CN105251542A - 一种陶瓷纤维基催化剂载体及其制备方法 - Google Patents

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郅立鹏
段晓菲
汪茂菊
陈保磊
冯晓
杜月娟
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Qingdao Environmental Protection Technology Co., Ltd. naboko
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Abstract

本发明公开了一种陶瓷纤维基催化剂载体及其制备方法，属于催化剂载体制备技术领域。其首先选用陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维或天然纤维中的一种或多种的混合物进行抄纸；抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过粘合剂粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；最后将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。本发明制备得到的载体由纤维丝交织而成，内部孔隙发达，可以负载高比例的涂层以及催化剂活性组分，其耐热温度≥600℃，在载体上分布有若干条瓦楞通道，其瓦楞孔道有利于废气的传质与传热。

Description

一种陶瓷纤维基催化剂载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂载体制备技术领域，具体涉及一种陶瓷纤维基催化剂载体及其制备方法。
背景技术
蜂窝陶瓷常用作催化剂载体，蜂窝结构的优点有：(1)有许多的约束气道，既为气固催化反应提供了大的接触面积，又可以使气流的压力降较小；(2)体密度低，热容量低，有利于提高催化剂的起燃性能。其中堇青石蜂窝陶瓷载体是最常用的一种蜂窝陶瓷载体，它具有良好的耐化学性能及良好的耐热性，且膨胀系数低；但是堇青石比表面积小，不能让催化剂和载体很好的结合到一起。高温下，由于催化剂与载体的抗热性能不同，催化剂容易脱离。另外，蜂窝陶瓷质量较重，使用在汽车等机动车内时装卸不方便。同时，蜂窝陶瓷在反复经历高温低温环境的条件下容易破裂。
为了解决堇青石蜂窝陶瓷载体比表面积小的问题，CN101138728A中报道采用硝酸溶液对蜂窝陶瓷的表面进行预处理，虽然提高了催化剂载体的比表面积，但在强酸和高温的环境下长时间浸泡将使堇青石蜂窝陶瓷的强度下降，催化剂不能够长期稳定运行。
发明内容
本发明的任务之一在于提供一种陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，其选用纤维作为原料，通过控制原料配比以及加工条件，制备得到的催化剂载体其内部孔隙发达，可以负载高比例的涂层以及催化剂活性组分。
一种陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，依次包括以下步骤：
a、选用陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维或天然纤维中的一种或多种的混合物进行抄纸；
b抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸粘结在平纸上形成层状体，将所述层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
c、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。
上述技术方案直接带来的有益技术效果是：
陶瓷纤维耐温等级高，玻璃纤维强度高、耐热性好，合成纤维和天然纤维强度好、亲水性强、可以提高纤维之间的结合力；
作为本发明的一个优选方案，每种纤维的粗细为1～20μm，长度为300～7000μm。
作为本发明的另一个优选方案，步骤a中，按照重量份数选用0.1～80份的陶瓷纤维、0.1～80份的玻璃纤维、0.1～10份的合成纤维和0.1～10份的天然纤维的混合物进行抄纸。
优选的，步骤b中，所述的粘合剂为硅溶胶或铝溶胶。
本发明的另一任务是提供上述制备方法制备得到的陶瓷纤维基催化剂载体。
通过上述方法制备得到的陶瓷纤维基催化剂载体的孔隙率为90～95％，耐热温度≥600℃，纤维基载体上分布有若干条瓦楞孔道。
本发明所带来的有益技术效果是：
本发明陶瓷纤维基催化剂载体由纤维丝交织而成，内部孔隙发达，可以负载高比例的涂层以及催化剂活性组分，在载体上分布有若干条瓦楞通道，其瓦楞孔道有利于废气的传质与传热。同时，由于其特殊的纤维结构，其实际几何比表面积远远大于陶瓷蜂窝载体；其次，纤维基催化剂还具有重量轻、热启动快、耐高温以及耐机械振动等优点。
与现有技术相比，本发明还具有如下优点：
(1)采用纤维纸基的蜂窝陶瓷的瓦楞孔道有利于传质与传热，纤维纸基的蜂窝陶瓷大的比表面积从一定程度上克服了普通蜂窝陶瓷因比表面积小而造成的催化剂负载量小、催化剂及涂层易脱落的的问题。
(2)本发明载体热启动较快30min～1h，普通的蜂窝陶瓷催化剂热启动需要2h左右，
(3)本发明催化剂载体可用作SCR、VOCs催化剂载体。
具体实施方式
本发明公开了一种陶瓷纤维基催化剂载体及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明陶瓷纤维基催化剂载体，其所选用的原料纤维包括陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维，可由单一的纤维抄纸，也可由几种纤维的混合物抄纸，如多种纤维混合时，其重量份配比为0.1～80份的陶瓷纤维、0.1～80份的玻璃纤维、0.1～10份的合成纤维和0.1～10份的天然纤维，根据纤维的选择以及重量份数有如下组合：
陶瓷纤维0.1份、玻璃纤维80份、合成纤维10和天然纤维0.1份；
或陶瓷纤维80份、玻璃纤维0.1份、合成纤维10和天然纤维10份；
或陶瓷纤维80份、玻璃纤维80份、合成纤维0.1份和天然纤维10份；
或陶瓷纤维40份、玻璃纤维40份、合成纤维5份和天然纤维5份；
或陶瓷纤维40份、玻璃纤维80份、合成纤维5份和天然纤维0.1份。
在上述组合的启示下，本领域技术人员还可得出多种组合，此处不再冗述。
实施例1：
本实施例，陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷纤维0.1份、玻璃纤维80份、合成纤维10和天然纤维0.1份混合抄纸；
步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过硅溶胶粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
步骤3、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，包括合成纤维、天然纤维和一些有机粘合剂，即得催化剂载体。
本实施例制备得到的催化剂载体孔隙率为93～95％，耐热温度≥600℃。
实施例2：
本实施例，陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷纤维80份、玻璃纤维0.1份、合成纤维10和天然纤维10份混合抄纸；
步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过铝溶胶粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
步骤3、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。
本实施例制备得到的催化剂载体孔隙率为90～93％，耐热温度≥600℃。
实施例3：
本实施例，陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷纤维80份、玻璃纤维80份、合成纤维0.1份和天然纤维10份混合抄纸；
步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过硅溶胶粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
步骤3、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。
本实施例制备得到的催化剂载体孔隙率为91～94％，耐热温度≥600℃。
实施例4：
本实施例，陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、陶瓷纤维40份、玻璃纤维40份、合成纤维5份和天然纤维5份混合抄纸；
步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过铝溶胶粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
步骤3、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。
本实施例制备得到的催化剂载体孔隙率为91～94％，耐热温度≥600℃。
实施例5：
本实施例，陶瓷纤维基催化剂载体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷纤维40份、玻璃纤维80份、合成纤维5份和天然纤维0.1份混合抄纸；
步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过硅溶胶粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
步骤3、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得催化剂载体。
本实施例制备得到的催化剂载体孔隙率为93～95％，耐热温度≥600℃。
下述简要例举本发明催化剂载体的用途。
(1)可用作SCR催化剂载体，活性组分采用V2O5、WO3、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、MoO3和NiO等金属氧化物或其混合物；与普通蜂窝陶瓷催化剂相比，其热启动快，催化剂能够快速达到起活温度，开始催化反应。
(2)可用作VOCs催化剂载体，活性组分可采用贵金属或者非贵金属，普通的陶瓷蜂窝作为VOCs催化剂的载体，其涂层的上载率为10％左右，活性组分担载量约为1％；采用本发明纤维基催化剂载体，其涂层的上载率大于20％，活性组分担载量大于2％。
上述实施例1-实施例5制备得到的陶瓷纤维基纤维基催化剂载体的耐热温度均大于600℃，因此，本发明纤维基催化剂载体还可用于除SCR、VOCs之外的其它高温催化反应的催化剂载体。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种纤维基催化剂载体的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、选用陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维或天然纤维中的一种或多种的混合物进行抄纸；
b、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过粘合剂粘结在平纸上形成层状体，将所述层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体的型材；
c、将所得型材切割成所需形状，加热去除其中的部分有机物，即得纤维基催化剂载体。
2.根据权利要求1所述的纤维基催化剂载体的制备方法，其特征在于：步骤a中，每种纤维的粗细为1～20μm，长度为300～7000μm。
3.根据权利要求1所述的纤维基催化剂载体的制备方法，其特征在于：步骤a中，按照重量份数选用0.1～80份的陶瓷纤维、0.1～80份的玻璃纤维、0.1～10份的合成纤维和0.1～10份的天然纤维的混合物进行抄纸。
4.根据权利要求1所述的纤维基催化剂载体的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述的粘合剂为硅溶胶或铝溶胶。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的纤维基催化剂载体，其特征在于：所述催化剂载体的孔隙率为90～95％，耐热温度≥600℃，所述载体上分布有若干条瓦楞孔道。
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