CN103933996B - 阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法 - Google Patents

阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法 Download PDF

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本发明涉及阳极氧化与电镀结合制备Co／Al2O3／不锈钢整体式催化剂的方法，其具体步骤为：一、不锈钢渗铝制备的步骤：二、阳极氧化制备催化剂载体制备的步骤：三、电镀催化剂活性组分的步骤。本发明制备的催化剂载体生长方向可控，负载的活性组分量可控。本发明制备出的载体具有较高的孔隙率、均匀的孔道结构、适宜的孔径、较大的比表面积、高的附着力等优点；负载的催化剂活性组分具有较大的负载量，载体和催化剂活性组分具有很高的结合力；本发明在费托合成、光催化、汽车尾气排放净化等方面具有广阔的应用前景。

Description

阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法
【技术领域】
本发明涉及催化剂载体制备领域，具体地说，是一种富含Al元素的基体，原位阳极氧化的方法制备出具有高附着力、高孔隙率、高比表面积的Al2O3催化剂载体，进而电镀负载活性组分，制备整体式催化剂的方法；具体的说，是一种阳极氧化与电镀结合制备Co／Al2O3／不锈钢整体式催化剂的方法。
【背景技术】
在工业应用中，常用的工业催化剂一般为颗粒状填充式，这种形式的催化剂由于分布不均匀，很容易产生压力降大和催化剂床层传热阻力大等缺点。为克服颗粒催化剂载体的缺陷，近些年来，科研工作者开始关注整体式催化剂。整体式催化剂是将活性组分与整体式催化剂载体复合在一起的催化剂。这种催化剂可以明显降低压力降，有很高的反应活性，有良好的传热等特点。但是整体式催化剂尚处于开发阶段，制备的整体式催化剂一般采用涂覆方法，即在多孔基体表面制备涂覆上一层多孔的催化剂载体，依靠烧结来提高附着力，这种方法制备的催化剂载体的孔径较好，但是附着力较差，有待提高。
本研究采用阳极氧化法渗铝不锈钢表面制备催化剂载体，制备的载体和基体成为一体，附着力很高，而且制备的催化剂载体具有很好的孔隙率，且孔径分布适宜，解决了不锈钢和无机材料间附着力较差的问题；电镀制备催化剂活性组分可以实现较高的附着力，可控的负载量，本方法具有极高的研究价值。
【发明内容】
本发明的目的在于克服不锈钢表面制备催化剂载体附着力差的问题，提供一种在不锈钢基体上原位合成氧化铝的方法，从而显著提高附着力；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、和基体的结合强度高、热稳定性好等优点的催化剂载体。
本方法制备催化剂载体时分为两步，分别是在基体表面渗铝后制备一层氧化铝、采用阳极氧化法在基体表面制备催化剂载体，通过改善电压和电流强度，增加孔径和比表面积，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：
一种阳极氧化与电镀结合制备Co／Al2O3／不锈钢整体式催化剂的方法，其特征在于，其具体步骤为：
一、不锈钢渗铝制备的步骤：
a.试件的处理：包括砂纸打磨，NaOH除油，酸处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢；
b.按照10～20％Al粉，5～10％Fe，1～4％NH4Cl，其余为Al2O3，配成渗铝剂；
c.在800～950℃下焙烧120～180min；制成表面富含铝的不锈钢；
二、阳极氧化制备催化剂载体制备的步骤：
a.试件的清洗，砂纸打磨试件表面，然后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢；
b.制备氧化液，浓度为4～8％的草酸溶液；
c.阴极电极Pt，电压20～40V，电流45～60mA，时间1～3h；
d.室温干燥后，烧结至300～350℃，时间1～3h；
三、电镀催化剂活性组分的步骤：
a.试件的清洗，去除表面污垢；
b.制备电镀液，浓度为0.2～0.5mol／L的Co(NO3)2、NaCl10～16g／L、柠檬酸10～20g／L；
c.阴极电极Pt，电压20～40V，电流45～60mA，时间1～3h；
d.室温干燥后，烧结至300～350℃，时间1～3h；
所述的Al2O3可由TiO2、SiO2或者ZrO2替换。可以同时适用于制备TiO2、SiO2、ZrO2等载体，用此方法制备各种催化剂载体都属于本专利的保护范围。
所述的Co可由Ti或者Ni替换。此方法可以同时适用于制备Co、Ti、Ni等催化剂活性组分，用此方法制备各种催化剂都属于本专利的保护范围。
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，由于在基体上原位阳极氧化制备成一层氧化铝催化剂载体，显著提高了催化剂载体和基体的附着力，对于改善不锈钢在载体方面应用上的不足，电镀催化剂活性组分，又可以有效的解决了阳极氧化制备孔径较大的问题，因此方法制备的整体式催化剂具有十分明显的应用前景。通过阳极氧化法制备的催化剂载体有较高的孔隙率，较大的比表面积和均匀分布的孔径。本发明通过在不锈钢基体上通过阳极氧化法制备催化剂载体，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，制备的催化剂载体具有分布均匀的孔径结构，可以控制的孔径大小，电镀催化剂活性组分可以实现催化剂活性组分负载量的可控，且这种方法制备的整体式催化剂使用寿命长、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基体适用于316、304等系列的不锈钢，载体适用于Al2O3、SiO2等无机材料载体，催化剂活性组分适用于各种金属催化剂。
【附图说明】
图1不锈钢表面渗铝前图；
图2不锈钢表面渗铝后图；
图3载体表面的SEM图；
图4载体的EDS图片；
图5载体的XRD图片。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种阳极氧化与电镀结合制备Co／Al2O3／不锈钢整体式催化剂的方法的具体实施方式。
实施例1
一、不锈钢渗铝：
a.试件的处理。包括砂纸打磨，NaOH除油，酸处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢。表面砂纸打磨到1500目，然后用3mol／LNaOH除油，酸处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢。
b.按照20％Al粉，10％Fe，4％NH4Cl，其余为Al2O3，配成渗铝剂。
c.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，渗铝后结果如图1所示。
二、阳极氧化制备催化剂载体包括以下的步骤：
a.试件的清洗，砂纸打磨试件表面，然后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢。
b.制备氧化液，浓度为4-8％的草酸溶液。
c.阴极电极Pt，电压25V，电流54mA，时间2h。
d.室温干燥后，烧结至350℃，时间2h。
三、电镀催化剂活性组分
a.试件的清洗，去除表面污垢。
b.制备电镀液，浓度为0.5mol／L的Co(NO3)2、NaCl16g／L、柠檬酸10g／L。
c.阴极电极Pt，电压30V，电流45mA，时间2h。
d.室温干燥后，烧结至350℃，时间2h。
本发明制备的催化剂载体生长方向可控，负载的活性组分量可控。本发明制备出的载体具有较高的孔隙率、均匀的孔道结构、适宜的孔径、较大的比表面积、高的附着力等优点；负载的催化剂活性组分具有较大的负载量，载体和催化剂活性组分具有很高的结合力。本发明在费托合成、光催化、汽车尾气排放净化等方面具有广阔的应用前景。
评价测试：
图1为未渗铝前不锈钢表面形貌。
图2为不锈钢表面渗铝后表面的SEM从图中可以看出，不锈钢表面出现表面富铝层。
图3为载体的SEM，从图中可以表面孔径分布均匀，表面孔道生长良好，孔隙率较大，具有较大的比表面积。从图中可以看出孔径的大小大约为2～6微米左右，属于大孔范围。
图4为制备的不锈钢整体式催化剂载体的EDS，从图中可以看出，整体式催化剂载体的表面元素主要有Al和O。
图5为制备的不锈钢整体式催化剂载体的XRD，根据图3可以确定基体表面为均匀生长一层Al2O3。
本方法制备的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 (4)

1.一种阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法，其特征在于，其具体步骤为：
一、不锈钢渗铝制备的步骤：
二、阳极氧化制备催化剂载体的步骤：
a.试件的清洗，砂纸打磨试件表面，然后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢；
b.制备氧化液，浓度为4～8％的草酸溶液；
c.阴极电极Pt，电压20～40V，电流45～60mA，时间1～3h；
d.室温干燥后，烧结至300～350℃，时间1～3h；
三、电镀催化剂活性组分的步骤
a.试件的清洗，去除表面污垢；
b.制备电镀液，浓度为0.2～0.5mol/L的Co(NO3)2、NaCl10～16g/L、柠檬酸10～20g/L；
c.阴极电极Pt，电压20～40V，电流45～60mA，时间1～3h；
d.室温干燥后，烧结至300～350℃，时间1～3h。
2.如权利要求1所述的一种阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法，其特征在于，不锈钢渗铝制备的步骤：
a.试件的处理：包括砂纸打磨，NaOH除油，酸处理，最后在丙酮溶液中超声波震荡30min，去除表面污垢；
b.按照10～20％Al粉，5～10％Fe，1～4％NH4Cl，其余为Al2O3，配成渗铝剂；
c.在800～950℃下焙烧120～180min；制成表面富含铝的不锈钢。
3.如权利要求1所述的一种阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法，其特征在于，所述的Al2O3可由TiO2、SiO2或者ZrO2替换。
4.如权利要求1所述的一种阳极氧化与电镀结合制备Co/Al2O3/不锈钢整体式催化剂的方法，其特征在于，所述的Co可由Ti或者Ni替换。
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