CN105611999A - 基底和制造基底的方法 - Google Patents

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Abstract

已知的催化转化器由陶瓷蜂窝整料基底和铂族金属(PGM)催化活性涂层组成。一种催化转化器包含设置在该催化转化器内的基底体(100)，使得穿过该催化转化器的流体的主流沿着该基底体的表面(101)流动，其中所述表面(101)具有通向微通道的多个开口(210)，该微通道远离所述表面(101)延伸；和该基底体(100)的至少一部分的表面(101)包含催化活性材料，基底体(100)具有下列的形式：粒料；薄片；固体长形体；固体棒；具有多个孔的固态体；非管状长形体；非中空体；以螺旋形式弯曲的薄片；或者其组合。

Description

基底和制造基底的方法
已知的催化转化器由陶瓷蜂窝整料基底和铂族金属(PGM)催化活性涂层组成。
这种装置对于废气的效率取决于陶瓷蜂窝整料基底的几何表面积，其受限于在废气流通过该基底时它对于压力下降的作用；增加表面积的常规方案是提供穿过整料基底的更多的通道，但是这使得通道更窄。
对于汽车应用来说，迄今为止所实现的整料基底的最大几何表面积是接近于5000m2/m3的数字。
本发明的一个目的是提供一种用于催化转化器的改进的基底，其具有高的几何表面积并且提供了有益的流动动力学。
中空纤维隔膜已经在下面的论文中使用；Wang等人(2009)，Industrial&ChemicalEngineeringResearch48，510；Tan等人，Preparationandcharacterisationofinorganichollowfibremembranes，JMembrSci，2001，188：87-95；PreparationofLSCFceramichollowfibremembranesforoxygenproductionbyaphase-inversion/sinteringtechnique.IndEngChemRes，2005，44：61-66；Yttriastablishedzirconiahollowfibermembranes.JAmCeramSoc2006，89：1156-1159和Aphaseinversion/sinteringprocesstofabricatenickel/yttria-stablishedzirconiahollowfibersastheanodesupportformicro-tubularsolidoxidefuelcells，JPowerSources，2008，183；14-19。在这些应用中，所述管的氧透过性/传导率是非常有益的。
本发明人已经发现用于制造中空纤维隔膜的材料提供了大的表面积，其在其他应用中会是有利的。
根据本发明，提供了催化转化器和制造该催化转化器的基底的方法，如所附的权利要求所限定的。
根据本发明的催化转化器的实施方案包含布置在该催化转化器中的具有表面的基底体，以使得穿过该催化转化器的流体的主流沿着该基底体的表面流动。该流体的主流是在它通过催化转化器时大部分流体的流动。除了该流体的主流之外，还可以存在另外的流体漩涡。但是，该漩涡不被认为是主流的一部分。
穿过该催化转化器的流体的主流沿着该基底体的表面流动，以使得它在基本上平行于所述表面的方向上移动，并且与之接触。
例如，该催化转化器可以包含具有入口和出口的外壳，其容纳该基底体。该主流将从入口到出口。一部分的主流将沿着该基底体的表面流动。
该催化转化器基底可以包含一个或多个基底体。共同未决的申请GB1209155.9，其全部公开内容在此引入作为参考，涉及通过挤出来制造管状基底体。本申请描述了一种制造更多基底几何形状的方法，和因此不限于简单的挤出形状。
本申请因此涉及形成除了GB1209155.9所述的管状形式的基底几何形状。即，该催化转化器基底不包含一个或多个微结构化管。
这样的几何形状可以包括下面的一种或多种或者其组合：粒料；薄片；固体棒；具有多个孔的固态体；非管状体；固体/非中空体；或者螺旋形式的弯曲薄片(例如，薄片卷绕来形成螺旋横截面，其在该螺旋的每圈之间具有一定间隙)。
优选地，基底体是以具有两个主平表面的薄片形式来提供，其可以是平坦的或者弯曲的。该薄片可以具有垂直于它的主表面的恒定的厚度，或者它的厚度可变。该薄片可以具有纹理化主表面和/或具有从它的主表面突出的表面结构。
此处所述实施方案的催化转化器基底可以具有大表面积，使得对于高性能来说可选地需要较少的催化剂。同样，不必需涂覆整个基底体。优选地，至少一部分的该基底体具有催化活性材料的涂层。
但是，可选择的实施方案是考虑在其中该基底体本身包含催化活性材料。这可以在下述方法中，通过在悬浮液中包括催化活性材料来实现，该悬浮液成形(通过模制或者挤出)来形成生坯体。
优选，该基底涂覆有催化活性涂层，例如活化涂层。
优选，该微结构化基底是陶瓷。
该微通道可以终止于基底内，或者从一个表面延伸到另一表面。
该微结构化基底可以使用下述相转换和烧结技术的组合来制作。有利地，这允许基于这样的因素来选择材料：其改进了基底的机械、热和化学性能并且改进了与催化活性材料的相容性。
在一种优选的实施方案中，该微通道的入口直径是5μm-200μm。
如果该基底是作为薄片形成时，则该微通道优选延伸了薄片厚度的至少30％。更优选，该微通道延伸了薄片厚度的至少80％。
催化活性涂层可以施加到一些或者全部的该基底上。在一些实施方案中，该催化活性涂层可以完全覆盖该基底。如果该基底是作为薄片形成的，则该催化活性涂层可以完全覆盖该基底薄片的一个或者两个主表面。该涂层将不阻塞微通道的开口，而是将涂覆其内表面。
在一种优选的实施方案中，该催化活性材料包含贵金属。但是，微结构化基底所提供的GSA可以足够大，使得仅仅需要少量催化剂。
在一种优选的实施方案中，该贵金属是钯或者铂族金属。
下述基底可以以成本合算和有效的方式来制备。使用相转换和烧结技术，基底可以由宽范围的材料来制备。此外，用于高GSA微通道的形成机理独立于材料。
为了更好地理解本发明，并说明其可以如何实施，现在仅仅作为例子，将参考附图，在其中：
图1显示了一种制造催化转化器基底的方法；
图2显示了使用图1的方法所形成的催化转化器的简化实施例；
图3显示了可以使用图1的方法形成的表面特征；
图4显示了使用图1的方法所形成的基底的横截面；和
图5显示了一种制造基底的方法的例子。
图1A至1D显示了制造催化转化器基底的方法的第一实施方案。
从图1A中可见，该方法包含形成悬浮液10和将该悬浮液引入模具20中。
悬浮液10可以包含在第一溶剂中的微粒形式的基底材料，和聚合物。在一些实施方案中，悬浮液10还可以包含催化活性材料。
优选，该基底材料可以包含下面的一种或多种：陶瓷；堇青石；氧化锆；钇稳定的氧化锆；二氧化钛；碳化硅；粘土；氧化铝；不锈钢，FeCr合金；铁合金；铝合金；钛酸铝；或者烧结的金属。
优选，该聚合物可以包含下面的一种或多种：聚醚砜；聚砜；纤维素及其衍生物；聚醚酰亚胺；聚酰亚胺及其衍生物；PVDF。
优选，该第一溶剂可以包含下面的一种或多种：偶极非质子溶剂；N-甲基-2-吡咯烷酮；或者二甲基亚砜。
模具20可以具有任何形状。优选，模具20呈托盘的形式，以使得悬浮液10在被引入模具20时形成薄片。
具有垂直于它的主表面的恒定厚度的模具20是可以想到的。但是，如图1所示，模具20可以成形和/或定向，以使得悬浮液10在被引入模具20时形成厚度沿着它的宽度/长度增加的薄片。
从图1B中可见，该方法包含将悬浮液10在模具20中与第二溶剂40接触。
优选，该第一溶剂是与第二溶剂40可混溶的。
这可以通过将模具20和悬浮液10浸入第二溶剂40的浴液30中来进行。第二溶剂40可以置换悬浮液10中的一些或者全部的第一溶剂。任选地，浴液30中的流体(其可以在一定时间后包括第一和第二溶剂的混合物)可以定期或者以恒定的流速来置换(例如，用以保持第二溶剂的浓度)。
通过将悬浮液10与第二溶剂40接触来置换一些或者全部的该第一溶剂可以从悬浮液10中除去至少一些该第一溶剂，由此来形成由该基底材料和聚合物形成的生坯体15。
当悬浮液10接触第二溶剂40时，至少一些该第一溶剂将经由它的暴露表面而离开悬浮液10。由此，它在悬浮液10中形成了微通道。(例如参考图4所述的那些)。该微通道可以渗过所述基底很大的距离，但是已经发现它们将不在该基底的接触模具20的表面中形成开口。
生坯体15将在其中形成微通道(如下所述)，其是通过第一溶剂的逸出来产生的。
如图1C所示，该方法可以包含从第二溶剂40中除去模具20。这可以在一段时间(例如48小时)后进行。生坯体15然后可以从模具20中除去。
通过第二溶剂40和悬浮液10之间的接触所形成的微通道处于悬浮液10的暴露表面处。该微通道将穿入生坯体15来接近生坯体15的相反侧。
如图1D中箭头55所示，该方法可以包含从生坯体15的与模具20接触的一个或多个侧面中除去生坯体15的至少一部分的表面层。
当模具20是例如托盘时，生坯体15呈薄片的形式，在其中该薄片的第一主表面与第二溶剂40接触，而该薄片的第二主表面不接触。该方法可以包含除去所述生坯体15的至少一部分第二主表面层。这样的方法将产生在两个主表面上具有通向微通道的开口的基底薄片。
本发明人还已经发现由这种方法所形成的微通道可以呈锥形，以在较大的深度处具有较大的宽度。因此，可以通过在该生坯体15的第一表面处除去具有较小开口的表面层来获得较大的开口。
所以，如图1D中的箭头65所示，该方法还可以有利地包含从生坯体15的暴露于第二溶剂40的一个或多个侧面除去生坯体15的至少一部分的表面层。
当模具20是例如托盘时，生坯体15呈薄片的形式，在其中该薄片的第一主表面与第二溶剂40接触，而该薄片的第二主表面不接触。该方法可以另外包含除去所述生坯体15的至少一部分第一主表面层。
所形成的生坯体15然后可以烧结来形成最终的基底体100。
至少一部分该基底体100然后可以用催化活性涂层进行涂覆。
进行除去至少一部分的表面层的步骤的可能方式可以包括：通过施加热来除去至少一部分表面层；用刀片来除去至少一部分表面层；用研磨料来除去至少一部分表面层；砂磨生坯体的至少一部分表面；将该生坯体的表面与溶剂、水、溶剂混合物、酸性溶液或者碱性溶液接触。
优选，除去至少一部分表面层可以包括：热溶该生坯体的至少一部分表面。该热溶的表面部分将容易地从该生坯体脱离。
可选择地或者另外地，在烧结后除去至少一部分表面层是可能的。例如通过施用研磨料；砂磨烧结体的至少一部分表面；或者将烧结体的表面与酸性溶液或碱性溶液接触。
有利地，模具20可以成形，以使得通过上述方法形成的基底体100在它的至少一部分表面上提供有下面的一种或多种：凸起，表面纹理，棱线，和用于改变流体在表面上的流动的其他结构。
如图4所示，使用上述方法所制造的基底100的表面101包含多个微通道开口210(它们在表面上可以是基本均匀的)，其作为微通道200延伸到深度d，其可以稍小于基底100的厚度。由于第一溶剂离开悬浮液10的方向，开口210形成在基底100的暴露侧中。
微通道200的开口210的直径优选是5μm至200μm。当微通道200终止于基底100内时，固体基底100的皮层可以设置在基底100的一部分外表面102上。优选，微通道200可以延伸达到基底100的厚度t的95％。
催化活性涂层可以沉积到基底100的表面101，102上。有利地，微通道200为所述涂层提供了更大的表面积，以与在基底100表面上流过的流体接触。
图2A显示了催化转化器的一个简化的例子。在这个例子中，两个基底体100设置在外壳110内。该基底体100是以薄片形式提供的，其在该催化转化器的下游端处的厚度大于在该催化转化器的上游端(废气的流动由箭头99表示的)。因此，基底薄片100是锥形的(这在图2A中是以放大方式显示)。这种结构可以通过适当地成形上述模制步骤中所用的模具20来容易地制造。
图2B显示了催化转化器的另一简化的例子。在这个例子中，多个薄片形式的基底体100设置在外壳110中。该多个基底体是通过间隔件120隔开。例如一个间隔件120可以设置在基底薄片100的每个拐角处。
优选，该间隔件将通过薄片厚度的1至3倍距离来分隔该薄片。优选，所述薄片是通过两倍的薄片厚度被隔开的。
图2C显示了类似于图2B的例子的催化转化器的另一简化的例子。在这个例子中，间隔件120与基底薄片100一体形成。这种结构可以通过适当地成形在上述模制步骤中所用的模具20来容易地制造。
具有有利的表面特征例如图3A至3G所示那些的基底可以通过适当地成形模具20来制造。虽然图3显示了恒定厚度的平坦薄片形式的基底，但是所示的表面特征可以通过适当地成形模具而提供在基底体任何形状的表面上。
图3A显示了基底体100的一个例子，其具有在其主表面上形成的多个间隔件120。
有利地，在上述烧结步骤之前，通过将第一基底体100放置成与第二基底体100接触，可以将具有多个间隔件120的第一基底体100结合到第二基底体100。烧结的活性可以将两个第一和第二体100结合在一起来形成更大的基底。
任选地，在烧结之前，另外的粘结剂可以提供在两个基底体100之间，来帮助将其彼此粘结。该粘结剂可以是少量的悬浮液10。
除了成形该模具20来提供结构特征以帮助由一个或多个基底100构建催化转化器之外，模具20可以成形来提供结构特征，其可以改变流体(例如废气)在基底100的表面上的流动。但是应当注意的是，流动的主要方向将不被所述流动改变特征改变，其仅仅会影响局部的流动。
图3B显示了基底体100的一个例子，其具有在其主表面上形成的多个棱线130。
棱线130可以构造成，使得沿着主表面的流动变成湍流。
如图3C所示，棱线130可以以不同的高度h1，h2，h3，沿着基底100的长度形成。
如图3D的平面图所示，多个凸起140可以设置在基底100的表面上。凸起140可以部分地重新定向流体沿着基底100表面的至少一部分流动(如图中的虚线箭头所示)。
凸起140的横截面可以是大致三角形(平行于基底表面的横截面)。
如图3E的平面图所示，可以提供一个或多个棱线150。与棱线130相反，棱线130优选不与主流方向平行(并且最优选地大致垂直于主流方向)，棱线150可以大致在主流方向上延伸(由图中的虚线箭头表示)。
任选地，棱线150不是直线。例如图3E中所示的棱线150是波状。类似的，棱线130可以是波状。
如图3F的平面图所示，一个或多个棱线150可以是不连续的。例如，棱线150可以具有间隙，通过其可以重新定向一部分流体流动。类似地，棱线130可以是不连续的。
如图3G的平面图所示，一个或多个棱线150可以具有凸起，用于在流动中产生漩涡。类似地，棱线130可以具有凸起。
一般来说，基底100可以在它的一部分表面上包含表面纹理或者流动改变结构。该表面纹理或者流动改变结构的特征可以沿着所述表面改变。
如果需要结构特征120，130处于基底体100的任一侧上，则可以形成两个互补基底100，使得每个具有至少一个平坦表面和形成于另一表面上的结构特征120，130。这两个平坦表面在烧结步骤之前可以结合。
虽然上面的描述聚焦于使用模具来将悬浮液10成形来形成生坯体，但是可以将该悬浮液挤出来形成长基材体。优选的是，挤出该悬浮液来形成非管状的长基材体。
该长基材体可以具有任何截面形状。例如该基材体可以是圆柱棒。催化转化器可以包含多个这样的棒。
制造基材的此种方法包括：
提供悬浮液，其含有在第一溶剂中的微粒形式的基材材料和聚合物(该悬浮液可以包含催化活性材料)；挤出该悬浮液；将该挤出的悬浮液与第二溶剂接触来从该悬浮液中除去至少部分该第一溶剂，由此由所述基材材料和所述聚合物形成具有微通道的生坯体；除去所述生坯体的至少一部分表面层；和烧结该生坯体。
因为该挤出的悬浮液由于不受模具的阻碍而可以与第二溶剂在其整个表面上接触，所以在其表面上将形成开口。但是，在一些情况中仍然有益的是除去一部分表面层，从而增大微通道的开口面积。这可以使用本文所述的任何方法来进行。
制造催化转化器的另一方法是使用上述方法来制造催化转化器基材，然后破碎烧结体(例如通过压碎或者机加工)来形成多个基材粒料。
归因于基材100有益的高几何表面积，其可以至少部分涂覆有催化活性涂层(或者形成有催化活性材料)，并且用于催化转化器中。
这样的催化转化器可以用于固定应用或者车辆中。具体而言，这样的催化转化器可以用于汽车中。
下面是上述方法的步骤的简要实例。
显示了基材制备中涉及的阶段的流程图示出于图5中。用于三个实施例的参数(A～U)在下面给出。
在加入无机材料(A)之前，将分散剂(D)溶解在溶剂(C)中。这形成了分散体。在一种实施方案中，无机材料处于粉末的形式，并且颗粒分布是1∶2∶7(0.01μm∶0.05μm∶1μm)。
对该分散体进行碾压/研磨。例如，使用20mm玛瑙球在氧化铝/玛瑙的重量约为分散体的两倍的情况下研磨48小时。加入聚合物粘合剂(B)，其后可继续研磨至多达另外48小时。
优选的是，将所形成的悬浮液转移到气密储罐中，并且在真空下脱气，直到表面上不再看到气泡为止。
然后将悬浮液引入模具20或者挤出。当采用模制时，将模具20浸入包含聚合物粘合剂用非溶剂(K)的凝结浴中。当采用挤出时，该悬浮液可以直接挤出至所述浴中。必要时，不同的凝结剂(I)可以在受控的流速(J)下使用。
溶剂(C)与非溶剂(K)可混溶。
基材可以在凝结浴中停留较长时间(例如过夜)，来使得聚合物粘合剂的相转化完成。
优选的是，随后将生坯体15浸入在48小时的时间内定期更换的过量的水(例如自来水)中，来除去痕量的溶剂(C)。作为另选，可以提供流过生坯体15的水流。
最后，将生坯体15在空气中以预定的烧结曲线(L-P)进行焙烧，来产生陶瓷基材。
该烧结过程降低了基材的尺寸。这使得基材具有如下的性质：厚度(S)；微通道长度(T)；和微通道宽度(U)。
下表显示了三个实施例的参数A-U
在另一示例性实施方案中，使用了下述方法：
在以1∶2∶7(平均粒度0.01μm∶0.05μm∶1μm)的比率加入氧化铝粉末(58.7重量％)之前，将浓度为1.3重量％的司班P135溶解在NMP/水溶液中(具有95重量％的N-甲基-2-吡咯烷酮和5重量％的水)。将该分散体用20mm玛瑙研磨球在氧化铝/玛瑙重量比为约2的情况下进行碾压/研磨48小时。在加入聚醚砜(6.1重量％)后，继续研磨另外48小时。该悬浮液然后转移到气密储罐中，并且在真空下脱气，直到表面上不能看到气泡为止。
脱气后，将该悬浮液引入模具20中，并且浸入含有120升水(聚合物用非溶剂)的凝结浴中。
使基材在该凝结浴中停留过夜，以使相转化完成。然后将生坯体15浸入在48小时的时间内定期更换的过量自来水中，来除去痕量的NMP。最后，将生坯体15在空气中(CARBOLITE炉)焙烧来产生陶瓷基材。以2℃/分n的速率将温度从室温升高到600℃并保持2小时，然后以5℃/分的速率升高到目标温度(1200℃～1600℃)并保持4小时。然后以5℃/分的速率将温度降低到室温。

Claims (30)

1.一种催化转化器，该催化转化器包括：
基底体，该基底体设置在所述催化转化器内，使得穿过所述催化转化器的流体的主流沿着所述基底体的表面流动，
其中：
所述表面具有通向微通道的多个开口，所述微通道远离所述表面延伸；并且
所述基底体的所述表面的至少一部分包含催化活性材料，
其中，所述基底体呈如下的形式：粒料；薄片；固体长形体；固体棒；具有多个孔的固态体；非管状长形体；非中空体；以螺旋形式弯曲的薄片；或者是上述形式的组合。
2.一种催化转化器，该催化转化器包括：
基底体，该基底体设置在所述催化转化器内，使得穿过所述催化转化器的流体的主流沿着所述基底体的表面流动，
其中：
所述基底体的所述表面具有通向微通道的多个开口，所述微通道远离所述表面延伸；并且
所述基底体的所述表面的至少一部分包含催化活性材料，其中所述催化转化器基底不包含：
多个微结构化管，每个微结构化管具有内表面和外表面，并且所述内表面和外表面中的至少一个表面具有通向所述微通道的多个开口；并且其中所述微通道从所述至少一个表面中的所述开口朝向另一表面延伸。
3.一种催化转化器，该催化转化器包括：
呈具有第一主表面和第二主表面的薄片的形式的基底体，所述基底体布置在所述催化转化器内，使得穿过所述催化转化器的流体的主流沿着所述第一主表面流动，
其中：
所述第一主表面具有通向微通道的多个开口；
所述微通道从所述第一主表面中的所述开口朝向所述第二主表面延伸；并且
所述基底体的所述表面的至少一部分包含催化活性材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，该催化转化器包括从所述基底体的外表面突出的多个表面结构。
5.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其中，所述基底体的至少一部分具有纹理化表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，该催化转化器包括多个基底薄片。
7.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，该催化转化器进一步包括多个间隔件，所述间隔件用于以间隔开的布置支撑多个薄片。
8.根据权利要求6所述的催化转化器，其中，所述间隔件与所述薄片一体形成。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的催化转化器，其中，所述多个薄片被设置为基本上平行地延伸。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的催化转化器，其中，所述多个薄片是以1至3倍的薄片宽度被间隔开。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的催化转化器，其中，所述基底包含陶瓷。
12.根据从属于权利要求3时的权利要求5至10中任一项所述的催化转化器，其中：
所述第二主表面具有通向微通道的多个开口；并且
所述微通道从所述第二主表面中的开口朝向所述第一主表面延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其中，所述基底包含下列的一种或多种：堇青石；氧化锆；钇稳定的氧化锆；二氧化钛；碳化硅；粘土；氧化铝；不锈钢，FeCr合金；铁合金；铝合金；和烧结的金属。
14.根据从属于权利要求3时的权利要求3至10中任一项所述的催化转化器，其中，所述微通道的入口直径是5μm至200μm。
15.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其中，所述基底体是由包含催化活性材料的材料形成的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其中，所述基底体的至少一部分涂覆有催化活性涂层。
17.根据前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其中，所述开口的宽度在5μm至200μm的范围内。
18.一种制造具有形成于其中的多个微通道的基底的方法，该方法包括：
提供悬浮液，该悬浮液含有在第一溶剂中的聚合物和呈微粒形式的基底材料；
将所述悬浮液引入模具中或者挤出所述悬浮液；
将所述悬浮液与第二溶剂接触以从所述悬浮液中除去至少一些第一溶剂，并且由此由所述基底材料和所述聚合物形成具有微通道的生坯体；
除去所述生坯体的至少一部分表面层；和
烧结所述生坯体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，除去材料层的步骤包括：除去材料，以露出所述生坯体的外表面中的开口。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，其中，除去材料层的步骤是使用刀片来进行的。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，除去材料层的步骤是使用研磨料来进行的。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中，除去材料层的步骤是通过砂磨来进行的。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中，成形所述模具，使得所述生坯体形成材料薄片。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中，成形所述模具以形成材料薄片，该材料薄片具有从该材料薄片的主表面伸出的至少一个凸起。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中，所述悬浮液包含催化活性材料。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，该方法进一步包括用催化活性涂层涂覆所述基底的至少一部分。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中，所述开口的宽度在5μm至200μm的范围内。
28.一种制造催化转化器基底的方法，该方法包括根据权利要求17至27中任一项所述的方法。
29.一种催化转化器基底，该催化转化器基底是根据权利要求17至28中任一项所述的方法制造的。
30.一种催化转化器，该催化转化器包括：
基底体，该基底体设置在所述催化转化器内，使得穿过所述催化转化器的流体的主流沿着所述基底体的表面流动，
其中：
所述基底体的所述表面具有通向微通道的多个开口；和
所述表面的至少一部分包含催化活性涂层。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2526310A (en) * 2014-05-20 2015-11-25 Imp Innovations Ltd Monolith
US20170283326A1 (en) * 2015-01-06 2017-10-05 Smart Separations Limited Apparatus and methods
KR102557863B1 (ko) * 2021-03-26 2023-07-24 한국과학기술원 Lohc 탈수소화 반응기 용 촉매구조체
GB202110213D0 (en) 2021-07-15 2021-09-01 Microtech Ceramics Ltd Methods of manufacturing green bodies and substrates
GB202110209D0 (en) 2021-07-15 2021-09-01 Microtech Ceramics Ltd Washcoat method
GB202110212D0 (en) 2021-07-15 2021-09-01 Microtech Ceramics Ltd Washcoat method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819439A (en) * 1971-05-17 1974-06-25 Hexcel Corp Method of making honeycomb of sinterable material employing stepwise coating of a resin-containing composition
US4130452A (en) * 1977-05-10 1978-12-19 Indri John L Process of constructing a ceramic catalyst support
US4175153A (en) * 1978-05-16 1979-11-20 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
DE3536309A1 (de) * 1984-12-01 1986-06-12 Pöhlmann, Erich, 8650 Kulmbach Abgaskatalysator
WO2003070662A1 (en) * 2002-02-22 2003-08-28 Hte Aktiengesellschaft The High Throughput Experimentation Company Decomposable monolithic ceramic materials having an at least bimodal pore distribution and active metal centers located in the pores
US20050069469A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 Fu Xiaodong R. High porosity honeycomb and method
CN1777740A (zh) * 2003-04-17 2006-05-24 依柯卡特有限公司 用于处理内燃机废气的多孔片和具有多孔片的基板
US20110274601A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Basf Corporation Catalyzed Soot Filter And Emissions Treatment Systems and Methods
CN104508268A (zh) * 2012-05-24 2015-04-08 帝国革新有限公司 催化转化器基体

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1604839A (en) * 1977-08-10 1981-12-16 Ferodo Ltd Friction materials
US5352481A (en) 1992-05-29 1994-10-04 Hughes Aircraft Company Process for forming particles having a uniform size distribution
JP3269138B2 (ja) 1992-09-30 2002-03-25 エヌオーケー株式会社 セラミックス多孔質中空糸膜モジュ−ル
DE10044656B4 (de) 2000-09-04 2005-12-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Offenzellige Siliciumcarbid-Schaumkeramik und Verfahren zu ihrer Herstellung
CA2434469A1 (en) 2001-01-12 2002-07-18 Syngenta Participations Ag Thin film electrophoresis apparatus and method
US7108828B2 (en) 2001-08-27 2006-09-19 National Research Council Of Canada Method of making open cell material
JP2005307944A (ja) * 2004-04-26 2005-11-04 Yoshiteru Nakasaki 微粒子除去装置
US20080241032A1 (en) 2007-04-02 2008-10-02 Geo2 Technologies, Inc. Catalyzing Lean NOx Filter and Method of Using Same
ATE513071T1 (de) 2005-07-08 2011-07-15 Univ Bath Anorganische poröse hohlfasern
JPWO2007097249A1 (ja) 2006-02-20 2009-07-09 ダイセル化学工業株式会社 多孔性フィルム及び多孔性フィルムを用いた積層体
WO2007111997A2 (en) 2006-03-23 2007-10-04 Velocys Inc. Process for making styrene using microchannel process technology
US8178192B2 (en) 2008-03-06 2012-05-15 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic green sheet, ceramic green sheet laminate, production method of ceramic green sheet, and production method of ceramic green sheet laminate
JP4986174B2 (ja) 2008-10-30 2012-07-25 独立行政法人産業技術総合研究所 マイクロリアクター用反応管及びその製造方法
HUE029949T2 (en) 2008-11-03 2017-04-28 Guangwei Hetong Energy Tech (Beijing) Co Ltd With a microcircuit system, its manufacturing process and heat exchange system
US8424287B2 (en) * 2011-03-30 2013-04-23 GM Global Technology Operations LLC Electric preheating of a catalytic convertor using a solar cell array
CN105188893B (zh) * 2013-04-26 2018-11-20 科廷科技大学 带通道的制品及其制造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819439A (en) * 1971-05-17 1974-06-25 Hexcel Corp Method of making honeycomb of sinterable material employing stepwise coating of a resin-containing composition
US4130452A (en) * 1977-05-10 1978-12-19 Indri John L Process of constructing a ceramic catalyst support
US4175153A (en) * 1978-05-16 1979-11-20 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
DE3536309A1 (de) * 1984-12-01 1986-06-12 Pöhlmann, Erich, 8650 Kulmbach Abgaskatalysator
WO2003070662A1 (en) * 2002-02-22 2003-08-28 Hte Aktiengesellschaft The High Throughput Experimentation Company Decomposable monolithic ceramic materials having an at least bimodal pore distribution and active metal centers located in the pores
CN1777740A (zh) * 2003-04-17 2006-05-24 依柯卡特有限公司 用于处理内燃机废气的多孔片和具有多孔片的基板
US20050069469A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 Fu Xiaodong R. High porosity honeycomb and method
US20110274601A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Basf Corporation Catalyzed Soot Filter And Emissions Treatment Systems and Methods
CN104508268A (zh) * 2012-05-24 2015-04-08 帝国革新有限公司 催化转化器基体

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WO2015033157A3 (en) 2015-05-14

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