CN103212450A

CN103212450A - 一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法

Info

Publication number: CN103212450A
Application number: CN2013101390486A
Authority: CN
Inventors: 张莉; 任衍伦; 刘京雷; 徐宏; 应翔
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103212450B

Abstract

本发明涉及一种应用于不锈钢表面的Al₂O₃催化剂载体的制备方法，属于催化剂载体制备领域，采用溶胶凝胶法在不锈钢表面浸渍涂覆，干燥及焙烧后，在其表面制备出牢固的γ-Al₂O₃催化剂载体，催化剂载体具有较高的孔容、孔径适宜、比表面积较大、和基体的结合强度高、热稳定性好等优点；本发明在甲烷重整制氢、汽车尾气排放净化、费托合成等方面具有广阔的应用前景。

Description

一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法

【技术领域】

本发明涉及催化剂载体技术领域，具体地说，是一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法。

【背景技术】

常规的固定床反应器是由众多具有一定形状和大小的催化剂颗粒堆积填充于反应器内，构成反应进行所需的催化床层。此床层的一个内在特征是结构的随意性和催化剂颗粒的不均匀分布。任意的不均匀分布导致反应物不均匀越过催化剂表面，这就使得传统的颗粒状催化剂存在着一些如催化剂床层压降大，反应物在催化剂颗粒表面分布不均以及催化剂床层热阻大等明显缺点。而整体式催化剂是将载体涂覆在基体上，然后把催化剂负载在载体上，从而制备成一体式催化剂，相对于传统的填充式催化剂具有床层压降低、传质、传热效率高、催化剂分离再生容易等众多优点，而得到广泛的应用。

整体式催化剂常用的基体主要是堇青石和FeCrAl，而本研究基体采用不锈钢，相对于以上两者具有良好的导热性能、耐震动型强和良好的经济性等优点。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法。本发明的另一个目的是解决不锈钢表面涂覆无机材料载体附着力较差的问题，特别是在一定温度下反复加热；本发明另外一个目的在于制备出具有较高的孔容、孔径适宜、比表面积较大、和基体的结合强度高、热稳定性好等优点的催化剂载体。

本方法采用的是整体式催化剂载体涂覆，运用溶胶凝胶法把催化剂载体涂覆在基体不锈钢上，催化剂载体为氧化铝，通过改善焙烧温度和时间，增加结合力，改善催化剂载体的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，其具体步骤为：整体式催化剂载体涂覆，运用溶胶凝胶法在不锈钢表面制备出一层催化剂载体，催化剂载体为氧化铝，涂覆包含预涂覆和二次涂覆。

预涂覆包括以下的步骤：

a.基体材料的清洗，分别用酸、碱清洗把基体表面清洗干净，在用HNO₃和HCl溶液腐蚀时，浓度4mol/L，时间30min；最后用丙酮除去其他的污垢；

b.溶胶的配比，硝酸和拟薄水铝石按照摩尔比H+/AlOOH＝0.07～0.15进行配比，搅拌均匀后，陈化30～48小时，使其充分反应；

c.扩孔剂和粘接剂是采用PVA溶液，把陈化好的浆液和质量分数2～4％PVA配合，搅拌后制成涂覆液，把清洗干净的基体放入制备好的基体涂覆液内，按照浸渍提拉法进行涂覆，每次浸渍2分钟，空干15秒，涂覆完成后，充分干燥，先在室温下干燥，后在105～150℃真空干燥200～400min；

d.把干燥好的基体，放入管式炉中烧结，烧结温度为450～650℃，升温速度为2～7℃/s，烧结120～480min后取出，制备完成；

二次涂覆包括以下的步骤：

a.二次涂覆浆液按照γ-Al₂O₃质量分数占10～18％，AlOOH质量分数占5％～10％，PVA质量分数占1～5％，其余为去离子水配成溶液；调整pH值为2.5～4；搅拌2～4小时，制备成浆液，把预涂覆好的基体浸泡在浆液中2分钟，空干15秒，拿出室温干燥；

b.室温下干燥后在105～150℃真空干燥200～400min；

c.把干燥好的基体，放入管式炉中烧结，烧结温度为450～650℃，升温速度为2～7度每秒，烧结120～480分钟后取出，制备完成。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本方法制备不锈钢整体式催化剂载体，由于在预涂覆层起到一定的粘接作用，使二次涂覆活性氧化铝载体时能够和基体实现较强的附着，使载体能够很好的涂覆在不锈钢表面，在其表面涂覆活性组分后，具有很好的催化效果。本发明通过在不锈钢基体上通过多次涂覆的方法涂覆载体，制备出不锈钢整体式催化剂具有很好的导热性能、良好的热稳定性和较高的经济性，涂覆后载体具有较高的比表面积、孔径适宜、和基体结合强度较高，且这种催化剂载体的制备方式使用寿命长、更换方便、可以应用于复杂形状的反应器等。本发明整体式催化剂载体制备适用于FeCrAl、316和304等系列的不锈钢。

【附图说明】

图1预涂覆示意图；

图2二次涂覆示意图；

图3预涂覆后载体的SEM图片；

图4二次涂覆后的SEM图片；

图5预涂覆后载体的EDS图片。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法的具体实施方式。

实施例1

请参见附图1，2，

一、基体材料的清洗，用HNO₃和HCl按照2∶1配比配制成3mol/L的腐蚀溶液，腐蚀较长时间。最后用丙酮除去其他的污垢。

二、预涂覆

①溶胶的配比，硝酸和拟薄水铝石按照H+/AlOOH＝0.12(mol比)配比，搅拌均匀后，陈化24小时，使其充分反应，形成空间网状结构。

②PVA溶液作为扩孔剂和粘接剂。把陈化好的浆液和浓度为4％PVA配合，搅拌后制成涂覆液，把清洗后的基体放入制备好的基体涂覆液内，按照浸渍提拉法进行涂覆，每次浸渍2分钟，空干15秒，涂覆完成后，充分干燥，先在室温下干燥，后在110℃真空干燥300min。

③把干燥好的基体，放入管式炉中烧结，烧结温度为500℃，升温速度为5℃/s，烧结200min后取出，重复上述过程，直到取得满意的厚度。

三、二次涂覆

①二次涂覆浆液按照γ-Al₂O₃质量分数占16％，AlOOH质量分数占8％，PVA质量分数占2％，其余为去离子水配成溶液。调整PH值为3；搅拌2小时，制备成浆液，把预涂覆好的基体浸泡在浆液中2分钟，空干15秒，拿出室温干燥；

②室温下干燥后在110℃真空干燥300min。

③把干燥好的基体，放入管式炉中烧结，烧结温度为500℃，升温速度为5℃/s，烧结200分钟后取出，重复上述过程，直到取得满意的厚度。

四、重复上述预涂覆和二次涂覆过程可以得到满意的厚度，从而制备出所需的整体式催化剂载体。

评价测试：

制备出的整体催化剂载体通过SEM和EDS后可以得出具有很好比表面积和孔容，且表面附着力较好，见图3，4，5。

催化剂载体具有较高的孔容、孔径适宜、比表面积较大、和基体的结合强度高、热稳定性好等优点；本发明在甲烷重整制氢、汽车尾气排放净化、费托合成等方面具有广阔的应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，其具体步骤为：整体式催化剂载体涂覆，运用溶胶凝胶法在不锈钢表面制备出一层催化剂载体，催化剂载体为氧化铝，涂覆包含预涂覆和二次涂覆。

2.如权利要求1所述的一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，预涂覆包括以下的步骤：

d.把干燥好的基体，放入管式炉中烧结，烧结温度为450～650℃，升温速度为2～7℃/s，烧结120～480min后取出，制备完成。

3.如权利要求1所述的一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，二次涂覆包括以下的步骤：

b.室温下干燥后在105～150℃真空干燥200～400min；

4.如权利要求1所述的一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，预涂覆的次数为多次。

5.如权利要求1所述的一种在不锈钢基体上制备氧化铝催化剂载体的方法，其特征在于，二次涂覆的次数为多次。