstratmonolithen innerhalb von 10% der Washcoatbeladung der axial stromabseitigen Hälfte liegt.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Wandstromfiltersubstratmonolithen vor der Beschichtung 40 bis 80% beträgt.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith gemäß Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittleres Porenvolumen des Wandstromfiltersubstratmonolithen vor der Beschichtung 8 bis 45 μm beträgt.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith gemäß Anspruch 18, 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator-Washcoat eine NO_x-Falle, ein katalysierter Rußfilter-Washcoat, der geträgerte Platingruppenmetalle umfasst, oder ein NH₃-SCR-Katalysator ist.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der NH₃-SCR-Katalysator einen Übergangsmetall-ausgetauschten Zeolith umfasst.
Katalysierter Wandstromfiltersubstratmonolith gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetall aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Eisen, Cer und Mischungen von zwei oder mehreren davon besteht, und der Zeolith aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ferrierit, CHA, BEA und MFI (ZSM-5) besteht.