DE112021000845T5

DE112021000845T5 - Poröser Verbundstoff

Info

Publication number: DE112021000845T5
Application number: DE112021000845.5T
Authority: DE
Inventors: Masashi KUBOYAMA; Kenichi Hidaka; Takuya Nakashima; Yunie IZUMI
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-12-22
Also published as: JPWO2021157479A1; CN115038520A; US20220297092A1; WO2021157479A1; JP7284837B2

Abstract

Ein poröser Verbundstoff (1) umfasst ein poröses Grundmaterial (2) und eine auf einer Sammelfläche des Grundmaterials (2) (z. B. auf den Innenflächen von ersten Zellen (231)) bereitgestellte poröse Sammelschicht (3). Die Sammelschicht (3) enthält Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid, die sich in Poren der Sammelfläche des Grundmaterials (2) befinden. Die Sammelfläche weist einen bedeckten Bereich auf, der mit der Sammelschicht (3) bedeckt ist und dessen Gesamtfläche 60 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt. Dementsprechend ist es möglich, eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen zu erreichen und gleichzeitig einen Anstieg des Druckverlustes im porösen Verbundstoff (1) zu unterdrücken. Die Katalysatorpartikel in der Sammelschicht (3) beschleunigen die Oxidation von gesammelten Schwebstoffen und senken außerdem die Verbrennungsstarttemperatur der Schwebstoffe.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Verbundstoff.
Querverweis auf eine verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. JP2020-017004 , die am 4. Februar 2020 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Fahrzeuge oder andere Geräte, die über einen Diesel- oder Benzinmotor verfügen, sind mit einem Filter zum Sammeln von Schwebstoffen in einem Abgas ausgestattet. Der Filter entfernt Schwebstoffe durch Verbrennung, um einen Anstieg des Druckverlusts durch Ablagerung der Schwebstoffe zu verhindern.
Die Veröffentlichung des Japanischen Patents Nr. 5436060 (Dokument 1) schlägt eine Technik zum Unterdrücken des Schmelzens eines porösen Grundmaterials des Filters vor, indem das Grundmaterial des Filters dazu gebracht wird, einen Oxidationskatalysator an der Oberfläche zu tragen, um die Verbrennungsstarttemperatur der Schwebstoffe zu senken. Bei dem Oxidationskatalysator handelt es sich um Y(_1-x)Ag_xMn(_1-y)Fe_yO₃ (0,01 ≤ x ≤ 0,30 und 0,005 ≤ y ≤ 0,30).
Die Veröffentlichung des Japanischen Patents Nr. 5863950 (Dokument 2) schlägt einen Wabenfilter vor, in dem eine Filterschicht (Sammelschicht) auf den gesamten Wandflächen der Zellen aus einem porösen Keramikwabengrundmaterial ausgebildet ist. Die Filterschicht hat eine dreidimensionale Netzwerkstruktur und besteht aus einer Vielzahl von kugelförmigen Keramikpartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,2 µm bis 1,2 µm und einem Überbrückungsmaterial, das Querverbindungen zwischen den kugelförmigen Keramikpartikeln bildet. Die kugelförmigen Keramikpartikel sind Partikel aus Aluminium, Siliciumdioxid, Mullit, Cerdioxid, Zirkoniumdioxid, Cordierit, Zeolit oder Titandioxid. Die Filterschicht wird durch einen Brennvorgang gebildet, der bei Temperaturen von 1100 °C bis 1500 °C durchgeführt wird. Der Wabenfilter, in dem die Filterschicht eine dreidimensionale Netzwerkstruktur mit Poren aufweist, erleichtert es, den Druckverlust im Wabenfilter zu unterdrücken, indem Gasbestandteile in einem Abgas durch die Poren der Filterschicht geleitet werden.
Xin Liu et al. (Ford Motor Company), „Using Artificial Ash to Improve GPF Performance at Zero Mileage“, WCX-World Congress Experience, 9. bis 11. April 2019, Dokument #2019-01-0974 (Dokument 3) schlägt eine Technik zur Bildung einer Sammelschicht durch Bindung von rußähnlichen Al₂O₃-Feinpartikeln an die Oberfläche eines Grundmaterials vor, um die Sammeleffizienz eines Benzinpartikelfilters zu verbessern. Die Sammelschicht wird gebildet, indem ein Rohmaterial in einen Ofen gesprüht wird und das Rohmaterial durch ein Filtergrundmaterial geleitet wird.
Gemäß dem in Dokument 1 beschriebenen Filter kommt es zu einem großen Druckverlust in dem Filter und der Brennstoffverbrauch des Fahrzeugs kann beeinträchtigt werden, da die Oberfläche des Filtergrundmaterials gleichmäßig mit dem Oxidationskatalysator bedeckt ist, wie zum Beispiel in 2(a) und 2(b) gezeigt und in Absatz [0053] beschrieben. In Dokument 2 unterdrückt die dreidimensionale Netzwerkstruktur der Filterschicht den Druckverlust, doch ist die Unterdrückung des Druckverlusts begrenzt, da die Filterschicht auf den gesamten Wandflächen der Zellen bereitgestellt ist. Auch in Dokument 3 kann es im Filter durch Vorhandensein der Sammelschicht auf der gesamten Oberfläche des Filtergrundmaterials zu einem großen Druckverlust kommen (siehe Seite 6).
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Verbundstoff und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen zu erreichen und gleichzeitig einen Anstieg des Druckverlusts zu unterdrücken.
Ein poröser Verbundstoff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein poröses Grundmaterial und eine poröse Sammelschicht, die auf einer Sammelfläche des Grundmaterials bereitgestellt ist. Die Sammelschicht enthält Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid, die sich in Poren der Sammelfläche des Grundmaterials befinden. Die Sammelfläche weist einen bedeckten Bereich auf, der mit der Sammelschicht bedeckt ist und dessen Gesamtfläche 60 % oder weniger einer Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt.
Dementsprechend ist es möglich, eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen zu erreichen und gleichzeitig einen Anstieg des Druckverlusts zu unterdrücken.
Vorzugsweise bestehen die Katalysatorpartikel aus CeO₂, Lanthan-Mangan-Cer-Oxid oder Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid.
Vorzugsweise haben die Katalysatorpartikel eine maximale Partikelgröße von 10 µm oder weniger und einen mittleren Durchmesser von weniger als 1,0 µm.
Vorzugsweise beträgt eine Gesamtfläche des bedeckten Bereichs, der in einem anderen Bereich als den Poren der Sammelfläche liegt, 30 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche.
Vorzugsweise weist die Sammelschicht in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials eine Porosität von 20 % oder mehr und 80 % oder weniger auf.
Vorzugsweise weist das Grundmaterial eine Wabenstruktur auf, deren Inneres durch eine Trennwand in eine Vielzahl von Zellen unterteilt ist, und zumindest einige der mehreren Zellen haben Innenflächen, die als Sammelfläche dienen.
Vorzugsweise ist der oben beschriebene poröse Verbundstoff ein Benzinpartikelfilter, der Schwebstoffe in einem von einem Benzinmotor emittierten Abgas sammelt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundstoffs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst a) das Zerstäuben eines Rohmaterials, das ein Seltenerdelement oder ein Übergangsmetallelement enthält, zu Rohnebel, b) das Erzeugen von Katalysatorpartikeln aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid durch Erwärmen des Rohnebels, und c) das Bilden einer porösen Sammelschicht durch Zugabe der Katalysatorpartikel gemeinsam mit einem Trägergas zu einem porösen Grundmaterial, um die Katalysatorpartikel in Poren einer Sammelfläche des Grundmaterials abzuscheiden. In Schritt b) liegt eine Temperatur der Erwärmung des Rohnebels unter 1000 °C. Nach Schritt c) weist die Sammelfläche einen bedeckten Bereich auf, der mit der Sammelschicht bedeckt ist und dessen Gesamtfläche 60 % oder weniger einer Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt.
Dementsprechend ist es möglich, eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen zu erreichen und gleichzeitig einen Anstieg des Druckverlusts zu unterdrücken.
In Schritt c) werden die Katalysatorpartikel dem Grundmaterial vorzugsweise für einen Zeitraum von 0,5 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger zugegeben.
Vorzugsweise umfasst das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundstoffs nicht das Erwärmen des Grundmaterials zur Erhöhung einer Festigkeit, um die Katalysatorpartikel nach Schritt c) an dem Grundmaterial zu fixieren.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines porösen Verbundstoffs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Schnittdarstellung des porösen Verbundstoffs;
3 ist eine Darstellung einer Produktionseinheit, die den porösen Verbundstoff herstellt;
4 ist ein Flussdiagramm der Herstellung des porösen Verbundstoffs;
5 ist ein REM-Bild eines porösen Verbundstoffs gemäß Beispiel 2;
6 ist ein REM-Bild des porösen Verbundstoffs gemäß Beispiel 2; und
7 ist ein REM-Bild eines porösen Verbundstoffs gemäß dem Vergleichsbeispiel 3.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 ist eine Draufsicht, die einen porösen Verbundstoff 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vereinfachter Form darstellt. Der poröse Verbundstoff 1 ist ein röhrenförmiges Element, das in einer Richtung lang ist. In 1 ist die Stirnfläche des porösen Verbundstoffs 1 auf einer Seite in der Längsrichtung dargestellt. 2 ist eine Schnittdarstellung des porösen Verbundstoffs 1. In 2 ist ein Teil eines Schnitts entlang der Längsrichtung dargestellt. Der poröse Verbundstoff 1 kann beispielsweise als Benzinpartikelfilter (GPF) verwendet werden, der Schwebstoffe wie Ruß in einem Abgas sammelt, das von einem Benzinmotor eines Geräts, wie z. B. eines Automobils, emittiert wird.
Der poröse Verbundstoff 1 umfasst ein poröses Grundmaterial 2 und eine poröse Sammelschicht 3. In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist das Grundmaterial 2 ein Element mit einer Wabenstruktur. Das Grundmaterial 2 umfasst eine röhrenförmige Außenwand 21 und eine Trennwand 22. Die röhrenförmige Außenwand 21 ist ein röhrenförmiger Abschnitt, der sich in Längsrichtung erstreckt (d. h. in die Rechts-Links-Richtung in 2). Beispielsweise weist die röhrenförmige Außenwand 21 eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform senkrecht zur Längsrichtung auf. Diese Querschnittsform kann jede andere Form sein, z. B. eine polygonale Form.
Die Trennwand 22 ist ein gitterförmiger Abschnitt, der in der röhrenförmigen Außenwand 21 bereitgestellt ist und das Innere der röhrenförmigen Außenwand in eine Vielzahl von Zellen 23 unterteilt. Die Zellen 23 bilden jeweils einen Raum, der sich in Längsrichtung erstreckt. Jede Zelle 31 weist beispielsweise eine im Allgemeinen quadratische Querschnittsform senkrecht zur Längsrichtung auf. Diese Querschnittsform kann jede andere Form sein, z. B. eine polygonale Form oder eine Kreisform. Im Allgemeinen haben die Zellen 23 dieselbe Querschnittsform. Alternativ können die Zellen 23 Zellen 23 umfassen, die andere Querschnittsformen aufweisen. Das Grundmaterial 2 ist eine Zellstruktur, deren Inneres durch die Trennwand 22 in die Zellen 23 unterteilt ist.
Die röhrenförmige Außenwand 21 und die Trennwand 22 sind porös. Die röhrenförmige Außenwand 21 und die Trennwand 22 sind aus einem keramischen Material wie Cordierit gebildet. Die Materialien für die röhrenförmige Außenwand 21 und die Trennwand 22 können ein anderes keramisches Material als Cordierit sein oder können ein anderes Material als ein keramisches Material sein.
Die röhrenförmige Außenwand 21 hat eine longitudinale Länge von beispielsweise 50 mm bis 300 mm. Die röhrenförmige Außenwand 21 kann einen Außendurchmesser von beispielsweise 50 mm bis 300 mm aufweisen. Die Dicke der röhrenförmigen Außenwand 21 kann beispielsweise 30 µm (Mikrometer) oder mehr und vorzugsweise 50 µm oder mehr betragen. Die Dicke der röhrenförmigen Außenwand 21 kann außerdem beispielsweise 1000 µm oder weniger, vorzugsweise 500 µm oder weniger und mehr bevorzugt 350 µm oder weniger betragen.
Die longitudinale Länge der Trennwand 22 ist in etwa dieselbe wie die longitudinale Länge der röhrenförmigen Außenwand 21. Die Dicke der Trennwand 22 kann beispielsweise 30 µm oder mehr und vorzugsweise 50 µm oder mehr betragen. Die Dicke der Trennwand 22 kann außerdem beispielsweise 1000 µm oder weniger, vorzugsweise 500 µm oder weniger und mehr bevorzugt 350 µm oder weniger betragen. Die Porosität der Trennwand 22 kann beispielsweise 20 % oder mehr und vorzugsweise 30 % oder mehr betragen. Die Porosität der Trennwand 22 kann außerdem beispielsweise 80 % oder weniger und vorzugsweise 70 % oder weniger betragen. Die offene Porosität der Trennwand 22 kann beispielsweise 40 % oder mehr und vorzugsweise 55 % oder mehr betragen. Die offene Porosität der Trennwand 22 kann außerdem beispielsweise 65 % oder weniger betragen. Die Porosität und die offene Porosität der Trennwand 22 können mit dem Archimedes-Verfahren gemessen werden.
Die Trennwand 22 kann beispielsweise eine mittlere Porengröße von 5 µm oder mehr und vorzugsweise 8 µm oder mehr aufweisen. Die mittlere Porengröße der Trennwand 22 kann außerdem beispielsweise 30 µm oder weniger und vorzugsweise 25 µm oder weniger betragen. Die mittlere Porengröße kann mit einem Quecksilberporosimeter gemessen werden. Der Anteil der offenen Fläche der Trennwand 22 kann beispielsweise 20 % oder mehr und vorzugsweise 30 % oder mehr betragen. Der Anteil der offenen Fläche der Trennwand 22 kann außerdem beispielsweise 80 % oder weniger und vorzugsweise 60 % oder weniger betragen. Der Anteil der offenen Fläche kann durch Analyse eines Rasterelektronenmikroskopbildes (REM-Bild) der Oberfläche der Trennwand 22 erhalten werden. Diese Bildanalyse wird mit der Bildanalysesoftware „Image-Pro Version 9.3.2“ von Nippon Roper K. K. durchgeführt.
Eine Zelldichte des Grundmaterials 2 (d. h. die Anzahl von Zellen 23 pro Flächeneinheit eines Schnitts senkrecht zur Längsrichtung) kann beispielsweise 10 Zellen pro Quadratzentimeter (Zellen/cm²) oder mehr, vorzugsweise 20 Zellen/cm² oder mehr und mehr bevorzugt 30 Zellen/cm² oder mehr betragen. Die Zelldichte kann außerdem beispielsweise 200 Zellen/cm² oder weniger und vorzugsweise 150 Zellen/cm² oder weniger betragen. In der Darstellung in 1 sind die Größen der Zellen 23 größer als die tatsächlichen Größen und die Anzahl von Zellen 23 ist kleiner als die tatsächliche Anzahl. Die Größen, die Anzahl und sämtliche andere Informationen der Zellen 23 können auf verschiedene Arten modifiziert werden.
Wenn der poröse Verbundstoff 1 als GPF verwendet wird, strömt ein Gas, z. B. ein Abgas, durch das Innere des porösen Verbundstoffs 1, wobei eine Seite des porösen Verbundstoffs 1 in der Längsrichtung (d. h. die linke Seite in 2) als Einlass und die andere Endseite als Auslass dient. Einige der Zellen 23 des porösen Verbundstoffs 1 haben am einlassseitigen Ende einen Maschendichtungsteil 24 und die übrigen Zellen 23 haben am auslassseitigen Ende einen Maschendichtungsteil 24.
1 ist eine Darstellung der Einlassseite des porösen Verbundstoffs 1. In 1 sind die Maschendichtungsteile 24 auf der Einlassseite schraffiert, um das Verständnis der Zeichnung zu erleichtern. In dem in 1 dargestellten Beispiel sind die Zellen 23, die auf der Einlassseite einen Maschendichtungsteil 24 haben, und die Zellen 23, die auf der Einlassseite keinen Maschendichtungsteil 24 haben (d. h. die Zellen 23, die den Maschendichtungsteil 24 auf der Auslassseite haben), abwechselnd sowohl in der vertikalen als auch in der seitlichen Richtung in 1 angeordnet.
In der folgenden Beschreibung werden die Zellen 23, die den Maschendichtungsteil 24 auf der Auslassseite haben, auch als „erste Zellen 231“ bezeichnet, und die Zellen 23, die den Maschendichtungsteil 24 auf der Einlassseite haben, werden auch als „zweite Zellen 232“ bezeichnet. Wenn nicht zwischen den ersten Zellen 231 und den zweiten Zellen 232 unterschieden werden muss, werden die Zellen kollektiv als „Zellen 23“ bezeichnet, wie vorstehend beschrieben. Die Zellen 23 des porösen Verbundstoffs 1 umfassen eine Vielzahl von ersten Zellen 231, deren Enden einer Seite in der Längsrichtung abgedichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Zellen 232, deren Enden der anderen Seite in der Längsrichtung abgedichtet sind, wobei die ersten Zellen 23 und die zweiten Zellen 23 abwechselnd angeordnet sind.
Die Sammelschicht 3 ist auf der Oberfläche des Grundmaterials 2 ausgebildet. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Sammelschicht 3 in den ersten Zellen 231 angeordnet, die den Maschendichtungsteil 24 auf der Auslassseite haben, und bedeckt die Innenflächen der ersten Zellen 231 (d. h. die Oberfläche der Trennwand 22). Die Sammelschicht 3 bedeckt nicht die gesamten Innenflächen der ersten Zellen 231 und bedeckt einen Teil der Innenflächen. In 2 wird die Sammelschicht 3 durch fette gestrichelte Linien dargestellt. Die Sammelschicht 3 bedeckt außerdem die Innenflächen der Maschendichtungsteile 24 auf der Auslassseite in den ersten Zellen 231. Andererseits ist in den zweiten Zellen 232, die den Maschendichtungsteil 24 auf der Einlassseite haben, keine Sammelschicht 3 vorhanden. Anders ausgedrückt liegen die Innenflächen der zweiten Zellen 232 frei, ohne von der Sammelschicht 3 bedeckt zu sein.
Die Sammelschicht 3 enthält Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid. Zu den Seltenerdelementen, die das Seltenerdoxid bilden, gehören Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Lanthanoide. Zu den Lanthanoiden gehören Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu). Die Sammelschicht 3 enthält ein Oxid von einem oder mehreren Arten von Seltenerdelementen und/oder ein Oxid von einem oder mehreren Arten von Übergangsmetallelementen als Katalysatorpartikel. Die Sammelschicht 3 kann auch andere Substanzen als die Katalysatorpartikel enthalten, vorzugsweise besteht die Sammelschicht 3 jedoch im Wesentlichen nur aus den Katalysatorpartikeln.
Vorzugsweise bestehen die Katalysatorpartikel aus CeO₂, Lanthan-Mangan-Cer-Oxid oder Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid. Anders ausgedrückt enthalten die Katalysatorpartikel eine oder mehrere Arten von CeO₂, Lanthan-Mangan-Cer-Oxid und Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid. Das Lanthan-Mangan-Cer-Oxid ist ein Oxid, das La, Mn und Ce enthält und nachstehend auch als „La-Mn-Ce-O“ bezeichnet wird. Das Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid ist ein Oxid, das La, Pr und Ce enthält und nachstehend auch als „La-Pr-Ce-O“ bezeichnet wird.
Der mittlere Durchmesser der Katalysatorpartikel, die als ein die Sammelschicht 3 bildendes Aggregat dienen, kann vorzugsweise kleiner als 1,0 µm und mehr bevorzugt 0,8 µm oder kleiner sein. Hinsichtlich der unteren Grenze für den mittleren Durchmesser der Katalysatorpartikel gibt es keine besonderen Einschränkungen und der mittlere Durchmesser kann vorzugsweise so klein wie möglich sein. Die Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 können vorzugsweise eine maximale Partikelgröße von 10 µm oder weniger und mehr bevorzugt 5 µm oder weniger aufweisen. Die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 kann vorzugsweise 1 m²/g oder mehr und mehr bevorzugt 20 m²/g oder mehr betragen. Hinsichtlich der oberen Grenze für die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel gibt es keine besonderen Einschränkungen und die spezifische Oberfläche kann vorzugsweise so groß wie möglich sein. Der mittlere Durchmesser und die maximale Partikelgröße der Katalysatorpartikel können durch Laserdiffraktomie gemessen werden. Die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel kann durch das BET-Verfahren gemessen werden.
Wie oben beschrieben bedeckt die Sammelschicht 3 nur einen Teil der Innenflächen der ersten Zellen 231. Die Gesamtfläche eines Bereichs der Innenflächen der ersten Zellen 231, der mit der Sammelschicht 3 bedeckt ist, beträgt 60 % oder weniger der Gesamtfläche der Innenflächen der ersten Zellen 231. In der folgenden Beschreibung werden die Innenflächen der ersten Zellen 231 des Grundmaterials, auf denen die Sammelschicht 3 bereitgestellt ist, auch als „Sammelflächen“ bezeichnet. Der Bereich der Sammelfläche, der mit der Sammelschicht 3 bedeckt ist, wird auch als „bedeckter Bereich“ bezeichnet. Wenn die Sammelschicht 3 Poren aufweist und das Grundmaterial 2 durch die Poren freiliegt, gehören die Bereiche, in denen das Grundmaterial 2 durch die Poren freiliegt, nicht zu dem bedeckten Bereich. Vorzugsweise beträgt die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs 60 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche. Die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs kann auch vorzugsweise 10 % oder mehr der Gesamtfläche der Sammelfläche und mehr bevorzugt 15 % oder mehr davon betragen. In der folgenden Beschreibung wird das Verhältnis der Gesamtfläche des bedeckten Bereichs zur Gesamtfläche der Sammelfläche auch als „Abdeckungsverhältnis“ bezeichnet.
Vorzugsweise befinden sich in dem porösen Verbundstoff 1 viele der vorstehend erwähnten Katalysatorpartikel der Sammelschicht 3 in den Poren (d. h. Öffnungen von offenen Poren) der Innenflächen der ersten Zellen 231 (d. h. der Sammelfläche des Grundmaterials 2). Anders ausgedrückt ist der bedeckte Bereich, der sich in einem anderen Bereich der Sammelfläche des Grundmaterials 2 als den Öffnungen der offenen Poren (nachstehend auch als „Bereich außerhalb der Poren „bezeichnet") befindet, vorzugsweise klein. Insbesondere kann die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs im Bereich außerhalb der Poren der Sammelfläche vorzugsweise 30 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche und mehr bevorzugt 10 % oder weniger davon betragen. In der folgenden Beschreibung wird das Verhältnis der Gesamtfläche des Bereichs im Bereich außerhalb der Poren zur Gesamtfläche der Sammelfläche auch als „Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren“ bezeichnet.
Vorzugsweise beträgt die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche 20 % oder mehr, mehr bevorzugt 35 % oder mehr und noch mehr bevorzugt 50 % oder mehr. Vorzugsweise beträgt die Porosität ferner 80 % oder weniger und mehr bevorzugt 70 % oder weniger. Die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche kann durch Analyse eines REM-Bildes von der Oberfläche des porösen Verbundstoffs 1 mit der vorstehend erwähnten Bildanalysesoftware erhalten werden.
In dem in 1 und 2 dargestellten porösen Verbundstoff 1 strömt das in den porösen Verbundstoff 1 strömende Gas, wie durch die Pfeile A1 in 2 angezeigt, von den Einlässen der ersten Zellen 231, deren Einlassseiten nicht abgedichtet sind, in die ersten Zellen 231 und von den ersten Zellen 231 durch die Sammelschicht 3 und die Trennwand 22 in die zweiten Zellen 232, deren Auslassseiten nicht abgedichtet sind. Dabei werden Schwebstoffe im Gas effizient in der Sammelschicht 3 gesammelt. Die vorstehend erwähnten Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 beschleunigen die Verbrennung (d. h. die Entfernung durch Oxidation) der gesammelten Schwebstoffe.
Als nächstes wird ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Eine in 3 dargestellte Produktionseinheit 8 umfasst eine Zerstäuberkammer 81, eine Heizkammer 82 und einen Rohrofen 83. Die Zerstäuberkammer 81 weist einen Innenraum auf, in dem eine Ausgangsmateriallösung der Sammelschicht 3 in Nebel zerstäubt wird. Die Heizkammer 82 kann beispielsweise im Allgemeinen zylindrisch sein und ist mit der Zerstäuberkammer 81 verbunden. Der Innenraum der Zerstäuberkammer 81 und der Innenraum der Heizkammer 82 stehen miteinander in Verbindung. Der Rohrofen 83 ist um die Heizkammer 82 herum angeordnet, um den Innenraum der Heizkammer 82 zu erwärmen. Im Innenraum der Heizkammer 82 befindet sich das Grundmaterial 2. Das Grundmaterial 2 ist an einer Position entfernt von der Zerstäuberkammer 81 in der Heizkammer 82 angeordnet. Das Grundmaterial 2 ist so angeordnet, dass die Öffnungen der ersten Zellen 231, die in 2 dargestellt sind, (d. h. die Enden auf der Seite gegenüber der Maschendichtungsteile 24) der Zerstäuberkammer 81 zugewandt sind. Der Raum zwischen der Innenfläche der Heizkammer 82 und den beiden Enden des Grundmaterials 2 in Längsrichtung ist z. B. mit O-Ringen luftdicht versiegelt.
Die Produktionseinheit 8 stellt den porösen Verbundstoff 1 durch ein thermisches Sprühzersetzungsverfahren her. Bei der Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 werden zunächst Ultraschallwellen durch einen Ultraschallvibrator 811 auf eine in der Zerstäuberkammer 81 gelagerte Ausgangsmateriallösung aufgebracht. Dadurch wird die Ausgangsmateriallösung in der Zerstäuberkammer 81 in Rohnebel (d. h. eine Nebelausgangsmateriallösung) zerstäubt (Schritt S11). Die Ausgangsmateriallösung enthält Seltenerdelemente oder Übergangsmetallelemente, die als Rohmaterial für die vorstehend erwähnten Katalysatorpartikel dienen. Die Ausgangsmateriallösung kann beispielsweise eine wässrige Lösung des Salzes der Seltenerdelemente oder Übergangsmetallelemente sein. Alternativ kann die Ausgangsmateriallösung in der Zerstäuberkammer 81 in Nebel zerstäubt werden, indem sie aus Düsen eines Zerstäubers oder eines anderen Geräts gesprüht wird.
Der in Schritt S11 erzeugte Rohnebel wird mit einem Trägergas (z. B. Luft), das der Zerstäuberkammer 81 zugeführt wird, zur Heizkammer 82 befördert. Der Rohnebel wird durch den Rohrofen 83 erwärmt, während er von der Zerstäuberkammer 81 durch den Innenraum der Heizkammer 82 zum Grundmaterial 2 strömt. Dadurch werden die Seltenerdelemente oder Übergangsmetallelemente im Rohnebel zu superfeinem Pulver der Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid oxidiert (Schritt S12). Anders ausgedrückt werden die Katalysatorpartikel durch Erwärmen des Rohnebels synthetisiert.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels in der Heizkammer 82 100 °C oder mehr und mehr bevorzugt 400 °C oder mehr. Vorzugsweise beträgt die Erwärmungstemperatur ferner 1000 °C oder weniger und mehr bevorzugt 800 °C oder weniger. Wenn für jeden Bereich in Längsrichtung des Rorhofens 83 eine andere Temperatur festgelegt wird, ist die Erwärmungstemperatur eine maximale Temperatur des Rohrofens 83. In der Produktionseinheit 8 werden beispielsweise die Temperatur eines Bereichs des Rohrofens 83, der nahe der Zerstäuberkammer 81 ist, und die Temperatur eines Bereichs um das Grundmaterial 2 auf 200 °C festgelegt, und die Temperatur eines zentralen Abschnitts des Rohrofens 83 in Längsrichtung wird auf die vorstehend erwähnte und beschriebene maximale Temperatur festgelegt, die höher als 200 °C ist.
Die in Schritt S12 erzeugten Katalysatorpartikel werden mit einem Trägergas dem Grundmaterial 2 zugegeben. Insbesondere strömen die Katalysatorpartikel und das Trägergas in die ersten Zellen 231 des Grundmaterials 2. Das Trägergas in den ersten Zellen 231 strömt durch die Trennwand 22 zu den zweiten Zellen 232. Das zu den zweiten Zellen 232 strömende Trägergas strömt aus dem Grundmaterial 2 heraus und wird dann aus der Heizkammer 82 ausgestoßen. Die Katalysatorpartikel werden hingegen auf den Innenflächen der ersten Zellen 231 (d. h. auf der Sammelfläche) abgeschieden und auf der Sammelfläche erwärmt. Dadurch wird die aus den Katalysatorpartikeln bestehende Sammelschicht 3 auf der Sammelfläche gebildet (Schritt S13). Da die Katalysatorpartikel vorwiegend in den Poren der Sammelfläche abgeschieden werden, wird die Sammelschicht 3 vorwiegend in diesen Poren gebildet, wie vorstehend beschrieben.
Die Produktionseinheit 8 stellt den porösen Verbundstoff 1 her, indem dem Grundmaterial 2 die Katalysatorpartikel zugegeben werden und die Katalysatorpartikel für eine vorbestimmte Zeitdauer in der Heizkammer 82 erwärmt werden. Vorzugsweise beträgt die vorstehend erwähnte Zugabezeit 0,5 Minuten oder mehr und mehr bevorzugt eine Minute oder mehr. Vorzugsweise beträgt die Zugabezeit ferner 60 Minuten oder weniger und mehr bevorzugt 30 Minuten oder weniger.
In der Produktionseinheit 8 können die Katalysatorpartikel in dem Trägergas enthalten sein, das aus dem Grundmaterial 2 strömt. Die Erzeugung der Katalysatorpartikel in Schritt S12 muss nicht notwendigerweise durchgeführt werden, während der Rohnebel zu dem Grundmaterial 2 in der Heizkammer 82 befördert wird, sondern kann durchgeführt werden, nachdem der Rohnebel das Grundmaterial 2 erreicht hat.
Die Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 kann ferner das Durchführen eines Einbrennvorgangs nach Schritt S13 an dem aus der Produktionseinheit 8 entnommenen porösen Verbundstoff 1 umfassen, um die Festigkeit zu erhöhen, um die Katalysatorpartikel an dem Grundmaterial 2 zu fixieren. Die Erwärmungstemperatur während des Einbrennvorgangs ist höher als die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels in Schritt S12 und kann vorzugsweise 1000 °C oder mehr betragen. Die Erwärmungstemperatur beträgt ferner vorzugsweise 1200 °C oder weniger. Vorzugsweise beträgt die Erwärmungszeit während des Einbrennvorgangs 0,5 Stunden oder mehr. Vorzugsweise beträgt die Erwärmungszeit ferner 2 Stunden oder weniger. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einbrennvorgang in der Regel nicht durchgeführt werden muss, da es möglich ist, eine ausreichende Festigkeit zum Fixieren der Katalysatorpartikel an dem Grundmaterial 2 durch die oben beschriebenen Schritte S11 bis S 13 sicherzustellen.

Im Folgenden werden die Beispiele 1 bis 10 des porösen Verbundstoffs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und die porösen Verbundstoffe gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, die mit dem porösen Verbundstoff 1 verglichen werden, mit Bezug auf die Tabellen 1 bis 3 beschrieben. Tabelle 1

	Bedingung für die Herstellung der Sammelschicht
	Konzentration der Lösung	Erwärmungstemperatur	Zugabezeit	Einbrenntemperatur	Einbrennzeit
	mol/ l	°C		°C
Beispiel 1	0,5	400	5 min	-	-
Beispiel 2	0,5	600	5 min	-	-
Beispiel 3	0,5	800	5 min	-	-
Beispiel 4	0,06	600	10 min	-	-
Beispiel 5	0,06	800	10 min	-	-
Beispiel 6	0,06	600	5 min	1000	2h
Beispiel 7	0,5	600	5 min	-	-
Beispiel 8	0,5	800	5 min	-	-
Beispiel 9	0,06	600	10 min	-	-
Beispiel 10	0,06	800	10 min	-	-
Vergleichsbeispiel 1	-	1200	-	1200	2h
Vergleichsbeispiel 2	-	1200	-	1200	2h
Vergleichsbeispiel 3	0,5	600	2h	-	-

Tabelle 2

	Bedeckter Bereich		Porosität der Sammelschicht	Katalysatorpartikel
	Abdeckungs -verhältnis	Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren	Porosität der Sammelschicht	Material	Mittlerer Durchmesser	Spezifischer Oberflächenbereich
	%	%	%		µm	m2/g
Beispiel 1	18	≤ Nachweisgrenze	55	La-Mn-Ce-O	0,76	58,1
Beispiel 2	20	≤ Nachweisgrenze	45	La-Mn-Ce-O	0,71	71,7
Beispiel 3	20	≤ Nachweisgrenze	45	La-Mn-Ce-O	0,68	30,0
Beispiel 4	30	≤ Nachweisgrenze	4	La-Mn-Ce-O	0,61	7,6
Beispiel 5	28	≤ Nachweisgrenze	42	La-Mn-Ce-O	0,65	4,0
Beispiel 6	20	≤ Nachweisgrenze	48	La-Mn-Ce-O	1,0	2,0
Beispiel 7	55	25	30	CeO₂	0,7	51,0
Beispiel 8	57	27	27	CeO₂	0,7	27,7
Beispiel 9	35	5	35	CeO₂	0,5	6,7
Beispiel 10	32	2	38	CeO₂	0,6	6,2
Vergleichsbeispiel 1	98	68	≤ Nachweisgrenze	La-Mn-Ce-O	3,5	20,0
Vergleichsbeispiel 2	98	68	≤ Nachweisgrenze	SiC	4,0	2,0
Vergleichsbeispiel 3	90	60	≤ Nachweisgrenze	La-Mn-Ce-O	0,8	65,0

Tabelle 3

	Leistungsbeurteilung
	Anfangsdruckverlust	Sammeleffizienz	Oxidationsstarttemperatur		Gesamtbeurteilung
			°C	Beurteilung
Beispiel 1	⊚	◯	280	⊚	A
Beispiel 2	⊚	◯	300	⊚	A
Beispiel 3	⊚	◯	320	⊚	A
Beispiel 4	⊚	◯	310	⊚	A
Beispiel 5	⊚	◯	380	◯	B
Beispiel 6	◯	◯	400	△	C
Beispiel 7	◯	◯	360	◯	B
Beispiel 8	◯	◯	370	◯	B
Beispiel 9	◯	◯	380	◯	B
Beispiel 10	◯	◯	380	◯	B
Vergleichsbeispiel 1	×	◯	300	⊚	F
Vergleichsbeispiel 2	×	◯	450	×	F
Vergleichsbeispiel 3	×	◯	350	⊚	F

In den Beispielen 1 bis 10 bestand das Grundmaterial 2 aus Cordierit und hatte eine Wabenstruktur. Das Grundmaterial 2 hatte eine offene Porosität von 55 %, ein Verhältnis der offenen Oberfläche von 30 % und eine mittlere Porengröße von 18 µm. Die offene Porosität wurde durch das Archimedes-Verfahren mit entionisiertem Wasser als Medium gemessen. Das Verhältnis der offenen Oberfläche wurde durch Analyse eines REM-Bildes von der Oberfläche des Grundmaterials 2 (unter 250-facher Vergrößerung) mit der vorstehend erwähnten Analysesoftware erhalten. Die mittlere Porengröße wurde mit einem Quecksilberporosimeter gemessen. Dasselbe gilt für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3.
Gemäß den Beispielen 1 bis 10 wurde der poröse Verbundstoff 1 in der oben beschriebenen Produktionseinheit 8 durch die Schritte S11 bis S13 (durch das Sprühpyrolyseverfahren) hergestellt. Die Zerstäuberkammer 81 wurde auf einen Innendruck von -0,01 MPa eingestellt. Die Durchflussrate eines der Zerstäuberkammer 81 zugeführten Trägergases wurde auf 3 Liter (1) pro Minute eingestellt.
In den Beispielen 1 bis 10 wurden für die Konzentration der in Schritt S11 verwendeten Ausgangsmateriallösung, die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels (maximale Temperatur) in Schritt S12 und die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel zum Grundmaterial 2 in Schritt S13 unterschiedliche Werte verwendet. Die Konzentration der Ausgangsmateriallösung war die Konzentration (Mol pro Liter (mol/1)) von Seltenerdelementen oder Übergangsmetallelementen, die als das Rohmaterial für die Katalysatorpartikel in der Ausgangsmateriallösung dienen, und wurde in den Beispielen 1 bis 10 auf 0,5 mol/l oder 0,06 mol/1 eingestellt. In den Beispielen 1 bis 10 lag die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels im Bereich von 400 °C bis 800 °C (d. h. unter 1000 °C). In den Beispielen 1 bis 10 betrug die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel entweder 5 Minuten oder 10 Minuten. In Beispiel 6 wurde nach Schritt S13 der oben beschriebene Einbrennvorgang durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Einbrenntemperatur (1000 °C) und die Einbrennzeit (2 Stunden) während des Einbrennvorgangs. In den Beispielen 1 bis 5 und 7 bis 10 wurde der Einbrennvorgang nach Schritt S13 nicht durchgeführt.
Die Katalysatorpartikel der in den Schritten S11 bis S13 erzeugten Sammelschicht 3 bestanden in den Beispielen 1 bis 6 aus La-Mn-Ce-O und in den Beispielen 7 bis 10 aus CeO₂. In den Beispielen 1 bis 5 und 7 bis 10 hatten die Katalysatorpartikel einen mittleren Durchmesser von 0,52 µm bis 0,76 µm (d. h. unter 1,0 µm) und eine spezifische Oberfläche von 4,0 m²/g bis 71,7 m²/g. In Beispiel 6 erhöhte der Einbrennvorgang die Partikelgrößen der Katalysatorpartikel, sodass die Katalysatorpartikel einen mittleren Durchmesser von 1,0 µm und eine spezifische Oberfläche von 2,0 m²/g aufwiesen. Obwohl dies in Tabelle 2 nicht gezeigt ist, betrug die maximale Partikelgröße der Katalysatorpartikel 10 µm oder weniger. Der mittlere Durchmesser und die maximale Partikelgröße der Katalysatorpartikel wurden durch Extrahieren nur der Katalysatorpartikel aus dem porösen Verbundstoff 1 und Messen der Katalysatorpartikel durch Laserdiffraktometrie erfasst. Die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel wurde durch Messen der aus dem porösen Verbundstoff 1 extrahierten Katalysatorpartikel durch das BET-Verfahren erfasst.
In den Beispielen 1 bis 6 lag das Abdeckungsverhältnis (d. h. das Verhältnis der Gesamtfläche des bedeckten Bereichs zur Gesamtfläche der Sammelfläche) im Bereich von 18 % bis 30 % und war kleiner oder gleich dem Verhältnis der offenen Oberfläche (30 %) des Grundmaterials 2. In den Beispielen 7 bis 10 lag das Abdeckungsverhältnis im Bereich von 32 % bis 57 % und höher als das Verhältnis der offenen Oberfläche des Grundmaterials 2. Das Abdeckungsverhältnis wurde durch Analyse eines REM-Bildes von der Oberfläche des porösen Verbundstoffs 1 (unter 250-facher Vergrößerung) mit der vorstehend erwähnten Analysesoftware erhalten. 5 zeigt das REM-Bild von der Oberfläche des porösen Verbundstoffs 1 (unter 250-facher Vergrößerung) in Beispiel 2. In dem REM-Bild entsprechen weißliche Abschnitte den Katalysatorpartikeln und dunklere Abschnitte als die Katalysatorpartikel entsprechen der Oberfläche des Grundmaterials 2 (dasselbe gilt für 6 und 7).
Bei der Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 in den Schritten S11 bis S13 werden die Katalysatorpartikel vorzugsweise in Poren (d. h. in Öffnungen von offenen Poren) der Sammelfläche abgeschieden. Wenn das Abdeckungsverhältnis also kleiner oder gleich dem Verhältnis der offenen Oberfläche des Grundmaterials 2 ist, werden fast alle Katalysatorpartikel in den Poren der Sammelfläche abgeschieden und im Wesentlichen keine Katalysatorpartikel werden im Bereich außerhalb der Poren der Sammelfläche abgeschieden. Daher war in den Beispielen 1 bis 6 das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren kleiner oder gleich einer Nachweisgrenze (d. h. im Wesentlichen 0 %). In den Beispielen 7 bis 10 wurde das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren durch Subtrahieren des Verhältnisses der offenen Oberfläche des Grundmaterials 2 von dem Abdeckungsverhältnis erhalten. In den Beispielen 7 bis 10 lag das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren im Bereich von 2 % bis 27 % (d. h. 30 % oder weniger).
In den Beispielen 1 bis 10 lag die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche im Bereich von 27 % bis 55 % (d. h. 20 % oder mehr und 80 % oder weniger). Die Porosität wurde durch Analyse eines REM-Bildes von der Oberfläche des porösen Verbundstoffs 1 (unter 1000-facher Vergrößerung) mit der vorstehend erwähnten Analysesoftware erhalten. 6 zeigt das REM-Bild des porösen Verbundstoffs 1 (unter 1000-facher Vergrößerung) in Beispiel 2.
In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde die Sammelschicht 3 hingegen durch Zugabe von im Vorhinein hergestellten Katalysatorpartikeln zu den Innenflächen der ersten Zellen 231 des Grundmaterials 2 und durch Durchführen des Einbrennvorgangs gebildet, um die Katalysatorpartikel an den Innenflächen zu fixieren. Tabelle 1 zeigt die Einbrenntemperatur (1200 °C) und die Einbrennzeit (2 Stunden) während des Einbrennvorgangs. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden die Katalysatorpartikel durch das Zitronensäureverfahren erzeugt. Insbesondere wurde eine gemischte wässrige Lösung hergestellt, indem ein Nitrat von Seltenerdelementen oder Übergangsmetallelementen, die als Rohmaterial für die Katalysatorpartikel dienen, gemeinsam mit Zitronensäure in ionengetauschtem Wasser gelöst wurden. Dann wurde die gemischte wässrige Lösung erwärmt, um ein Vorläuferpulver herzustellen, und das Vorläuferpulver wurde zu Katalysatorpartikeln gebrannt. Die Katalysatorpartikel wurden dem Grundmaterial 2 zugegeben, indem die Katalysatorpartikel mit einer Flüssigkeit wie Wasser zur Erzeugung einer Schlacke gemischt wurden und die Schlacke in die ersten Zellen 231 geleitet wurde. Die Flüssigkeit wie Wasser strömte von den zweiten Zellen 232 durch die Trennwand 22 zur Außenseite des Grundmaterials 2, während die Katalysatorpartikel an den Innenflächen der ersten Zellen 231 hafteten, ohne die Trennwand 22 zu passieren.
Im Vergleichsbeispiel 3 wurde der poröse Verbundstoff wie in den Beispielen 1 bis 10 durch das Sprühpyrolyseverfahren gebildet. Im Vergleichsbeispiel 3 betrug die Konzentration der Ausgangsmateriallösung 0,5 mol/1 und die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels betrug 600 °C. Im Vergleichsbeispiel 3 betrug die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel zwei Stunden und mehr als die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel in den Beispielen 1 bis 10 (5 oder 10 Minuten).
Die Katalysatorpartikel wurden in den Vergleichsbeispielen 1 und 3 aus La-Mn-Ce-O und in Vergleichsbeispiel 2 aus SiC hergestellt. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 lag der mittlere Durchmesser der Katalysatorpartikel im Bereich von 3,5 µm bis 4 µm und war groß. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 lag die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel im Bereich von 2,0 m²/g bis 20,0 m²/g. Im Vergleichsbeispiel 3 hatten die Katalysatorpartikel einen mittleren Durchmesser von 0,8 µm und eine spezifische Oberfläche von 65,0 m²/g.
In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 lag das Abdeckungsverhältnis im Bereich von 90 % bis 98 % und war hoch. Ferner betrug das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 im Bereich von 60 % bis 68 % und war hoch. 7 zeigt das REM-Bild von der Oberfläche des porösen Verbundstoffs (unter 250-facher Vergrößerung) in Vergleichsbeispiel 3. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 lag die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche bei einer Nachweisgrenze oder darunter (d. h. im Wesentlichen 0 %). In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden der mittlere Durchmesser und die spezifische Oberfläche der Katalysatorpartikel, das Abdeckungsverhältnis, das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren und die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche, wie oben beschrieben, mit denselben Verfahren gemessen, wie sie in den Beispielen 1 bis 10 verwendet wurden.
Bei der Leistungsbeurteilung der porösen Verbundstoffe 1 gemäß den Beispielen 1 bis 10 wurden der Anfangsdruckverlust (d. h. der Druckverlust vor der Korrektur von Schwebstoffen oder dergleichen), die Sammeleffizienz und die Oxidationsstarttemperatur von Ruß zum Vergleich herangezogen, um die Leistung umfassend zu bewerten. Dasselbe gilt für die Leistungsbeurteilung der Vergleichsbeispiele 1 bis 3.
Bei der Beurteilung des Anfangsdruckverlusts in dem porösen Verbundstoff 1 wurde dem porösen Verbundstoff 1 zuerst Luft bei Umgebungstemperatur mit einer Durchflussrate von 10 Nm³/min zugeführt, um einen Druckunterschied in dem porösen Verbundstoff 1 zwischen der Vorder- und Rückseite zu messen (d. h. ein Druckunterschied zwischen der Lufteinlassseite und der Luftauslassseite). Unter der Annahme, dass dieser Druckunterschied mit dem Grundmaterial 2 allein ein Referenzdruckunterschied war, wurde dann die Steigerungsrate des vorstehend erwähnten Druckunterschieds in dem porösen Verbundstoff 1 in Bezug auf den Referenzdruckunterschied als Steigerungsrate des Anfangsdruckverlusts berechnet. Diese Steigerungsrate (%) des Anfangsdruckverlusts wurde erhalten aus (A - B)/B × 100, wobei A der vorstehend erwähnte Druckunterschied in dem porösen Verbundstoff 1 ist und B der Referenzdruckunterschied für das Grundmaterial 2 ist. Bei der Beurteilung des Anfangsdruckverlusts wurden Fälle, bei denen die Steigerungsrate des Anfangsdruckverlusts 20 % oder weniger betrug, als ausgezeichnet beurteilt (mit einem doppelten Kreis dargestellt). Fälle, bei denen die Steigerungsrate des Anfangsdruckverlusts über 20 % und unter 30 % lag, wurden als gut beurteilt (mit einem einzelnen Kreis dargestellt), und Fälle, bei denen die Steigerungsrate des Anfangsdruckverlusts 30 % oder mehr betrug, wurden als schlecht beurteilt (mit einem Kreuz dargestellt).
Die Sammeleffizienz des porösen Verbundstoffs 1 wurde wie folgt erhalten. Zuerst wurde der poröse Verbundstoff 1, der als GPF dient, an einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs angebracht, das einen Benzinmotor mit Direkteinspritzung und 2 Litern Hubraum umfasst, und eine Fahrzeugprüfung wurde unter Verwendung eines Rollenprüfstands durchgeführt. Bei dieser Fahrzeugprüfung wurde die Anzahl von im Abgas emittierten Partikeln für den Fall, dass das Fahrzeug in einem in Europa geregelten Fahrmodus (RTS95) gefahren wird, mit einem Messverfahren gemessen, das mit einem in Europa geregelten Partikelmessprotokoll (PMP) konform ist. Eine ähnliche Prüfung wurde auch mit der vorstehend erwähnten Abgasanlage ohne daran montiertem GPF durchgeführt und die Anzahl von im Abgas emittierten Partikeln wurde mit demselben Messverfahren gemessen. Unter der Annahme, dass die Anzahl von emittierten Partikeln ohne GPF eine „Referenzemissionsanzahl“ war, wurde ein Wert (%), der erhalten wurde durch Division eines Unterschieds zwischen der Referenzemissionsanzahl und der für den Fall mit dem porösen Verbundstoff 1 gemessenen Anzahl von emittierten Partikeln durch die Referenzemissionsanzahl, als „Sammeleffizienz (%)“ berechnet. Bei der Beurteilung der Sammeleffizienz wurden Fälle, bei denen die Sammeleffizienz 90 % oder mehr betrug, als gut beurteilt (mit einem einzelnen Kreis dargestellt), und Fälle, bei denen die Sammeleffizienz weniger als 90 % betrug, wurden als schlecht beurteilt (mit einem Kreuz dargestellt).
Die Oxidationsstarttemperatur von Ruß in dem porösen Verbundstoff 1 wurde wie folgt erhalten. Zuerst wurde ein Prüfkörper mit einem Durchmesser von 1 Zoll und einer Länge von 1 Zoll aus dem porösen Verbundstoff 1 herausgeschnitten und Ruß wurde mit 1 g/l Ruß durch einen Rußgenerator auf dem Prüfkörper abgeschieden, um eine Messprobe zu erhalten. In der Messprobe waren Ruß und Katalysatorpartikel des Prüfkörpers in einem Zustand des losen Kontakts (LC), der einem Kontaktzustand zwischen der Sammelschicht 3 und den in der Sammelschicht 3 gesammelten Schwebstoffen ähnelt. Dann wurde die vorstehend erwähnte Messprobe gemäß einem vorbestimmten Temperaturanstiegsprogramm (z. B. mit einer Temperaturanstiegsrate von 20 °C/min) in einer Atmosphäre erwärmt, in der ein Mischgas, das 80 % Stickstoff (N₂) und 20 % Sauerstoff (O₂) enthält, mit SC45000 (l/h) strömte. Dann wurden ein durch die Erwärmung der Messprobe erhaltenes CO-Gas und CO₂-Gas von einem Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FT-IR) detektiert und die Temperatur, mit der die kumulierte Menge des erzeugten CO₂-Gases 20 % der Gesamtmenge des O₂-Gases erreichte, wurde als Oxidationsstarttemperatur von Ruß berechnet. Die Katalysatorpartikel zeigten eine höhere katalytische Aktivität mit abnehmender Oxidationsstarttemperatur.
Bei der Beurteilung der Oxidationsstarttemperatur von Ruß in dem porösen Verbundstoff 1 wurden Fälle, bei denen eine Temperaturabnahme von der Oxidationsstarttemperatur von Ruß im Grundmaterial 2 allein 100 °C oder mehr betrug (d. h. um 100 °C oder mehr niedriger als die Oxidationsstarttemperatur von Ruß im Grundmaterial 2 allein) als ausgezeichnet beurteilt (mit einem doppelten Kreis dargestellt). Fälle, bei denen eine Temperaturabnahme 50 °C oder mehr und weniger als 100 °C betrug, wurden als gut beurteilt (mit einem einzelnen Kreis dargestellt), und Fälle, bei denen die Temperaturabnahme höher als 0 °C und niedriger als 50 °C betrug, wurden als mangelhaft beurteilt (mit einem Dreieck dargestellt). Es ist zu beachten, dass Fälle, bei denen eine Temperaturabnahme 0 °C oder weniger betrug (d. h. gleich oder höher als die Oxidationsstarttemperatur mit dem Grundmaterial 2 allein) wurden als schlecht beurteilt (mit einem Kreuz dargestellt).
Bei der Gesamtbeurteilung der Beispiele 1 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden Fälle, die ein oder mehr ausgezeichnete Ergebnisse (mit einem doppelten Kreis dargestellt) und keine schlechten Ergebnisse (mit einem Kreuz dargestellt) in den drei Arten der Beurteilung, einschließlich des Anfangsdruckverlusts, der Sammeleffizienz und der Oxidationsstarttemperatur, erhielten, insgesamt als „A“ beurteilt. Fälle, die drei gute Ergebnisse (mit einem einzelnen Kreis dargestellt) erhielten, wurden als „B“ beurteilt, und Fälle, die mindestens ein mangelhaftes Ergebnis (mit einem Dreieck dargestellt), aber keine schlechten Ergebnisse (mit einem Kreuz dargestellt) erhielten, wurden als „C“ beurteilt. Es ist zu beachten, dass Fälle, die mindestens ein schlechtes Ergebnis (mit einem Kreuz dargestellt) erhielten, als „F“ beurteilt wurden. Bei der Gesamtbeurteilung stand „A“ für das höchste Beurteilungsergebnis und „B“, „C“ und „F“ standen in der angegebenen Reihenfolge für niedrigere Beurteilungsergebnisse.
Bei der Beurteilung des Anfangsdruckverlusts wurden die Beispiele 1 bis 10 entweder als gut (mit einem einzelnen Kreis dargestellt) oder ausgezeichnet (mit einem doppelten Kreis dargestellt) beurteilt, wohingegen die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 als schlecht (mit einem Kreuz dargestellt) beurteilt wurden. Bei der Beurteilung der Sammeleffizienz wurden die Beispiele 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 als gut beurteilt (mit einem einzelnen Kreis dargestellt). Bei der Beurteilung der Oxidationsstarttemperatur von Ruß wurden die Beispiele 1 bis 4 als ausgezeichnet beurteilt (mit einem doppelten Kreis dargestellt), die Beispiele 5 und 7 bis 10 wurden als gut beurteilt (mit einem einzelnen Kreis dargestellt), und Beispiel 6, das den Einbrennvorgang beinhaltete, wurde als mangelhaft beurteilt (mit einem Dreieck dargestellt). Bei der Beurteilung der Oxidationsstarttemperatur von Ruß wurden die Vergleichsbeispiele 1 und 3 als ausgezeichnet beurteilt (mit einem doppelten Kreis dargestellt) und Vergleichsbeispiel 2 wurde als schlecht beurteilt (mit einem Kreuz dargestellt).
Bei der Gesamtbeurteilung wurden die Beispiele 1 bis 4 als „A“ beurteilt, die Beispiele 5 und 7 bis 10 wurden als „B“ beurteilt und Beispiel 6 wurde als „C“ beurteilt. Die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden bei der Gesamtbeurteilung als „F“ beurteilt.
Wie oben beschrieben umfasst der poröse Verbundstoff 1 das poröse Grundmaterial 2 und die auf der Sammelschicht des Grundmaterials 2 (z. B. auf den Innenflächen der ersten Zellen 231) bereitgestellte poröse Sammelschicht 3. Die Sammelschicht 3 enthält Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid, die sich in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials 2 befinden. Die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs der oben beschriebenen Sammelfläche, die mit der Sammelschicht 3 bedeckt ist, beträgt 60 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche. Dementsprechend ist es wie in den Beispielen 1 bis 10 gezeigt möglich, eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen zu erreichen und gleichzeitig einen Anstieg des Druckverlusts im porösen Verbundstoff 1 zu unterdrücken. Die Katalysatorpartikel der Sammelschicht 3 beschleunigen die Oxidation der gesammelten Schwebstoffe und senken außerdem die Verbrennungsstarttemperatur der Schwebstoffe. Da die Katalysatorpartikel im Wesentlichen kein teures Metall wie Elemente aus der Platingruppe enthalten, ist es möglich, die Herstellungskosten des porösen Verbundstoffs 1 zu reduzieren.
Wie oben beschrieben bestehen die Katalysatorpartikel vorzugsweise aus CeO₂, Lanthan-Mangan-Cer-Oxid (La-Mn-Ce-O) oder Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid (La-Pr-Ce-O). Die die Katalysatorpartikel enthaltende Sammelschicht 3 eignet sich insbesondere für die Beschleunigung der Oxidation von Schwebstoffen.
Wie oben beschrieben haben die Katalysatorpartikel vorzugsweise eine maximale Partikelgröße von 10 µm oder weniger und einen mittleren Durchmesser von weniger als 1,0 µm. Der Vergleich der Beispiele 1 bis 5 und Beispiel 6 zeigt, dass es möglich ist, den Druckverlust in dem porösen Verbundstoff 1 vorteilhafter zu unterdrücken, indem die Partikelgrößen der Katalysatorpartikel wie in den Beispielen 1 bis 5 reduziert werden, und dass es außerdem möglich ist, eine höhere katalytische Aktivität (d. h. eine niedrigere Oxidationsstarttemperatur) zu erreichen, indem die Kontaktfläche zwischen den Katalysatorpartikeln und den Schwebstoffen erhöht wird.
Wie oben beschrieben beträgt die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs, der in dem anderen Bereich als den Poren der Sammelfläche liegt (d. h. im Bereich außerhalb der Poren), vorzugsweise 30 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche. Durch eine derartige Anordnung einer großen Anzahl von Katalysatorpartikeln in den Poren der Sammelfläche, wo Schwebstoffe wahrscheinlicher abgeschieden werden, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen den Katalysatorpartikeln zu erhöhen und eine höhere katalytische Aktivität zu erreichen. Durch Verringerung der Möglichkeit, dass die Sammelschicht 3 auf dem Bereich außerhalb der Poren der Sammelfläche bereitgestellt ist, auf dem die Schwebstoffe weniger wahrscheinlich als in den Poren abgeschieden werden, ist es ferner möglich, einen Anstieg des Druckverlusts in dem porösen Verbundstoff 1 vorteilhaft zu unterdrücken und gleichzeitig eine hohe katalytische Aktivität aufrechtzuerhalten.
Wie oben beschrieben beträgt die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials 2 vorzugsweise 20 % oder mehr und 80 % oder weniger. Die Sammelschicht 3 mit einer Porosität von 20 % oder mehr unterdrückt einen Anstieg des Druckverlusts in dem porösen Verbundstoff 1 vorteilhaft. Ferner erreicht die Sammelschicht 3 mit einer Porosität von 80 % oder weniger eine ausgezeichnetere Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen und eine höhere katalytische Aktivität durch Vergrößern der Kontaktfläche zwischen den Katalysatorpartikeln und den Schwebstoffen.
Wie oben beschrieben weist das Grundmaterial 2 vorzugsweise eine Wabenstruktur auf, deren Inneres durch die Trennwand 22 in Zellen 23 unterteilt ist, wobei zumindest einige der Zellen 23 (z. B. erste Zellen 231) Innenflächen aufweisen, die als die oben beschriebene Sammelfläche dienen. Dadurch kann der poröse Verbundstoff 1 vorteilhafterweise sowohl eine Verringerung des Druckverlusts als auch eine Verbesserung der Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen erreichen.
Wie oben beschrieben erreicht der poröse Verbundstoff 1 eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen, während gleichzeitig ein Anstieg des Druckverlusts unterdrückt wird, und senkt ferner die Verbrennungsstarttemperatur von Schwebstoffen. Dementsprechend ist der poröse Verbundstoff 1 insbesondere zur Verwendung als GPF geeignet, der Schwebstoffe in einem von einem Benzinmotor emittierten Abgas sammelt.
Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 umfasst den Schritt des Zerstäubens eines Rohmaterials, das Seltenerdelemente oder Übergangsmetallelemente enthält, in Rohnebel (Schritt S11), den Schritt des Erzeugens von Katalysatorpartikeln aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid durch Erwärmen des Rohnebels (Schritt S12) und den Schritt des Bildens der porösen Sammelschicht 3 durch Zugabe der Katalysatorpartikel gemeinsam mit einem Trägergas zu dem porösen Grundmaterial 2, um die Katalysatorpartikel in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials 2 (d. h. auf den Innenflächen der ersten Zellen 231) abzuscheiden (Schritt S13). Die Temperatur des Erwärmens des Rohnebels in Schritt S12 ist niedriger als 1000 °C und die Gesamtfläche des bedeckten Bereichs der oben beschriebenen Sammelfläche, der nach Schritt S13 mit der Sammelschicht 3 bedeckt ist, beträgt 60 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche. Dementsprechend ist es wie oben beschrieben möglich, den porösen Verbundstoff 1 bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Effizienz der Sammlung von Schwebstoffen bei gleichzeitiger Unterdrückung eines Anstiegs des Druckverlusts erreicht und der ferner die Verbrennungsstarttemperatur von Schwebstoffen senkt.
Wie oben beschrieben beträgt die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel zu dem Grundmaterial 2 in Schritt S12 vorzugsweise 0,5 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Abscheidung der Katalysatorpartikel in den Poren der Sammelfläche und die Unterdrückung der Abscheidung der Katalysatorpartikel auf dem Bereich außerhalb der Poren der Sammelfläche. Folglich ist es wie oben beschrieben möglich, einen Anstieg des Druckverlusts in dem porösen Verbundstoff 1 vorteilhaft zu unterdrücken und gleichzeitig eine hohe katalytische Aktivität aufrechtzuerhalten.
Wie oben beschrieben umfasst das Verfahren zur Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 vorzugsweise keinen Schritt der Erhöhung der Festigkeit zur Fixierung der Katalysatorpartikel an dem Grundmaterial 2 durch Erwärmen des Grundmaterials 2 nach Schritt 13. Dadurch kann eine Zunahme der Partikelgröße der Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 unterdrückt werden. Folglich ist es wie oben beschrieben möglich, einen Anstieg des Druckverlusts in dem porösen Verbundstoff 1 vorteilhafter zu unterdrücken und gleichzeitig eine hohe katalytische Aktivität (d. h. eine niedrigere Oxidationsstarttemperatur) zu erreichen. Es ist auch möglich, die für die Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 benötigte Zeit zu verkürzen und die Effizienz der Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 zu verbessern.
Der poröse Verbundstoff 1 und das Verfahren zur Herstellung des porösen Verbundstoffs 1, die oben beschrieben wurden, können auf verschiedene Arten modifiziert werden.
Beispielsweise kann die Porosität der Sammelschicht 3 in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials 2 in dem porösen Verbundstoff 1 unter 20 % oder über 80 % liegen.
Das Abdeckungsverhältnis außerhalb der Poren des porösen Verbundstoffs 1 (d. h. das Verhältnis der Gesamtfläche des bedeckten Bereichs im Bereich außerhalb der Poren zur Gesamtfläche der Sammelfläche) kann über 30 % liegen.
Die maximale Partikelgröße der Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 kann größer als 10 µm sein. Der mittlere Durchmesser der Katalysatorpartikel in der Sammelschicht 3 kann wie in Beispiel 6 1 µm oder mehr betragen.
Die in der Sammelschicht 3 enthaltenen Katalysatorpartikel sind nicht wie oben beschrieben auf CeO₂-, La-Mn-Ce-O-, and La-Pr-Ce-O-Partikel beschränkt und können auf verschiedene Arten modifiziert werden. Beispielsweise können die Katalysatorpartikel aus Fe₂O₃ oder MnO₂ hergestellt sein. Es ist zu beachten, dass die Sammelschicht 3 aus Mullit oder Aluminiumoxid gebildet sein kann.
Der poröse Verbundstoff 1 ist nicht auf den oben beschriebenen GPF beschränkt und kann beispielsweise ein Dieselpartikelfilter (DPF) sein, der Schwebstoffe in einem von einem Dieselmotor emittierten Abgas sammelt. Da der poröse Verbundstoff 1 eine ausgezeichnete Sammeleffizienz bei gleichzeitiger Unterdrückung eines Anstiegs des Druckverlusts erreicht und ferner die Oxidationsstarttemperatur wie oben beschrieben senkt, eignet sich der poröse Verbundstoff 1 insbesondere nicht nur zur Verwendung als GPF, sondern auch als DPF. Es ist zu beachten, dass der poröse Verbundstoff 1 als einer von verschiedenen Filtern außer einem GPF und einem DPF verwendet werden kann. Alternativ kann der poröse Verbundstoff 1 in Anwendungen außer als Filter verwendet werden.
Die Struktur des porösen Verbundstoffs 1 kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Beispielsweise können die Maschendichtungsteile 24 auf dem Grundmaterial 2 weggelassen werden. Die Sammelschicht 3 kann auf den Innenflächen aller Zellen 23 bereitgestellt sein. Ferner muss das Grundmaterial 2 nicht notwendigerweise eine Wabenstruktur aufweisen und kann jede andere Form aufweisen, z. B. eine einfache Röhrenform oder eine flache Plattenform, deren Inneres nicht durch eine Trennwand unterteilt ist.
Bei der Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 kann die Temperatur der Erwärmung des Rohnebels in Schritt S12 1000 °C oder mehr betragen. Die Zeit der Zugabe der Katalysatorpartikel zu dem Grundmaterial 2 in Schritt S13 kann kürzer als 0,5 Minuten oder länger als 60 Minuten sein.
Das Verfahren zur Herstellung des porösen Verbundstoffs 1 ist nicht auf die oben beschriebenen Schritte S11 bis S13 beschränkt und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden.
Die Konfigurationen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Variationen können angemessen kombiniert werden, solange es keine gegenseitigen Widersprüche gibt.
Obwohl die Erfindung ausführlich gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist als Filter einsetzbar, der Schwebstoffe sammelt, z. B. als ein Benzinpartikelfilter, der Schwebstoffe in einem von einem Benzinmotor emittierten Abgas sammelt.
Bezugszeichenliste

1: Poröser Verbundstoff
2: Grundmaterial
3: Sammelschicht
22: Trennwand
23: Zelle
231: erste Zelle
232: zweite Zelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020017004 [0002]
JP 5436060 [0004]

Claims

Poröser Verbundstoff, umfassend: ein poröses Grundmaterial; und eine poröse Sammelschicht, die auf einer Sammelfläche des Grundmaterials bereitgestellt ist, wobei die Sammelschicht Katalysatorpartikel aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid enthält, die sich in Poren der Sammelfläche des Grundmaterials befinden, und wobei die Sammelfläche einen bedeckten Bereich aufweist, der mit der Sammelschicht bedeckt ist und dessen Gesamtfläche 60 % oder weniger einer Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt.
Poröser Verbundstoff nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorpartikel aus CeO₂, Lanthan-Mangan-Cer-Oxid oder Lanthan-Praseodym-Cer-Oxid bestehen.
Poröser Verbundstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Katalysatorpartikel eine maximale Partikelgröße von 10 µm oder weniger aufweisen, und die Katalysatorpartikel einen mittleren Durchmesser von weniger als 1,0 µm aufweisen.
Poröser Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Gesamtfläche des bedeckten Bereichs, der in einem anderen Bereich als den Poren der Sammelfläche liegt, 30 % oder weniger der Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt.
Poröser Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sammelschicht in den Poren der Sammelfläche des Grundmaterials eine Porosität von 20 % oder mehr und 80 % oder weniger aufweist.
Poröser Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Grundmaterial eine Wabenstruktur aufweist, deren Inneres durch eine Trennwand in eine Vielzahl von Zellen unterteilt ist, und zumindest einige der mehreren Zellen Innenflächen aufweisen, die als die Sammelfläche dienen.
Poröser Verbundstoff nach Anspruch 6, der ein Benzinpartikelfilter ist, der Schwebstoffe in einem von einem Benzinmotor emittierten Abgas sammelt.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundstoffs, umfassend: a) Zerstäuben eines Rohmaterials, das ein Seltenerdelement oder ein Übergangsmetallelement enthält, in Rohnebel; b) Erzeugen von Katalysatorpartikeln aus Seltenerdoxid oder Übergangsmetalloxid durch Erwärmen des Rohnebels; und c) Bilden einer porösen Sammelschicht durch Zugabe der Katalysatorpartikel zusammen mit einem Trägergas zu einem porösen Grundmaterial, um die Katalysatorpartikel in Poren einer Sammelfläche des Grundmaterials abzuscheiden, wobei in Schritt b) eine Temperatur der Erwärmung des Rohnebels unter 1000 °C liegt, und wobei die Sammelfläche nach Schritt c) einen bedeckten Bereich aufweist, der mit der Sammelschicht bedeckt ist und dessen Gesamtfläche 60 % oder weniger einer Gesamtfläche der Sammelfläche beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundstoffs nach Anspruch 8, wobei in Schritt c) die Katalysatorpartikel dem Grundmaterial für einen Zeitraum von 0,5 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger zugegeben werden.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundstoffs nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verfahren Folgendes nicht umfasst: Erwärmen des Grundmaterials, um eine Festigkeit zu erhöhen, um die Katalysatorpartikel nach Schritt c) an dem Grundmaterial zu fixieren.