DE69906741T2

DE69906741T2 - Dieselabgasfilter

Info

Publication number: DE69906741T2
Application number: DE69906741T
Authority: DE
Inventors: Weiland Hoj; Per Stobbe
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: WO2000001463A1; EP1094879A1; ATE236700T1; JP2002519186A; DE69906741D1; EP1094879B1; AU4897299A; JP4427658B2; US7179430B1; BR9912563A; KR20010081994A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Filter zur Verbrennungs- oder Abgasfiltration.
Ein Dieselmotor emittiert große Mengen an Kohlenstoffpartikeln, von denen bekannt ist, daß sie gesundheitsschädlich für Menschen sind. Die Filtration derartiger Partikel erfolgt häufig durch einteilige ("monolithische") Substrate, sogenannte "Wall Flow Filter" (WFF). Verschiedenartige WFF- Filter werden in einem Keramikmaterial des Typs Cordierit von der Firma Corning Glass Works Inc. hergestellt. Ein WFF- Filter, der aus einem Material, SiC, hergestellt ist, das zur Verwendung in einem derartigen Filter besonders geeignet ist, ist in der internationalen Patentanmeldung Nr. WO-A-89/09648 beschrieben.
Außerdem werden Rußfilter von Johnson Matthey Ltd. als relativ dickwandige Rohrstruktur aus gepreßtem Metalldraht oder aus von Alusuisse AG hergestelltem Keramikdraht-Maschenmaterial oder aus Schaumkeramikstrukturen hergestellt. Durch die meisten der bekannten Verfahren werden relativ niedrige Rußfiltrationswirkungsgrade erhalten und werden wesentliche Rußmengen ausgeblasen oder abgesprengt, wodurch der Filtrationswirkungsgrad weiter abnimmt.
Akkumuliertes partikelförmiges Material von einem Dieselmotor wird mit Sauerstoff reagieren, wenn es Temperaturen von mehr als 550ºC in Luft ausgesetzt ist, die 21% Sauerstoff enthält. Bei abnehmenden Sauerstoffkonzentrationen sind höhere Temperaturen erforderlich.
Aufgrund des hohen Wirkungsgrades von Dieselmotoren überschreiten Abgastemperaturen in Hochleistungsmotoren selten 400ºC, so daß sich innerhalb einer relativ kurzen Zeit, häufig innerhalb nur weniger Stunden, Partikel im Abgasfilter ansammeln und den Filter blockieren.
Die Regenerierung von Abgasfiltern wird häufig durch einige weniger komplizierte Techniken erreicht, in denen typischerweise Wärme von außen zugeführt wird und die gesamte Filterstruktur, einschließlich des partikelförmigen Materials, durch externe Energie von einem Ölbrenner oder einer elektrischen Heizeinrichtung erwärmt wird.
Alle bekannten Regenerierungssysteme sind ziemlich kompliziert, teuer und so komplex, daß sie für technische Störungen anfällig sind. Daher ist es hochgradig wünschenswert, Filter bereitzustellen, die bei möglichst niedrigen Temperaturen regenerierbar sind, um zu vermeiden, daß komplizierte Steuerungssysteme zum Überwachen des Regenerierungsvorgangs erforderlich sind, und um den hohen Energieverlust zu reduzieren, der auftritt, wenn ein Filterkörper auf eine Temperatur von z. B. über 500ºC erwärmt wird.
Es ist bekannt, daß Edelmetalle, wie beispielsweise Platin und Palladium, organische Gase und organische Stoffe bei relativ niedrigen Temperaturen oxidieren; Kohlenmonoxid kann bei niedrigen Temperaturen von nur 200ºC oxidiert werden, wenn das Kohlenmonoxid mit einer großen Oberfläche des Edelmetalls wechselwirkt.
Regenerierungstemperaturen für Dieselrußfilter von nicht weniger als 400ºC sind für Wall Flow Filter des Typs EX-47 oder EX-66 von Corning unter Verwendung einer Platin- oder einer Vanadiumpentoxidbeschichtung erreicht worden. Diese bekannten aktiven Beschichtungen werden auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht und dringen nicht tief in seine poröse Struktur ein.
Degussa AG hat mehrere Beschichtungen getestet und Feldversuche durchgeführt, die zeigen, daß die Regenerierungstemperatur durch eine Vanadiumpentoxidbeschichtung erheblich reduziert werden kann. Tatsächlich sind Regenerierungstemperaturen in der Größenordnung von 350ºC erreicht worden, wenn eine oberflächenvergrößernde Beschichtung und eine katalytisch aktive Substanz auf einem großflächigen Filterkörper aus Metalldrahtmaschenmaterial aufgebracht wurde. Dies wird von M. F. Buchmann und B. E. Enga von Johnson Matthey, Inc. in einem Artikel in SAE (Society of Automotive Engineering) mit der Nummer 840080 mit dem Titel "Regeneration Behavior of Light-Duty Catalytic Trap Oxidizer Systems" beschrieben.
Es ist versucht worden, eine oberflächenvergrößernde Beschichtung auf die Filterwand aufzubringen, um den Bereich bzw. die Fläche zu vergrößern, in der das Gas oder Ruß mit der katalytisch aktiven Beschichtung wechselwirken kann. Diese Beschichtung kann eine sogenannte Wash-Coat-Beschichtung oder Zwischen- bzw. Trägerschicht sein, die durch "Spülen" einer Lösung oder eines Schlamms, die/der die katalytisch aktive Substanz enthält, durch den Filterkörper aufgebracht wird, um zu erreichen, daß ein Teil der Substanz sich an der Filterwand absetzt. Die relativ großen benötigten Mengen der Wash-Coat-Beschichtung sind jedoch ein Problem gewesen, da der Filter dadurch tendenziell verstopft wird.
Wenn eine oberflächenvergrößernde Beschichtung in Verbindung mit einer katalytisch aktiven Beschichtung verwendet wird, wird die Dicke der Beschichtung im allgemeinen so groß sein, daß ein poröses Material mit einer Porengröße von 15- 25 um nach dem Aufbringen dieser beiden Beschichtungen eine wesentlich kleinere Porengröße aufweisen würde. Daher ist es nicht empfehlenswert, diese Technik für Filter mit einer Anfangsporengröße von weniger als z. B. 25 um anzuwenden.
Daher konnte ein Verfahren zum Aufbringen einer oberflächenvergrößernden Beschichtung auf Substraten mit einer Porengröße in diesem Bereich nur für katalytische Träger verwendet werden, bei denen die Porosität des Substrats nicht für die Filtration genutzt wird.
Die katalytische Umwandlung schädlicher Abgase ist stark abhängig von der Kontaktzeit. Für eine vorgegebene Gasdurchflußrate wird die Kontaktzeit zunehmen, wenn die Kontaktfläche oder der Kontaktbereich zunimmt, wodurch eine höhere Umwandlungsrate erhalten wird. Daher ist die katalytische Aktivität eines aufgebrachten Katalysatormaterials bezüglich partikelförmigem Material außerdem stark abhängig von der Kontaktfläche. Für eine vorgegebene Rußbelastung wird durch eine größere Kontaktfläche die Gesamtschichtdicke des abgelagerten Rußes reduziert, wodurch die für eine vollständige Regenerierung - Ausblasen des Rußes - erforderliche Zeitdauer abnimmt. Außerdem wird durch eine reduzierte Rußschichtdicke die Regenerierungsrate bei niedrigen Temperaturen zunehmen, weil der Ruß verbrennt, wenn er mit dem Katalysatormaterial auf und in der Filterwand in Kontakt kommt.
In der EP-A-0736503, auf der der Präambelabschnitt von Patentanspruch 1 basiert, wird ein Abgasreinigungsfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Der dargestellte Filter ist ein normaler Filter mit Wabenstruktur mit mehreren geschlossen Kanälen. Die poröse Matrix des Filters wird durch Sintern von Keramikpulver, d. h. von Keramikpartikeln, hergestellt, die dadurch miteinander verbunden werden. In diesem Dokument wird außerdem ein katalytisch aktives Material, das auf die Oberflächen in der porösen Matrix aufgebracht ist, und eine zusätzliche Beschichtung beschrieben, die als Membrane mit einer Porengröße von etwa 10 um dient. Aufgrund der porösen Struktur des beschriebenen Filters können Rußpartikel nicht in das Innere der Wandstruktur eindringen, so daß durch den beschriebenen Filter eine relativ kleine Kontaktfläche bereitgestellt und infolgedessen eine relativ geringe katalytische Aktivität erhalten wird.
In der US-A-4846906 wird ein poröses keramisches Filterelement mit einer Membran beschrieben, die so angeordnet ist, daß sie mit dem Körperabschnitt des Elements an einer Auslaßfläche davon integral ausgebildet ist. Der Filter weist keine katalytisch aktive Schicht auf und hat im Vergleich zur Wanddicke eines normalen Filters mit Wabenstruktur eine große Wanddicke.
Bisher war die unvollständige Regenerierung von Filterkörpern ein Problem für Wall Flow Filter. Aufgrund dieser unvollständigen Regenerierung verbleibt Ruß im Filter, so daß die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Regenerierungsvorgängen abnimmt.
Wie vorstehend beschrieben, erfolgt gemäß einem bevorzugten Verfahren zum Regenerieren eines in einem Fahrzeug installierten Filters die Regenerierung bei relativ niedrigen Temperaturen, so daß das Erfordernis für teure und komplizierte externe Geräte zum Erwärmen des Filters und Steuern des Prozesses eliminiert wird. Dies ist auch hinsichtlich der Sicherheit der Fahrzeuge vorteilhaft. Es nachteilig, wenn sich ein heißes Keramik- oder Metallteil in den Überresten z. B. eines verunglückten Fahrzeugs an einer Stelle befindet, an der Kraftstoff aus einem Tank auslaufen kann, Außerdem ist es nachteilig, wenn sich ein sehr heißes Filtergehäuse unter einem z. B. auf sehr langem Gras fahrenden oder parkenden Fahrzeug befindet, weil dieses Gras durch das Filtergehäuse entzündet werden kann. Daher gilt: je niedriger die Temperatur des Filterkörpers ist, desto sicherer ist das Fahrzeug insgesamt.
Untersuchungen haben gezeigt, daß durch Vergrößern des Oberflächenkontaktbereichs zwischen der aktiven Beschichtung und dem Ruß wesentlich niedrigere Regenerierungstemperaturen erreichbar sind.
Mizrah, T., Gabathuler, J.-P., Gauckler, L., Baiker, A., Padeste, L. & Meyer, H. P. ("SELEE: Ceramic Foam for Pollution Reduction", ENVICERAM '88 Proceedings, 7. - 9. Dezember 1988) verglichen die Rußentzündungstemperatur für Keramikschaumfilter und Wall Flow Filter. Der Keramikschaumfilter ist ein Tiefenfilter mit einem ziemlich geringen Aufnahmewirkungsgrad (58 bis 67%) im Vergleich zu etwa 90% für den WFF-Filter.
Durch die im Vergleich zum beschichteten WFF-Filter größere Oberfläche des beschichteten Keramikschaumfilters wird die Rußzündungstemperatur um weitere 25ºC und bezüglich des unbeschichteten WFF-Filters um 200ºC reduziert. Die getesteten katalytischen Beschichtungen waren Degussa D313 und D345 auf einem WFF-Filter von Corning. Es wurde keine oberflächenvergrößernde Beschichtung aufgebracht.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, daß in einem Filter des in der WO-A-89/09648 beschriebenen Typs ein Teil des gefilterten Rußes tatsächlich über eine kleine Strecke in die Filterwand des Filterkörpers aufgenommen wird. In einem derartigen Filterkörper mit einer mittleren Porengröße von 30-200 um kann sich Ruß in einer Tiefe von -200 um (auf der Oberseite des Filters) bis +1000 um (im Inneren der Filterwand) ablagern.
Dieses Ergebnis hat dazu beigetragen, die vorliegende Erfindung zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird den Rußpartikeln ermöglicht, sich in das Innere des Filters zu bewegen, z. B. in das Innere der Filterwand des WFF-Filters, wo sie durch Kontakt mit einem geeigneten Katalysatormaterial, das im Inneren des Filters aufgebracht worden ist, durch Zersetzung entfernt werden. Das den Ruß tatsächlich haltende Volumen wird dadurch erheblich reduziert, weil auch mindestens Teile der Innenfläche des Filters den Ruß halten. Daher wird erfindungsgemäß die katalytisch aktive Substanz nicht nur auf der Außenfläche der Filterwand aufgebracht, sondern auch auf der Innenfläche der Filterkörperwand, so daß die aktive Oberfläche, auf der die katalytisch aktive Substanz und der eingefangene Ruß wechselwirken, vergrößert wird, wodurch eine verminderte Regenerierungstemperatur des Rußes auf dem Filterkörper erreicht wird, wenn die katalytisch aktive Beschichtung eine Oxidationsbeschichtung ist.
Die Innenfläche des Filterkörpers ist durch die Wände der Wege definiert, die das Gas nutzt, um durch den Filterkörper zu strömen. Im in der WO-A-89/09648 beschriebenen Filterkörper wird diese Innenfläche durch die Oberflächen der den Filterkörper bildenden Partikel gebildet.
Die Innenfläche des Filterkörpers kann durch Aufbringen einer oberflächenvergrößernden Beschichtung, z. B. einer sogenannten Wash-Coat-Beschichtung, auf die Oberfläche, einschließlich der Innenfläche des Filterkörpers, bevor die katalytisch aktive Substanz aufgebracht wird, weiter vergrößert werden. Auf diese Weise wird die Gesamtfläche des Filterkörpers, auf der der Ruß mit der katalytisch aktiven Substanz reagiert, wesentlich vergrößert, wodurch die Regenerierungstemperatur des Filterkörpers erheblich reduziert wird.
Wenn eine katalytisch aktive Beschichtung auf der vergrößerten Innenfläche des Filterkörpers aufgebracht wird, kann die Regenerierungstemperatur des Filterkörpers in geeigneten Ausführungsformen der Erfindung auf 350ºC oder sogar 330ºC oder weniger vermindert werden.
Erfindungsgemäß kann eine weitere Vergrößerung der Oberfläche des Filterkörpers erhalten werden, indem ein Filterkörper mit einer relativ größeren mittleren Porengröße von z. B. 30-200 um bereitgestellt wird, die es den Rußpartikeln ermöglicht, tiefer in die Wandstruktur einzudringen und dadurch mit der aktiven Beschichtung auf einer noch größeren Oberfläche zu wechselwirken.
Durch die Erfindung wird im Vergleich zu bekannten Wall Flow Filtern, von denen bekannt ist, daß sich ein Rußpartikelküchen lediglich auf der Oberfläche bildet, während sehr wenig Ruß in die Struktur eindringt, so daß Regenerierungstemperaturen von mindestens 400ºC erforderlich sind, eine wesentliche Verbesserung bereitgestellt.
Außerdem ist es denkbar, daß die Rußentzündungstemperatur mit bekannten, auf Cu oder Fe basierenden Zusatzstoffen, die dem Dieselkraftstoff als organo-metallisches Fluid beigemischt werden und im Dieselkraftstoff lösbar sind, erheblich vermindert werden kann.
Um zu verhindern, daß Rußpartikel die Filterwand durchdringen, d. h. ausgeblasen werden, ist an der Filterwandauslaßseite eine Membran angeordnet. Diese Membran hat eine wesentlich geringere Porengröße als die Filterkörperwand, wodurch ein sehr hoher Filtrationswirkungsgrad gewährleistet wird, auch wenn der Filter sauber und kein Filterkuchen ausgebildet ist. (Bekannte Wall Flow Filter sind stark abhängig vom Filterkuchen, um den Einfang- oder Filterwirkungsgrad von 70-80% bei einem sauberen Filter auf 85-90% bei einem Filter zu erhöhen, bei dem die Filterwand teilweise von einem Filterkuchen bedeckt ist.)
Im erfindungsgemäßen Filter kann aufgrund der Bereitstellung einer Membran auf der Filterwandauslaßseite die Porengröße des porösen gesinterten Filterkörpers so groß gewählt werden, daß ein Teil des Rußes nicht durch den Filterkörper gefiltert, sondern tatsächlich durch den Filterkörper geblasen wird, wenn die Membran, die eine kleinere Porengröße aufweist, nicht auf der Außenfläche des Filterkörpers angeordnet wäre.
Herkömmlich ist eine Membran mit einer Porengröße, die kleiner ist als diejenige des Filterkörpers, auf dem Filterkörper herkömmlicher Filter aufgebracht worden, um den Filterwirkungsgrad des Filterkörpers zu erhöhen. Typischerweise ist diese Membran erforderlich, wenn sehr kleine Partikel gefiltert werden, z. B. Staubpartikel. In bekannten Filterkörpern, die Membrane aufweisen, sind die Membrane an der Gaseinlaßseite der Filterwände des Filterkörpers angeordnet. Die Membran verhindert das Eindringen von Staub in den Filterkörper, weil Staubpartikel nicht leicht von der Innenseite eines Filterkörpers entfernt werden können. Diese Anordnung unterscheidet sich grundsätzlich von der erfindungsgemäßen Anordnung, in der die Membran nicht dazu verwendet wird, zu verhindern, daß Rußpartikel in den Filterkörper eindringen, sondern stattdessen dazu verwendet wird, zu verhindern, daß Rußpartikel (die in den Filterkörper eindringen können) aus dem Filterkörper austreten.
Daher ist erfindungsgemäß eine Membran vorzugsweise an der Gasauslaßseite der Filterwand des Filterkörpers angeordnet, weil ein Eindringen des Rußes in den Filterkörper hochgradig erwünscht ist; dadurch wird die aktive Oberfläche des Filters vergrößert. Tatsächlich steht, wenn eine geeignete große Porengröße und eine Membran in Kombination verwendet werden, als Fläche, in der der Ruß und die katalytisch aktive Substanz miteinander in Kontakt kommen, zusätzlich zur Außenfläche der Gaseinlaßseite der Filterwand des Filterkörpers im wesentlichen auch die gesamte Innenfläche des Filterkörpers zur Verfügung. Im erfindungsgemäßen Filterkörper dient die Membran lediglich dazu, eine große aktive Kontaktfläche bereitzustellen und gleichzeitig einen geeigneten hohen Filterwirkungsgrad des Filterkörpers zu gewährleisten.
Nachstehend wird die Membran ausführlicher beschrieben. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung kann die "Membran" durch einen Gradienten der Porengröße des Filterkörpers entlang der Dicke der Filterwand bereitgestellt werden, beginnend mit relativ großen Partikeln, durch die relativ große Poren von z. B. 35-500 um erhalten werden, und endend mit Poren, die ausreichend klein sind, um zu gewährleisten, daß der Ruß nicht an der Auslaßseite des Filters austreten kann, z. B. beträgt die Porengröße in einer Zwischenschicht 5-10 um und nimmt dann in einer äußersten Schicht an der Auslaßseite ab auf 0,5-5 um, z. B. 1-2 um. Außerdem kann ein direkter Übergang von einer Partikelgröße, durch die große Poren erhalten werden, auf eine Partikelgröße bereitgestellt werden, durch die ausreichend kleine Poren erhalten werden, um eine Membran zum Blockieren von Rußpartikeln zu erhalten.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien können durch Pulvertechnologie (z. B. durch die in der WO-A-89/09648 beschriebene SiC-Pulvertechnologie; diese Pulvertechnologie wird nachstehend ausführlicher beschrieben) hergestellte Wall Flow Filter als kombinierte Oberflächen- und Tiefenfilter wirken, d. h. einem Teil der Partikel wird ermöglicht, in die Filterwand einzudringen, und eine Membran ist an der Auslaßseite der Filterwand angeordnet, so daß ein konstanter hoher Filterwirkungsgrad in Kombination mit einer großen Kontaktfläche zwischen dem Ruß und der katalytisch aktiven Beschichtung im Inneren der porösen Innenwandstruktur des Filters erhalten wird.
Außer daß die Temperatur zum Zersetzen der Rußpartikel vermindert wird, ist die vorliegende Erfindung vermutlich auch in Verbindung mit der Entfernung sehr kleiner Rußpartikel sehr wichtig und vorteilhaft, die durch moderne Hochleistungs-Dieselmotoren erzeugt werden. Diese modernen Dieselmotoren erzeugen Rußpartikel, die wesentlich kleiner sind als die durch die vorangehenden Generationen von Dieselmotoren erzeugten Rußpartikel (diese vorangehenden Generationen werden jedoch gegenwärtig und auch noch für viele weitere Jahre auf der ganzen Welt verwendet). Während vorangehende Generationen von Dieselmotoren typischerweise Partikel mit einer Größe zwischen 10 um und 1 um erzeugten, erzeugen moderne Dieselmotoren typischerweise Partikel mit Größen im Bereich von 50 nm bis 1 um, insbesondere im Bereich von 50 nm bis 500 nm, und ein wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft die Entfernung von Rußpartikeln in diesem Größenbereich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips.
Obwohl das erfindungsgemäße Filterprinzip insbesondere in Verbindung mit der Entfernung von Partikeln von Verbrennungs- oder Abgasen beschrieben wird, können die erfindungsgemäßen Prinzipien auch in Verbindung mit der Entfernung ultrafeiner Partikel von anderen Fluids, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, von Gasen verwendet werden.
Nachstehend werden in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignete Filtertypen ausführlicher beschrieben.
Keramikfilter sind häufig bevorzugt, wenn die Prozeßumgebung heiße Gase mit einem relativ niedrigen Sauerstoffanteil enthält und die Möglichkeit besteht, daß ein relativ hoher Schwefelanteil vorhanden ist.
Siliziumkarbid hat mehrere Vorteile gegenüber anderen in Filtern verwendeten Materialien, z. B. Oxidkeramikmaterialien, Metallen, organischen Fasern und anderen Keramikmaterialien. SiC ist in einer Oxidationsatmosphäre bis zu Temperaturen von etwa 1500ºC langzeitstabil. Reines, festes SiC hat auch bei hohen Temperaturen eine hohe mechanische Festigkeit. Beispielsweise ist die Festigkeit von festem SiC bei 1000ºC siebenmal so groß wie die Festigkeit von festem Aluminiumoxid.
Als Basismaterial des durch Pulvertechnologie hergestellten Filterkörpers mit Wabenstruktur werden vorzugsweise Keramikpartikel verwendet, die normalerweise eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 1-250 um besitzen, z. B. im Bereich von 10-150 um, vorzugsweise im Bereich von 30-100 um, wodurch Filter mit Porengrößen im Bereich von 10-200 um, vorzugsweise 20-100 um, z. B. 40-80 um, erhalten werden.
Wenn SiC verwendet werden soll, sind gegenwärtig 12 kommerzielle Größenklassen von SiC die bevorzugten Ausgangsprodukte zum Herstellen des porösen Siliziumkarbidelements, z. B. 40, 60, 80, 120, 150, 180, 220, 280, 320, 360, 400, 600 Mesh (Gemäß den FEPA-Standards (FEPA: Federation of the European Producers of Abrasives)).
In Herstellungsverfahren werden normalerweise kontinuierliche Schneckenextrudierverfahren verwendet, es können jedoch auch andere bekannte Keramikformungsprozesse verwendet werden, z. B. Bandgießen, isostatisches Gießen, Schlickergießen und andere Gießverfahren.
Das gegenwärtig bevorzugte Herstellungsverfahren für Filterkörper besteht im Extrudieren und Sintern einer Paste, die Partikel aus keramischem und/oder metallischem Material, ein permanentes oder stabiles Bindemittel, ein oder mehrere feuchte Bindemittel und eine Flüssigkeit enthält.
Wenn metallische Partikel gesintert werden, schmilzt die Außenfläche der Partikel leicht, so daß nach dem Kühlen des gesinterten Körpers der gesinterte Körper sich durch das geschmolzene Metall verfestigt, das sich auch in Menisken in den Grenzen zwischen den Partikeln verfestigt. Wenn dieses poröse gesinterte Material als Filterkörper verwendet wird, können die Löcher zwischen den miteinander verbundenen Partikeln die tatsächlichen Poren des Filterkörpers bilden.
Daher wird, weil die Partikel direkt die Porosität des gesinterten Filterkörpers definieren, die Porengröße des gesinterten Materials durch die Auswahl der Partikelgröße definiert.
Außerdem werden, wenn Partikel mit einer schmalen Größenverteilung verwendet werden, die Poren des gesinterten Materials eine schmale Verteilung haben, weil durch Partikel mit gleicher Form/Größe gleiche Poren definiert werden.
Die vorstehend erwähnte "automatische" Verbindung der Partikel wird jedoch nicht beobachtet, wenn z. B. SiC gesintert wird, weil SiC bei hohen Temperaturen nicht schmilzt. Stattdessen zerbröckelt SiC bei einer Temperatur von etwea 2500ºC. Daher wird, wenn versucht wird, SiC auf die gleiche Weise wie Metalle oder flüssiggesinterte Keramikmaterialien, z. B. Cordierit, zu sintern, eine Masse von SiC-Pulver, vollständig dichtes SiC-Material oder ein Gemisch davon erhalten.
Wenn daher SiC im Filterkörper verwendet wird, wird in der Paste vorzugsweise ein permanentes oder stabiles Bindemittel verwendet, wobei die Paste so geformt und gesintert wird, daß der poröse Filterkörper hergestellt wird. Während des Sinterns wird dieses permanente Bindemittel sich mit den SiC-Partikeln verbinden und daher den Filterkörper in der gewünschten Form und auf eine Weise verfestigen, gemäß der die SiC-Partikel, wie vorstehend beschrieben, die Poren des Materials direkt definieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterkörpers besteht das permanente Bindemittel aus kleinen SiC-Partikeln, z. B. aus mikrofeinem oder ultrafeinem SiC, z. B. mikrokristallinem 512, mit einer Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis 10 um. Dieses mikrofeine SiC wird aufgrund des Verdampfungsdrucks von Partikeln mit einem kleinen Krümmungsradius, der größer ist als derjenige von Partikeln mit einem größeren Krümmungsradius, bei einer Temperatur, bei der größere Partikel stabiler sind, verdampfen oder sich zersetzen und sich an anderen Stellen an den Grenzen der großen SiC-Partikel im Filterkörper verfestigen. Daher besteht der gesinterte Filterkörper aus durch SIC verbundenen SiC- Partikeln, die die Porosität des Filterkörpers definieren.
Dieser vollständig aus SiC bestehende Filterkörper ist hochgradig bevorzugt, weil SiC in Abgasfiltern ausgezeichnete Eigenschaften hat und keine anderen Materialien im Filterkörper vorhanden sind, die weniger optimale Eigenschaften besitzen und durch die die Gesamteigenschaften des Filterkörpers verschlechtert werden.
Extrudieren eines mikrofeinen oder submikroskopischen oder mikrokristallinen, auf Pulver basierenden Materials zu einem wabenförmigen monolithischen Material oder zu Rohren unter Verwendung eines porenbildenden Mittels, um die Porosität des Filterkörpers zu erhalten, ist ein alternatives Verfahren zum Herstellen von Strukturen mit einer kontrollierten Porengröße. Das porenbildende Mittel wird vorzugsweise in Form organischer Partikel mit einer kontrollierten Größe im Bereich von 5~1000 um, vorzugsweise im Bereich von 10-100 um vorliegen. Das porenbildende Mittel kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, z. B. aus verbrennbaren oder organischen Materialien, z. B. Sägemehl, granuliertem Polyurethanpulver, einem Polymer oder einem Kohlenstoffpulver. Wenn der geformte Grün- oder Preßkörper nach dem Trocknen bei einer hohen Temperatur in einer Oxidationsatmosphäre oxidiert wird, wird das porenbildende Mittel verdampfen, wodurch Poren mit einer kontrollierten Größe übrig bleiben.
Weil Filterkörper mit einer gut definierten Porengröße hergestellt werden können, kann die Porengröße in Abhängigkeit vom Filterwirkungsgrad des Filterkörpers ausgewählt werden. Daher kann der Filterkörper auf Pulverbasis in Abhängigkeit von den Anforderungen hinsichtlich des maximalen Systemgewichts mit relativ dünnen Wänden hergestellt werden. Insbesondere aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit des nahezu vollständig aus 512 bestehenden, bevorzugten Filterkörpers können dünne Filterwände erhalten werden. Die Wanddicke kann 0,5-10 mm, vorzugsweise 0,8-2 mm, betragen. Der Zellenabstand kann 1-25 mm, vorzugsweise 2-10 mm, betragen.
Außerdem kann ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Schaumgußkörpern zum Herstellen einer offenzelligen Struktur verwendet werden, wobei ein Schlamm, der ein relativ feinkörniges oder submikroskopisches Pulver enthält, in eine vorgeformte Polyurethanschaumstruktur gesaugt wird. Nach dem Trocknen werden die Poren durch das organische Material ausgebildet, das während eines Hochtemperatur-Brennvorgangs entfernt wird, so daß eine Keramikstruktur, ein sogenannter Schaumfilter, mit verschiedenartigen miteinander verbundenen offenen Zellen erhalten wird. Der Schlamm wird außer einigen organischen Bindemitteln typischerweise Pulver mit Größen von 0,1-50 um, vorzugsweise 1-20 um aufweisen. Die Wandstrukturen der Schaumfilter weisen typischerweise 40-160 Zellen pro Zoll auf.
SiC (Siliziumkarbid) existiert als Alpha- und Beta- Kristallphase. In Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren kann Beta-SiC Siliziummetallreste aufweisen, das mit einer katalytischen Edelmetallbeschichtung reagieren und diese aktive Beschichtung verunreinigen kann. Wenn jedoch Nicht-Edelmetall- Beschichtungen verwendet werden, kann SiC-haltiges Siliziummetall der Beta-Kristallphase verwendet werden.
Ein bei Temperaturen von über 2000ºC gebrannter SiC- Körper wird im wesentlichen aus reinem Alpha-SiC bestehen. Daher ist der Alpha-Typ als Ausgangsmaterial bevorzugt. Der Beta-Typ ist in Korngrößen von über 10 um nicht erhältlich, aber Alpha-SiC ist in Korngrößen im Bereich von Bruchteilen von um bis zu mehrere mm erhältlich.
Wenn in einem Filterkörper ein Keramikmaterial mit geringer Festigkeit verwendet wird, z. B. wenn mit Ton gebundenes SiC-Pulver verwendet wird, muß die Wanddicke gegebenenfalls eingestellt werden, weil das gesinterte Material im Vergleich zum gegenwärtig bevorzugten Filterkörper, der SiC enthält, eine geringere Festigkeit hat. Es können auch andere Keramikpulver, z. B. Si&sub3;N&sub4;, SiONC, Aluminiumoxid, Cordierit, Mullit, Spodumen und Elemente der Nasicon-Strukturfamilie als Basiskörperstruktur verwendet werden. Das Sinterverfahren ist für Oxidkeramikmaterialien einfacher als für reines SiC. Cordierit und Nasicon sind für ihre niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bekannt, so daß sie für Filter geeignet sind, bei denen große Abgastemperaturänderungen auftreten.
Bei der Filterherstellung durch Pulvertechnologie können Kombinationen verschiedener Korngrößen sowohl von permanentem Bindemittel als auch von groben Substratkörnern leicht erhalten werden, wodurch eine breite Vielfalt von Strukturen mit präzise kontrollierten und gewünschten Porositäten und Porengrößen bereitgestellt werden kann.
Außerdem könnten sich Metallpulver- oder Metallfaserkörper, die auf Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Aluminium oder Mangan als Hauptbestandteil in einer Legierung basieren, für spezifische Anwendungen als nützlich erweisen.
Eine oberflächenvergrößernde Beschichtung kann aus mit der Innenfläche des Filterkörpers verbundenen kleinen Partikeln bestehen. Wenn die die oberflächenvergrößernde Beschichtung bildenden Partikel im Vergleich zu den Strukturen der Innenfläche klein sind, wird z. B. die Innenfläche aufgrund der oberflächenvergrößernden Beschichtung grober strukturiert und dadurch größer sein, weil die kleinen Partikel eine große Anzahl von "Erhebungen" auf den zuvor eher glatten oder flachen Oberflächen definieren.
Die Partikel für die oberflächenvergrößernde Beschichtung können in einer bevorzugten Ausführungsform in die poröse Struktur des Filterkörpers eingefügt werden, indem ein diese kleinen Partikel enthaltender Schlamm hergestellt und der Schlamm in die poröse Struktur eingebracht wird.
Ein als "Sol" bezeichneter Schlamm mit kleinen Kolloidpartikeln wird vorzugsweise nach dem Brennen des Filterkörpers und nach dem Entfernen von Restkohlenstoff vom feuchten Bindemittel zugeführt.
Wenn der Filterkörper anschließend getrocknet und gesintert wird, wird die Flüssigkeit im Schlamm entfernt, und die kleinen Partikel werden an der Innenfläche der porösen Struktur befestigt.
In einer Ausführungsform sind die kleinen Partikel solche Partikel, die in der Lage sind, zusammenzubacken und die durch den Sintervorgang von selbst an der Innenfläche des Filterkörpers anhaften. Daher ist in diesem Fall kein permanentes Bindemittel erforderlich.
Eine Wash-Coat-Beschichtung kann zwischen der aktiven Beschichtung und der Basismaterialstruktur erforderlich sein. Die Wash-Coat-Beschichtung kann unter Verwendung bekannter herkömmlicher Techniken zum Aufbringen von - Wash-Coat- Beschichtungen hergestellt werden und kann als bevorzugtes Beispiel Aluminiumoxid und/oder Aluminiumoxidhydrate und/oder das Mullitisieren von Alumiuniumoxid-Silika-Gel aufweisen, das bekanntermaßen dazu geeignet ist, die spezifische Oberfläche im Vergleich zur spezifischen Oberfläche des Basis- Ausgangsmaterials, erheblich zu vergrößern, häufig auf das 10- bis 1000-fache, mit anderen Worten, es kann eine spezifische Oberfläche von 0,1-100 m²/g Basismaterial erhalten werden. Weil Aluminiumoxid sich bei Temperaturen von über 1000ºC in eine Alpha-Kristallstruktur mit kleiner Oberfläche umwandelt, wird die erfindungsgemäße Aluminiumoxidschicht während der Regenerierungsphase des Filterkörpers sehr stabil bleiben, weil auch ohne Verwendung hochtemperaturstabilisierender Zusatzstoffe keine niedrigschmelzenden Phasen erkennbar sind.
Außerdem kann, wenn das Haftvermögen zwischen der oberflächenvergrößernden Beschichtung und dem Innenflächenmaterial des Filterkörpers größer ist als das Haftvermögen zwischen der katalytisch aktiven Beschichtung und dem Innenflächenmaterial des Filterkörpers, das Haftvermögen der katalytisch aktiven Beschichtung im Filterkörper durch Bereitstellen der oberflächenvergrößernden Beschichtung erhöht werden. Außerdem kann durch die oberflächenvergrößernde Beschichtung ein besseres Haftvermögen des Membranmaterials bereitgestellt werden, weil dieses Material nunmehr eine große Anzahl von Kontaktpunkten im Material aufweist.
Das ausgezeichnete Haftvermögen der bevorzugten Aluminiumoxidbeschichtung bezüglich des auf SiC basierenden Substrats kann aufgrund der Ausbildung einer Mullit-Übergangsschicht zwischen der Beschichtung und dem natürlichen Silikafilm auf dem auf SiC basierenden Substrat erhalten werden.
Es kann bevorzugt sein, das Aluminiumoxid auf eine bekannte Weise für hohe Temperaturen noch stabiler zu machen, indem Oxide von Chrom, Wolfram, Kalzium, Strontium, Barium, Silizium und Zirkon beigemischt werden, wobei die Mischung geeigneterweise 80-100% Aluminiumoxid und 0-20% der vorstehend erwähnten Zusatzstoffe enthält.
Um zu erreichen, daß die Wash-Coat-Beschichtung sich besser mit der SiC-Struktur verbindet, wird der Filterkörper vorzugsweise für 1-2 Stunden in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Kalzinierungstemperatur erwärmt, z. B. bei etwa 650ºC, um überschüssigen freien Kohlenstoff zu entfernen, der aufgrund der Pyrolyse des feuchten Bindemittels zurückbleibt, und dadurch die Menge des schützenden SiO&sub2; zu entfernen, das eine Schicht auf den SiC-Körnern bildet.
Der zum Aufbringen einer oberflächenvergrößernden Beschichtung typischerweise verwendete Schlamm weist Aluminiumoxid und Zusatzstoffe in Wasser oder in einem Salzbad oder in einer Säure auf, das/die ein Dispergiermittel enthält. Die Viskosität des Schlamms kann gemäß dem gewünschten Eindringvermögen in die poröse Struktur des Filterkörpers eingestellt werden; dieses Eindringvermögen wird durch die mittlere Korngröße des Substrats wesentlich beeinflußt. Die aufgebrachte Beschichtung wird in Abhängigkeit von der Partikelgröße des Aluminiumoxids und der beigemischten Sintermittel vorzugsweise in einer Oxidationsatmosphäre im Temperaturbereich von 1100-1500ºC, vorzugsweise 1200-1300ºC, gesintert.
Die Dicke der wärmebehandelten Beschichtung beträgt typischerweise 0,1 bis 100 um, vorzugsweise zwischen 1 und 30 um, z. B. zwischen 2 und 10 um.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann es bevorzugt sein, einen porösen Filterkörper mit einer Porengröße herzustellen, die so groß ist, daß durch den Filterkörper alleine nicht der gewünschte Filterwirkungsgrad erhalten werden kann. In diesem Fall kann dem Filterkörper eine Membran mit einer Porengröße hinzugefügt werden, die kleiner ist als diejenige des Filterkörpers, um den Filterwirkungsgrad zu erhöhen (oder die Membran kann durch einen geeigneten Porengrößengradienten erhalten werden, wie vorstehend beschrieben wurde). Weil diese Membran ziemlich dünn hergestellt werden kann, wird der Gesamtdruckabfall über den Filterkörper nicht drastisch zunehmen, der Filterwirkungsgrad des Filterkörpers kann jedoch wesentlich erhöht werden.
Die Membranbeschichtung kann sehr dünn sein, z. B. eine Wanddicke von 0,02 bis 5 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,4 mm aufweisen. Die Basisstruktur wird normalerweise eine mittlere Porengröße im Bereich von 10-300 um, vorzugsweise 20-200 um aufweisen, und die Membran wird normalerweise eine bevorzugte mittlere Porengröße im Bereich von 1-50 um, vorzugsweise 2-15 um aufweisen. Es kann ein konstanter hoher Trennwirkungsgrad von 99% für Ruß erreicht werden. Dadurch wird gewährleistet, daß weniger als 0,05 g/kWh Restruß strömungsabwärts vom Filter im Abgasstrom vorhanden ist.
Eine derartige Membran kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Der Gesamtzweck der Membran besteht darin, die Porengröße des Filters in einem Teil des Filterkörpers zu verkleinern. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Membran dem Filterkörper vorzugsweise als dünne Schicht an der Gasaustrittsfläche des Filterkörpers hinzugefügt. Daher sollte diese Membran die Porengröße einer dünnen Schicht der porösen Struktur des Filterkörpers an dieser Fläche vermindern. Diese Wirkung kann entweder durch Befestigen einer separaten Schicht mit einer geeigneten Porengröße an dieser Fläche oder durch tatsächliches Reduzieren der Poren in diesem Teil des Filterkörpers erhalten werden.
Derartige Membrane können dem Filterkörper auf verschiedene Weisen hinzugefügt werden. Das gegenwärtig bevorzugte Verfahren zum Hinzufügen der Membran zum Filterkörper besteht darin, einen Schlamm herzustellen, der die Partikel oder Fasern zum Herstellen der Membran enthält, und diesen Schlamm durch den Filterkörper zu leiten. Wenn die Größe der Partikel oder Fasern in Abhängigkeit von der Porengröße des Filterkörpers korrekt ausgewählt wird (wozu Fachleute der Feinpulver/- faser-Technologie routinemäßig in der Lage sind), werden diese Partikel oder Fasern durch den Filterkörper herausgefiltert, wenn der Schlamm durch den Filterkörper strömt. Wenn die Partikel oder Fasern des Schlamms kleiner sind, z. B. 1 - 20 um kleiner, als die mittlere Porengröße des Filterkörpers, werden diese Partikel oder Fasern in den äußersten Schichten des Filterkörpers herausgefiltert, wodurch die Porengröße dieser dünnen Schicht des Filterkörpers vermindert wird.
Wenn der Schlamm in der bezüglich der Richtung des durch den endgefertigten Filterkörper strömenden Abgases entgegengesetzten Richtung durch den Filterkörper fließt, wird die Membran, was bevorzugt ist, auf der Abgasaustrittsfläche des Filterkörpers ausgebildet.
Membrane auf Pulverbasis sind bevorzugte mehrschichtige Beschichtungen, in denen die Korngröße von außen zur Basisstruktur hin größer wird.
Membrane auf Faserbasis können z. B. Faserdurchmesser zwischen 1 und 20 um aufweisen. Der Faserdurchmesser liegt vorzugsweise zwischen 2 und 4 um, und die Faserlänge kann zwischen 10 und 10000 um betragen, vorzugsweise zwischen 50 und 1000 um oder 100 und 500 um, oder sie kann für zahlreiche Zwecke zwischen 1 um und 100 um betragen, z. B. zwischen 5 oder 10 um und 50 um. Wenn die Membrane auf Faserbasis auf Filter aufgebracht werden sollen, z. B. auf Filter mit Wabenstruktur, die enge Kanäle aufweisen, ist es häufig geeignet, Fasern mit einer Länge zu verwenden, die höchstens 1/10 und bevorzugter höchstens 1/50 oder noch bevorzugter höchstens 1/100 der Breite der Kanäle der Wabenstruktur entspricht, durch die der die Membran erzeugende Schlamm fließt.
Daher können die Membrane aus Pulver oder Fasern oder aus einer Kombination davon hergestellt werden. In vielen Fällen wird die Membran gemäß bekannten Techniken zum Herstellen solcher feiner Membrane in zwei oder mehr Schichten aufgebaut, indem Schlämme mit zunehmender Feinheit verwendet werden.
Das Aufbringen einer Membranschicht ist in der Industrie nur bezüglich der Einlaßseite des Filters bekannt. Durch dieses bekannte Verfahren wird verhindert, daß Ruß in die Wandstruktur eindringt und der wichtige hochgradige Oberflächenkontakt mit der aktiven katalytischen Beschichtung erhalten wird, um die Oxidation zu fördern.
Eine katalytisch aktive Beschichtung kann direkt auf einer Wash-Coat-Oberfläche aufgebracht werden, um als ein oxidationstemperaturreduzierendes Element zu dienen. Solche Beschichtungen werden vorzugsweise aus einem Schlamm hergestellt, der das aktive Material als ultrafeines Pulver und den Träger als Wasser oder einen organischen Stoff, ein Salz, eine Säure oder eine nichtorganische Lösung enthält. Außerdem können zum Aufbringen der katalytisch aktiven Beschichtung auch in Flüssigkeit lösliche Substanzen verwendet werden.
Das katalytisch aktive Material kann z. B. aus Platin, Palladium, Rhodium, Vanadium, Titan, Zirkon, Kupfer und Nickel ausgewählt werden, oder es kann in einer kombinierten Form verwendet werden, oder es kann für jedes ausgewählte aktive Element oder für einige davon in chemischen Kombinationen/Verbindungen mit Sauerstoff, Stickstoff, usw. verwendet werden. Die aktive Substanz kann in einem Fluid löslich sein, und das Fluid kann durch das Substrat geleitet werden, bis eine einer gewünschten Schichtdicke entsprechende, vorgegebene Gewichtszunahme erreicht ist. Die Menge des katalytisch aktiven Materials beträgt normalerweise 0,1 bis 10 g/l des Filtersubstrats, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 g/l, z. B. 1-3 g/l.
Die katalytisch aktive Beschichtung wird im Fall der oberflächenvergrößernden Beschichtung außerdem geeignet dem Filterkörper hinzugefügt, indem der Schlamm bzw. die Lösung in den Filterkörper eingeleitet und anschließend die Flüssigkeit entfernt wird. Es können jedoch auch andere bekannte Verfahren, z. B. PVD-Verfahren, zum Aufbringen katalytisch aktiver Elemente auf die Oberflächen des Filters verwendet werden, z. B. auf die sehr wichtigen Innenflächen. Obwohl eine Wash-Coat-Beschichtung häufig bevorzugt ist, können interessante Kombinationen von Filtermaterial, z. B. SiC, und katalytisch aktiven Beschichtungen existieren, für die keine Wash- Coat-Beschichtung erforderlich ist, um die gewünschte effektive Verminderung der Rußpartikel, insbesondere durch Oxidation, zu erhalten.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Figuren und Beispiele beschrieben, durch die die Erfindung nicht eingeschränkt werden soll.
Fig. 1A zeigt die poröse Struktur eines Filterkörpers des Cordierittyps;
Fig. 1B zeigt eine kleine Anzahl offener und daher nutzbarer Poren auf der Oberfläche des in Fig. 1A dargestellten Filterkörpers;
Fig. 2A zeigt die poröse Struktur eines Filterkörpers des in der PCT-Veröffentlichung WO-A-89/09648 beschriebenen Typs;
Fig. 2B zeigt die große Anzahl offener und daher nutzbarer Poren auf dem in Fig. 2A dargestellten Filterkörper;
Fig. 3 zeigt eine katalytisch aktive Beschichtung auf einem Filterkörper des in Fig. 1A dargestellten Typs;
Fig. 4 zeigt eine katalytisch aktive Beschichtung auf einem Filterkörper des in Fig. 2A dargestellten Typs;
Fig. 5 zeigt die bevorzugte Position einer auf dem in Fig. 2A dargestellten Filterkörper angeordneten Membran; und
Fig. 6 zeigt den durch den in den Fig. 1A, 2A und 4 dargestellten Filterkörper erzeugten Rückdruck.
Fig. 1A zeigt einen Filterkörper 1 des gleichen Typs wie Cordierit Wall Flow Filter, der aufgrund seiner Eigenschaften eine relativ geringe Permeabilität aufweist, die durch eine große Menge unkontrollierter Poren erhalten wird, die häufig blinde Hohlräume 3 bilden und daher nur von geringem Nutzen sind. Die Poren in derartigem Material werden hauptsächlich durch eine während des Sinterprozesses auftretende chemische Reaktion erzeugt und nicht durch Zusammenpacken relativ großer Körner während des Extrudierprozesses, was im in der PCT- Veröffentlichung Nr. WO-A-89/09648 beschriebenen Filterkörper der Fall ist. Dieses Porenbildungsverfahren kann nicht mit hoher Präzision gesteuert werden. SEM- (Rasterelektronenmikroskop) Untersuchungen zeigen geringe Zahlen offener und nutzbarer Poren 5 pro Flächeneinheit.
Fig. 1B zeigt die Anzahl offener und nutzbarer Poren 5 auf der Oberfläche des in Fig. 1A dargestellten Filterkörpers 1.
Fig. 2 zeigt einen auf Pulvertechnologie basierenden Wall Flow Filterkörper 8. Ein derartiger Filterkörper 10 hat im Vergleich zum in Fig. 1 dargestellten Filterkörpertyp 1 aufgrund einer kontrollierten Porengrößenausbildung während der Herstellung eine bessere Permeabilität. Typischerweise ist die Permeabilität dieses Filterkörpers im Vergleich zu nicht auf einer Pulvertechnologie basierenden Wall Flow Filtern, z. B. dem in Fig. 1 dargestellten Filterkörper 1, 30 - 50% höher, weil die diesen Filterkörper 8 bildenden Partikel 10 die gleiche Größe haben und die Kontaktpunkte 12 alle Partikel 10 nur an den Kontaktpunkten 12 miteinander verbinden. SEM-Untersuchungen zeigen eine große Anzahl offener und nutzbarer Poren 15, typischerweise ist diese Anzahl doppelt so groß wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Filterkörper 1.
Fig. 2B zeigt die Anzahl offener und nutzbarer Poren 14 auf der Oberfläche des in Fig. 2A dargestellten Filterkörpers 8.
Fig. 3 zeigt die Position einer katalytisch aktiven Beschichtung 7 auf dem Filterkörper 1 von Fig. 1. Auf diesem Filterkörper 1 ist keine oberflächenvergrößernde Schicht aufgebracht. Durch Messen des Druckabfalls über den Filterkörper 1 bevor und nachdem die Beschichtung 7 aufgebracht wird, wird festgestellt, daß dieser Druckabfall wesentlich zunimmt, wodurch angezeigt wird, daß die Größe der Poren 5 im Filterkörper 1 abnimmt und einige Poren 5 mit dem Beschichtungsmaterial 7 gefüllt und durch das Beschichtungsmaterial blockiert werden können (vgl. Position 9 in Fig. 3).
Fig. 4 zeigt die Position einer katalytisch aktiven Beschichtung 16 auf einem auf Pulvertechnologie basierenden Filterkörper 8 (Fig. 2A). Diese Beschichtung 16 kann auf der Oberseite einer oberflächenvergrößernden Beschichtung angeordnet sein. Beide Beschichtungen bedecken jedes Partikel im Filterkörper mit einer kontrollierten Schichtdicke, so daß keine Poren im Filterkörper 8 blockiert werden. Es wird kein erhöhter Druckabfall gemessen, wenn nur die oberflächenvergrößernde Beschichtung aufgebracht wird.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Membran 20 auf einem in Fig. 2A dargestellten Filterkörper. Die Membran 20 wird vorzugsweise an der Gasauslaßseite 22 des Filterkörpers 8 hinzugefügt. Damit die Membran 20 optimal effizient ist, bedeckt sie vorzugsweise vollständig die strömungsabwärtsseitige Fläche an der Auslaßseite 22 des Filterkörpers 8. In dieser Figur wird die Membran 20 durch mehrere Partikel 21 gebildet, die in Außenabschnitten der Gasauslaßseite 22 des Filterkörpers angeordnet sind. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Membran 20 mehrschichtig ausgebildet sein, wobei die Porengröße zur Basisstruktur des Filterkörpers 8 hin zunimmt. Die Membran 20 bedeckt vorzugsweise nur die Auslaßseite 22. Im Betrieb tritt der Gasstrom, einschließlich der Rußpartikel, in die offenen Poren des Filterkörpers 8 und in die Wand ein, bis er durch die Membran 20 am weiteren Durchdringen des Filters 8 leicht gehindert wird.
Gemäß Figur Ei empfängt in einem herkömmlichen monolithischen Rußpartikel filter eines Dieselmotors die poröse Filterwand 1 den Gasstrom 4 in einer Richtung und sammelt die Ruß- /Kohlenstoffpartikel 2 auf der Oberfläche der monolithischen Wand, wobei die Partikel einen Rußkuchen mit gut definierten Grenzen im Filtermaterial bilden. Die Verbrennung der Rußschicht 2 beginnt in der sehr dünnen Grenzschicht 3 nur bei innigem Kontakt mit der katalytisch aktiven Beschichtung und bei einer ausreichenden Temperatur. Innerhalb des engen Verbrennungsbereichs wird als Ergebnis der Verbrennung Kohlenmonoxid erzeugt, und gleichzeitig nimmt die Sauerstoffkonzentration ab. Beide Gase folgen der Strömungsrichtung 7 und werden über das Abgassystem ausgestoßen. Die durch die Verbrennung erzeugte Wärme folgt der Richtung 7, und der Abstand vom Verbrennungsbereich 3 zum unverbrannten Ruß nimmt schnell zu. Bei verminderten Sauerstoffpegeln und einem Fehlen von unverbranntem Ruß wird der Verbrennungsvorgang abgebremst. An Stelle des innigen Kontakts zwischen der Filterwand und dem Rußkuchen tritt nun ein Abstand dazwischen auf, durch den der erforderliche Kontakt zwischen der katalytisch aktiven Beschichtung und dem Ruß zerstört wird. Aufgrund des Fehlens eines Kontakts mit der katalytisch aktiven Beschichtung, der Wärme, usw. wird die Verbrennungsgeschwindigkeit vermindert bzw. der Verbrennungsvorgang abgebremst oder gestoppt.
Die Vorliegende Erfindung basiert auf einer sehr offenen Filterstruktur, wobei die Gasströmung 4 versucht, die Rußpartikel 2 mit einem niedrigen Filterwirkungsgrad zu passieren, wie in Fig. 7 dargestellt. Weil kein gut definierter Rußkuchen erzeugt wird, dringt der Ruß in die Filterwand ein, in der kein gut definierter Verbrennungsbereich vorhanden ist. Die Verbrennung findet im Inneren der Filterwand selbst statt, oder der Verbrennungsbereich befindet sich auf der sehr körnigen Oberfläche und erzeugt eine Grenzschicht 3, die nun die gleiche Dicke hat wie die Filterwand. Die Grenzschicht ist nur bezüglich jeder körnigen Wandfläche gut definiert und nicht bezüglich der Filterwandoberfläche. Durch die Membran 5 an der Filterwandauslaßseite wird gewährleistet, daß der Einfangswirkungsgrad auf einem hohen Wert gehalten wird.
Die folgenden Beispiele zeigen detaillierter verschiedene Weisen, auf die die erfindungsgemäßen Filtersysteme/- strukturen hergestellt werden können.

Beispiel 1

Durch Siliziumkarbid-Pulvertechnologie erhaltene Substrate können unter Verwendung eines kontinuierlichen Extrudierverfahrens hergestellt werden. Das Verbundmaterial kann aus 69-72 Gew.-% kostengünstigen, kommerziell erhältlichen, großen Schleifkörnern (180 Mesh) des Typ SIKA I oder aus Pulver der Größe 75-105 um von Arendal, Norwegen, und 4-13 Gew.-% ultrafeinem SiC bestehen, wobei diese Materialien zu einer Kunststoffpaste gemischt werden, die 4-6 Gew.-% Methylcellulose, erhältlich von Hoechst, 8-25 Gew.-% Wasser und 0-12 Gew.-% Ethanol aufweist.
Die Paste kann in einem wassergekühlten Einschneckenextruder mit Vakuumkammer in einen wabenförmigen Düsenkopf extrudiert werden. Die Extrudiergeschwindigkeit kann 1,5-2 m/min betragen.
Nach einem Sinterprozeß bei einer sehr hohen Temperatur typischerweise von über 2200ºC, in einer Schutzatmosphäre, z. B. Argon, wird die Struktur zu einem starren, hochgradig porösen Filterkörper mit niedriger Dichte.
Die bevorzugte Form des Filterkörpers ist gegenwärtig eine sogenannte Wabenstruktur.
Diese Filterstruktur weist eine Matrix aus dünnen, miteinander verbundenen Wänden auf, die mehrere Zellen definieren und miteinander verbundene offene Poren mit kontrollierter Größe aufweisen. Die Porosität ist hoch und ausreichend, um zu ermöglichen, daß das Fluid/Gas vollständig durch die dünnen Wände mit ihren schmalen Abmessungen zwischen benachbarten Zellen und durch die dünnen Wände mit ihren langen Abmessungen zwischen benachbarten Zellen strömt und die Strömung der Partikel im Gas durch den Filter begrenzt wird. Jeder Kanal ist an einem Ende geschlossen, und benachbarte Kanäle sind an alternierenden Enden geschlossen, wodurch ein schachbrettähnliches Muster erhalten und ein Wall Flow Filter erzeugt wird.
Die Eigenschaften des auf SiC (Siliziumkarbid) basierenden Filtermaterials sind durch eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit (10-30 W/m²K) charakterisiert, wodurch eine sehr hohe Wärmestoßbeständigkeit erhalten wird. Der SiC- Zersetzungspunkt ist etwa 700ºC höher als der Schmelzpunkt für Cordierit (1 : 300ºC). Die Wärmedehnung von SiC beträgt 3,5-4 · 10&supmin;&sup6;/K.
Die hohe Festigkeit wird dadurch erhalten, daß das ultrafeine SiC-Pulver bei der hohen Sintertemperatur verdampft und an den Kornkontaktpunkten zwischen den größeren 180 Mesh-Körnern kondensiert. Durch dieses Verfahren wird eine Struktur aus reinem SiC erhalten.
Aus einem Pulver mit einer hochgradig kontrollierten Korngröße hergestellte Wall Flow Filter sind durch eine extrem homogene und kontrollierte Porengröße und Porengrößenverteilung gekennzeichnet. Durch eine Porengröße von 50 um wird ohne Membran ein Filterwirkungsgrad von mehr als 65% erhalten. Die Permeabilität ist etwa 50% höher als diejenige der Struktur von Cordierit EX-66 (Corning) mit einem Filterwirkungsgrad von etwa 70-80%.
Die aufgebrachte Wash-Coat-Beschichtung kann aus einem Aluminiumoxid/Wasser-Schlamm mit beigemischten Dispergiermitteln bestehen. Als Aluminiumoxidpulverquelle kann Alcoa A16- sg (Partikelgröße 40-80% in 200 Mesh, entspricht etwa 63 um, spezifische Oberfläche 5 m²/g, Preßkörperdichte 2,12 g/cm³, Analyse 99,8% reines Al&sub2;O&sub3;) verwendet werden. Es kann ein kommerziell erhältliches Dispergiermittel, z. B. DARVA C oder Dispex von R. T. Van der Bilt Co., Int. verwendet werden. Die Beschichtung kann durch zwei verschiedene Verfahren aufgebracht werden: Ein Schlamm mit einem relativ geringen Aluminiumoxidanteil kann verwendet werden, wenn die Beschichtung einfach durch Auffüllen des Filterkörpers mit dem Schlamm aufgebracht wird. Übermäßiger Schlamm wird vorsichtig abgegossen. Der Aluminiumoxidanteil in den verwendeten Schlämmen liegt im Bereich von 55-70 Gew.-%. Die Beschichtung kann unter Verwendung von Vakuum oder Druckluft aufgebracht werden: Der Filter wird mit einem Schlamm gefüllt, der 65-80 Gew.-% Aluminiumoxid enthält. Der überschüssige Schlamm wird durch Erzeugen von Unterdruck oder Zuführen von Druckluft an einem Ende des Substrats herausgetrieben. Die aufgebrachte Wash-Coat-Beschichtung kann in einer Oxidationsatmosphäre im Temperaturbereich von 1100-1500ºC, vorzugsweise 1200ºC für eine Stunde gesintert werden.
Eine Fasermembranbeschichtung kann in einer sehr dünnen Schicht von 0,01-1 mm, vorzugsweise 0,05-0,2 mm, und mit einer mittleren Porengröße im Bereich von 2-20 um, z. B. 5- 10 um, aufgebracht werden. Es kann ein hoher Trennwirkungsgrad von 95-99% für Ruß erhalten werden. Die verwendeten Fasern können Almax-Aluminiumoxidfasern sein, die Fasern können jedoch aus einer breiten Vielfalt anderer Fasern ausgewählt werden. Die verwendeten Fasern können einen Durchmesser von 10 um und eine Faserlänge von 500 um haben, die Fasern werden jedoch, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise klein sein, z. B. eine Länge von 1/50-1/100 der Kanalbreite haben. Ein Schlamm, der Alcoa A 16 sg Aluminiumoxidpulver und Almax- Fasern im Verhältnis von 0,1-5, vorzugsweise 0,2-0,5 enthält, kann durch die gleichen Techniken aufgebracht werden, die bei der Aufbringung von Wash-Coat-Beschichtungen verwendet werden. Der Schlamm kann unter Verwendung herkömmlicher Dispergiermittel, z. B. durch die vorstehend erwähnten Dispergiermittel, dispergiert werden. Als Bindemittel können 4-7 Gew.-% Methylcellulose von Hoechst verwendet werden. Die Beschichtungen können in einer Oxidationsatmosphäre im Temperaturbereich von 1300-1500ºC, vorzugsweise 1350-1450ºC, gesintert werden.
Alternativ kann an Stelle der auf Fasern basierenden Beschichtung eine aus Aluminiumoxid/SiC bestehende Granulatbeschichtung verwendet werden. Die Dicke dieser Membran kann 0,01-1 mm, z. B. 0,05-0,15 mm betragen. Der Aluminiumoxidanteil kann, wie zuvor, aus Alcoa A16 sg bestehen. Als Strukturelemente können herkömmliche Größenklassen von SiC, z. B. 360, 400, 600 und 800 Mesh, verwendet werden. Vorzugsweise werden die Größen 400 und 600 Mesh verwendet. Das Aluminiumoxid/SiC-Verhältnis kann im Bereich von 0,01-5, vorzugsweise von 0,15-0,35 liegen. Es können herkömmlich erhältliche Dispergiermittel verwendet werden, z. B. die vorstehend erwähnten Dispergiermittel. Als Bindemittel können 4-6 Gew.-% Methylcellulose MH-300 von Hoechst verwendet werden. Die Beschichtung kann wie vorstehend erwähnt aufgebracht werden. Die Beschichtung wird in einer Oxidationsumgebung im Temperaturbereich von 1100-1500ºC, vorzugsweise 1200-1300ºC gesintert.
Im allgemeinen wird die Dicke der aufgebrachten Membran von der Porosität und der inneren Struktur des porösen Filterkörpers zum Aufnehmen der Membran abhängen.
Eine katalytisch aktive Beschichtung kann direkt auf der Wash-Coat-Beschichtungsoberfläche angeordnet werden, um als die Oxidationstemperatur reduzierendes Element zu wirken. Diese Beschichtung kann als Schlamm aufgebracht werden, der das aktive Material als submikroskopisches oder ultrafeines Pulver enthält, und der Träger kann Wasser als eine nicht- organische Lösung sein.
Das katalytisch aktive Material kann aus der Platinelementgruppe ausgewählt werden. Die aktive Substanz kann in einem Fluid löslich sein, und das Fluid wird durch das Substrat gespült, bis eine gewünschte Gewichtszunahme erreicht ist. Durch die Menge des katalytisch aktiven Materials kann z. B. eine Gewichtszunahme von 3 g/l Substrat erhalten werden.
Alle fertigen. Filterteile werden in zylindrische Behälter aus rostfreiem Stahl eingepaßt, und alle aneinander angrenzende Flächen werden durch ein auf wärmedehnbarem Interam X-D Vermiculit basierenden Isoliermaterial von 3M Company beabstandet gehalten. Die Interam-Endflächen sind durch Inconel-Drahtmaschenmaterial gegen Erosion durch die Gasströmung geschützt. Es können jedoch auch Saffil-Al&sub2;O&sub3;-Fasern von ICI, UK, die zu einem 15 mm dicken Nadelfilz verarbeitet wurden, verwendet werden, möglicherweise ohne daß der Schutz aus Drahtmaschenmaterial erforderlich ist.
Es wird erwartet, daß der vollständige Dieselfilter einen konstanten Einfang- oder Filterwirkungsgrad von mindestens 98% und einen erheblich geringeren Druckabfall als bekannte Systeme aufweisen wird. Es wird erwartet, daß die Regenerierungstemperatur des Filters in der Größenordnung von 100ºC niedriger ist als bei bekannten Systemen.

Beispiel 2

Eine Serie verschiedener oxid-basierter Keramiksubstrate kann durch ähnliche Verfahren aus Cordierit-, Spodumen- und Mullit-Zusammensetzungen hergestellt werden. Die Keramikvorgänger sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1. Keramikvorgänger (Gew.-%)
Als Bindemittel/Weichmacher kann Methyl-Hydroxyl-Ethyl- Cellulose (Tylose MH 300 P von Hoechst) verwendet werden. Im Fall von Cordierit- und Spodumen-Keramik können die Vorgänger zu Magerkorn kalziniert/gesintert und in grobkörniges, teilweise poröses Pulver mit einer der FEPA-Korngröße 180 Mesh ähnlichen Partikelgröße gebrochen werden. Die Grün- oder Preßkörperzusammensetzungen können gemäß Tabelle 2 zusammengesetzt und für 30 Minuten trockengemischt werden. Dann wird Ethanol beigemischt, und nach einem weiteren Mischvorgang für 10 Minuten wird Wasser zugegeben. Dann wird ein weiterer Mischvorgang für 30 Minuten durchgeführt. Als porenbildendes Mittel wird ein Füllstoff aus Polystyrolkugeln (Shell N 2000) zusammen mit den trockenen Ausgangs- oder Rohmaterialien beigegeben. Es werden ausgewählte Größenanteile von 30-50 um verwendet. Die Kugeln werden sich so anordnen, daß eine Trockenklopfporosität von 40 Vol.-% erhalten wird, wodurch ein maximales Füllstoff/Zusammensetzungs-Verhältnis von 0,68 erhalten wird.
Die Zusammensetzung wird in einem Einschneckenextruder mit Vakuumkammer in den Düsenkopf extrudiert. Die extrudierten Körper werden bei Umgebungstemperatur und in kontrollierter Luftfeuchtigkeit getrocknet und in einem Elektroofen bei einer normalen Atmosphäre gemäß Tabelle 2 gesintert. Tabelle 2. Grün- oder Preßkörperzusammensetzungen
Die Struktur wird zu einem starren, hochradig porösen Filterelement mit geringer Dichte. Die Poren haben eine kontrollierte Porengröße, und das Material weist gute Eigenschaften für eine weitere Beschichtung und das Hinzufügen einer Membran auf, um den hocheffizienten Rußfilter für Dieselmotoren zu optimieren.
Eine Wash-Coat-Beschichtung wird wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebracht.
Die Fasermembranbeschichtung ist sehr dünn, d. h. 0,05- 0,2 mm dick, und hat eine mittlere Porengröße im Bereich von 5-10 um. Es wird erwartet, daß ein Trennwirkungsgrad von 95 -99% für Ruß erreicht werden kann. Die verwendeten Fasern sind Almax-Aluminiumoxidfasern. Die Fasern können einen Durchmesser von 10 um und eine Faserlänge von 0,5 mm aufweisen, wie vorstehend erwähnt sind jedoch kürzere Fasern bevorzugt. Ein Schlamm, der Alcoa A 16 sg Aluminiumoxidpulver und Almax-Fasern im Verhältnis 0,1-5, vorzugsweise 0,2-0,5, enthält, wurde durch die gleichen Techniken aufgebracht, die zum Aufbringen von Wash-Coat-Beschichtungen verwendet werden. Der Schlamm wird untere Verwendung herkömmlicher Dispergiermittel dispergiert. Als Bindemittel werden 4-7 Gew.-% Methylcellulose von Hoechst verwendet. Die Beschichtungen werden in einer Oxidationsatmosphäre im Temperaturbereich von 1300-1500ºC, vorzugsweise 1350-1450ºC, gesintert.
Eine aktive Beschichtung wird wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebracht.

Beispiel 3

Eine Serie verschiedener oxid-basierter, durch Keramik- Pulvertechnologie erhaltene Substrate kann durch ähnliche Verfahren aus Cordierit-, Spodumen- und Mullit-Zusammensetzungen hergestellt werden. Die Keramikvorgänger sind in Tabelle 3 aufgelistet. Tabelle 3. Keramikvorgänger (Gew.-%)
Als Bindemittel/Weichmacher kann Methyl-Hydroxyl-Ethyl- Cellulose (Tylose MH 300 P von Hoechst) verwendet werden. Im Fall von Cordierit- und Spodumen-Keramik werden die Vorgänger zu Magerkorn kalziniert/gesintert und in grobkörniges, teilweise poröses Pulver mit einer der FEPA-Korngöße 80 Mesh ähnlichen Partikelgröße gebrochen werden. 1-20% ultrafeines Pulver vom gleichen Material wird in einem Verhältnis von 20 : 1 bis 6 : 1 beigemischt. Die Grün- oder Preßkörperzusammensetzungen können gemäß Tabelle 4 zusammengesetzt und für 30 Minuten trockengemischt werden. Dann wird Ethanol beigemischt, und nach einem weiteren Mischvorgang für 10 Minuten wird Wasser zugegeben. Dann wird ein weiterer Mischvorgang für 30 Minuten durchgeführt.
Die Zusammensetzung wird in einem Einschneckenextruder mit Vakuumkammer in den wabenstrukturförmigen Düsenkopf extrudiert. Die extrudierten Körper werden bei Umgebungstemperatur und in kontrollierter Luftfeuchtigkeit getrocknet und in einem Elektroofen bei einer normalen Oxidationsatmosphäre gemäß Tabelle 4 zwischen 10 und 400 Minuten präzisionsgesintert. Tabelle 4. Grün- oder Preßkörperzusammensetzungen
Die Struktur wird zu einem relativ starren, jedoch hochradig porösen Filterelement mit geringer Dichte, wobei die wesentliche hochgradig kontrollierte Porengröße und Porenverteilung für eine maximale hohe Permeabilität durch die Pulvertechnologie möglich gemacht werden.
Eine geeignete Festigkeit des Filterkörpers wird erhalten, weil das ultrafeine Pulver sich in den Kontaktpunkten von oder zwischen den größeren Körnern (80 Mesh) bindet. Die durch dieses Verfahren erhaltene Struktur ist eine Struktur aus reinem Material.
Eine Wash-Coat-Beschichtung wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebracht.
Die Fasermembranbeschichtung ist sehr dünn, d. h. 0,05- 0,2 mm dick, und hat eine mittlere Porengröße im Bereich von 5-10 um. Es kann ein hoher Trennwirkungsgrad von 95-99% für Ruß erreicht werden kann. Die verwendeten Fasern sind Almax-Aluminiumoxidfasern. Die Fasern können einen Durchmesser von 10 um und eine Faserlänge von 0,5 mm aufweisen, wie vorstehend erwähnt kann es jedoch bevorzugt sein, wesentlich kürzere Fasern zu verwenden, z. B. Fasern mit einer Länge von höchstens 100 um. Ein Schlamm, der Alcoa A 16 sg Aluminiumoxidpulver und Almax-Fasern im Verhältnis 0,1-5, vorzugsweise 0,2-0,5, enthält, wird durch die gleiche Technik aufgebracht, die zum Aufbringen von Wash-Coat-Beschichtungen verwendet wird. Der Schlamm wird unter Verwendung herkömmlicher Dispergiermittel dispergiert. Als Bindemittel wird 4-7 Gew.-% Methylcellulose von Hoechst verwendet. Die Beschichtungen werden in einer Oxidationsatmosphäre im Temperaturbereich von 1300-1500ºC, vorzugsweise 1350-1450ºC, gesintert.
Eine aktive Beschichtung wird wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebracht.
In allen Beispielen wird die Filtervorrichtung durch diese neuartige Techniken zu einem Abgasfilter für ultrahohe Durchflußraten mit bisher unerreichten niedrigen Regenerierungstemperaturen für den eingefangenen Dieselruß, wodurch eine unkomplizierte, kostengünstige Alternative zum Reduzieren von Rußemissionen von Dieselfahrzeugen bereitgestellt wird. Für Fachleute auf dem Gebiet der Keramik- und Feinpulver-/-fasertechnologie ist ersichtlich, daß die dargestellten Verfahren auf verschiedene Weisen modifiziert werden können, um die hierin beschriebenen neuartigen Strukturen und Verfahren bereitzustellen.

Claims

1. Poröser Filter zum Herausfiltern von Rußpartikeln aus Dieselmotorabgasen, wobei der Filterkörper ein Durchflußfilterkörper mit Wabenwandstruktur ist, in dem miteinander verbundene Filterwände, die jeweils eine Gaseinlaßfläche und eine Gasauslaßfläche aufweisen, mehrere Kanäle definieren, wobei jeder Kanal an einem Ende geschlossen ist und benachbarte Kanäle an abwechselnden Enden geschlossen sind, wobei die Filterwände aus einem Material gebildet werden, das auf miteinander verbundenen Metall- und/oder Keramikpartikeln basiert, wobei die Porosität der Filterwand durch miteinander verbundene Hohlräume gebildet wird, die zwischen den Metall- und/oder Keramikpartikeln definiert sind, wobei die Partikel die Poren des Materials direkt definieren, wobei ein katalytisch aktives Material, das die Oxidation von Ruß katalysiert, auf mindestens einem Teil derjenigen Oberflächenabschnitte der Metall- und/oder Keramikpartikel aufgebracht ist, die zu den Hohlräumen hin freiliegen, und wobei eine poröse Membran mit einer Porengröße bereitgestellt wird, die kleiner ist als diejenige der porösen Filterwände, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Membran nur an der Gasauslaßseite der Filterwände angeordnet ist.

2. Filterkörper nach Anspruch 1, wobei die Filterwände aus miteinander verbundenen SiC-Partikeln bestehen.

3. Filterkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filterstruktur der Filterwände mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, um die aktive Kontaktoberfläche der Filterstruktur zu vergrößern und eine Verankerung für die katalytisch aktive Beschichtung bereitzustellen.

4. Filterkörper nach Anspruch 3, wobei die die Oberfläche vergrößernde Beschichtung durch Partikel gebildet wird, die mit den Partikeln verbunden sind, auf denen das Material der Filterwände basiert.

5. Filterkörper nach Anspruch 3 oder 4, wobei die die Oberfläche vergrößernde Beschichtung eine Aluminiumoxid- Zwischenschicht ist.

6. Filterkörper nach Anspruch 5, wobei die Aluminiumoxid- Zwischenschicht durch Zusatzstoffe stabilisiert wird, wie beispielsweise durch Elemente der Gruppe I-VI.

7. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, um die effektive Oberfläche der Filterstruktur zu vergrößern, und mit einem katalytisch aktiven Beschichtungsmaterial, das auf Metallen, wie beispielsweise Ru, Rh, Pt, Pd, Ir, Ni, Cu, V, W, Y, Ce, Ti, Zi, oder Kombinationen oder Oxiden davon basiert.

8. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramik- und/oder Metallpartikel, auf denen das Material der Filterwand basiert, eine Partikelgröße im Bereich von 1-250 um aufweisen.

9. Filterkörper nach Anspruch 8, wobei die Keramik- und/oder Metallpartikel, auf denen das Material der Filterwand basiert, eine Partikelgröße im Bereich von 10- 150 um aufweisen.

10. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Poren der Filterwände eine mittlere Porengröße im Bereich von 10-200 um aufweisen.

11. Filterkörper nach Anspruch 10, wobei die Poren der Filterwände eine mittlere Porengröße im Bereich von 40-80 um aufweisen.

12. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Porosität der Filterwände im Bereich von 30- 90% liegt, z. B. im Bereich von 40-75%.

13. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die an der Gasauslaßseite der Filterwände angeordnete poröse Membran eine Dicke im Bereich von 0,05-0,4 mm aufweist.

14. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die an der Gasauslaßseite der Filterwände angeordnete poröse Membran durch Metall- und/oder Keramikpartikel und/oder -fasern gebildet wird.

15. Filterkörper nach Anspruch 14, wobei die Größe der Partikel und/oder Fasern kleiner ist als die Porengröße des Materials der Filterwände.

16. Filterkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Porengröße der an der Gasauslaßseite der Filterwände angeordneten porösen Membran im Bereich von 2-15 um liegt.