CN1092339A - 废气净化催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于净化许多燃烧器排放的 废气的催化剂的制备方法。该方法包括的步骤有：制 备载体，将催化材料与基面涂层材料混合，以制成基 面涂层浆料并将基面涂层浆料涂在载体上。由于本 发明的基面涂层浆料、催化剂的耐热性大大改良因而 防止了因催化材料在高温扩散所引起的烧结产生。 此外，由本发明制备的催化剂，虽然高温和长期运行， 还能保持其比表面积。因而长期在燃烧室中本发明 催化剂的净化能力也不会降低。

Description

本发明涉及一种净化以石油为燃料的多种燃烧器产生的废气的催化剂，特别是这种催化剂的制备方法，能够改善催化剂的净化性能，并且可以防止高温时催化剂的老化，因而可以延长催化剂的使用寿命。

通常，在油料燃烧器中不完全燃烧产生的废气是有害的且有异味，这是由于CO和HC的存在。这些有害且具异味的气体成分，在点火和熄火时大量排出。

主要的有害且具异味的成分CO和HC与空气中的O₂反应生成H₂O和CO₂，如图1所示。这一去除有害成分的氧化反应，在没有催化剂的条件下，需在不低于1000℃的高温下进行。但是，催化剂可以使氧化反应的温度降低。例如，在催化剂存在的条件下，氧化反应在200℃即可活化，此温度是油燃烧器中，点火和熄火时废气的实际温度，所以有害成分可以被净化。

为了更好理解本发明的技术背景，根据常规方法，说明制备可使有害组分如CO和HC完全氧化成CO₂和H₂O的催化剂的方法。

首先使MgO、SiO₂和Al₂O₃的混合粉末成型，而后烧结产生一种用于制备如图2A所示陶瓷蜂窝型载体的堇青石。在这种载体上，混合有催化材料。

可用氧化镁，氧化铝和氧化硅按2∶2∶5的摩尔比例作载体材料。

作为催化材料，或仅用贵金属如钯（Pd）或铂（Pt），或用贵金属和钙钛矿复合氧化物的组合物，复合氧化物用ABO₃表示，A选自稀土金属如La和Le，或碱金属如Mg和Ca，B是过渡金属如Co和Mn。

参照图3，详细说明此类催化剂的常规制备方法。

先看图3A，逐步说明以贵金属做催化材料的催化剂的常规制备方法。如图所示，先将MgO、Al₂O₃和SiO₂的粉末以2∶2∶5的摩尔比混合，混合物模压成型，在100℃干燥3小时。然后，将所得成型物在400℃烧结24小时，得到具有比表面积范围为1-2m²/g的堇青石。这种堇青石用做上述的蜂窝状载体。在堇青石载体上，涂布一层比表面积范围为100-150m²/g的基面涂层（wash coat）材料，然后在200℃焙烧2小时。贵金属钯（Pd）和铂（Pt）固定于涂布在载体上的基面涂层上，在400℃还原3小时，用来制备催化剂。

参照图3B，逐步说明用钙钛矿复合氧化物和贵金属作为催化材料的催化剂的制备方法。如图所示，用做载体的堇青石按图3A所示的相同方法制备。在堇青石载体上，涂布一层比表面积范围100-150m²/g的基面涂层材料，然后在200℃焙烧2小时。将钙钛矿复合氧化物固定于涂布在堇青石载体上的基面涂层上。然后，将这种催化材料在100℃干燥3小时，在600℃焙烧1小时。随后，将贵金属如钯和铂固定于基面涂层。将所得物在400℃还原3小时，以制备一种催化剂。

如上所述的载体材料，两常规方法均用堇青石，该堇青石是通过使氧化镁、氧化铝和氧化硅粉末成型，然后使成型物干燥，并在1400℃焙烧24小时获得。

γAl₂O₃通常被用做基面涂层材料。在将催化材料固定于堇青石载体之前，将γAl₂O₃涂布于堇青石载体上，目的是借助基面涂层材料大的比表面积加强催化剂与载体的结合。

但是，用常规方法制备的催化剂，即以贵金属或其与钙钛矿复合氧化物的组合物为催化材料，将基面涂层材料涂布于堇青石制得的载体上，并将催化材料固定于基面涂层材料上，以此方法制备的催化剂中，催化材料不是均匀地分散，如图4所示。结果，催化剂的活性点的数目降低，导致了净化能力的降低。

另外，当常规催化剂遭受废气的高温时，例如约1000℃，细小的催化剂颗粒通过扩散和烧结而结块，该结块的颗粒导致了催化能力的老化。

因此，本发明的目的是解决现有技术中遇到的上述问题，并提供一种制备能够净化从多种燃烧器中放出的废气的催化剂的方法，能改善催化剂的净化性能，且防止催化剂在高温时老化。

根据本发明，上述目的可通过提供一种制备净化从多种燃烧器中放出的废气的催化剂的方法来实现。该方法包括以下步骤：制备一种载体;使催化材料和基面涂层材料混合，得到基面涂层浆料;将该基面涂层浆料涂布于上述载体上。

发明的其它目的和方面，通过下述参照图示的说明将更加明了。

图1表明从燃烧器中放出的废气的氧化反应;

图2A是示意图，表明以适当顺序涂布了γAl₂O₃和催化材料的常规蜂窝状陶瓷催化剂;

图2B是取自图2A虚线部分的放大视图;

图3A是用贵金属做催化材料的催化剂的常规制备方法流程图;

图3B是用钙钛矿复合氧化物和贵金属的组合物做催化材料的催化剂的常规制备方法流程图;

图4是根据常规方法，和基面涂层材料结合的贵金属的非均匀扩散简图;

图5是根据常规方法，贵金属的扩散和烧结现象示意图;

图6是按本发明的方法，制备催化剂的流程图;

图7是热处理前，本发明的催化剂和常规催化剂，对HC气净化能力图;

图8是热处理后，本发明的催化剂和常规催化剂，对HC气净化能力图。

根据本发明一实施方案，一种净化废气的催化剂，其制备方法如下：将催化材料分散于基面涂层材料中，制成基面涂层浆料，将基面涂层浆料涂布于由堇青石制成的载体上，然后干燥并焙烧涂布了基面涂层浆料的载体。

本发明优选的催化材料包括：贵金属如钯（Pd）和铂（Pt），和与贵金属结合的钙钛矿复合氧化物。

作为本发明的催化剂载体的堇青石制备方法如下：先将MgO、SiO₂和Al₂O₃混合，将所得的混合粉末压制成型，焙烧该成型物。该载体上，MgO、SiO₂和Al₂O₃的摩尔比为2∶2∶5。

作为本发明基面涂层浆料主要成分的基面涂层材料，使用大比表面积的γ-Al₂O₃，可加强催化材料与其的结合。

本发明优选的具体方案，参照图6详细说明，图中逐步说明了催化剂的制备方法。

与先将γ-Al₂O₃基面涂层材料涂布于载体上，然后再与催化材料结合的常规方法不同，本发明的方法是将基面涂层材料和催化材料同时涂布于载体上。

也就是，首先，如图所示，将γ-Al₂O₃基面涂层材料和催化材料混合，催化材料根据本发明选自Pd、Pt以及与贵金属结合的钙钛矿复合氧化物。

将混合物进行研磨，使催化材料在γ-Al₂O₃中均匀分散。结果形成一种平均颗粒直径范围为约4-10μm的基面涂层浆料。

在堇青石载体上，涂布基面涂层浆料，然后在约100℃干燥3小时。

接下来，将所得的载体在约450℃焙烧3小时，得到一种催化剂。

根据本发明，基面涂层浆料是用下述方法制得的：将催化材料与基面涂层材料混合，采用的混合方法可使催化材料均匀地分散于基面涂层材料中，因而能改善其活性位点。另外，催化剂的均匀分散，防止了高温时由于催化材料的扩散引起的烧结现象。相应地，本发明的催化剂，高温时其性能不老化，因此，本发明的催化剂在任何状态下，均具备优异的净化能力。

图7表明了该催化剂的净化能力试验结果。试验在SV＝40，000/h和HC（C₃H₃）浓度为120±10ppm的条件下进行的。如图7所示，常规催化剂对HC的净化率在600℃时为78%，而本发明的催化剂在相同温度时，其对HC的净化率为85%。

图8表明了在1000℃电加热处理100小时后的催化剂的净化能力试验结果。试验在SV＝40，000/h和HC（C₃H₃）浓度为120±10ppm的条件下进行的。如图8所示，本发明催化剂的净化率在600℃时约为81%，而常规催化剂仅为30%。

如上所述，本发明中所用的基面涂层浆料能够改善催化剂的耐热性，防止高温时，由于催化材料的扩散引起的烧结现象发生。另外，使用本发明的方法制备的催化剂，在高温和长时间应用的情况下，均能保持其比表面积。因而本发明催化剂的性能，在燃烧室中长时间内不老化。

尽管为了说明起见，公开了本发明的优选方案，本领域的技术人员应该懂得，各种修改，补充和替换仍是可行的，并不背离权利要求书描述的本发明的范围和精神。

Claims (10)

1、净化废气用催化剂的制备方法，它包括以下步骤：

制备载体，

将催化材料与基面涂层材料混合以制成一种基面涂层浆料，

将基面涂层浆料涂层在所述载体上。

2、按照权利要求1的方法，其中所述载体是由堇青石制备。

3、按照权利要求2的方法，其中所述堇青石是通过按予定摩尔比混合MgO、SiO₂和Al₂O₃，使混合物成型并焙烧该成型物而制备。

4、按照权利要求3的方法，其中所述摩尔比对MgO、SiO₂和Al₂O₃是各为2∶2∶5。

5、按照权利要求1的方法，其中所述催化材料是贵金属。

6、按照权利要求5的方法，其中所述贵金属是选自钯和铂。

7、按照权利要求1的方法，其中所述催化材料是钙钛矿复合氧化物和贵金属的结合物。

8、按照权利要求7的方法，其中所述贵金属是选自钯和铂。

9、按照权利要求1的方法，其中基面涂层材料是γ-Al₂O₃。

10、按照权利要求1的方法，其中所述混合步骤还包括：

将所述催化材料和所述基面涂层材料混合，以将所述催化材料固定于所述基面涂层材料上，

将固定了所述催化材料的基面涂层材料进行研磨，使催化材料均匀地分散于所述基面涂层材料中。

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