DE10130338A1

DE10130338A1 - Dieselrussfilter mit einem feindispers verteiltem Dieselrusskatalysator

Info

Publication number: DE10130338A1
Application number: DE10130338A
Authority: DE
Inventors: Helmut Hackfort; Edgar Huennekes; Juergen Dornseiffer
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-04-24
Also published as: WO2003002853A3; ZA200309691B; US7666376B2; JP4274937B2; WO2003002853A2; US20040235658A1; JP2004530837A; CA2451771A1; EP1399651A2; CA2451771C

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur (insbesondere kontinuierlichen) Oxidation von Rußpartikeln aus Abgasen von Dieselmotoren, bestehend aus einem offenporigen Körper als Partikelfilter, auf dessen Oberfläche ein Oxidationskatalysator feindispers verteilt ist. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Katalysator schon ab einer Abgastemperatur von 150 DEG C eine Oxidation von filtergebundenen Rußpartikeln mit dem Restsauerstoff des Abgases bewirkt und somit eine kontinuierliche Freihaltung des Filterkörpers bei fast allen Betriebszuständen des Motors ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rußfilter mit einem Rußkatalysator, ein Herstellungsverfahren für den Rußfilter sowie seine Verwendungsweise.
Bekannte Dieselrußfilter umfassen Katalysatoren, mit deren Hilfe eine Zusetzung des Filters entgegengewirkt wird. Solche Katalysatoren werden als Dieselrußkatalysatoren bezeichnet. Rußpartikel aus Abgasen von Dieselmotoren setzen sich auf oder in einem Filter, bestehend aus einem offenporigen Körper als Partikelfilter, ab. Ein Katalysator ist hier aufgebracht. Mit Hilfe des Katalysators werden die Rußpartikel beispielsweise oxidiert.
In den letzten Jahrzehnten führte die stetige Weiterentwicklung von Dieselmotoren für Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht unter 2,5 Tonnen zu einer immer weiteren Senkung des Schadstoffausstoßes. So emittieren moderne Dieselmotoren für Kleinlast- und Personenwagen dank der Einführung von verbesserten Einspritztechnologien und/oder einer Abgasrückführung nur noch ca. 0,5 g/km Rußpartikel sowie etwa 100 ppm Stickoxide im Teillastbereich. Nach derzeitigem Entwicklungsstand scheint jedoch das Optimum hinsichtlich des Anteils beider Schadstoffe im Abgas erreicht worden zu sein, da jeder weitere Versuch, durch konstruktive Veränderungen am Dieselmotor eine der beiden Komponenten zu verringern, automatisch zur verstärkten Bildung des anderen Schadstoffes führt. Für das Jahr 2005 plant die EU jedoch die Grenzwerte für diese Art von Dieselfahrzeugen auf 0,25 g/km bei Stickoxiden und für Partikel auf 0,025 g/km weiter drastisch zu senken. Um diese Emissionsgrenzen einzuhalten, ist daher eine geeignete Abgasnachbehandlung erforderlich. Derzeit konzentrieren sich die Bemühungen auf die Reduzierung von Rußpartikeln aus dem Abgas, da die Stickoxidemission den geplanten Höchstwerten schon sehr nahe kommen.
Eine effektive Methode zur Verminderung von Rußpartikeln aus Dieselabgasen sind Rußfilter, die je nach konstruktiver Ausführung bis zu 95 Gew.-% des Rußes herausfiltern. Weit verbreitet sind sogenannte Wall Flow- oder Wandflussfilter mit wabenartiger Struktur, deren Strömungskanäle wechselseitig verschlossen sind, so dass das Abgas durch die porösen Filterwände strömen muss.
Mit zunehmender Rußbeladung verblocken jedoch die Filter, was zu einer zunehmenden Erhöhung des Strömungswiderstandes und in gleichem Maße zur Reduktion der Motorleistung führt. Um dieser Verblockung entgegenzuwirken, müssen die Filter kontinuierlich oder zyklisch vom Ruß befreit werden. Die derzeit gebräuchlichen Regenerationsmethoden für Partikelfilter basieren auf thermischer Verbrennung, katalytischen Verfahren oder einer Kombination aus beiden Methoden.
Für die rein thermische Regeneration sind Temperaturen oberhalb von 600°C erforderlich, die das Abgas jedoch nur in wenigen Betriebszuständen des Motors erreicht. Bei dieser Art von Abreinigung kommen daher entweder kraftstoffbetriebene Brenner oder elektrisch betriebene Heizelemente in den Filtern zum Einsatz, wie beispielsweise den Druckschriften DE 198 10 738 C1 bzw. DE 41 10 395 A1 zu entnehmen ist.
Aufgrund des hohen Energieaufwandes bei der rein thermischen Regeneration werden bei verschiedenen Verfahren auch Additive im Kraftstoff eingesetzt, die die Zündtemperaturen des abgeschiedenen Rußes bis auf 400°C senken können. So beschreibt beispielsweise PSA Peugeot Citroën ein Verfahren bei dem kontinuierlich eine organische Cer- Verbindung dem Kraftstoff zugemischt wird. Diese Maßnahme bewirkt eine entsprechende Metalloxidanreicherung des Rußes, der auf einem Partikelfilter aus dem Abgas entfernt wird. Die Regeneration erfolgt zyklisch durch eine kurzfristige Erhöhung der Abgastemperatur auf über 450°C, die zu einem Abbrand des so "aktivierten" filtergebunden Rußes fuhrt. Um im Regenerationszyklus diese Zündtemperatur zu erreichen, wird eine größere Menge Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, die eine Erhöhung der Kohlenwasserstoff-Emission im Abgas bewirkt. Diese Konzentrationserhöhung ist so bemessen, dass deren Oxidation in einem dem Partikelfilter vorgeschalteten Platinkatalysator zu einer Aufheizung des Abgases auf die Regenerationstemperatur führt.
Weitere thermische Regenerationsverfahren basieren auf der Generierung von Stickstoffdioxid als Oxidationsmittel für den filtergebundenen Ruß. So beschreiben beispielsweise EP 341832 B1 und EP 1055805 A1 Vorrichtungen, die aus einem Oxidationskatalysator zur Konvertierung von Stickstoffoxid NO in Stickstoffdioxid NO₂ mittels Restsauerstoff im Abgas und einem nachgeschalteten Partikelfilter bestehen. Der Abbrand des Rußes erfolgt in diesem Fall auch schon unterhalb von 400°C kontinuierlich, wenn eine ausreichende Stickoxid-Konzentration im Abgas vorliegt. Gegebenenfalls wird die Verbrennung des Rußes durch eine geeignete katalytische Beschichtung der Filteroberfläche unterstützt, wie den Druckschriften EP 0341832 A1 bzw. WO 01/12320 A1 oder aus EP 0758713 zu entnehmen ist. Bei den beschriebenen rein katalytischen Verfahren handelt es sich um sogenannte selbstreinigende oder selbstregenerierende Partikelfilter, die nur durch eine Katalysatorbeschichtung des Filters den oberflächengebundenen Ruß oxidiert. So beschreibt die Druckschrift US 6013599 einen Ruß- Oxidationskatalysator auf Mischoxidbasis bestehend aus den Metalloxiden des Kupfers, Eisens und des Vanadiums, der ab einer Abgastemperatur von 380°C zur Abreinigung des filtergebundenen Rußes führt. Einen selbstreinigenden Dieselpartikelfilter offenbart auch die Druckschrift US 5100632, bei der durch eine Platin/Rhodiumbeschichtung der Filteroberfläche kombiniert mit einem Erdalkalioxid eine Senkung der Zündtemperatur des Rußes auf 355°C bewirkt wird.
Demnach werden bei allen bekannten Regenerationsverfahren zur Freihaltung eines Rußpartikelfilters Abgastemperaturen größer als 355°C benötigt. Da diese jedoch bei vielen Betriebszuständen moderner Dieselmotoren nicht erreicht werden können, sind diese Methoden für den praktischen Einsatz in Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht unter 2,5 Tonnen nur bedingt geeignet. Zudem senken alle Maßnahmen mit externem Energieeintrag in das Abgassystem in aller Regel den Wirkungsgrad des Motors.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Filter zur Verfügung zu stellen, der bei vergleichsweise niedrigeren Abgastemperaturen regeneriert werden kann. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie Nebenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen Merkmalen. Ein Herstellungsverfahren sowie eine vorteilhafte Verwendungsweise ergeben sich aus den entsprechenden Nebenansprüchen.
Anspruchsgemäß wird die Aufgabe durch einen Rußfilter gelöst, der einen offenporigen Körper als Partikelfilter und einen feindispers verteilten Katalysator umfasst.
Eine feindisperse Verteilung im Sinne der Erfindung liegt vor, wenn sich Rußpartikel nicht zwischen zwei katalytisch aktiven Zentren absetzen können. Die feindisperse Verteilung auf der Oberfläche des Körpers bewirkt daher einen intensiven Kontakt zwischen dort abgelagerten Rußpartikeln und dem Katalysator. Auf diese Weise kann es schon ab einer Abgastemperatur von 150°C gelingen, eine kontinuierliche katalysierte Oxidation des Rußes durch die Oxydationsmittel des Abgases durchzuführen. Weiter ist es so grundsätzlich möglich, dass der Katalysator seine Wirkung auch mit dem Restsauerstoff des Abgases entfaltet.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass das Umsetzungsvermögen eines Oxidationskatalysators für in offenporigen Körpern abgeschiedenen Dieselruß größer wurde, je höher die flächenspezifische Dichte der katalytisch aktiven Zentren auf der für die Rußpartikel erreichbaren Grenzfläche zum Gasraum war. Diese Beobachtung wird von der Erkenntnis gestutzt, dass auf Oberflächen angelagerte Rußpartikel im Gegensatz zu Gasmolekülen am Abscheideort verweilen und sich auch durch verfahrenstechnische Maßnahmen nicht ausreichend mobilisieren lassen. Demzufolge ist bei der katalytischen Rußpartikeloxidation der Wirkungsquerschnitt der katalytisch aktiven Zentren in bezug auf seine Flächenbelegung sehr viel kleiner als bei der heterogenen Gaskatalyse, da die prinzipielle Funktionsweise eines Katalysators auf dem direkten Kontakt mit den beteiligten Reaktionspartnern beruht. Um eine ausreichende Rußumsetzungsaktivität gewährleisten, ist somit eine feindisperse Verteilung des Katalysators auf der für die Rußpartikel erreichbaren Grenzfläche zum Gasraum erforderlich. Eine bevorzugte Verteilung des Katalysators ist daher dann erreicht, wenn der mittlere Abstand der einzelnen katalytisch aktiven Zentren zueinander den Durchmesser der kleinsten abgeschiedenen Rußpartikeleinheit (sogenannte Rußprimärstruktur) gerade nicht überschreitet. Rußpartikel können sich dann nämlich nicht so zwischen Katalysatormaterial absetzen, dass kein Kontakt zwischen Katalysator und Rußpartikel vorliegt. Würde sich ein Rußpartikel ohne Kontakt zum Katalysatormaterial auf dem Körper absetzen können, so wäre dieses kaum noch durch Katalyse zu beseitigen.
Da derzeit die Größe dieser sogenannten Ruß-Primärstrukturen im Abgas zwischen 20 und 30 nm liegt, wäre eine dementsprechende feindisperse Katalysatorbeschichtung anzustreben. Der Abstand zwischen zwei katalytisch aktive Zentren beträgt dann also regelmäßig nicht mehr als 20 nm, um die auf den Körper gelangenden Rußpartikel vollständig durch Katalyse beseitigen zu können.
Als katalytisch aktive Substanzen kommen neben den Edelmetallen Pt, Pd, Rh, Re oder Ru oder Übergangsmetalloxiden, wie beispielsweise V₂O₅, CeO₂, La₂O₃, MnO₂, CuO und Mischungen bzw. Mischoxide aus und mit diesen Verbindungen, prinzipiell alle bekannten Katalysatortypen in Betracht, die Ruß oxidieren.
Bevorzugt werden jedoch Katalysatoren, die zumindest teilweise aus Edelmetalloxiden, insbesondere Rhodiumoxid Rh₂O₃ bzw. aus Oxiden des Yttriums und Mangans oder Mischoxiden aus und mit diesen Verbindungen insbesondere Yttriummanganit YMn₂O₅, bestehen. Diese Verbindungen zeigten bei feindisperser Verteilung im Gegensatz zu bekannten Edelmetallen oder Übergangsmetalloxiden auch mit dem Restsauerstoffgehalt des Abgases das höchste Rußoxidationsvermögen, das schon unterhalb einer Temperatur von 150°C einsetzte. Überraschenderweise zeigten diese Katalysatoren bei der Erprobung hinsichtlich des Oxidationsvermögens von Kohlenwasserstoffen eine sehr geringe Aktivität.
Bei Anwesenheit von ca. 300 ppm Stickstoffdioxid im rußbeladenen Reaktionsgas verdoppelte sich nahezu die spezifische Rußoxidationsaktivität dieser Katalysatoren, so dass der feindisperse Dieselrußkatalysator bevorzugt hinter einem Stickstoffmonoxid- Oxidationskatalysator zur Generierung von Stickstoffdioxid im Abgassystem anzubringen ist.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung kommen grundsätzlich alle offenporösen Körper und Schüttungen aus keramischem und metallischem Material bzw. Kombinationen aus beiden in Betracht, die als Filter ein hohes Abscheidevermögen für Rußpartikel über den gesamten Größenklassenbereich von d_p = 3 nm bis d_p - 10 µm besitzen und eine feindisperse Verteilung des Katalysators auf der Oberfläche ermöglichen.
Vorteilhaft wird ein sogenannter Tiefenfilter eingesetzt, die im Vergleich zu Oberflächenfiltern eine höhere von Rußpartikeln erreichbare Filteroberfläche aufweisen. Eine kontinuierliche Freihaltung des Filterkörpers kann bei Einsatz von Tiefenfiltern erzielt werden. Vorteilhaft wird ein sogenannter Tiefenfilter eingesetzt, der im Vergleich zu Oberflächenfiltern eine höhere von großen Rußpartikel (mit einem Durchmesser d_p > 100 nm) belegbare Oberfläche aufweisen. Dieser Vorzug basiert auf der unterschiedlichen Ausgestaltung der Porenstruktur in beiden Filtertypen. Bei Tiefenfiltern ist das offene Porensystem so ausgelegt, dass auch die größeren Rußteilchen tief im Filterkörper abgeschieden werden können und somit die Filterwirkung über das Gesamtvolumen bzw. der Gesamtoberfläche des Filters entfaltet wird. Bei Oberflächenfiltern verhindert die auslegungsbedingte Porenstruktur ein Eindringen dieser großen Rußpartikel in den Filterkörper, so das größtenteils nur der kleine äußere Teil der Filteroberfläche mit Ruß belegt wird. Die damit einhergehende beabsichtigte schnelle Bildung eines Filterkuchens würde die kontinuierliche Freihaltung eines Oberflächenfilters durch eine feindisperse Rußkatalysatorschicht erschweren.
Vorzugsweise wird der Filter mit einer elektrischen Heizung kombiniert. Insbesondere wird die aus der Druckschrift DE 197 18 239 A1 bekannte elektrische Heizung verwendet, um im Notfall oder bei ungünstigen Betriebszuständen des Dieselmotors, zum Beispiel beim Kaltstart, eine Verblockung des feindispersen Dieselkatalysators sicher auszuschließen.
Je nach Rußfracht eines Dieselabgases bzw. der gewünschten Filtereffizienz kann in manchen Fällen auch die Kombination eines Tiefenfilters mit einem nachgeschalteten Oberflächenfilter, die jeweils feindispers mit Katalysatormaterial beschichtet sind, eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein. Durch diese Maßnahme ist abhängig von der eingestellten offenen Porosität der einzelnen Filtermodule eine gezielte fraktionierte Abscheidung der Partikel möglich, die bei günstiger Auslegung eine Erhöhung des Filtergesamtwirkungsgrads bei gleichzeitiger Minimierung des Druckverlustes über den Gesamtfilter bewirkt.
Bei der Erfindung ist eine Filteroberfläche anzustreben, deren Eigenschaften eine hohe flächenspezifische Belegung der katalytisch aktiven Zentren ermöglicht und diese möglichst auf Dauer, also möglichst lange erhält.
Die Anforderung an die Porenstruktur bzw. die reale Oberfläche der hierfür verwendbaren Trägermaterialien ist im Vergleich zu heterogenen Gaskatalysatoren gering. So sind nanoporöse Trägerstrukturen mit Porendurchmessern kleiner als 20 nm ungeeignet, da aufgrund der Größenverteilung der Rußteilchen (d_p > 20 nm) im Abgas diese Partikel nicht in das Porensystem eindringen können. Ein gegebenenfalls dort befindlicher Katalysator würde demnach nicht zur katalytischen Oxidation von Rußpartikel beitragen.
Eine erfindungsgemäße Trägeroberfläche des Filterkörpers orientiert sich nur an der den Rußpartikeln zugänglichen Grenzschicht zwischen Gasraum und Trägermaterial. Diese sogenannte Abscheideoberfläche unterscheidet sich nicht wesentlich von der tatsächlich zur Verfügung stehenden geometrischen Grenzfläche der Partikelfilter zum Gasraum.
Bei der Auswahl und räumlichen Gestaltung des Trägermaterials sind die Maßnahmen vorteilhaft, die zu einer Maximierung der spezifischen, den Katalysator tragenden Grenzfläche beitragen. Zu solchen Maßnahmen gehören die Optimierung der Oberflächenrauhigkeit oder die Generierung von oberflächennahen offenen µm-Poren.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen feindispersen Dieselrußkatalysators sind daher die bekannten Wash-Coat- Beschichtungsverfahren nur bedingt geeignet, da die Katalysatorvorläuferverbindungen, wie beispielsweise wasserlösliche Edelmetallsalze, zusammen mit geeigneten keramischen Pulvern in Form einer Suspension auf die Trägeroberflächen aufgebracht werden. Nach erfolgter Verfestigung und Fixierung der Beschichtung durch einen Kalzinierungsschritt ist der nun aktivierte Katalysator über die gesamte erhaltene Schichtdicke verteilt und somit zumindest teilweise von den Rußpartikeln nicht erreichbar. Um eine erfindungsgemäße feindisperse Verteilung der katalytisch aktiven Zentren auf der Abscheideoberfläche zu erreichen, wäre demnach eine starke Aufkonzentrierung an Verbindungen, die den Katalysator bilden, in der Beschichtungssuspension nötig. Aus beschichtungstechnischen Gründen sowie bei der Verwendung von Edelmetallen als katalytisch aktive Komponente ist eine solche Maßnahme jedoch nur eingeschränkt praktikabel.
Bevorzugt wird daher ein Verfahren, bei dem Katalysatorpartikel direkt auf die Oberfläche eines Partikelfilters aufgebracht werden. Diese sind insbesondere vorgeformt und/oder nanoskalig, das heißt mit Durchmessern kleiner als 100 nm. Vorzugsweise erfolgt die Aufbringung daher zum Beispiel durch die Verwendung von - insbesondere nanodispersen - Katalysator-Kolloid-Beschichtungslösungen, die beispielsweise unter Anwendung der Sol-Gel-Technik oder durch eine Synthese mit Hilfe von Mikro- oder Miniemulsionen hergestellt werden.
Zur Verbesserung der feindispersen Verteilung der Katalysatorpartikel auf der Filteroberfläche bzw. der Dosierung der Katalysatormenge ist es vorteilhaft, die Partikel sowie die Filtergrenzflächen mit einer entgegengesetzten elektrischen Ladung zu versehen. Als Hilfsmittel für diese Aufladung kommen grundsätzlich alle grenzflächenaktiven ionischen Verbindungen (wie beispielsweise Polydiallyldimethylammoniumchlorid oder Polyacrylsäure) in Betracht, die sich mit ausreichender Haftung auf die jeweilige Oberfläche aufbringen lassen und durch eine Kalzinierung möglichst rückstandsfrei von der Grenzfläche entfernbar sind.
Um die Wirksamkeit der Regeneration zu verbessern, wird während des Betriebes zusätzlicher Sauerstoff in den Filter eingeleitet. Zu bevorzugen ist das besonders reaktive Ozon.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen, in denen beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen mit zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen feindispersen Dieselrußkatalysators dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse I, das sich in einer Abgasleitung befindet. In dem Gehäuse 1 ist ein mit Katalysator feindispers beschichteter Wandfluss-Tiefenfilter 2 untergebracht.
In einer zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Wandfluss- Tiefenfilter 2 gemäß Druckschrift DE 197 18 239 A1 ausgestaltet, so dass bei ungünstigen Betriebszuständen des Motors oder im Notfall durch eine einfache temperatur- oder druckgeregelte elektrische Kontaktierung 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung elektrische Energie zugeführt werden kann, um den Katalysator auf Wirktemperatur zu bringen.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 3 befinden sich innerhalb des Gehäuses 1 sowohl ein Wandfluss-Tiefenfilter 2 als auch ein Wandfluss-Oberflächenfilter 4, die hintereinander angeordnet sind und jeweils feindispers mit Katalysatormaterial beschichtet wurden. Die offenen Porositäten beider Filterarten sind hierbei so ausgestaltet, dass bezogen auf die Strömungsrichtung im vorgeschalteten Tiefenfilter bevorzugt nur die über 100 nm großen Rußteilchen abgeschieden werden, während im nachgeschalteten Oberflächenfilter hauptsächlich die kleinen Rußpartikel unter 100 nm aus dem Abgas entfernt werden. Durch diese Maßnahme kann sowohl der Gesamtfilterwirkungsgrad variabel eingestellt werden, als auch bei partikelreichen Betriebsphasen des Dieselmotors die Bildung eines druckverlusterhöhenden Filterkuchens durch Abscheidung der großen Rußteilchen im inneren Porensystem des vorgeschalteten Tiefenfilters verhindert werden.
Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die schon aus Fig. 1 bekannte Vorrichtung hinter einem Oxidationskatalysator 5 zur Konvertierung von Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid angeordnet ist.
Weiter bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der Kombination der Fig. 2 und 3 mit dem aus Fig. 4 bekannten Stickstoffmonoxid- Konverter.
In einem ersten einfachen Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen feindispersen Dieselrußkatalysators wird ein Filterkörper kurz in eine niederviskose kolloidale Beschichtungslösung getaucht, in dem sich der Katalysator schon in Form von Nanopartikeln befindet. Nach erfolgter Trocknung in einem Trockenschrank bei ca. 120°C wird zur Fixierung der Katalysatorteilchen auf der Filteroberfläche je nach Katalysatortyp der beschichtete Körper zwischen 500 und 1200°C calciniert. Die Herstellung dieser Beschichtungsdispersionen erfolgt beispielsweise durch eine Hydrolyse von Alkoholaten geigneter Übergangsmetalle oder entsprechender stöchiometrischer Gemische nach der Sol-Gel-Technik. Bevorzugt wird jedoch eine Synthese mit Hilfe von Mini- oder Mikroemulsionen, bei dem man eine monodisperse Partikelfraktion erhält, die je nach Verfahrensparameter zwischen 3 und 1000 nm variiert werden können. Zur Erzielung der erforderlichen feindispersen Katalysatorverteilung ist je nach einstellbarer Partikelkonzentration in der kolloidalen Beschichtungslösung gegebenenfalls auch eine Mehrfachbeschichtung notwendig.
In einem weiteren Verfahren wird zur Verbesserung der feindispersen Verteilung des Katalysators auf der Filteroberfläche vor der Beschichtung sowohl die Filteroberfläche als auch die Katalysatorpartikel mit einer unterschiedlichen elektrischen Ladung versehen. Dies geschieht beispielsweise durch eine Imprägnierung des Filterkörpers mit Polyacylsaure mittels Eintauchen in eine entsprechende alkoholische oder wässrige Lösung (und gegebenenfalls der Trocknung in einem Trockenschrank bei 80°C), bzw. durch eine Additivierung der Beschichtungsdispersion mit einem weiteren ionischen Polymer beispielsweise Polydiallydimethylammoniumchlorid, um die dispergierten Katalysatorpartikel mit einer entgegengesetzten elektrischen Ladung zu versehen. Zur Aufbringung der feindispersen Katalysatorschicht auf die nunmehr negativ aufgeladene Filteroberfläche wird der Filterkörper solange in die Beschichtungslösung getaucht, bis die Konzentration der dispergierten Katalysatorpartikel nicht mehr weiter abnimmt. Nach erfolgter Trocknung in einem Trockenschrank bei ca. 120°C wird zur Fixierung der Katalysatorteilchen auf der Filteroberfläche je nach Katalysatortyp der beschichtete Filterkörper wie beim ersten Verfahren zwischen 500 und 1200°C calciniert.

Claims

1. Rußfilter mit einem offenporigen Körper als Partikelfilter und einem Katalysator zur katalytischen Regenerierung des Filters, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator feindispers verteilt ist.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, bei dem als Material für den Katalysator Edelmetalloxide, Oxide des Yttriums und Mangans und/oder Mischoxide aus und mit diesen Verbindungen eingesetzt ist.

3. Rußfilter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Katalysator so beschaffen ist, dass dieser seine Wirkung auch mittels Restsauerstoff im Abgas entfaltet.

4. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem durchschnittlichen Abstand von nicht mehr als 30 nm zwischen zwei katalytisch aktiven Zentren.

5. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Katalysator Rhodiumoxid und/oder Yttriummanganit enthält.

6. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator hinter einem Stickstoffmonoxid-Oxidationskatalysator zur Generierung von Stickstoffdioxid angebracht ist und zwar insbesondere in der Abgasleitung eines Fahrzeuges mit Dieselmotor.

7. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Körper als Tiefenfilter ausgelegt ist und dessen Oberfläche mit Oxidationskatalysator beschichtet ist.

8. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Körper einen Tiefenfilter und einen Oberflächenfilter umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei jedes Filterelement mit Oxidationskatalysator feindispers beschichtet ist.

9. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Körper aus einem elektrischen Halbleiter besteht, der zur elektrischen Beheizung des Oxidationskatalysators dient.

10. Verfahren zur Herstellung eines Rußfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beschichtung der Grenzfläche eines porösen Körpers mittels einer Katalysator-Kolloid-Lösung.

11. Verwendung eines Rußfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur kontinuierlichen Oxidation von Dieselrußpartikeln in einer Abgasleitung eines Fahrzeugs mit Dieselmotorantrieb.

12. Verwendung eines Rußfilters nach Anspruch 11, wobei während der Oxidation Sauerstoff insbesondere in Form von Ozon zusätzlich zum im Abgas enthaltenen Sauerstoff in den Rußfilter eingeleitet wird.

13. Verwendung eines Rußfilters nach Anspruch 11 oder 12 zur katalytischen Oxidation von Rußpartikeln mittels Restsauerstoff, der im Abgas enthalten ist.