CN102059123B - 烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法，该催化剂由烧结FeCrAl金属纤维多孔载体、α-Al2O3层和活性组分层组成。其制备方法包括以下步骤：一、制备FeCrAl金属纤维多孔载体；二、浸渍Al(OH)3溶胶，制备具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；三、制备涂层溶液；四、将具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于涂层溶液中浸泡，然后干燥烧结得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；五、重复(四)，制备载体催化剂。本发明的制备过程简单，易于实现，适合工业化生产。制备的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂加工性好，便于安装，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法。
背景技术
尾气净化原理是将NOX，CO及HC颗粒物在含有催化剂载体内充分燃烧生成NO2，CO2，H2O等对环境无害的物质。因此需要载体快速升至400～500℃温度下，使有毒气体完全燃烧，载体在超负荷运作时工作温度甚至可达900～1000℃。因此要求载体具有高孔隙率和通孔率及高热传导系数，即载体材料需拥有以下性能：1、高几何表面积；2、具有耐高温、耐腐蚀、优良的导电、导热性能；3、抗高温氧化性能优良。
烧结FeCrAl金属纤维多孔材料为一种新型的金属载体材料，以其卓越的渗透性能.极大的比表面积和孔隙度(可达80％以上)，极高的固体粒子捕集率和容尘量；具有较长的使用寿命、良好的机械加工性能和韧、塑性以及优良的焊接性能受到人们的普遍青睐，特别是FeCrAl金属纤维材料在900℃以上仍具有良好的抗高温氧化性能。随着金属纤维制造技术的改进及新工艺的发展，使得FeCrAl金属纤维的大规模工业生产成为可能，纤维成本极大地降低，从而有效促进了FeCrAl金属纤维多孔材料的生产和在应用领域的扩展。
目前，国际上发展出若干种极具代表性的金属载体催化剂。到目前为止，共有NiCr、FeMoW和FeCrAl等三类合金是可用于汽车尾气净化器的金属载体材料，但从加工性能和经济价值等方面综合考虑，FeCrAl是最具应用前景的合金。同时，FeCrAl金属纤维多孔材料采用高温烧结技术，纤维网中搭接点通过高温烧结扩散焊接在一起，搭接点形成了冶金结合，使纤维网成为完整的多孔体材料结构，结合牢固，具有更高的强度。且在相同净化性能的情况下使用的活性组分较少，可节约活性金属，可以有效降低金属载体整体催化剂的成本，促进其推广应用。
但是由于FeCrAl金属纤维载体表面光滑以及表面的氧化铝层过薄，导致其抗高温氧化能力差，且催化剂结合牢固性差，这严重地限制了FeCrAl金属纤维载体的应用及推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种加工性好，便于安装，使用寿命长的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂，其特征在于，该催化剂由烧结FeCrAl金属纤维多孔载体、α-Al2O3层和活性组分层组成。
上述的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂，所述烧结FeCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83％～97％；所述α-Al2O3层由亚微米及纳米Al2O3层组成，晶型为α相；所述活性组分层为铈锆混合氧化物。
本发明还提供了一种制备过程简单的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将FeCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200℃～1500℃烧结1h～5h，随炉冷却得到FeCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍3min～10min后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900℃～1200℃条件下烧结15h～72h，得到具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；
(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中ZrOCl2·8H2O与Ce(NO3)3·6H2O的质量比为0.3～1.1∶1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L；所述去离子水和乙醇的体积比为1∶3；
(4)将步骤(2)中所述的具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制备的涂层溶液中浸泡1min～10min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300℃～600℃条件下烧结0.1h～0.3h，得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；
(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体重量的2.0％～5.2％，得到负载铈锆的FeCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的FeCrAl纤维载体在300℃～600℃烧结1h～5h，得到烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
上述步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83％～97％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的制备过程简单，易于实现，适合工业化生产。
2、本发明所用的FeCrAl金属纤维制备的载体催化剂性能与其他载体催化剂相比，具有更高的孔隙率(＞80％)、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性能、较高的净化效果和可靠性。该催化剂还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒含量排放的要求。
3、本发明的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂涂覆Al2O3溶胶，获得具有极大表面积的Al2O3层；在细微结构Al2O3层上分解获得的活性氧化物附着力好，结合牢固；催化剂由铈锆混合氧化物和FeCrAl纤维组成，原料价格相对便宜；制得的催化剂加工性好，便于安装，使用寿命长。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施方式
一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂，该催化剂由烧结FeCrAl金属纤维多孔载体、α-Al2O3层和活性组分层组成；所述烧结FeCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83％～97％；所述α-Al2O3层由亚微米及纳米Al2O3层组成，晶型为α相；所述活性组分层为铈锆混合氧化物。
实施例1
(1)将FeCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200℃烧结5h，随炉冷却得到孔隙率为83％的FeCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍3min后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900℃条件下烧结72h，得到具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；
(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中ZrOCl2·8H2O与Ce(NO3)3·6H2O的质量比为0.3∶1，涂层溶液中柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L；所述去离子水和乙醇的体积比为1∶3；
(4)将步骤(2)中所述的具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制备的涂层溶液中浸泡1min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300℃条件下烧结0.3h，得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；
(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体重量的2.0％，得到负载铈锆的FeCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的FeCrAl纤维载体在300℃烧结1h，得到烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
本实施例制备的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比，具有更高的孔隙率(＞80％)、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒含量排放的要求。
实施例2
(1)将FeCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1500℃烧结1h，随炉冷却得到孔隙率为97％的FeCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍10min后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为1200℃条件下烧结15h，得到具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；
(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中ZrOCl2·8H2O与Ce(NO3)3·6H2O的质量比为1.1∶1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L；所述去离子水和乙醇的体积比为1∶3；
(4)将步骤(2)中所述的具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制备的涂层溶液中浸泡10min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为600℃条件下烧结0.1h，得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；
(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体重量的5.2％，得到负载铈锆的FeCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的FeCrAl纤维载体在600℃烧结1h，得到烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
本实施例制备的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比，具有更高的孔隙率(＞80％)、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒含量排放的要求。
实施例3
(1)将FeCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1350℃烧结3h，随炉冷却得到孔隙率为90％的FeCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍6min后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为1050℃条件下烧结43h，得到具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；
(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中ZrOCl2·8H2O与Ce(NO3)3·6H2O的质量比为0.7∶1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L；所述去离子水和乙醇的体积比为1∶3；
(4)将步骤(2)中所述的具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制备的涂层溶液中浸泡5min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为450℃条件下烧结0.2h，得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；
(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体重量的3.6％，得到负载铈锆的FeCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的FeCrAl纤维载体在450℃烧结3h，得到烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
本实施例制备的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比，具有更高的孔隙率(＞80％)、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒含量排放的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂，其特征在于，该催化剂由烧结FeCrAl金属纤维多孔载体、α-Al2O3层和活性组分层组成；所述烧结FeCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83％～97％；所述α-Al2O3层由亚微米及纳米Al2O3层组成，晶型为α相；所述活性组分层为铈锆混合氧化物。
2.制备如权利要求1所述烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将FeCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200℃～1500℃烧结1h～5h，随炉冷却得到FeCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述FeCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍3min～10min后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900℃～1200℃条件下烧结15h～72h，得到具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；
(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中ZrOCl2·8H2O与Ce(NO3)3·6H2O的质量比为0.3～1.1∶1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L；所述去离子水和乙醇的体积比为1∶3；
(4)将步骤(2)中所述的具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制备的涂层溶液中浸泡1min～10min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300℃～600℃条件下烧结0.1h～0.3h，得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；
(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体重量的2.0％～5.2％，得到负载铈锆的FeCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的FeCrAl纤维载体在300℃～600℃烧结1h～5h，得到烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
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