CN1105601C

CN1105601C - 废气处理催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN1105601C
Application number: CN99100273A
Authority: CN
Inventors: 翁瑞裕; 江挽澜; 谢国田; 蔡允长
Original assignee: KANGJIE Co Ltd OF ENVIRONMENT PROTECTION SCIENCE AND TECHNOLOGY
Current assignee: KANGJIE Co Ltd OF ENVIRONMENT PROTECTION SCIENCE AND TECHNOLOGY
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2003-04-16
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: CN1262150A

Abstract

本发明涉及一种废气处理催化剂的制备方法，包括配制催化剂浆料，再经涂覆离心操作，将发泡陶瓷浸入催化剂浆料中，使催化剂浆料充满发泡陶瓷的透气空隙后离心操作以去除多余的浆料，然后干燥煅烧，使发泡陶瓷的载体表面形成一涂覆层，再进行浸渍离心操作，使涂覆层外部再浸于贵金属硝酸溶液，再行离心操作，使贵金属的催化剂单体附着于涂覆层的外部，再干燥煅烧，使催化剂单体可确实的固定于涂覆层上，再将得到的整体结构进行还原后即成成品，以获得以发泡陶瓷成型的利于废气净化处理的催化剂，从而提高废气净化的效率。

Description

废气处理催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种废气处理催化剂的制备方法，更具体地说，涉及一种经配制浆料、涂覆离心操作、干燥煅烧、浸渍离心操作、干燥煅烧、还原出成品等制备过程而制备的以发泡陶瓷为载体的通气形态的催化剂，藉以提高废气通过率与接触率，从而提高废气净化的效率。

背景技术

目前废气处理催化剂的制备，多半是首先制备载体，再于载体上作催化剂单体的附着操作，以使该载体表面附着有催化剂单体，以使经过载体的废气得以与各催化剂单体接触转化，以净化气体。有关载体的设计及整个催化剂的制备过程，有过相关的报导。台湾专利第83102626号“废气净化装置用的催化剂载体及其制法”，或第81107605号“催化排放废气的催化剂转化器”公开了有关内容，其主要的载体结构是以多数带状板体结构制成波浪的形态，再复合成一体。对于这样的载体设计，其催化剂附着的操作，多半是直接在板体表面上直接涂布，其涂布对于曲折程度不大的载体结构而言，较为适用，而对于流道曲折程度较大的载体结构则有无法均匀涂布制备的缺点，造成催化剂品质不佳。因此这样的制备方式不能满足目前对多孔道或多曲折催化剂载体的结构形态的需求。而且，对于流道曲折度不大的载体结构，单位空气流通接触的面积非常低，其废气转化效率非常有限。另有台湾专利第79103535号“柴油引擎废气的净化催化剂”、第78105665号“用于移除包含在主要以醇类所发动的内燃引擎机废气内的有害物质的催化剂”等发明案，其载体的结构主张多孔网状或以板体叠合或蜂巢结构，其废气流通的流道较为曲折。然而其制备的过程是以沉积的方式进行，沉积的时间过长，不符合经济效益的要求。而且，沉积的过程还受沉积材料各成分密度、浓度、重量的影响，会有层析的现象，尤其时间加长，造成沉积后的成分无法确实均匀，对载体品质有不良影响。而且，沉积或附着的制作形态，对于催化剂的固着程度而言，十分有限，更无法确实的控制附着沉积后的表面厚度，这对催化剂品质有重大影响。

发明概述

本发明人有鉴于此，为使废气处理的催化剂制备更为确实而有效率，制造出高效率的催化剂结构，开发出一种克服了上述缺点的废气处理催化剂的制备方法。

本发明的催化剂制备过程主要包括：制备发泡陶瓷载体、配制浆料、涂覆离心操作、干燥煅烧、浸渍离心操作、干燥煅烧、还原出成品等步骤。将发泡陶瓷直接涂覆以催化剂浆料，然后经离心操作控制其附着的程度，再经干燥煅烧形成一定厚度的涂覆层，再浸渍以贵金属硝酸溶液，同样以离心操作控制贵金属硝酸溶液中的催化剂单体固着于涂覆层上的厚度，再进行干燥煅烧，还原制成成品。由此，制备出以发泡陶瓷成型的透气形态佳而接触面积高的催化剂，从而提高废气与催化剂接触率，达到确实净化的目的。

发明详述

在本发明的方法中，发泡陶瓷载体的制备是选取无机物质制成的发泡基材，将氧化铝、氧化硅混合物粘结于发泡基材上，素烧，将基材烧去后，氧化铝、氧化硅成型为发泡陶瓷载体；

催化剂浆料的配制是将硝酸水溶液与氢氧化铝粉末混合并研磨形成浆料，并调整其酸碱度。

涂覆离心操作是将具有适当孔隙度的发泡陶瓷载体浸泡于催化剂浆料中，使氢氧化铝等催化剂浆料涂覆于发泡陶瓷载体的载体涂覆部，并使催化剂浆料充满于发泡陶瓷载体的透气空隙，再将发泡陶瓷载体移出催化剂浆料，并置入离心机内将多余的催化剂浆料分离出，再加以回收利用，使发泡陶瓷载体的载体涂覆部表面涂覆有一定厚度的催化剂浆料；

第一次干燥煅烧是将涂覆有氢氧化铝催化剂浆料的发泡陶瓷载体先以风干方式干燥，再予以高温煅烧，使氢氧化铝确实固着于发泡陶瓷载体的载体涂覆部表面，而形成涂覆层；

浸渍离心操作是将如上所述涂覆有催化剂浆料的载体再浸渍于贵金属硝酸催化剂溶液内，再以离心机将多余的催化剂溶液分离回收利用，并使于催化剂溶液内的催化剂单体定位于发泡陶瓷载体涂覆部的涂覆层表面；

第二次干燥煅烧是将前述得到的整体结构再进行风干后煅烧；

还原步骤是使催化剂整体结构与氢气进行还原反应；

经上述的步骤得到本发明的可转化废气的催化剂结构。

在本发明的方法中，配制浆料是将硝酸水溶液与氢氧化铝粉末混合，使固含率在20～55％，并将催化剂浆料以转数350rpm的球磨机研磨2～6小时，并将催化剂浆料的酸碱度调至PH＝2-6。

在本发明方法中的离心操作是使用旋转式的离心机进行的，优选使用转速可为200至500rpm的旋转式离心机。

本发明方法中的两次煅烧的煅烧温度为500～750℃，第一次煅烧时间为1～4小时，第二次煅烧时间为4-6小时。

本发明催化剂制备中使用的贵重金属硝酸溶液的成分为：Pt＝0.1～4.0％(重量)，Pd＝0.1～2.0％(重量)和/或Rh＝1.0～5.0％(重量)，或Ce＝0.1～1.0％(重量)。其酸碱度为PH＝2～4。

在本发明的废气处理催化剂的制备方法中，还原步骤是将经涂覆和浸渍后的催化剂整体与10％氢气进行反应。还原反应的温度为：500～650℃，时间为：3～6小时。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明，下面结合附图及较佳实施例对本发明进行详细说明：

(1)图式说明：

图1：是本发明的催化剂制备流程示意图。

图2：是本发明的载体涂覆催化剂单体的流程示意图。

图3：是本发明催化剂的立体外观示意图。

图4：是本发明催化剂中废气流通示意图。

图5：是本发明的催化剂用于醇类时的温度—转化率图。

图6：是本发明的催化剂用于烷类时的温度—转化率图。

图7：是本发明的催化剂用于芳香烃类时的温度—转化率图。

图8：是本发明的催化剂用于酮类时的温度—转化率图。

(2)图号说明：

10 催化剂制备过程

11 配制浆料 12 涂覆离心操作

13 干燥煅烧 14 浸渍离心操作

15 干燥煅烧 16 还原

17 成品

20 发泡陶瓷载体制备过程

21 发泡基材 22 烧结

23 载体成型

30 发泡陶瓷载体 31 载体涂覆部

32 透气空隙

40 催化剂浆料 41 涂覆层

42 催化剂溶液

43 催化剂单体

50 催化剂

60 废气流

如图1、2所示，本发明的催化剂制备方法是针对废气净化处理而设计的，其制备过程分为催化剂制备过程10与发泡陶瓷载体制备过程20两部分，分别制成发泡陶瓷载体30及催化剂整体结构；

其中，催化剂制备过程10，依序为：

配制浆料11：将硝酸水溶液与氢氧化铝粉末混合，使固含率在20～55％，并将该催化剂浆料以转数350rpm的球磨机研磨2～6小时，并将催化剂浆料40酸碱度调至PH＝2-6。

涂覆离心操作12：选取适当孔隙度的发泡陶瓷载体30，将发泡陶瓷载体30浸泡于催化剂浆料40中，将氢氧化铝等催化剂浆料40涂覆于发泡陶瓷载体30的载体涂覆部31，并使催化剂浆料40充满于发泡陶瓷载体30的透气空隙32，再将发泡陶瓷载体30移出催化剂浆料40，并置入旋转式的离心机内以200至500rpm的速度将多余的催化剂浆料40分离出，再加以回收利用，使发泡陶瓷载体30的载体涂覆部31表面彼覆有一定厚度的催化剂浆料40。

干燥煅烧13：将涂覆有氢氧化铝催化剂浆料40的发泡陶瓷载体30先以风干方式干燥，再于500～750℃煅烧1～4小时，使氢氧化铝确实固着于发泡陶瓷载体30的载体涂覆部31表面，而形成涂覆层41。

浸渍离心操作14：将上述经涂覆催化剂浆料的发泡陶瓷载体浸渍入催化剂贵金属硝酸溶液42内，再以旋转式离心机将多余的催化剂溶液42分离回收利用，并使于催化剂溶液42内的催化剂单体43定位于发泡陶瓷载体30载体涂覆部31的涂覆层41表面，其中，贵金属硝酸催化剂溶液42的成分为：Pt＝0.1～4.0％(重量)，Pd＝0.1～2.0％(重量)和/或Rh＝1.05.0％(重量)，或Ce＝0.1～1.0％(重量)，而贵金属硝酸溶液酸碱度为pH＝2～4。

干燥煅烧15：将前述结构予以风干后煅烧，其温度为：500～750℃，时间为4～6小时。

还原16：将上述得到的催化剂整体结构在10％氢气下进行还原反应，还原反应的温度为：500～650℃，时间为：3～6小时。

成品17：经前述的还原步骤16得到的催化剂可作为净化废气的催化剂50，如图3所示。

而发泡陶瓷载体的制备过程20包括：

选取发泡基材21：选用无机物质制成的发泡基材；

烧结22：将氧化铝、氧化硅混合物粘结于发泡基材上后，进行素烧，将基材烧去后，氧化铝、氧化硅成型；

载体成型23：成型出发泡陶瓷载体30。

发泡陶瓷载体30制成后可直接用于前述催化剂制备过程10中的涂覆离心操作12，如此，即可制成前述的催化剂50结构。催化剂50的应用过程如下：当废气流60流过催化剂50时，废气流60可于催化剂50内的三维空间形态的透气空隙32中流动，可充分地与载体涂覆部31上的涂覆层41和催化剂单体43接触转化，有效的提高气体的转化及去除效率。

本发明的催化剂整体结构可用于酮类、苯类、烷类、醇类的废气处理中。

实施例实施例1：催化剂的制备

浆料配制：将硝酸水溶液与氢氧化铝粉末混合，使氢氧化铝固含率为45％，将混合浆料置入球磨缸中，以转数350rpm的球磨机研磨6小时，将混合浆料的酸碱度调至pH＝5。

涂覆离心操作：将发泡陶瓷载体完全浸泡在上述得到的混合浆料中，稍微振动载体，使其内部的空气可以移出，再将发泡陶瓷载体移出，置入离心机内以400rpm的速度将多余的浆料分离出，可再回收利用，此时发泡陶瓷载体表面将涂覆有一层氢氧化铝浆料。

干燥煅烧：将涂覆有氢氧化铝的发泡陶瓷载体先用自然阴干方式干燥，再于700℃煅烧3小时，使氢氧化铝确实附着在发泡陶瓷载体表面而形成涂覆层。

浸渍离心操作：将上述发泡陶瓷载体浸入贵金属硝酸溶液内并振动载体，使其内部的空气可以移出，再以旋转离心机将多余的含浸液分离出，回收可再利用，并使贵金属溶液内的金属吸附在发泡陶瓷载体表面，其中贵金属溶液的成分为：Pt＝3％(重量)，Pd＝1％(重量)，Ce＝0.7％(重量)，调整贵金属溶液的酸碱度为pH＝3。

干燥煅烧：将含浸完贵金属的发泡陶瓷载体以阴干方式干燥后煅烧，其温度为700℃，时间为5小时。

还原：将上述得到的催化剂在10％氢气下进行还原，还原温度为600℃，时间4小时。

成品：将还原反应得到的产物经采样测试合格后，可作为净化废气的催化剂。应用例1：

如图5所示，是本发明催化剂50用于转化醇类时产生的温度—转化率图，其中，相关物理条件包括有：

催化剂体积：3.375立升

废气流量：28米³/分钟

废气浓度：1000ppm

当温度升至175℃时有50％的正丙醇转化(去除)率，T₅₀＝175℃，当反应温度升至250℃时有大于90％的正丙醇转化(去除)率。应用例2：

如图6所示，是本发明催化剂50用于甲苯或二申苯废气转化时的温度—转化率图，当温度升至225℃后，其转化(去除)率可到达100％。应用例3：

如图7所示，当本发明催化剂用于烷类转化时，当温度升至250℃时有50％的烷类转化(去除)率，T₅₀＝250℃，当反应温度升至300℃时有大于90％的正丙醇转化(去除)率。应用例4：

如图8所示，是本发明的催化剂用于转化浓度为1879ppm的酮类废气时，得到的温度—转化率图，当温度升至275℃时，有50％的酮类转化(去除)率，T₅₀＝275℃，当反应温度升至325℃时有大于90％的酮类转化(去除)率。

可见，采用本发明方法制备的催化剂，前述的各类废气均可于200至400℃间达到90％以上的转化率，如此可使气体的转化效率显著提高，符合经济效益的要求。因此，本发明具有许多优点，例如：

1、催化剂50的结构符合高品质的要求：催化剂50结构经由涂覆离心操作12及浸渍离心操作14，均是将发泡陶瓷载体30整体全部浸渍于催化剂浆料40与催化剂溶液42，可使催化剂浆料40与催化剂溶液42充满于其间，并以离心操作适当移出多余剩料，使催化剂50保持适当厚度的涂覆层41与催化剂单体43，形成高品质的结构。

2、转化效率高：通过均匀的涂覆层41与催化剂单体43的设计，有效的增加废气的接触面积，提高转化率，符合经济效益的要求。

3、可有效地应用于各类废气的转化：如图5-图8所示，本发明的催化剂可直接将含有各种成分的废气予以转化，包括芳香族类、苯类、烷类、酮类等，均可有效的于一定的工作温度内转化去除。

事实证明，本发明确实可达到上述诸项功能。

Claims

1、一种废气处理催化剂的制备方法，包括：

发泡陶瓷载体的制备：选取无机物质制成的发泡基材，将氧化铝、氧化硅混合物粘结于发泡基材上，素烧，将基材烧去后，氧化铝和氧化硅成型为发泡陶瓷载体；

而其特征在于：

催化剂制备过程，依序为：

配制浆料：将硝酸水溶液与氢氧化铝粉末混合并研磨形成浆料，使固含率在20～55％，并将催化剂浆料的酸碱度调至pH＝2-6；

涂覆离心操作：将配制好的催化剂浆料涂覆于发泡陶瓷载体的载体涂覆部，并使催化剂浆料充满于发泡陶瓷载体的透气空隙，然后置入离心机内将多余的催化剂浆料分离出，使发泡陶瓷载体的载体涂覆部涂覆有一定厚度的催化剂浆料；

干燥煅烧：将涂覆有氢氧化铝催化剂浆料的发泡陶瓷载体先以风干方式干燥，再进行高温煅烧，煅烧温度为500-750℃，煅烧时间为1-4小时，使氢氧化铝确实固着于发泡陶瓷载体的载体涂覆部表面，而形成涂覆层；

浸渍离心操作：将上述得到的结构浸渍于贵金属硝酸催化剂溶液内，所述的贵金属硝酸溶液的成分为：Pt＝0.1-4.0重量％，Pd＝0.1-2.0重量％和/或Rh＝1.0-5.0重量％，或Ce＝0.1-1.0重量％，并且其酸碱度为pH＝2-4，再以离心机将多余的催化剂溶液分离回收利用，使催化剂溶液内的催化剂单体定位于发泡陶瓷载体涂覆部的涂覆层表面；

干燥煅烧：将前述结构予以风干后煅烧，煅烧温度为500-750℃，煅烧时间为4-6小时；

还原：将上述得到的结构再与氢气进行还原反应；

经前述的步骤得到可转化废气的催化剂结构。

2、如权利要求1所述的废气处理催化剂的制备方法，其中，将所述的催化剂浆料以转数350rpm的球磨机研磨2～6小时。

3、如权利要求1所述的废气处理催化剂的制备方法，其中，所述的离心操作是使用旋转式的离心机进行的。

4、如权利要求3所述的废气处理催化剂的制备方法，其中，所述的离心操作是使用转速可为200至500rpm的旋转式离心机进行的。

5、如权利要求1所述的废气处理催化剂的制备方法，其中，所述还原是将催化剂整体结构放在10％氢气中进行的。

6、如权利要求1或5所述的废气处理催化剂的制备方法，其中，所述还原反应的温度为：500-650℃，时间为：3-6小时。