CN103447098A

CN103447098A - 一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法

Info

Publication number: CN103447098A
Application number: CN2013103495586A
Authority: CN
Inventors: 刘京雷; 任衍伦; 张莉; 屈笑雨; 沈远
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明涉及一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，具体过程为：首先在不锈钢表面进行渗铝处理，在渗铝的基体上进一步氧化处理，使其表面产生Al₂O₃，进而采用溶胶凝胶法在表面涂覆一层催化剂载体，催化剂载体为氧化铝，涂覆过程为2～5次。经培烧后获得整体式催化剂载体。本发明制备出的载体具有较高的孔隙率、适宜的孔径、较大的比表面积、附着力高、热稳定性好等优点；本发明在费托合成、汽车尾气排放净化等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法

【技术领域】

本发明涉及催化剂载体制备领域，具体地说，是一种以不锈钢为基体，制备出具有较高附着力的Al₂O₃整体式催化剂载体的方法。

【背景技术】

一般常用的催化剂为填充式的颗粒状催化剂，这种固定床反应器中的催化剂颗粒由于堆积在反应器中的不均匀性和随意性，导致了具有很大的压力降和催化剂床层传热阻力大等缺点。近些年来整体式催化剂一直是研究的热点，常用的基体材料有FeCrAl和不锈钢。FeCrAl由于机械强度不高，易于腐蚀，价格较高等缺陷，存在应用的缺陷。不锈钢具有良好的导热性能、耐震动型强和良好的经济性等优点，加上经济性不高，一直是研究的热点，但是由于载体和不锈钢的结合力不高，较难制备出具有较高附着力的载体。

本发明采用在不锈钢表面渗铝，进而原位氧化制备氧化铝的工艺，可以有效的提高催化剂载体和不锈钢的附着力，具有极高的工程实用性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，显著提高附着力；本发明另外一个目的在于制备出具有较高的孔隙率、孔径适宜、比表面积较大、热稳定性高等优点的催化剂载体。

本方法制备催化剂载体分为两步，一是在基体表面渗铝后经氧化制备一层氧化铝；二是以拟薄水铝石(Al00H)为前驱体运用溶胶凝胶法在基体不锈钢表面提拉涂敷载体浆液，通过焙烧制备出具有较高附着力的催化剂载体。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种渗铝不锈钢整体式催化剂的制备方法，其具体过程为：首先在不锈钢表面进行渗铝处理，在渗铝的基体上进一步氧化处理，使其表面产生Al₂O₃，进而采用溶胶凝胶法在表面提拉涂覆催化剂载体浆液，催化剂载体为氧化铝，涂覆过程为2～5次。经培烧后获得整体式催化剂载体。

所述的渗铝处理，其具体过程如下：

a.不锈钢的表面预处理，包括砂纸打磨、质量分数为5％的NaOH溶液除油、质量分数为30％的HNO₃溶液酸洗处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，清洗表面；

b.按照质量百分比为7～10％Al粉，6～12％Fe，4～6％Si粉，1～4％NH₄Cl，其余为氧化铝，配成渗铝剂；

所述的渗铝剂中的Al粉的质量分数为8～9％；

所述的渗铝剂中的Fe粉的质量分数为8～10％；

所述的渗铝剂中的NH₄Cl粉的质量分数为2～3％；

c.在800～950℃下焙烧60～180min，制成表面富含铝的不锈钢；

所述的氧化处理，其具体过程如下：

a.砂纸打磨渗铝不锈钢件表面，然后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢；

b.以3～5℃/min的升温速度升温到850～950℃氧化300～600分钟，制备出表面富含氧化铝的不锈钢；

所述的涂覆和培烧，其具体过程如下：

a.将表面富含氧化铝的不锈钢在丙酮溶液中超声波震荡30min，清洗表面；

b.将质量分数为0.2～0.6％硝酸和拟薄水铝石(一水合氧化铝)按照摩尔比H⁺/AlOOH＝0.09～0.2进行混合，在80℃下搅拌60～120min后，陈化24～48小时，得到陈化后的溶胶浆液；

c.采用聚乙二醇溶液作为扩孔剂和粘接剂，聚乙二醇溶液的质量分数为10～40％；把陈化后的溶胶浆液和聚乙二醇溶液混合，搅拌成均匀浆液，按照浸渍提拉法进行涂覆，涂覆完成后，室温下充分干燥，然后在105～150℃干燥180～420min；

d.干燥后涂敷件放入马弗炉中培烧，培烧温度为450～700℃，升温速度为1～6℃/s，培烧120～480min后取出；

e.根据需要重复涂覆2～5次可以提高负载量。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本方法制备的不锈钢整体式催化剂载体，由于在基体上原位合成一层氧化铝，使活性Al₂O₃载体能够和不锈钢基体实现较强的附着，显著提高了催化剂载体和基体的附着力，对于不锈钢作为基体在整体式催化剂载体方面的应用具有显著意义。由于溶胶凝胶法制备的Al₂O₃载体在长期陈化后晶粒均匀，培烧后生长良好，具有较高的孔隙率、较大的比表面积和适宜的孔径，良好的导热性能、热稳定性和较高的经济性。本发明整体式催化剂载体制备适用于316、304等系列的不锈钢。

【附图说明】

图1不锈钢表面渗铝氧化后的SEM图；

图2载体表面的SEM图；

图3载体的XRD图片；

图4催化剂载体的孔径分布图

【具体实施方式】

以下提供本发明一种渗铝不锈钢整体式催化剂的制备方法的具体实施方式。

实施实例

一、不锈钢渗铝氧化：

首先对试件进行处理。表面经1500目砂纸打磨后，用5％的NaOH除油，30％的HNO₃酸洗处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢。按照8％Al粉、8％Fe、4％Si粉、2％NH4Cl，其余为氧化铝，配成渗铝剂。将渗铝剂和试件混合在一起，在800℃下焙烧120min。制成表面富含铝的不锈钢。渗铝完成后对试件的表面进行清洗，用砂纸打磨试件表面，至表面清洁，然后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢，以3℃/min的升温速度升温到850℃的烧结480分钟，制备出表面富含氧化铝的不锈钢，如图1所示。

二、载体的涂覆和培烧

首先对材料表面进行清洗，在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢。按照硝酸和拟薄水铝石摩尔比H+/AlOOH＝0.1进行混合，80℃搅拌100min后，陈化24小时，制备成溶胶。把陈化好的浆液和20％的聚乙二醇混合，搅拌成均匀浆液，按照浸渍提拉法进行涂覆，涂覆完成后，室温下充分干燥，然后在110℃干燥150min。干燥后放入马弗炉中培烧，培烧温度为650℃，升温速度为5℃/s，培烧300min后取出，制备完成。多次涂覆可以提高负载量。

评价测试：

图1为不锈钢渗铝氧化后表面的SEM形貌。从图中可以看出，不锈钢表面生成Al₂O₃晶须，牢固的生长在金属表面。

图2为载体的SEM形貌，从图中可以看出载体具有很好的比表面积和孔容，表面晶体生长良好，晶胞生长均匀，晶粒间平滑过渡，表面多孔性良好。图3为表面XRD组分分析结果，可以看出表面负载Al₂O₃。

图4为载体的孔径分布曲线，从图中可以看出孔径分布在

左右。

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

1.一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，具体过程为：首先在不锈钢表面进行渗铝处理，在渗铝的基体上进一步氧化处理，使其表面产生Al₂O₃，进而采用溶胶凝胶法在表面涂覆一层催化剂载体浆液，催化剂载体为氧化铝，涂覆过程为2～5次。经培烧后获得整体式催化剂载体。

2.如权利要求1所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，所述的渗铝处理，其具体过程如下：

a.不锈钢的表面预处理，包括砂纸打磨、质量分数为5％的NaOH溶液除油、质量分数为30％的HNO₃溶液处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，清洗表面；

c.在800～950℃下焙烧60～180min，制成表面富含铝的不锈钢。

3.如权利要求2所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，所述的渗铝剂中的Al粉的质量分数为8～9％。

4.如权利要求2所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，所述的渗铝剂中的Fe粉的质量分数为8～10％。

5.如权利要求2所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，所述的渗铝剂中的NH₄Cl粉的质量分数为2～3％。

6.如权利要求1所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂载体的制备方法，其特征在于，所述的氧化处理，其具体过程如下：

b.以3～5℃/min的升温速度升温到850～950℃氧化300～600min，制备出表面富含氧化铝的不锈钢。

7.如权利要求1所述的一种渗铝不锈钢整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述的涂覆和培烧，其具体过程如下：

b.将质量分数为0.2～0.6％硝酸和拟薄水铝石按照摩尔比H⁺/AlOOH＝0.09～0.2∶1进行混合，在80℃下搅拌60～120min后，陈化24～48小时，得到陈化后的溶胶浆液；

e 根据需要重复涂覆2～5次提高负载量。

8.如权利要求1的方法制备的渗铝不锈钢整体式催化剂载体应用在费托合成、汽车尾气排放净化领域。