專利名稱：廢氣凈化催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法，該催化劑用于凈化由各種燃燒室產(chǎn)生的廢氣，特別是，制備用于廢氣凈化耐熱催化劑的方法，可防止比表面積的減少及由催化劑擴(kuò)散引起的催化材料的燒結(jié)。
通常，在油料燃燒器中不完全燃燒產(chǎn)生的廢氣是有害的且有異味，這是主要由于CO和HC的分別存在。這些有害且具異味的氣體成分，在點(diǎn)火和熄火時(shí)大量排出的。
主要的有害且具異味的成分CO和HC與空氣中的O2反應(yīng)生成H2O和CO2，如

圖1所示。這一去除有害成分的氧化反應(yīng)，在沒有催化劑的條件下，需在不低于1000℃的高溫下進(jìn)行。但是，催化劑可以使氧化反應(yīng)的溫度降低。例如，在催化劑存在的條件下，氧化反應(yīng)甚至在約200℃即可進(jìn)行，此溫度是油燃燒器點(diǎn)火和熄火時(shí)廢氣的實(shí)際溫度，所以有害組分可以被除去。
為了更好理解本發(fā)明的背景技術(shù)，根據(jù)常用方法，詳細(xì)說明制備可使有害組分如CO和HC完全氧化成CO2和H2O的催化劑的方法。
使MgO、SiO2和Al2O3的混合粉末成型，而后燒結(jié)產(chǎn)生一種用于制備陶瓷蜂窩型載體的堇青石，如圖2A所示。在這種載體上，涂了一層基面涂層(wash coat)材料，并且催化材料與涂覆的基面涂層材料混合。
用氧化鎂，氧化鋁和氧化硅按2∶2∶5的摩爾比例的混合物作載體材料。
用γAl2O3作基面涂層材料?；嫱繉硬牧系拇蟊缺砻娣e，加強(qiáng)了其和催化材料的結(jié)合。
可用下列材料作催化劑，僅用貴金屬如鈀(pd)或鉑(pt)，或其和鈣鈦礦復(fù)合氧化物的組合物，該復(fù)合氧化物用ABO3表示，其中A選自一組稀土金屬，如La和Le，或堿土金屬如Mg和Ca，B是過渡金屬如Co和Mn。
只有γAl2O3如上所述的基面涂層材料，用來制作基面涂層漿料，利用γAl2O3的大比表面積，以加強(qiáng)催化材料和基面涂層的結(jié)合，并改善其分散性能，隨后，按常規(guī)方法，將基面涂層材料涂覆在載體上。然后，將基面涂層漿料和催化材料混合，將所得的漿料涂覆在堇青石載體上，用于制備廢氣凈化的催化劑。
參照?qǐng)D3，逐步說明上述基面涂層漿料的制備過程。首先，將作為催化材料的貴金屬如Pd和Pt，或與該貴金屬結(jié)合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物，混合或固定于γAl2O3基面涂層材料上，γAl2O3具有約150m2/g的比表面積。所得的混合物進(jìn)行初級(jí)碾磨，得到一種平均直徑范圍約10-15μm的基面涂層漿料。隨后將基面涂層漿料涂覆在載體上，用于制備催化劑。
常規(guī)催化劑的性能在溫度為約200℃時(shí)，可以保持完好。在該溫度下，即油料燃燒器內(nèi)點(diǎn)火和熄火時(shí)，產(chǎn)生大部分有害且具異味的成分(CO，HC)。相反，燃燒時(shí)，油料燃燒器的溫度升高至1000℃，常規(guī)催化劑的基面涂層材料γAl2O3，可轉(zhuǎn)化成比表面積相對(duì)較小的γAl2O3。即當(dāng)γAl2O3初始的比表面積為約150m2/g，而后γAl2O3的比表面積約3-5m2/g。
相應(yīng)地，將處于均勻分散狀態(tài)的貴金屬催化材料如貴金屬，擴(kuò)散并被燒結(jié)以形成大體積的顆粒，導(dǎo)致催化劑性能的降低。
因此，本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問題，提供一種制備用于凈化廢氣的耐熱催化劑的方法，阻止比表面積的降低和因其擴(kuò)散引起的催化材料的燒結(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過提供一種制備廢氣凈化催化劑的方法來實(shí)現(xiàn)。該方法包括如下步驟制備一種載體;使催化材料和基面涂層材料及一種助劑混合，生成基面涂層漿料;將基面涂層漿料涂覆在載體上。
發(fā)明的其它目的和方面，通過下述參照?qǐng)D示的詳細(xì)說明將更加明了。
圖1說明廢氣的氧化反應(yīng);
圖2A為常用陶瓷蜂窩型催化劑示意圖;
圖2B為取自圖2A虛線處的截面放大圖;
圖3為制備基面涂層漿料的常規(guī)方法的流程圖;
圖4為按本發(fā)明制備漿料方法的流程圖;
圖5為催化劑的凈化率隨溫度變化的關(guān)系圖;
圖6為催化劑的凈化率和操作時(shí)間之間的關(guān)系圖。
按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，一種廢氣凈化的催化劑，其制備方法包括，提供一種堇青石載體，混合催化材料、基面涂層材料及一種助劑，以得到一種基面涂層料漿，將基面涂層漿料涂覆在堇青石載體上。
根據(jù)本發(fā)明，作為催化劑的載體，堇青石是由下述方法制備的，先使MgO、SiO2和Al2O3粉末混合，使所得的混合粉末成型，焙燒該成型物，其中，MgO、SiO2和Al2O3的摩爾比例為2∶2∶5。
本發(fā)明中，用貴金屬如鈀(Pd)和鉑(Pt)作為催化材料。另外，和貴金屬結(jié)合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物也可用做催化材料。
基面涂層材料，用于本發(fā)明基面涂層漿料的主要成分，采用具有大比表面積的γAl2O3，用于加強(qiáng)與催化材料的結(jié)合。
本發(fā)明的主要特征是含有包含CeO2和ZrO2-CeO2的助劑的基面涂層漿料，根據(jù)本發(fā)明，基面涂層漿料中，CeO2的量優(yōu)選為約25-35份重。而ZrO2-CeO2的量優(yōu)選為約15-30份重，而γAl2O3為100份重。其中ZrO2在ZrO2-CeO2中的量約占重量的70-90%，CeO2的量占其重量的剩余百分?jǐn)?shù)。
參照?qǐng)D4，詳細(xì)說明本發(fā)明制備基面涂層漿料的方法。
首先，基面涂層材料γAl2O3與貴金屬催化劑如鈀(Pd)和鉑(Pt)混合，使催化材料固定到基面涂層材料上。
其次，將固定著催化材料的基面涂層進(jìn)行初級(jí)碾磨，使其平均直徑減小到約10-15μm。
隨后，向所得的粉末中，加入在室溫下具有約170m2/g比表面積的CeO2和ZrO2-CeO2，其中ZrO2的量占重量的70-90%，相應(yīng)于ZrO2的量，CeO2的量為10-30%重量。CeO2和ZrO2-CeO2的加入量分別為約25-35份重和約15-30份重，基于γAl2O3為100份重。將所得的混合粉末二級(jí)碾磨，以便使平均直徑降低至4-10μm。
同時(shí)，可以采用與貴金屬結(jié)合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物，以代替貴金屬本身。當(dāng)用鈣鈦礦復(fù)合氧化物時(shí)，基面涂層漿料控制在PH值范圍約5-6，粘度約400-500CPS。
結(jié)果，制備一種用于涂覆堇青石載體的基面涂層漿料。
本發(fā)明的基面涂層漿料和常用基面涂層漿料的比表面積，在室溫和700℃測定，結(jié)果列于表1。
表1比表面積(m2/g)基面涂層漿料室溫·700℃對(duì)照 γ-Al2O3100-150 3-5本發(fā)明 γ-Al2O3+ 70-80 60-70CeO2'ZrO2+CeO2表1表明，本發(fā)明的基面涂層漿料，在比表面積在燃燒室溫度下的穩(wěn)定性方面，優(yōu)于常規(guī)基面涂層漿料。
圖5表明在1000℃經(jīng)電加熱處理100小時(shí)的催化劑的凈化能力試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)在SV＝40，000/h和CO濃度為120±10ppm條件下進(jìn)行。如圖5所示，未經(jīng)過熱處理的本發(fā)明的催化劑和常用催化劑的凈化率在600℃時(shí)均是95%。但是，熱處理使兩種催化劑不同，例如，熱處理后的常規(guī)催化劑的凈化率為55%，而熱處理后的本發(fā)明的催化劑的凈化率為90%。因此，本發(fā)明的催化劑幾乎不受溫度變化的影響，反之，常規(guī)催化劑的凈化能力隨溫度升高而降低。
圖6表明了隨著操作時(shí)間的不同，安置于油燃燒器中的催化劑的凈化率的變化。在600℃、SV＝40，000/h，CO濃度為120±10ppm和HC(C3H3)濃度為1000ppm條件下，測定對(duì)CO和HC的凈化率。如圖所示，本發(fā)明的催化劑和常規(guī)催化劑，對(duì)CO和HC起始的凈化率均分別是95%和85%。然而，在2000小時(shí)以后，常規(guī)催化劑對(duì)CO和HC的凈化率分別降至50%和30%。相反，本發(fā)明的催化劑對(duì)CO和HC的凈化率分別為90%和80%，在性能上幾乎沒有降低。
綜上所述，本發(fā)明中所用的基面涂層漿料能夠改善催化劑的耐熱性，并可阻止在高溫下，由于催化材料的擴(kuò)散而引起的燒結(jié)。另外，用本發(fā)明的方法制備的催化劑，在高溫和長期使用狀態(tài)下仍能保持其比表面積，因而，本發(fā)明催化劑的凈化能力，在燃燒器中長時(shí)間內(nèi)并不降低。
盡管為了說明起見，公開了本發(fā)明的優(yōu)選方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該懂得，各種修改，補(bǔ)充和替換是可能的，并不背離本發(fā)明及權(quán)利要求中公開的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.凈化廢氣用催化劑的制備方法，包括以下步驟制備載體，將催化材料、基面涂層材料和一種助劑混合，以制成一種基面涂層漿料。將基面涂層漿料涂覆在所述載體上。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述載體是由堇青石制備。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述堇青石是通過按預(yù)定摩爾比混合MgO、SiO2和Al2O3，使混合物成型并焙燒成型物而制備。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述摩爾比對(duì)MgO、SiO2和Al2O3是各為2∶2∶5。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述催化材料是貴金屬。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述貴金屬是選自鈀和鉑。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述催化材料是鈣鈦礦復(fù)合氧化和貴金屬的結(jié)合物。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述貴金屬是選自鈀和鉑。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中基面涂層材料是γAl2O3。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述助劑包括CeO2和ZrO2-CeO2。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述CeO2的加入量按所述基面涂層材料100份(重量)計(jì)算，是約25～約35份(重量)，而所述ZrO2-CeO2的加入量按所述基面涂層材料100份(重量)計(jì)算是約15～約30份(重量)。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中所述ZrO2-CeO2中含有約70～約90%(重量)的ZrO2和約30%～約10%(重量)的CeO2。
13.按照權(quán)利要求12的方法，還包括以下步驟將催化材料與所述基面涂層材料混合，以將所述催化材料固定于所述基面涂層材料，研磨所述基面涂層材料以得到第一次預(yù)定平均直徑的顆粒，將所述助劑加入所述顆粒中以得到一種混合物，研磨所述混合物以得到有第二次重新定出的平均直徑的基面涂層漿料。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述第一次預(yù)定平均直徑是在約10～約15μm等級(jí)，而所述第二次重新定出的平均直徑是在約4～10μm等級(jí)。
全文摘要
本文公開了一種用于凈化來自各種燃燒室的廢氣的催化劑的制備方法。該方法包括的步驟有制備載體，將催化材料，基面涂層材料和一種助劑混合以制成基面涂層漿料并將基面涂層漿料涂覆在載體上。由于本發(fā)明的基面涂層漿料、催化劑的抗熱性大大改良因而防止了因催化材料在高溫?cái)U(kuò)散所引起的燒結(jié)產(chǎn)生。此外，由本發(fā)明制備的催化劑，雖然高溫和長期運(yùn)行，還能保持其比表面積。因而長期在燃燒室中本發(fā)明催化劑的提純能力也不會(huì)降解。
文檔編號(hào)B01J37/02GK1092697SQ9410158
公開日1994年9月28日 申請(qǐng)日期1994年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月8日
發(fā)明者樸明碩, 金映秀 申請(qǐng)人:株式會(huì)社金星社