CN101371982A - 纳米催化元件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米催化元件的制备方法,将薄水铝石溶于去离子水中,持续搅拌下加热,加入一定量浓度的硝酸溶液并使其浓缩得到溶胶,将溶胶干燥后高温煅烧制成纳米氧化铝Al2O3材料,将纳米氧化铝材料与粘结剂混合涂于铂丝螺旋圈上,焙烧制成纳米氧化铝Al2O3载体,在纳米氧化铝载体上浸渍铂、钯催化剂溶液烘干,得到催化元件。然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体进行还原激活,在经过4~6天的甲烷老化和8小时的空气老化即可。该方法制备的催化元件具有较好的一致性和稳定性,适用于矿井瓦斯和其它可燃可爆性气体的监测。其制备方法简单,成本低廉,使用方便,具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米催化剂载体元件,尤其是适用于矿井瓦斯和其他可燃可爆性气体监测的催化传感器的纳米催化元件的制备方法。
背景技术
瓦斯是煤矿安全生产的重大灾害,为防止瓦斯事故,所采用的各种技术措施,都必须以矿井瓦斯浓度检测为基础。目前,催化传感检测技术已成为瓦斯检测的主要手段。现在应用于生产实际的瓦斯监测仪器的主要问题是使用寿命短、稳定性差,需要频繁的调校,这主要是由于催化传感元件活性衰减变化或是激活引起的,反映为瓦斯检测值的变化、检测误差增大,影响瓦斯的检测精度。因此要进一步提高各种瓦斯检测仪器的性能,就要求提高载体催化元件的稳定性。本发明就是一种采用纳米技术的高稳定性的载体催化元件的制造方法。
近年来,纳米技术应用到了催化领域。研究表明,粒状结构的催化剂载体比表面积大,使催化剂在载体表面容易被俘获;同时,高比表面积带来的高表面能使粒子表面原子极其活跃,很容易与周围的气体反应,也容易吸附气体。因此,纳米粒子(或膜)的高比面积与高活性可以显著地增进催化效率。研究表明,把纳米氧化铝材料制作催化传感元件的载体能显著的提高传感器的稳定性。有两点原因,一是纳米结构的AL203具有材料一致性好,载体的孔径适中,粒度分布合理,比表面适当等特点,使催化剂Pt和Pb在载体表面的分布均匀,增加催化剂效率,有效的减少表面的积炭现象,从而改善催化传感器的性能;二是纳米结构的AL203载体密实性好,强度高,抗烧结能力强,表面积稳定,有利于传感器的长期稳定工作。本发明基于上述研究的基础,采用烧结的工艺将纳米氧化铝制作成催化元件的载体,有效的提高了传感器的稳定性。
常用的制备纳米氧化铝材料的方法是将金属醇盐溶解于有机溶剂中,通过蒸馏醇盐水解、聚合形成溶胶,溶胶随着水的加入转变成凝胶。凝胶在真空状态下低温干燥,得到疏松的干凝胶,再将干凝胶进行高温煅烧处理,即可制得纳米Al203粉末。该法制备的氧化铝粉末粒度较小,且粒度分布窄。
目前广泛应用的催化元件主要由铂丝、载体和催化剂组成。铂丝螺旋线圈是元件的骨架,用纯度为99.999%的铂丝烧成;载体常用氧化铝烧结而成,掩盖铂丝线圈、承载催化剂的多孔晶状体;催化剂多采用铂、钯或其他过渡金属氧化物,其作用是促使接触元件和表面的瓦斯气体发生氧化反应。常用的催化元件的制作工艺简述如下:由高纯度的铂丝经绕丝,切断,平丝,去芯工艺处理制成铂丝元件;将氧化铝经研粉,筛粉,干燥,称量,再采用一定量的硝酸铝、蒸馏水溶液制成糊浆,用涂浆法把铂丝元件经一次成型、焙烧、二次成型,焙烧制成载体元件,然后把载体元件浸渍由氯化钯、氯铂酸、硝酸钍组成的催化剂,并烘干、焊架,最后用甲烷活化。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作简单,稳定性强,成本低廉的纳米催化元件的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
a.将薄水铝石溶于去离子水中,持续搅拌下加热;
b.加入一定浓度的硝酸溶液使其浓缩得到溶胶;
c.将溶胶干燥后进行高温煅烧制成纳米氧化铝材料;
d.在纳米氧化铝材料中加入粘结剂混合均匀后涂于铂丝螺旋圈上,焙烧制成纳米氧化铝载体;
e.在纳米氧化铝载体上浸渍铂、钯催化剂溶液后烘干处理;
f.然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体对其进行还原激活,在经过4~6天的甲烷老化和约8小时的空气老化,得到纳米催化元件。
所述薄水铝石溶于去离子水中持续搅拌的时间约为0.5h,加热的温度约为70~90℃;所述加入一定量浓度的硝酸溶液的质量百分比约为1.6%,浓缩得到溶胶的质量百分比浓度约为1%;所述溶胶干燥温度约为60℃,高温煅烧的温度约为540℃,煅烧时间约为12h;所述铂、钯催化剂溶液中,铂的质量百分比为1~2%,钯的质量百分比为1~3%。
有益效果:用纳米氧化铝作为催化剂载体,浸渍铂、钯催化剂,结合纳米氧化铝制造工艺和催化剂配方,制作成催化传感器的纳米催化元件,从而解决了煤矿井下催化元件活性衰减过快的问题,使制得的瓦斯检测元件的稳定性大大提高。该元件适用于矿井瓦斯和其他可燃可爆性气体的监测。其制备方法简单,成本低廉,使用方便,具有广泛的实用性。
具体实施方式
实施例一、
首先是纳米氧化铝的制备:
将薄水铝石与去离子水混合并在持续搅拌下逐渐加热到75℃,搅拌时间约为0.5h,然后加入质量百分比为1.6%的硝酸胶溶剂;保持75℃继续搅拌约6小时左右制得质量百分比浓度为1%的溶胶;将得到的溶胶放在60℃温度条件下干燥,在约为540℃的高温下煅烧约12小时得到纳米氧化铝Al2O3材料。
然后是催化元件的制作:
用高纯度的铂丝经绕丝,切断,平丝,去芯工艺处理制成铂丝螺旋圈,作为元件骨架;然后用制备好的纳米氧化铝Al2O3材料与3%~5%的粘结剂混合均匀,涂在制备好的铂丝螺旋圈上,送入约900℃高温炉中焙烧,制成纳米氧化铝载体,然后在纳米氧化铝载体上浸渍质量百分比浓度为1.0%的铂和1.5%的钯催化剂溶液,通电干燥后,得到附着有催化剂和纳米氧化铝载体的铂丝螺旋圈,将铂丝螺旋圈的两端焊接在引出两个电极的支架上,然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体进行还原激活,经过4~6天的甲烷老化和约为8小时的空气老化,制作成纳米催化元件。
实施例二、
纳米氧化铝的制备:
将薄水铝石与去离子水混合并在持续搅拌下逐渐加热到82℃,再搅拌半小时后,按比例加入质量百分比1.6%的硝酸胶溶剂;保持82℃继续搅拌约6小时左右制得质量百分比浓度为1%的溶胶;将得到的溶胶放在60℃温度条件下干燥,将得到的凝胶样品在约为540℃的高温下煅烧约12小时后得到纳米氧化铝Al2O3材料。
催化元件的制作:
用高纯度的铂丝经绕丝,切断,平丝,去芯工艺处理制成铂丝螺旋圈,作为元件骨架;然后用制备好的纳米氧化铝Al2O3材料与3%~5%的粘结剂混合均匀,涂在制备好的铂丝螺旋圈上,送入约900℃高温炉中焙烧,通过两次成型焙烧制成纳米氧化铝载体,然后在纳米氧化铝载体上浸渍质量百分比浓度为1.2%的铂和2.0%的钯催化剂溶液,通电干燥后,得到附着有催化剂和纳米氧化铝载体的铂丝螺旋圈,将铂丝螺旋圈的两端焊接在引出两个电极的支架上,然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体进行还原激活,经过4~6天的甲烷老化和约为8小时的空气老化,制作成纳米催化元件。
实施例三、
纳米氧化铝的制备:
将薄水铝石与去离子水混合并在持续搅拌下逐渐加热到90℃,再搅拌半小时后,按比例加入质量百分比1.6%的硝酸胶溶剂;保持90℃继续搅拌约6小时左右制得质量百分比浓度为1%的溶胶;将得到的溶胶放在60℃温度条件下干燥,将得到的凝胶样品在约为540℃的高温下煅烧约12小时后得到纳米氧化铝Al2O3材料。
催化元件的制作:
用高纯度的铂丝经绕丝,切断,平丝,去芯工艺处理制成铂丝螺旋圈,作为元件骨架;然后用制备好的纳米氧化铝Al2O3材料与3%~5%的粘结剂混合均匀,涂在制备好的铂丝螺旋圈上,送入约900℃高温炉中焙烧,通过两次成型焙烧制成纳米氧化铝载体,然后在纳米氧化铝载体上浸渍质量百分比浓度为1.8%的铂和2.5%的钯催化剂溶液,通电干燥后,得到附着有催化剂和纳米氧化铝载体的铂丝螺旋圈,将铂丝螺旋圈的两端焊接在引出两个电极的支架上,然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体进行还原激活,经过4~6天的甲烷老化和约为8小时的空气老化,制作成纳米催化元件。
Claims (5)
1.一种纳米催化元件的制备方法,其特征在于:
a.将薄水铝石溶于去离子水中,持续搅拌下加热;
b.加入一定浓度的硝酸溶液使其浓缩得到溶胶;
c.将溶胶干燥后进行高温煅烧制成纳米氧化铝材料;
d.在纳米氧化铝材料中加入粘结剂混合均匀后涂于铂丝螺旋圈上,焙烧制成纳米氧化铝载体;
e.在纳米氧化铝载体上浸渍铂、钯催化剂溶液后烘干处理;
f.然后用10%的高浓度甲烷空气混合气体对其进行还原激活,在经过4~6天的甲烷老化和约8小时的空气老化,得到纳米催化元件。
2.根据权利要求1所述的纳米催化元件的制备方法,其特征在于:所述薄水铝石溶于去离子水中持续搅拌的时间约为0.5h,加热的温度约为70~90℃。
3.根据权利要求1所述的纳米催化元件的制备方法,其特征在于:所述加入一定量浓度的硝酸溶液的质量百分比约为1.6%,浓缩得到溶胶的质量百分比浓度约为1%。
4.根据权利要求1所述的纳米催化元件的制备方法,其特征在于:所述溶胶干燥的温度约为60℃,高温煅烧的温度约为540℃,煅烧时间约为12h。
5.按权利要求1所述的纳米催化元件的制备方法,其特征在于:所述铂、钯催化剂溶液中,铂的质量百分比为1~2%,钯的质量百分比为1~3%。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090225 |