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DE10305387A1 - Process for coating components with aluminum oxide comprises feeding a component into a coating arrangement containing a water-containing bath, adding alkali and/or alkaline earth hydroxide, removing the component, and drying - Google Patents

Process for coating components with aluminum oxide comprises feeding a component into a coating arrangement containing a water-containing bath, adding alkali and/or alkaline earth hydroxide, removing the component, and drying Download PDF

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DE10305387A1
DE10305387A1 DE2003105387 DE10305387A DE10305387A1 DE 10305387 A1 DE10305387 A1 DE 10305387A1 DE 2003105387 DE2003105387 DE 2003105387 DE 10305387 A DE10305387 A DE 10305387A DE 10305387 A1 DE10305387 A1 DE 10305387A1
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DE
Germany
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component
bath
coating
drying
coated
Prior art date
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DE2003105387
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German (de)
Inventor
Malte Berndt
Edmund Schnürer
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INTERKAT KATALYSATOREN GmbH
Original Assignee
INTERKAT KATALYSATOREN GmbH
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Publication date
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Abstract

Process for coating components with aluminum oxide comprises feeding a component partially into a coating arrangement containing a water-containing bath, adding alkali and/or alkaline earth hydroxide to the bath, removing the component from the bath, and drying. The bath contains metallic aluminum and/or aluminum-containing alloys. An independent claim is also included for a coated component produced by the above process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen für Katalysatoren mit Aluminiumoxiden.The present invention relates to a process for coating components for catalysts with aluminum oxides.

Katalysatoren finden insbesondere im Rahmen von Kfz-Abgas-Katalysatoren Verwendung. Für nach dem Ottomotor-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschinen stehen bereits seit Jahren sehr gut funktionierende Drei-Wege-Katalysatoren zur Verfügung. Im Gegensatz dazu sind bei Dieselmotoren serienreife Katalysatoren/Rußfilter zwar entwickelt worden und auch teilweise im Einsatz, jedoch weisen diese verglichen mit den von den Ottomotoren her bekannten Drei-Wege-Katalysatoren doch Nachteile auf. Die vorliegende Erfindung findet Verwendung insbesondere im Bereich der Dieselmotoren, jedoch auch anderer Verbrennungskraftmaschinen und kann darüber hinaus auch auf angrenzende technische Gebiete übertragen werden.Find catalysts in particular in the context of automotive exhaust gas catalysts Use. For after Internal combustion engines operating on the gasoline engine principle Three-way catalysts have been working very well for years to disposal. In contrast, in diesel engines, series-ready catalysts / soot filters Although developed and also partially in use, however, show these compared to the three-way catalytic converters known from gasoline engines but disadvantages. The present invention finds use especially in the field of diesel engines, but also other internal combustion engines and can about it can also be transferred to adjacent technical areas.

Innerhalb der Europäischen Union sind Planungen im Gange, ab dem Jahre 2005 Grenzwerte sowohl für die Stickoxid- als auch die Rußemissionen für dieselmotorbetriebene Kraftfahrzeuge zu verschärfen. Jedoch kann durch bauliche Änderungen der Dieselmotoren nur jeweils eine der beiden vorgenannten Schadstoffemissionen vermindert werden, wobei dann gleichzeitig die jeweils andere Schadstoffkomponente eine erhöhte Emission aufweist. Daher können voraussichtlich die von der Europäischen Union geplanten Grenzwerte nur eingehalten werden, wenn eine Nachbehandlung des Abgases der Dieselmotoren erfolgt.Within the European Union plans are underway, from 2005 limit values for nitrogen oxide as well as the soot emissions for diesel engine operated To tighten motor vehicles. However, due to structural changes Diesel engines only one of the two aforementioned pollutant emissions can be reduced, with the other pollutant component then simultaneously an increased Emission. Therefore can probably the limit values planned by the European Union can only be complied with if the exhaust gas is aftertreated Diesel engines done.

Zur Verminderung von Rußemissionen werden hauptsächlich sogenannte "Rußfilter" eingesetzt. Diese werden dann zusammen mit entsprechenden Katalysatoren räumlich getrennt im Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordnet. So offenbart beispielsweise EP 0 835 684 A2 ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen von Kleinlast- und Personenkraftwagen, wobei hier über zwei hintereinander geschaltete Katalysatoren das Abgas geführt wird. Der erste Katalysator oxidiert dabei das im Abgas enthaltene Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid, wobei dann der zweite Katalysator/Rußfilter dafür sorgt, daß sich die auf diesem abgeschiedenen Rußpartikel durch das zuvor entstandene Stickstoffdioxid zu Kohlenstoffdioxid (CO2) oxidiert werden, wohingegen das Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid (NO) und gegebenenfalls auch zu Stickstoff (N2) reduziert wird.So-called "soot filters" are mainly used to reduce soot emissions. These are then spatially separated in the exhaust duct of a motor vehicle together with corresponding catalysts. For example, disclosed EP 0 835 684 A2 a process for the treatment of exhaust gases from light trucks and passenger cars, the exhaust gas being conducted here over two catalysts connected in series. The first catalyst oxidizes the nitrogen monoxide contained in the exhaust gas to nitrogen dioxide, with the second catalyst / soot filter then ensuring that the soot particles deposited on it are oxidized to carbon dioxide (CO 2 ) by the nitrogen dioxide formed previously, whereas the nitrogen dioxide to nitrogen monoxide ( NO) and optionally also to nitrogen (N 2 ) is reduced.

Anstatt eines zweiten Katalysators kann auch ein reiner Rußfilter vorgesehen sein, wie dies in WO 99/09307 offenbart ist. Bei dem dort offenbarten Verfahren wird ein Teil des gereinigten Abgases über einen Kühler geleitet und dann der Ansaugluft des Dieselmotors zugemischt.Instead of a second catalyst can also be a pure soot filter be provided as disclosed in WO 99/09307. In which Part of the cleaned exhaust gas is disclosed there via a cooler passed and then mixed with the intake air of the diesel engine.

Das Abgas von Dieselmotoren umfaßt neben den vorgenannten Stickstoffoxiden und Rußemissionen noch Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Schwefeloxide und sonstige flüchtige organische Komponenten (VOC = Volatile Organic Compounds). Letztere scheiden sich auf den im Abgas enthaltenen Kohlenstoffkeimen ab und bilden Rußpartikel, auf welchen weiterhin auch Sulfate absorbiert sein können.The exhaust gas from diesel engines includes in addition to aforementioned nitrogen oxides and soot emissions still carbon monoxide, unburned hydrocarbons as well as sulfur oxides and others volatile organic Components (VOC = Volatile Organic Compounds). The latter divorce settle on the carbon nuclei contained in the exhaust gas and form soot particles, on which sulfates can also be absorbed.

Ein Hauptproblem bei der Rußabscheidung im Katalysator ist, daß mit zunehmender Rußbeladung der Strömungswiderstand des Katalysators/Rußfilters zunimmt. Daher müssen die Filter durch Verbrennung des Rußes, beispielsweise durch Vorsehung zusätzlicher Heizelemente im Katalysator/Rußfilter, wieder regeneriert werden. Alternativ können auch Kraftstoffadditive zur Regeneration der Partikelfilter vorgesehen werden, oder es können Additive unmittelbar in die Abgasanlage dem Katalysator/Rußfilter zugegeben werden. Bei einer thermischen Verbrennung der Rußpartikel sind sehr hohe Temperaturen deutlich oberhalb von 600°C notwendig, welche durch Vorsehung von Katalysatoren im Filter gesenkt werden können. Um eine vollständige Entfernung der Rußpartikel aus dem Katalysator/ Rußfilter zu erreichen, muß gemäß der Offenbarung der EP 0 835 684 A2 eine ausreichende Menge an Stickstoffdioxid vorhanden sein. Dem steht entgegen, daß moderne Dieselmotoren zumeist eine Abgasrückführung (sogenanntes "EGR-System") aufweisen, um die Stickoxidemissionen zu verringern. Daher ist es notwendig, die Menge an Stickstoffdioxid im Abgas im Hinblick auf die Verbrennung der Rußpartikel zu maximieren.A major problem with soot separation in the catalyst is that the flow resistance of the catalyst / soot filter increases with increasing soot loading. The filters must therefore be regenerated again by burning the soot, for example by providing additional heating elements in the catalyst / soot filter. Alternatively, fuel additives can also be provided for the regeneration of the particle filter, or additives can be added directly to the catalytic converter / soot filter in the exhaust system. In the case of thermal combustion of the soot particles, very high temperatures well above 600 ° C. are necessary, which can be reduced by providing catalysts in the filter. In order to achieve complete removal of the soot particles from the catalyst / soot filter, according to the disclosure the EP 0 835 684 A2 there is a sufficient amount of nitrogen dioxide. This is opposed by the fact that modern diesel engines mostly have exhaust gas recirculation (so-called "EGR system") in order to reduce nitrogen oxide emissions. Therefore, it is necessary to maximize the amount of nitrogen dioxide in the exhaust gas in view of the combustion of the soot particles.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen für Katalysatoren, zur Verfügung zu stellen, durch welches eine feste und beständige Beschichtung mit großer Oberfläche zur Verfügung gestellt wird.Object of the present invention is now a process for coating components for catalysts, to disposal to provide, through which a solid and durable coating with a large surface disposal is provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen für Katalysatoren mit Aluminiumoxiden, wobei

  • – in einem ersten Schritt mindestens ein Bauteil zumindest teilweise in eine ein Wasser enthaltendes Bad umfassende Beschichtungsvorrichtung, gegebenenfalls auch mehrmals, eingeführt wird, wobei das Bad metallisches Aluminium und/oder Al-haltige Legierungen aufweist, oder aber metallisches Aluminium und/oder Al-haltige Legierungen nach Einführung des Bauteils in die Beschichtungsvorrichtung in das Bad eingegeben wird;
  • – in einem zweiten Schritt ein Alkali- und/oder Erdalkalihydroxid dem Bad zugegeben wird;
  • – in einem dritten Schritt nach einer Einwirkzeit das Bauteil dem Bad entnommen, und
  • – in einem vierten Schritt das Bauteil getrocknet wird.
This object is achieved according to the invention by a method for coating components for catalysts with aluminum oxides, wherein
  • - In a first step, at least one component is at least partially introduced into a coating device comprising a water-containing bath, possibly also several times, the bath comprising metallic aluminum and / or aluminum-containing alloys, or metallic aluminum and / or aluminum-containing alloys Alloys are introduced into the bath after the component has been introduced into the coating device;
  • - In a second step, an alkali and / or alkaline earth hydroxide is added to the bath;
  • - In a third step, after a contact time, the component is removed from the bath, and
  • - The component is dried in a fourth step.

Als Al-haltige Legierungen sind unter anderem solche aus Al mit Cu, Ni, Co und/oder Ag zu nennen. Insbesondere können auch mehrere Al-haltige Legierungen vorgesehen werden.As alloys containing Al are among to name others from Al with Cu, Ni, Co and / or Ag. In particular can several alloys containing Al can also be provided.

Unter Bauteilen im Sinne der Erfindung werden Trägerkörper, Formteile, Filterelemente, Metallfolien, Gittergewebe und -gewirke (Vliese) o.ä. verstanden, welche mit einer Trägerbeschichtung insbesondere zur Steigerung einer katalytischen Aktivität versehen werden können. Dabei können die Bauteile metallischen Ursprungs sein, sie können jedoch auch aus keramischen Materialien hergestellt und insbesondere auch gesintert sein. Insbesondere kann das zu beschichtende Bauteil hergestellt sein aus Materialien aus einer Gruppe umfassend Papiere, Textilien, Polymermembranen, Metalle, Kunststoffe, Faserstoffe (hier insbesondere Vliese, Filze, Gestricke und/oder Gewirke), keramische Materialien und/oder deren Kombinationen. Weiter bevorzugt sind die zu beschichtenden Bauteile hergestellt aus Metallen und/oder keramischen Materialien in Pulver- und/oder Faserform.Components within the meaning of the invention include carrier bodies, molded parts, filter elements, metal films, mesh and knitted fabrics (nonwovens) or similar understood, which can be provided with a carrier coating, in particular to increase catalytic activity. The components can be of metallic origin, but they can also be made from ceramic materials and, in particular, can also be sintered. In particular, the component to be coated can be produced from materials from a group comprising papers, textiles, polymer membranes, metals, plastics, fiber materials (here in particular nonwovens, felts, knitted fabrics and / or knitted fabrics), ceramic materials and / or combinations thereof. The components to be coated are further preferably produced from metals and / or ceramic materials in powder and / or fiber form.

Als metallische Materialien sind nicht nur Materialien aus reinen Metallen, sondern auch Materialien aus Metall-Legierungen und/oder Materialmischungen aus unterschiedlichen Metallen und Metall-Legierungen für das zu beschichtende Bauteil verwendbar. Hierzu gehören insbesondere Stähle, vorzugsweise Chrom-Nickel-Stähle, Bronzen, Nickel-Basislegierungen, Hastalloy, Inconel o. dgl., wobei die Materialmischungen hochschmelzende Bestandteile enthalten können wie beispielsweise Platin. Der zu beschichtende Formkörper kann auch aus Fasern hergestellt sein, wobei hier bevorzugt sind solche auf der Basis von Eisenwerkstoffen (beispielsweise gemäß den deutschen Werkstoffnormen 1.4404, 1.4767 oder 1.4841) und/ oder Legierungen auf der Basis Eisen-Chrom-Aluminium oder Nickel-Aluminium.As are metallic materials not only materials made of pure metals, but also materials made of metal alloys and / or material mixtures made of different metals and metal alloys for the Component to be coated can be used. In particular, this includes steels, preferably Chrome-nickel steels, Bronzes, nickel-based alloys, Hastalloy, Inconel or the like, whereby the material mixtures can contain high-melting components such as for example platinum. The molded body to be coated can also be made from fibers, with preference being given to those based on ferrous materials (e.g. according to the German Material standards 1.4404, 1.4767 or 1.4841) and / or alloys the base iron-chromium-aluminum or nickel-aluminum.

Die Bauteile können im Ganzen oder teilweise beschichtet werden. Dabei ist auch eine Beschichtung im Siebdruckverfahren möglich, wobei mittels Masken Teilbereiche des Bauteiles abgedeckt werden und anschließend die Beschichtung vorgenommen wird. Mögliche Rußfilterelemente sind beispielsweise die aus dem Stand der Technik bekannten Wandflußfilter, welche aus einem porösen Wabenkörper mit wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen bestehen. Dieser Wabenkörper ist in einem Mantelrohr bzw. Konverter im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet.The components can be whole or in part be coated. There is also a screen printing process possible, partial areas of the component are covered by means of masks and subsequently the coating is done. Possible soot filter elements are, for example the wall flow filters known from the prior art, which with a porous honeycomb body mutually closed flow channels exist. This honeycomb body is in a casing pipe or converter in the exhaust line of a motor vehicle arranged.

Als Filter und/oder Katalysatoranordnungen eignen sich insbesondere auch die in DE 197 04 147 A1 offenbarten Anordnungen. Besonders bevorzugt sind Katalysator-/Rußfilteranordnungen, welche einerseits einen Trägerkörper, beispielsweise eine Metallfolie mit oder ohne Prägungen zum Erzielen von Strömungsleitlinien sowie mit einem Filterkörper, insbesondere ein Drahtgeflecht oder -gewirke oder aber ein Faservlies, insbesondere ein gesintertes, umfassen. Derartige Katalysator/Rußfilteranordnungen sind in einem Mantelrohr im Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Bei derartigen Katalysator/Rußfilteranordnungen können einerseits nur teilweise das Filterelement oder aber der Trägerkörper, oder aber insbesondere das Innere des Mantelrohrs, auch teilweise, beschichtet sein, es können jedoch auch sowohl der Trägerkörper als auch das Filterelement sowie gegebenenfalls das Innere des Mantelrohrs zumindest teilweise beschichtet sein.In particular, the filters in and DE 197 04 147 A1 disclosed arrangements. Catalyst / soot filter arrangements are particularly preferred which, on the one hand, comprise a carrier body, for example a metal foil with or without embossing to achieve flow guidelines, and with a filter body, in particular a wire mesh or knitted fabric or a nonwoven fabric, in particular a sintered one. Such catalyst / soot filter arrangements are arranged in a casing pipe in the exhaust duct of a motor vehicle. In the case of such a catalyst / soot filter arrangement, on the one hand only the filter element or the support body, or in particular the inside of the casing tube, can also be partially coated, but both the support body and the filter element and optionally the inside of the casing tube can also be at least partially coated his.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit Anwendung finden einerseits bei der Beschichtung von Katalysator-/Rußfilter anordnungen, wie diese in WO 99/09307 offenbart sind, andererseits insbesondere auch bei der Beschichtung von räumlich nicht voneinander getrennten Katalysator/Rußfilteranordnungen, welche den großen Vorteil aufweisen, daß diese platzsparend im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden können. Dabei können die mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren beschichteten Bauteile für Katalysator-/Rußfilteranordnungen sowohl für die Erstausstattung als auch für die Nachrüstung vorgesehen sein.The method according to the invention can thus be used find on the one hand in the coating of catalyst / soot filters Arrangements as disclosed in WO 99/09307, on the other hand in particular also when coating spatial not separate catalyst / soot filter arrangements, which the big one Have the advantage that this be arranged in a space-saving manner in the exhaust line of a motor vehicle can. You can which are coated with the method according to the invention Components for Catalyst / soot filter arrangements as well as the initial equipment as well for the retrofit be provided.

Die Katalysator-/Rußfilteranordnungen können dabei in Richtung des diese durchströmenden Partikel- und Abgasflusses einen Gradienten nicht nur in der Zelldichte des Trägerkörpers oder der Porosität des Filterelements aufweisen, sondern auch in der Stärke der Beschichtung. So können auf den jeweiligen Kfz-Typ abgestimmte Katalysatoren bereitgestellt werden. Diese können beispielsweise in Form bekannter Scheiben-Katalysatoren ausgebildet sein.The catalyst / soot filter assemblies can thereby in the direction of the particle and exhaust gas flow flowing through them a gradient not only in the cell density of the carrier body or the porosity of the filter element, but also in the strength of Coating. So can provided catalysts tailored to the respective vehicle type become. these can for example, in the form of known disk catalysts.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Beschichtung weist nach der im vierten Schritt erfolgten Trocknung, welche auch eine Calcinierung einschließt, eine spezifische Oberfläche von mindestens 5 m2/g, bevorzugt mehr als 10 m2/g, weiter bevorzugt mehr als 50 m2/g, auf und besteht aus Aluminiumoxid. Dabei handelt es sich um aktiviertes Aluminiumoxid, welches die verschiedenen Kristallstrukturen der Übergangsreihe der kristallographischen Phasen des Aluminiumoxids aufweist. Diese entstehen in Abhängigkeit von der zur Trocknung verwendeten Temperatur, wobei im einzelnen χ-, η -, γ-, κ-, - und δ- und θ-Al2O3 zu nennen sind. Besonders bevorzugt erfolgt im vierten Schritt die Trocknung in mindestens zwei Teilschritten, wobei in einem ersten Teilschritt bei Raumtemperatur an Luft, und in einem zweiten Teilschritt bei einer Temperatur von mindestens 400°C, bevorzugt mindestens 550°C, weiter bevorzugt mindestens 700°C, getrocknet wird. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich von etwa 450°C bis etwa 550°C. Die Trocknung bei erhöhten Temperaturen im zweiten Teilschritt erfolgt dabei vorzugsweise unter Ausschluß von Sauerstoff, beispielsweise in einer Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre (Mischgasatmosphäre) oder aber unter reinem Stickstoff oder Wasserstoff. Bei Temperaturen ab 400°C wird auf den zumindest teilweise beschichteten Bauteilen ein Überzug erhalten, wel cher sehr fest an dem Bauteil haftet und auch nach Laufzeiten entsprechend 50.000 gefahrenen Straßenkilometern keinerlei Alterungserscheinungen aufweist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten verwendeten Dispersionsbeschichtungsverfahren, bei welchem eine wäßrige Dispersion von beispielsweise γ-Al2O3 vorgelegt wird, in welche die zu beschichtenden Bauteile eingetaucht und anschließend getrocknet sowie calciniert werden. Bei diesen Verfahren verbleibt allerdings ein sogenannter "Washcoat" insbesondere bei der Beschichtung von Faserbauteilen zwischen den Fasern, wodurch der Strömungswiderstand erhöht wird.After the drying in the fourth step, which also includes calcination, the coating obtained by the process according to the invention has a specific surface area of at least 5 m 2 / g, preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, and consists of aluminum oxide. It is activated aluminum oxide, which has the different crystal structures of the transition series of the crystallographic phases of the aluminum oxide. These arise depending on the temperature used for drying, with χ-, η -, γ-, κ-, - and δ- and θ-Al 2 O 3 to be mentioned in detail. In the fourth step, drying is particularly preferably carried out in at least two partial steps, in a first partial step at room temperature in air, and in a second partial step at a temperature of at least 400 ° C., preferably at least 550 ° C., more preferably at least 700 ° C. is dried. A temperature range from approximately 450 ° C. to approximately 550 ° C. is preferred. Drying at elevated temperatures in the second sub-step is preferably carried out with the exclusion of oxygen, for example in a nitrogen-hydrogen atmosphere (mixed gas atmosphere) or under pure nitrogen or hydrogen. At temperatures above 400 ° C, a coating is obtained on the at least partially coated components, which adheres very firmly to the component and shows no signs of aging, even after running times corresponding to 50,000 kilometers of road. This is a significant advantage over the dispersion coating used known from the prior art Layering process in which an aqueous dispersion of, for example, γ-Al 2 O 3 is placed, in which the components to be coated are immersed and then dried and calcined. With these methods, however, a so-called "washcoat" remains, in particular when coating fiber components between the fibers, as a result of which the flow resistance is increased.

Ursache für die ausgesprochen hohe Haftung der Beschichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Bauteilen sowie deren ausgesprochen große spezifische Oberfläche als auch aktivierende Wirkung auf die in dieser eingelagerten bzw. einzulagernden Katalysatorenkomponenten/-verbindungen ist wahrscheinlich, daß eine in situ-Beschichtung unter Verwendung insbesondere vorgelegten metallischen Aluminiums erfolgt. Das verwendete metallische Aluminium, aber auch die Al-haltigen Legierungen, kann dabei in Form von Drähten, Spänen, Pulvern o.ä. eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch der Einsatz von Aluminiumspänen, welche insbesondere durch Abschaben von metallischen Aluminiumblöcken mittels üblicher Werkzeuge entstehen.The reason for the extremely high liability the coating according to the inventive method on components and their extremely large specific surface area as also activating effect on those stored or to be stored in it Catalyst components / compounds are likely to have an in situ coating using in particular presented metallic Aluminum. The metallic aluminum used, however the Al-containing alloys can be in the form of wires, chips, powders etc. used become. However, the use of aluminum chips, which are particularly preferred in particular by scraping metallic aluminum blocks using conventional ones Tools emerge.

Eine gegebenenfalls notwendige noch höhere Haftung der Beschichtung auf dem Bauteil wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß vor dem Einführen des Bauteils in die Beschichtungsvorrichtung, insbesondere in das Bad derselben, das Bauteil voroxidiert wird, beispielsweise indem man dieses auf Temperaturen von bis zu 950°C erhitzt. Hierdurch wird eine Oxidschicht an der Oberfläche des Bauteils, soweit es sich um ein metallisches Bauteil handelt, ausgebildet, wodurch sich die Oberflächenrauhigkeit desselben erhöht.A possibly still necessary higher Adhesion of the coating on the component is thereby according to the invention accomplished that before the introduction of the component in the coating device, in particular in the Bath the same, the component is pre-oxidized, for example by it is heated to temperatures of up to 950 ° C. This will create a Oxide layer on the surface of the component, insofar as it is a metallic component, whereby the surface roughness of the same elevated.

Um eine hohe Gleichmäßigkeit der Beschichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erreichen, ist es weiter vorteilhaft, daß nach Zugabe des Alkali- und/oder Erdalkalihydroxids im zweiten Schritt die im Bad enthaltene Lösung gerührt wird. Grundsätzlich ist vorteilhaft, wenn das Bauteil in der Lösung im Bad für wenigstens 4 Stunden, bevorzugt 8 Stunden, weiter bevorzugt mehr als 16 Stunden, in diesem verweilt, bevor es dem Bad entnommen wird. Als Alkali- und/oder Erdalkalihydroxide werden bevorzugt Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid eingesetzt. Deren Konzentration bewegt sich, bezogen auf die gesamte im Bad vorhandene Lösung, in einem Bereich von etwa 0,5 mol/l bis etwa 10 mol/l, bevorzugt etwa 1 mol/l bis etwa 5 mol/l, je nach Art der gewünschten Beschichtung. Vorzugsweise liegt die Konzentration des zugegebenen Hydroxids in einem Bereich von etwa 0,8 mol/l bis 2 mol/l.To ensure high uniformity the coating according to the inventive method To achieve, it is further advantageous that after adding the alkali and / or Alkaline earth metal hydroxide in the second step, the solution contained in the bath is stirred. in principle is advantageous if the component in the solution in the bath for at least 4 hours, preferably 8 hours, more preferably more than 16 hours, lingers in it before it is removed from the bathroom. As an alkali and / or alkaline earth metal hydroxides are preferably sodium hydroxide and / or Potassium hydroxide used. Their concentration moves, related to the entire solution in the bathroom, in a range of about 0.5 mol / l to about 10 mol / l, preferably about 1 mol / l to about 5 mol / l, depending on the type of desired Coating. The concentration of the added is preferably Hydroxides in a range from about 0.8 mol / l to 2 mol / l.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem vierten Schritt desselben zunächst das nunmehr beschichtete Bauteil gewaschen, gegebenenfalls auch mehrmals. Das Waschen kann hierbei insbesondere mit destilliertem Wasser erfolgen, und zwar soweit, daß ein pH-Wert des aufgefangenen Waschwassers von ≤ 8, bevorzugt ≤ 7,5, gemessen wird. Durch diese Waschung des frisch beschichteten Bauteils unmittelbar nach Entnahme desselben aus dem Bad wird letztendlich nach der erfolgten Trocknung einschließlich der Calcinierung eine gut haftende Beschichtung mit großer aktiver spezifischer Oberfläche erhalten.In a further advantageous embodiment of the inventive method before the fourth step of the same, the now coated is first Component washed, if necessary several times. The washing can in this case in particular with distilled water to the extent that a pH of the collected washing water of ≤ 8, preferably ≤ 7.5, measured becomes. By washing the freshly coated component immediately after removing it from the bathroom, it will ultimately be after the one that has been taken Drying including the calcination a well-adhering coating with great active specific surface area.

Die im Bad enthaltene Lösung enthält während des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens neben Wasser und gegebenenfalls noch anderen Zusätzen als Lösemittel ein Alkali- und/oder Erdalkalihydroxid, metallisches Aluminium und aus der Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Alkali- und/oder Erdalkalihydroxid Aluminiumhydroxid in seinen verschiedenen Zuständen, insbesondere im kristallisierten und im amorphen Zustand. Weiterhin kann die Lösung aber auch Katalysatorkomponenten bzw. -verbindungen enthalten, welche als Reduktions- bzw. Oxidationskatalysatoren die Umsetzung der im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen gasförmigen Bestandteile positiv beeinflussen. Dieser Vorgang wird folgend "Dotierung" genannt. Insbesondere ist eine Dotierung mit Edelmetallen der Platingruppe, insbesondere Platin, vorteilhaft. Denn hierdurch wird die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid beschleunigt, welches dann anschließend für die Oxidation der Rußpartikel zur Verfügung steht. Wird daher eine Katalysator-/Rußfilteranordnung vorgesehen, welche aufgebaut ist aus einem Trägerkörper mit einem Filterelement, insbesondere spiralförmig gewickelt, und ist zumindest das Filterelement und gegebenenfalls auch der Trägerkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet und die Beschichtung mit Platin dotiert, so kann unmittelbar am Ort des Entstehens des Stickstoffdioxids dieses sofort mit den im Rußfilter, d.h, dem im Filterelement enthaltenen und aufgefangenen Rußpartikeln, reagieren, so daß eine nahezu vollständige Verbrennung derselben erfolgt.The solution contained in the bath contains during the coating method according to the invention in addition to water and possibly other additives as solvents, an alkali and / or alkaline earth hydroxide, metallic aluminum and from the reaction between the aluminum and the alkali and / or alkaline earth hydroxide aluminum hydroxide in its different states, especially in the crystallized and amorphous state. Farther can be the solution but also contain catalyst components or compounds which as a reduction or Oxidation catalysts the implementation of the exhaust gas of an internal combustion engine contained gaseous Affect components positively. This process is called "doping" below. In particular is a doping with platinum group precious metals, in particular Platinum, beneficial. Because this causes the oxidation of nitrogen monoxide Nitrogen dioxide accelerates, which is then used for the oxidation the soot particle to disposal stands. If a catalyst / soot filter arrangement is therefore provided, which is made up of a carrier body with a filter element, especially spiral wrapped, and is at least the filter element and optionally also the carrier body according to the inventive method coated and the coating doped with platinum, so immediately at the point of origin of the nitrogen dioxide, this immediately with the in the soot filter, that is, the soot particles contained and collected in the filter element, react so that a almost complete The same burns.

Weitere besonders vorteilhafte Katalysatorkomponenten bzw. -verbindungen sind solche, die die Zündtemperatur der Rußpartikel herabsetzen und damit den Rußabbrand fördern. Hier seien beispielsweise Vanadium enthaltende Verbindungen wie Silber, Lithium, Natrium, Kalium und Cervanadat, Vandadiumpentoxid und/oder Kalium oder Silberperrhenat genannt. Aber auch solche den Abbau von Schwefeldioxid katalysierende Reaktionen, bei welchen letztendlich Schwefeltrioxid entsteht, wie Titandioxid und Siliziumdioxid bzw. deren insbesondere organometallischen Vorgängerformen können in der Lösung im Bad gemäß dem vorliegenden Verfahren vorhanden sein.Other particularly advantageous catalyst components or compounds are those that determine the ignition temperature of the soot particles reduce and thus the soot burn-off promote. Here are, for example, vanadium-containing compounds such as Silver, lithium, sodium, potassium and cervanadate, vandadium pentoxide and / or called potassium or silver perrhenate. But also those Degradation of reactions that catalyze sulfur dioxide ultimately sulfur trioxide is formed, such as titanium dioxide and silicon dioxide or their particular organometallic predecessor forms can be found in the solution in the bathroom according to the present Procedure.

Weiterhin ist es auch möglich, bereits vor dem Einführen des Bauteils in die Beschichtungsvorrichtung vor oder nach einer Voroxidation desselben dieses beispielsweise mittels des be kannten Dispersionsbeschichtungsverfahrens mit einer der vorgenannten Katalysatorkomponenten zu versehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn nach dem Calcinieren der eventuell dotierten Beschichtung selbige noch mit katalytisch aktiven Substanzen versehen wird. Dies kann durch eine Imprägnierung oder mittels eines Sol/Gel-Verfahrens, insbesondere für das Versehen mit Ti-haltigen Solen oder für die Bildung von Zeolithen, geschehen. Hierzu kann das beschichtete Bauteil in Lösungen, vor allem wäßrige, welche die entsprechenden katalytischen Komponenten enthalten, getaucht und anschließend dem Bad entnommen, ausgeblasen und dann getrocknet und gegebenenfalls calciniert werden. Diese Imprägnierung kann zusätzlich zu einer Dotierung erfolgen, aber auch ohne eine vorhergehende Dotierung.Furthermore, it is also possible to provide the component with one of the aforementioned catalyst components before or after preoxidation thereof, for example by means of the known dispersion coating method, even before the component is introduced into the coating device. Be However, it is particularly advantageous if, after calcining the possibly doped coating, the same is still provided with catalytically active substances. This can be done by impregnation or by means of a sol / gel process, in particular for the provision of sols containing Ti or for the formation of zeolites. For this purpose, the coated component can be immersed in solutions, especially aqueous ones, which contain the corresponding catalytic components and then removed from the bath, blown out and then dried and optionally calcined. This impregnation can take place in addition to a doping, but also without a previous doping.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein beschichtetes Bauteil, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, sowie einen Katalysator, Rußfilter und/oder eine Rußfilter-/Katalysatoranordnung mit mindestens einem teilweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Bauteil. Weitere Anwendungsmöglichkeiten der beschichteten Bauteile finden sich beispielsweise in Mikroreaktoren.The present invention relates to furthermore a coated component, produced according to the method according to the invention, as well as a catalyst, soot filter and / or a soot filter / catalyst arrangement with at least one partially according to the inventive method coated component. Other applications of the coated Components can be found, for example, in microreactors.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert:The invention is based on the following embodiment explained in more detail:

Beispiel:Example:

Es wurde einerseits ein üblicherweise für Katalysatoren verwendeter Trägerkörper mit Strömungsleitlinien (Firma Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, Lohmar, Deutschland) des Typs "PM Kat" mit einer flächigen Abmessung von 100 × 150 mm und einer Zelldichte von 200 cpsi (cells per square Inch) aus dem eisenbasierten Werkstoff gemäß der deutschen Werkstoffnorm 1.4767, und andererseits ein Metallgestrick aus demselben Werkstoff mit einer flächigen Abmessung von 100 × 150 mm und einer Oberfläche (GSA, geometrisch ermittelt) von etwa 10 m2/m2 beschichtet. Es können Trägerkörper mit Zelldichten von 900 cpsi und größer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden.On the one hand, a carrier body with flow guidelines (company Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, Lohmar, Germany) of the type "PM Kat", usually used for catalysts, with a flat dimension of 100 × 150 mm and a cell density of 200 cpsi (cells per square inch) from the iron-based material according to the German material standard 1.4767, and on the other hand a metal knitted fabric made of the same material with a flat dimension of 100 × 150 mm and a surface (GSA, geometrically determined) of about 10 m 2 / m 2 coated. Carrier bodies with cell densities of 900 cpsi and larger can be coated using the method according to the invention.

Sowohl der Trägerkörper als auch das Metallgestrick, welche als Filter- und/oder Katalysatorelemente dienen können, wurden vor der Einführung in die Beschichtungsvorrichtung auf Temperaturen von größer als 900°C zur Bildung von wiskers ("Oberflächenoxiden") erhitzt.Both the carrier body and the metal knitted fabric, which can serve as filter and / or catalyst elements before introducing the coating device to temperatures greater than 900 ° C for Formation of wiskers ("surface oxides") heated.

Anschließend wurden diese in die Beschichtungsvorrichtung eingeführt und in das Bad eingebracht, welches 10 1 mehrfach destillierten Wassers enthielt. Dabei können die zu beschichtenden Bauteile (Metallträger und Filterelement) auf einem Rost in dem Bad angeordnet werden. Anschließend wurden 1 kg Aluspäne aus reinem metallischen Aluminium mit einer Länge in einem Bereich von etwa 50 μm bis 1.000 μm und einer mittleren Dicke, gemessen über die gesamte Länge, in einem Bereich von etwa 5 bis 100 μm in das Bad gegeben. Anschließend wurde etwa 1,5 kg Natriumhydroxid dem Bad zugeführt. Dieses reagiert mit dem vorgelegten Aluminium und bildet Aluminiumhydroxid. Gleichzeitig wird Wasserstoff gebildet, welches für eine gleichmäßige Verteilung des Aluminiumhydroxids im Bad sorgt. Zusätzlich kann gegebenenfalls gerührt werden.Then they were placed in the coating device introduced and introduced into the bath, which distilled 10 1 several times Contained water. You can the components to be coated (metal carrier and filter element) a grate in the bathroom. Then 1 kg of aluminum chips Made of pure metallic aluminum with a length in a range of approximately 50 μm to 1,000 μm and one average thickness, measured over the whole length, added to the bath in a range of approximately 5 to 100 μm. Then was about 1.5 kg of sodium hydroxide were added to the bath. This reacts with the submitted aluminum and forms aluminum hydroxide. simultaneously hydrogen is formed, which ensures an even distribution of aluminum hydroxide in the bathroom. In addition, if necessary touched become.

Um eine höhere Beschichtung zu erlangen, wurden nach einer Verweilzeit von 24 Stunden nochmals die gleichen Mengen an Aluminiumspänen und Natriumhydroxid dem Bad zugegeben. Nach einer weiteren Wartezeit, welche ebenfalls bis zu 24 Stunden betragen kann, wurden die nunmehr beschichteten Bauteile aus dem Bad entnommen und mit Reinwasser gewaschen, weshalb das Waschwasser fast neutral reagierte. Anschließend wurden die beschichteten Bauteile zunächst bei Raumtemperatur (d.h. bei einer Temperatur in einem Bereich von 18 bis 25°C) an Luft getrocknet, anschließend in einem Ofen zunächst für mehrere Stunden bei 120°C (in einem Bereich von 100°C bis 180°C) und anschließend in einem Umluftofen über mehrere Stunden bei 550°C und mehr calciniert. Dabei kann der zweite Trocknungsschritt in einem Ofen bei Temperaturen in einem Bereich von 80 bis 180°C, bevorzugt 100°C bis 150°C, durchgeführt werden. Die Calcinierung im Umluftofen wurde bei Temperaturen von bis zu 800°C vorgenommen.In order to achieve a higher coating, after a dwell time of 24 hours again the same amounts on aluminum chips and sodium hydroxide added to the bath. After another wait, which can also be up to 24 hours, they are now coated components removed from the bath and with pure water washed, which is why the wash water was almost neutral. Then were the coated components first at room temperature (i.e. at a temperature in a range of 18 to 25 ° C) air-dried, then in an oven first for several hours at 120 ° C (in a range of 100 ° C up to 180 ° C) and then in a convection oven several hours at 550 ° C and more calcined. The second drying step in an oven at temperatures in a range of 80 to 180 ° C, preferred 100 ° C to 150 ° C, are carried out. The calcination in a convection oven was carried out at temperatures of up to 800 ° C.

Die solchermaßen erhaltenen beschichteten Bauteile wiesen eine große spezifische Oberfläche von mehr als 50 m2/g auf, welche zudem auf Katalysatorkomponenten, insbesondere Platin, sehr aktivierend wirkt. Gleichzeitig haftet die solchermaßen aufgebrachte Beschichtung ausgesprochen fest auf dem Trägerkörper bzw. Metallgestrick.The coated components obtained in this way had a large specific surface area of more than 50 m 2 / g, which also has a very activating effect on catalyst components, in particular platinum. At the same time, the coating applied in this way adheres extremely firmly to the carrier body or metal knitted fabric.

Ergänzend kann die Beschichtung noch durch Dotierung und/oder Imprägnierung insbesondere mit Cer-, Cer-Kupfer- und/oder Titansalzlösungen oder Platin- und/oder Rhodium-Lösungen zur Erlangung katalytischer Fähigkeiten versehen werden. Als Salze sind insbesondere auch Acetate zu nennen. Die katalytisch aktiven Komponenten werden in einer Menge von mehr als 3 Gew%, bevorzugt mehr als 8 Gew%, weiter bevorzugt mehr als 15 Gew%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Beschichtung, in diese aufgenommen.In addition, the coating by doping and / or impregnation, in particular with cerium, Cerium copper and / or titanium salt solutions or platinum and / or rhodium solutions to acquire catalytic skills be provided. Acetates may also be mentioned in particular as salts. The catalytically active components are in an amount of more than 3% by weight, preferably more than 8% by weight, more preferably more than 15% by weight, based in each case on the total amount of the coating, in this added.

Mittels des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens können so letztendlich insbesondere Auto-Katalysatoren für Dieselmotoren sowohl in der Erstausstattung als auch in der Nachrüstung hergestellt werden, welche problemlos Anwendung insbesondere zur Erreichung der Grenzwerte größer der Norm EURO 2, insbesondere auch EURO 4 und 5, finden.By means of the coating method according to the invention can ultimately, in particular, auto-catalytic converters for diesel engines Manufactured both in the original equipment and in the retrofit be what problem-free application in particular to achieve of limit values greater than the norm Find EURO 2, especially EURO 4 and 5.

Claims (12)

Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen für Katalysatoren mit Aluminiumoxiden, wobei – in einem ersten Schritt mindestens ein Bauteil zumindest teilweise in eine ein Wasser enthaltendes Bad umfassende Beschichtungsvorrichtung eingeführt wird, wobei das Bad metallisches Aluminium und/oder Al-haltige Legierungen aufweist oder aber metallisches Aluminium und/oder Al-haltige Legierungen nach Einführung des Bauteils in die Beschichtungsvorrichtung in das Bad eingegeben wird; – in einem zweiten Schritt ein Alkali- und/oder Erdalkalihydroxid dem Bad zugegeben wird; – in einem dritten Schritt nach einer Einwirkzeit das Bauteil dem Bad entnommen und – in einem vierten Schritt das Bauteil getrocknet wird.Process for coating components for catalysts with aluminum oxides, wherein - in a first step, at least one component at least partially into a water-containing one Coating device comprising the bath is introduced, the bath having metallic aluminum and / or Al-containing alloys or metallic aluminum and / or Al-containing alloys being introduced into the bath after the component has been introduced into the coating device; - In a second step, an alkali and / or alkaline earth hydroxide is added to the bath; - in a third step after a contact time the component is removed from the bath and - in a fourth step the component is dried. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt die im Bad enthaltene Lösung gerührt wird.Method according to claim 1, characterized in that between the second and third step, the solution contained in the bath is stirred. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im vierten Schritt die Trocknung in einem ersten Teilschritt bei Raumtemperatur an der Luft und in einem zweiten Teilschritt bei Temperaturen von mindestens 400°C erfolgt.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that in fourth step drying in a first sub-step at room temperature in the air and in a second step at temperatures of at least 400 ° C. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des sich im Bad bildenden wäßrigen Hydroxids in einem Bereich von 0,5 mol/l bis 10 mol/l gewählt wird.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that the Concentration of the aqueous hydroxide forming in the bath in one area from 0.5 mol / l to 10 mol / l becomes. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem vierten Schritt das Bauteil gewaschen wird.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that before the fourth step the component is washed. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Schritt das Bauteil durch Erhitzung voroxidiert wird.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that before the first step, the component is pre-oxidized by heating. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung im Bad katalytisch aktive Substanzen enthält.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that the solution contains catalytically active substances in the bathroom. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trocknung des Bauteils dieses mit katalytisch aktiven Substanzen versehen wird.Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that after the drying of the component with catalytically active substances is provided. Beschichtetes Bauteil, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.Coated component, manufactured according to a of claims 1 to 8. Katalysator mit mindestens einem teilweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beschichteten Bauteil.Catalyst with at least one partially according to one of claims 1 to 8 coated component. Rußfilter mit mindestens einem teilweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beschichteten Bauteil.soot filter with at least one partially according to one of claims 1 to 8 coated component. Rußfilter-/Katalysatoranordnung mit mindestens einem teilweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beschichteten Bauteil.Rußfilter- / catalyst assembly with at least one partially according to one of claims 1 to 8 coated component.
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