CN110201727B - 颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，包括以下步骤：催化剂载体的直径记为d、孔隙率记为P、进气端的封孔高度记为h、出气端的封孔高度记为H、封孔剂的密度记为ρ；按照（πd2·h·P·ρ）/4的数值量取进气端封孔剂置于平底容器中，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔剂的质量置于平底容器中，将出气端已经吸收了封孔剂的催化剂载体的出气端缓慢浸入封孔剂中，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。通过本发明的方法可以明显减小过滤型载体涂覆涂层后成品催化剂的背压，而且本发明的方法简单易行。

Description

颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，本发明属于机动车尾气捕集用催化剂的制备方法技术领域。
背景技术
颗粒物（Particulate Matter, PM）和氮氧化物（NOx）是柴油机尾气排放主要污染物。据生态环境部《中国机动车环境管理年报（2018）》显示：2017年我国柴油车保有量1956.7万辆，仅占全国汽车保有量的9.4 %，柴油车排放的NOx接近汽车排放总量的70%，PM超过99%。PM颗粒物排放控制主要通过增加过滤型催化剂实现，如柴油车安装DPF催化剂（Diesel Particulate Filter，DPF），在DPF载体上涂覆含贵金属催化涂层可以明显降低PM的再生温度和再生频率，降低PM再生时燃油消耗量。随着尾气污染物排放法规的日益严格和控制集成技术的进步，国六将使用SCRF催化剂，即在高孔隙率DPF载体上涂覆具有选择性催化还原NOx功能的分子筛SCR催化剂，使之同时具备捕集PM和还原NOx的功能。无论是DPF催化剂还是SCRF催化剂，低背压涂覆技术是过滤型催化剂制备的关键技术。
过滤器型催化剂进气孔和出气孔轴向不通，颗粒物捕集依靠进气孔和出气孔壁面过滤，故此类催化剂也称为壁流式催化剂。为了使载体具有更高的颗粒物捕集量，减少再生频次，目前市面上普遍采用非对称载体，即进气孔直径大于出气孔直径。非对称载体涂覆时极易引起催化剂涂层堵塞，特别是当涂覆量较高时（>60g/L），背压的增加尤其明显，高背压催化剂装车后会导致车辆燃油消耗急剧增加甚至导致发动机熄火。随着2020年国六排放法规的实施，开发降低过滤型催化剂背压的涂覆工艺非常紧迫。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以明显减小过滤型载体涂覆涂层后成品催化剂背压的催化剂载体预处理方法。
按照本发明提供的技术方案，所述颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法包括以下步骤：
a、取催化剂载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H；
b、取液态封孔剂，封孔剂的密度记为ρ；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的进气端封孔用封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
所述封孔剂为去离子水、液态烃或高分子聚合物。
所述催化剂载体的材质是堇青石、钛酸铝或者碳化硅。
所述催化剂载体进气端的封孔高度h为0.3~7cm。
所述催化剂载体出气端的封孔高度H为0.3~7cm。
通过本发明的方法可以明显减小过滤型载体涂覆涂层后成品催化剂的背压，而且本发明的方法简单易行。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法包括以下步骤：
a、取钛酸铝载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H，d=143.8mm，P=0.65，h=3.0 cm，H=3.0 cm；
b、取去离子水作为封孔剂，封孔剂的密度记为ρ，ρ=1.0g/cm3；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的进气端封孔用封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
将固含量为31%的含铜分子筛浆液通过抽吸涂覆到端面含去离子水的钛酸铝载体上，含铜分子筛的总涂覆量为103g/L，钛酸铝载体进气端的含铜分子筛分配为60wt.%，钛酸铝载体出气端的含铜分子筛分配为40wt.%。
涂覆完成后在120℃温度下烘干，再经550℃空气条件下焙烧2小时，得到过滤型催化剂，升温过程速率为3℃/min。
不经过去离子水预处理的载体经过催化剂涂覆后相对于空白载体的背压增幅为72 %，经过去离子水封孔预处理的载体经同样的催化剂涂覆后相对于空白载体的背压增幅为39 %。
实施例2
一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法包括以下步骤：
a、取钛酸铝载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H，d=143.8mm，P=0.40，h=2.0 cm，H=2.0 cm；
b、取去离子水作为封孔剂，封孔剂的密度记为ρ，ρ=1.0g/cm3；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的取进气端封孔用封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
将固含量为9.0%的含贵金属浆液浆液通过抽吸涂覆到端面含水的钛酸铝载体上，贵金属催化剂的总涂覆量为18g/L，钛酸铝载体进气端的贵金属分配为60wt.%，钛酸铝载体出气端的贵金属分配为40wt.%。
涂覆完成后在120℃温度下烘干，再经550℃空气条件下焙烧2小时，得到过滤型催化剂，升温过程速率为3℃/min。
不经过去离子水预处理的载体经过催化剂涂覆后相对于空白载体的背压增幅为16 %，经过去离子水封孔预处理的载体经同样的催化剂涂覆相对于空白载体的背压增幅为11 %。
实施例3
一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法包括以下步骤：
a、取堇青石载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H，d=118.4mm，P=0.62，h=2.5 cm，H=2.5 cm；
b、取去离子水作为封孔剂，封孔剂的密度记为ρ，ρ=1.0g/cm3；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的取进气端封孔用封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
将固含量为26.2 %的含贵金属浆液浆液通过抽吸涂覆到端面含水的钛酸铝载体上，贵金属催化剂的总涂覆量为140 g/L，钛酸铝载体进气端的贵金属分配为50wt.%，钛酸铝载体出气端的贵金属分配为50wt.%。
涂覆完成后在120℃温度下烘干，再经550℃空气条件下焙烧2小时，得到过滤型催化剂，升温过程速率为3℃/min。
不经过去离子水预处理的载体经过催化剂涂覆后相对于空白载体的背压增幅为28%，经过去离子水封孔预处理的载体经同样的催化剂涂覆相对于空白载体的背压增幅为22 %。
实施例4
一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法包括以下步骤：
a、取碳化硅载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H，d=143.8mm，P=0.63，h=2.0 cm，H=2.0 cm；
b、取十二烷作为封孔剂，封孔剂的密度记为ρ，ρ=0.75g/cm3；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的取进气端封孔用封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
将固含量为31.4 %的含贵金属浆液通过抽吸涂覆到端面含十二烷的钛酸铝载体上，贵金属催化剂的总涂覆量为110 g/L，钛酸铝载体进气端的贵金属分配为65wt.%，钛酸铝载体出气端的贵金属分配为35wt.%。
涂覆完成后在120℃温度下烘干，再经550℃空气条件下焙烧2小时，得到过滤型催化剂，升温过程速率为3℃/min。
不经过十二烷预处理的载体经过催化剂涂覆后相对于空白载体的背压增幅为49%，经过十二烷封孔预处理的载体经同样的催化剂涂覆相对于空白载体的背压增幅为33%。
本发明中，催化剂载体进气端的封孔高度h和催化剂载体出气端的封孔高度H可以相同，也可以不相同。
本发明中的封孔剂还可以是室温下呈液态的油脂或者低熔点高分子聚合物，甚至是像石蜡等的低熔点固体。在石蜡作为封孔剂时，必须将其升温熔化，而催化剂载体也必须升温至石蜡的熔点温度。

Claims (5)

1.一种颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，其特征是该预处理方法包括以下步骤：
a、取催化剂载体，催化剂载体的直径记为d，催化剂载体的孔隙率记为P，催化剂载体进气端的封孔高度记为h，催化剂载体出气端的封孔高度记为H；
b、取液态封孔剂，封孔剂的密度记为ρ；
c、按照πd2·h·P·ρ/4的数值量取进气端封孔用封孔剂的质量；
d、将量取的进气端封孔剂置于平底容器中，平底容器的直径大于且尽量靠近催化剂载体的直径，将催化剂载体的进气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的进气端吸收；
e、按照πd2·H·P·ρ/4的数值量取出气端封孔用封孔剂的质量；
f、将量取的出气端用封孔剂置于平底容器中，将出气端缓慢浸入封孔剂中，直至催化剂载体竖直放置在平底容器的底面上，让封孔剂全部被催化剂载体的出气端吸收，颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法完成。
2.如权利要求1所述的颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，其特征是：所述封孔剂为去离子水、液态烃或高分子聚合物。
3.如权利要求1所述的颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，其特征是：所述催化剂载体的材质是堇青石、钛酸铝或者碳化硅。
4.如权利要求1所述的颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，其特征是：所述催化剂载体进气端的封孔高度h为0.3~7cm。
5.如权利要求1所述的颗粒捕集用催化剂载体的预处理方法，其特征是：所述催化剂载体出气端的封孔高度H为0.3~7cm。
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