DE102021202486A1

DE102021202486A1 - Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats

Info

Publication number: DE102021202486A1
Application number: DE102021202486.6A
Authority: DE
Inventors: Liangcheng Wen; Gengyu Cao
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2020-04-13
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-10-14
Also published as: US11745175B2; CN111389415A; CN111389415B; US20210316293A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats. Um Partikel von Nanokatalysatoren wirksamer zu nutzen, wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein poröses Substrat als Trägermaterial für die stationäre Phase eingesetzt und die Partikel des Nanokatalysators gleichmäßig im gesamten Innenraum des porösen Substrats verteilt, sodass die Reaktanten durch das poröse Substrat fließen, um einen katalytischen Effekt zu erzielen. Dieses Verfahren verbessert nicht nur die Nutzungseffizienz der Partikel des Nanokatalysators, sondern ermöglicht auch eine einfachere und vorteilhaftere Einstellung verschiedener Parameter einer katalytischen Reaktion.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Herstellung eines Katalysatorsubstrats und insbesondere auf ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats.
HINTERGRUND
Gegenwärtig machen fossile Brennstoffe mehr als 80 % bis 90 % der Gesamtenergie aus, aber der übermäßige Einsatz fossiler Brennstoffe verursacht Umweltauswirkungen, wie zum Beispiel globale Erwärmung und einen starken Klimawandel. Daher ist die Entwicklung sauberer alternativer Energie zu einem wichtigen Indikator für die Entwicklung der modernen menschlichen Zivilisation geworden. Die Energie von Wasserstoff nach der Verbrennung ist etwa dreimal so hoch wie die fossiler Brennstoffe. Nach der Verbrennung wird Wasser produziert, und das Problem von Kohlenstoffemissionen besteht nicht. Daher sind die Entwicklungstechnologien der Wasserstoffenergie für die zukünftige Entwicklung der Menschheit äußerst wichtig.
Neben der Technologie zur Wasserstoffproduktion ist auch die Entwicklung einer effizienten Energienutzungstechnologie ein wichtiger Bestandteil der gegenwärtigen Wissenschafts- und Technologieentwicklung. Brennstoffzellen weisen zum Beispiel eine hohe Energieumwandlungseffizienz von über 40 % auf, die durch die Kombination von Wärme und Leistung eine erhöhte Chance hat, über 90 % zu erreichen. Dies stellt eine wichtige Lösung für verschiedene Probleme dar, wie zum Beispiel Energie- und Umweltprobleme, die durch die wachsende Weltbevölkerung und die moderne Gesellschaft verursacht werden.
Neben der Energie gewinnt, im Hinblick auf die Umwelt, insbesondere auf dem Gebiet des öffentlichen Gesundheitswesens mit dem Wachstum der Weltbevölkerung und der zunehmenden Dichte der Stadtbevölkerung, die Forschung bezüglich der Verwendung von Nanokatalysatoren und Technologien der Oberflächenchemie zur Verbesserung der Prävention und Kontrolle von Infektionskrankheiten weiter an Aufmerksamkeit. Darüber hinaus kann die Forschung auch auf den Bereich des industriellen Abwasserabbaus und der Abwasseraufbereitung ausgeweitet werden. Beispielsweise wandeln die meisten Halbleiteranlagen gegenwärtig Ammoniak-Stickstoff-Abwasser in Ammoniumsulfat um, das in der Landwirtschaft verwendet werden könnte. In den letzten Jahren ist das Gesundheitsbewusstsein jedoch kontinuierlich stärker geworden. Viele Länder haben den Gebrauch von Ammoniumsulfat, das aus der Umwandlung von industriellem Abwasser gewonnen wurde, als landwirtschaftliches Düngemittel verboten. Daher stellt die katalytische Umwandlung von Ammoniak-Stickstoff-Abwasser in schadstoffarmes NO₃ ^-, NO₂ ^- oder sogar N2 und H2 mit Katalysatoren ein wichtiges Ziel in der wissenschaftlichen und technologischen Forschung und Entwicklung für die Entwicklung der Halbleiterindustrie und den Umweltschutz dar.
Um die oben erwähnten wichtigen modernen technologischen Entwicklungen zu erreichen, werden alle effizienten chemischen Umwandlungsreaktionen grundsätzlich durch eine Reihe von Verfahren wie die Adsorption, Diffusion und Desorption von Reaktanten auf der Katalysatoroberfläche ausgeführt, die zu den chemischen Grenzflächenreaktionsphänomenen gehören. Erreicht ein Partikel den Nanometerbereich, kann seine chemische Aktivität wesentlich verbessert werden; außerdem steht dann zusätzlich eine größere Reaktionsoberfläche zur Verfügung. Die Gesamtoberflächenenergie und die makroporöse Struktur als Katalysator weisen einzigartige Auswirkungen auf die katalytische Aktivität, Selektivität und Reaktivität auf. Der bindende Zustand auf der Oberfläche eines Nanopartikels unterscheidet sich von dem innerhalb des Partikels. Eine unvollständige Koordination der Oberflächenatome führt zu einer Zunahme der oberflächenaktiven Stellen, was sowohl bei homogenen als auch bei heterogenen Katalysatoren den Vorteil hat, die Katalysatoraktivität zu steigern, die Selektivität zu verbessern und die Katalysatorstabilität zu erhöhen. Nanokatalysatoren weisen jedoch ferner einige Probleme bei der Anwendung katalytischer Reaktionen auf. Zum Beispiel ist es schwieriger, die mikrostrukturellen Eigenschaften von Nanomaterialien zu kontrollieren; die Kosten für Nanokatalysatoren sind relativ hoch, die Agglomeration von Nanopartikeln ist unverkennbar und eine schlechte Dispersion scheint mit einem Verlust des Vorteils der hohen Oberflächenaktivität einherzugehen.
Die Verfahren mit Nanopartikeln sind mittlerweile gut erforscht. Zu den grundsätzlichen Verfahren gehören die physikalische und chemische Gasphasenabscheidung, mechanisches Schleifen, chemische Lösungsverfahren und Atmosphärendruckplasma. Im Anwendungsbereich von Katalysatoren darf, um eine stabile Anwendung zu erreichen, ein Nano-Photokatalysator in der Regel an ein Substrat der stationären Phase binden und wobei ein katalytisches Ziel als mobile Phase verwendet wird. Im Allgemeinen werden Beschichtungstechnologien wie Spachteln, Siebdruck und Schleuderbeschichtung verwendet, um den Katalysator gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägers zu verteilen, Klebstoffe, Dispergiermittel und Wärmebehandlung werden eingesetzt, um die Haftung zu stabilisieren oder es wird atmosphärisches Plasmaspritzen und Ähnliches verwendet.
Die oben genannten Beschichtungstechnologien sind bei ihrer Verwendung auf der Oberfläche des Substrats recht ausgereift, aber wenn die Nanopartikel im Inneren des Substrats dispergiert werden sollen, sind die vorgenannten Verfahren nicht geeignet. In der Regel werden die synthetisierten Nanopartikel gleichmäßig mit einem Ausgangsmaterial des Substrats gemischt, danach folgt die Verarbeitung des resultierenden Verbundwerkstoffs zu einem Substrat. Zum Beispiel erhält man eine handelsübliche antibakterielle Fliese durch gleichmäßiges Mischen einer nanoaktiven Metallverbindung mit bakterizider Wirkung mit einem Keramikfliesenpulver mit anschließender Formgebung und Wärmebehandlung, um das Verfahren zur Herstellung der antibakteriellen Fliese abzuschließen. Dieses Verfahren bewirkt jedoch, dass nanoaktive Partikel durch das Substratmaterial beschichtet werden und den katalytischen Effekt verlieren. Alternativ werden Konzentrationen von Fällungslösung und Fällungsmittellösung präzise kontrolliert und die Temperatur wird genauestens geregelt, sodass eine Fällungsreaktion eine schnelle Keimbildung aufweist, bei der die Kristalle langsam wachsen, um im Nanometerbereich zu bleiben.
Ein hergestellter Nanokatalysator kann nur im Nanometerbereich seinen erwartungsgemäßen Effekt zeigen. Zum Beispiel ist eine Wirbelschichtvorrichtung zur Umwandlung von Lignin in fossile Brennstoffe eine Möglichkeit, um Partikel des Nanokatalysators einzusetzen, die direkt in einen Reaktionstank geben und mit den Reaktanten gemischt werden. Der Katalysator weist zwar eine gute Nutzungseffizienz auf, kann aber kaum wiederverwertet werden, was zu eingeschränkten Verwendungsmöglichkeiten und erhöhten Kosten der Reaktion führt.
Modifizierungen und Verbesserungen vieler Verfahren haben das Ziel, den Wirkungsgrad im Betrieb zu erhöhen. Zum Beispiel liegt der höchste Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff bei photoelektrochemischen Reaktionen bisher bei 17 %. Daher muss der Wirkungsgrad der Umwandlung weiter verbessert werden, indem die Beschaffenheit des Katalysatormaterials modifiziert oder die Reaktionsumgebung verbessert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
In Anbetracht dessen besteht das technische Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, darin, ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats bereitzustellen.
Das technische Problem wird durch die Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst, insbesondere der unabhängigen und abhängigen Patentansprüche sowie der zugehörigen Beschreibung
Um Partikel von Nanokatalysatoren wirksamer zu nutzen, setzt das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein poröses Substrat als Trägermaterial für die stationäre Phase ein, wobei die Partikel des Nanokatalysators gleichmäßig im gesamten Innenraum des porösen Substrats verteilt sind, sodass die Reaktanten durch das poröse Substrat fließen, um einen katalytischen Effekt zu erzielen. Dieses Verfahren verbessert nicht nur den Wirkungsgrad der Partikel des Nanokatalysators im Gebrauch, sondern ermöglicht auch eine einfachere und vorteilhafte Einstellung verschiedener Parameter einer katalytischen Reaktion.
Insbesondere wird das technische Problem der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Hinzufügen eines Flockungsmittels und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zu einer wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz, Erhitzen auf 120 bis 150 °C und Rühren, Fortsetzen des Erhitzens, bis 60 % bis 80 % Wasser entfernt worden ist und eine Polymerisation des Ethylenglykols auftritt, wodurch die Lösung leicht viskos wird, und vollständiges Eintauchen eines porösen Substrats in die Lösung, bis die Lösung vollständig in alle Poren des porösen Substrats eindringt, und Beenden des Erhitzens,
(2) Abkühlen der Lösung auf Raumtemperatur, Gelieren der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz, um alle Poren des porösen Substrats vollständig zu beschichten, und Herausnehmen des porösen Substrats, um einen geleeartigen Katalysator von der Oberfläche des porösen Substrats zu entfernen, und
(3) Vorheizen eines Hochtemperaturofens auf 800°C bis 1400 °C, Einsetzen eines katalysatorbeschichteten porösen Substrats in denselben, sodass eine geleeartige wässrige Lösung eines Katalysatorpartikelreagens sofort eine Verbrennungsreaktion durchläuft, und Warmhalten des Hochtemperaturofens für 5 bis 10 h, um ein Nanokatalysatorsubstrat mit einer hochkatalytischen Oberfläche zu erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagens wie folgt: Lösen einer oder mehrerer Metallverbindungen in deionisiertem Wasser und Hinzufügen der 2 bis 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure, und kontinuierliches Rühren, um 0,1 bis 1 mol/l wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz herzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist bei dem Verfahren zur Herstellung der wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz die Metallverbindung ein Metallcarbonat oder ein Metallnitrat oder eine Metallesterverbindung, und/oder
wird nach dem Lösen der Metallverbindung in deionisiertem Wasser eine angemessene Menge konzentrierter Salpetersäure hinzugefügt, um das Auflösen zur Herstellung einer wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz zu unterstützen, und/oder
die wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagens mit Ammoniakwasser auf einen pH-Wert von 6 bis 7 eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, beträgt die Menge an Salpetersäure 10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung, und/oder
weist die konzentrierte Salpetersäure eine Konzentration von 16 mol/l auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (1) das poröse Substrat für 0,5 bis 1 h vollständig in die Lösung eingetaucht, insbesondere bevor das Erhitzen beendet wird, und/oder
wird in Schritt (1) das Flockungsmittel und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit einem Porenbildner zu der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz hinzugefügt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge des Flockungsmittels 1 % bis 5 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz, und/oder
ist das Flockungsmittel aus Agar-Pulver oder Kanten-Pulver ausgewählt, und/oder
ist die Menge an C2H4(OH)2 (Ethylenglykol) 2 bis 2,5-mal so groß wie die Gesamtmolzahl der hinzugefügten Metallionen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge des Porenbildners 1 % bis 5 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz, und/oder
ist der Porenbildner aus (NH₄)₂SO₄, NH₄HCO₃ und/oder Stärke und/oder einer Mischung davon ausgewählt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (1) das Flockungsmittel und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit einem Flussmittel zu der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz hinzugefügt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge an Flussmittel 0,5 % bis 3 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz, während die Reaktionstemperatur des Hochtemperaturofens um 200 bis 450 °C gesenkt oder die Warmhaltezeit des Hochtemperaturofens auf 0,5 bis 2 h verkürzt wird, und/oder wird das Flussmittel aus Li₂CO₃, B₂O₃, ZnO, Al₂O₃, PbO₂, Bi₂O₃ und V₂O₅ ausgewählt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (3) eine reduzierende Atmosphäre eingeleitet, um Katalysatorpartikel zu aktivieren, während der Hochtemperaturofen warmgehalten wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein langkettiges chelatbildendes Polymer verwendet, um aktive Metallionen zu chelatisieren, sodass die Metallionen eine höchst einheitliche Dispergierbarkeit aufweisen. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Katalysatormetallion durch einen Chelatbildner chelatisiert, ein synthetisches Polymer und eine flockende wässrige Lösung erhitzt, und ein poröses Substrat für 0,5 bis 1 h in die wässrige Lösung eingetaucht, sodass die wässrige Polymerlösung vollständig in jede Pore des Substrats eindringt. Sobald die wässrige Lösung nach dem vollständigen Eindringen auf Raumtemperatur abgekühlt ist, bildet die wässrige Katalysatorlösung ein geleeartig beschichtetes poröses Substrat. Nach Herausnehmen des Substrats wird die geleeartige wässrige Katalysatorlösung aus der Oberfläche derselben entfernt und bei 1000 bis 1400 °C erhitzt. Die geleeartige wässrige Katalysatorlösung wird zunächst einer Verbrennungsreaktion unterzogen, um eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren zu erhalten, die vollständig in die Poren des porösen Substrats eingegeben wird. Anschließend wird die Temperatur gehalten, um die strukturelle Festigkeit des flockigen Katalysators zu stärken, wobei eine reduzierende Atmosphäre eingeleitet wird, um die Katalysatorpartikel zu aktivieren. Die Metallionenbestandteile in der wässrigen Katalysatorlösung umfassen Al, Si, Cu, Ag, Ti, Zn, Li und andere Komponenten, die Trägermaterialien bereitstellen, die die Wärmebehandlungstemperatur und aktive Reaktanten und so weiter reduzieren, sodass die Herstellung von Katalysatorstrukturen mit unterschiedlichen Porengrößen erreicht und die Wärmebehandlungstemperatur gessenkt und die strukturelle Festigkeit verbessert wird. Ein fertiges poröses Substrat wird mit Katalysatorpartikeln, die eine flockige Struktur mit feineren Poren aufweisen, gefüllt, sodass der Effekt der Vergrößerung der chemischen Reaktionsfläche an der Oberfläche erzielt und das Nanokatalysatorsubstrat mit einer großen katalytischen Oberfläche fertiggestellt wird.
Die vorliegende Erfindung weist die folgenden vorteilhaften Effekte auf: Bei der vorliegenden Erfindung wird in den Poren des porösen Substrats durch eine weitere Reaktion ein inneres poröses Substrat gebildet, was die Raumausnutzung des porösen Substrats maximiert, die effektive reaktive Oberfläche eines Nanopartikels vergrößert und den katalytischen Bereich von der Oberfläche des porösen Substrats auf den gesamten dreidimensionalen Raum erweiteren lässt. Durch die vorliegende Erfindung wird die Dispergierbarkeit des katalytischen Metallelements durch das chelatbildende Polymer gleichmäßiger. Der entfernbare überschüssige geleeartige Katalysator der vorliegenden Erfindung kann nach dem Erhitzen geschmolzen und wiederverwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann den Agglomerationseffekt von Nanopartikeln reduzieren, indem eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren synthetisiert wird. Zu der vorliegenden Erfindung können flexibel Wärmebehandlungspromotoren, wie zum Beispiel Flussmittel, hinzugefügt werden, die die Temperatur und Zeit der Wärmebehandlung effektiv reduzieren können. Die vorliegende Erfindung kann bei der Bindung eines porösen Metalls, einer Legierung oder eines keramischen Substrats an Nanokatalysatorteilchen in vielen Bereichen angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet der Energie, zum Beispiel bei der katalytischen Wasserstofferzeugung und der Herstellung von Kathode und Anode einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet der antibakteriellen Desinfektion, wie zum Beispiel als Filter zur Milbenentfernung, Desinfektion und Sterilisierung in einem Luftreiniger angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet des industriellen Abwasserabbaus und der Abwasseraufbereitung angewendet werden. Beispielsweise stellt die katalytische Umwandlung von Ammoniak-Stickstoff-Abwasser am Ende der Fertigungsstrecke einer Halbleiterfabrik in schadstoffarmes NO₃ ^-, NO₂ ^- oder sogar N2 und H2 mit Katalysatoren ein wichtiges Ziel in der wissenschaftlichen und technologischen Forschung und Entwicklung für die Entwicklung der Halbleiterindustrie und den Umweltschutz dar.
Es sei darauf hingewiesen, dass relationale Begriffe wie „erste“ und „zweite“ in vorliegender Erfindung nur verwendet werden, um eine Einheit oder einen Vorgang von einer anderen Einheit oder einem anderen Vorgang zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche solche Beziehung oder Reihenfolge zwischen diesen Einheiten oder Vorgängen zu erfordern oder zu implizieren. Darüber hinaus sollen die Begriffe „umfassen“, „umfassend“ oder andere Varianten davon eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder ein Endgerät, das eine Reihe von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente umfasst, sondern auch solche Elemente umfasst, die nicht explizit aufgeführt sind, oder auch Elemente umfasst, die diesem Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Endgerät eigen sind. Ohne weitere Einschränkungen schließen die Elemente, die durch den Satz „umfassen...“ oder „umfassend...“ definiert sind, die Existenz anderer Elemente in dem Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Endgerät, das die Elemente umfasst, nicht aus. Außerdem sind in vorliegender Erfindung „größer als“, „kleiner als“, „mehr als“ usw. so zu verstehen, dass die Zahl nicht enthalten ist; „über“, „unter“, „innerhalb“ usw. sind so zu verstehen, dass die Zahl enthalten ist.
Figurenliste

1 zeigt eine vergrößerte REM-Aufnahme eines in Beispiel 1 hergestellten Katalysatorsubstrats.
2 zeigt eine vergrößerte REM-Aufnahme eines in Beispiel 6 hergestellten Katalysatorsubstrats.
3 zeigt eine vergrößerte REM-Aufnahme eines in Beispiel 7 hergestellten Katalysatorsubstrats.
4 veranschaulicht einen Vergleich einer Umwandlung von Ammoniak-Stickstoff in einem einfachen katalytischen Leistungstest für die in Beispiel 1, 6 und 7 hergestellten Katalysatorsubstrate.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Beispiele weiter detailliert beschrieben, die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Verschiedene Austausche und Änderungen, die für den Durchschnittsfachmann nachvollziehbar auf der Grundlage herkömmlicher Mittel vorgenommen werden, ohne von den oben genannten technischen Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sind in den Umfang der vorliegenden Erfindung einzubeziehen.

Die in den Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Chemikalien sind wie folgt aufgeführt:

Chemikalie

Al(NO₃)₃·9H₂O

Li₂O₃Si

Li₂CO₃

AgNO₃

Ni(NO₃)₂·6H₂O

Ti(OC₄H₉)₄

Cu(NO₃)₂·3H₂O

Zn(NO₃)₂·6H₂O

HNO_3(aq)

CH₃COCH₃

C₆H₈O₇ (Zitronensäure)

Stärke

Kanten-Pulver

Die Beispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats ohne Zugabe eines Porenbildners und eines Flussmittels bereit, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2 bis 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung wurde zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um die Auflösung zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,1 bis 1 mol/l herzustellen (durch optionales Auswählen, Mischen und Kombinieren der vorstehenden Metallverbindungen kann die Herstellung der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagens von 0,1 bis 1 mol/l erreicht und ähnliche Effekte erhalten werden, und die Menge jeder verwendeten Metallverbindung liegt innerhalb des obigen Bereichs; die Salpetersäure wird verwendet, wenn die Metallverbindung schwer löslich ist; im Falle der Herstellung mit 100 ml deionisiertem Wasser werden der Lösung normalerweise jedes Mal 5 ml Salpetersäure zugesetzt, um anzuzeigen, dass die Metallverbindung vollständig gelöst ist; die spezifische Menge hängt von der Kombination der Metallverbindungen ab, und die Menge liegt im Bereich von 10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen).
(2) Nachdem das hinzugefügte Reagens vollständig gelöst war, wurde der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 6 bis 7 eingestellt. Bei einem zu niedrigen pH-Wert kann die Zitronensäure nicht leicht deprotoniert werden, um die Metallionen zu chelatisieren; bei einem zu hohen pH-Wert bilden die Metallionen leicht kolloidale Hydroxide. Wird Li₂O₃Si hinzugefügt, sollte es hinzugefügt werden, wenn der pH-Wert der Lösung neutral ist, um die Kolloidisierung von Li₂O₃Si in saurer Lösung zu vermeiden.
(3) Nach Einstellen des pH-Werts wurde das 2,5-fache der Molmenge der Probe an C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit 1 % des Gesamtgewichts der gelösten Substanzen Agar- oder Kanten-Pulvers hinzugefügt und auf einer Heizplatte erhitzt, um überschüssiges Wasser zu entfernen, bis 60 % bis 80 % des Wassers entfernt wurde und die Lösung ein leicht viskoses Polymer bildete.
(4) Das poröse Aluminiumoxid-Substrat wurde für 0,5 bis 1 h vollständig in die Lösung eingetaucht, bis die Lösung vollständig in alle Poren im Inneren des Substrats eingedrungen war.
(5) Die Erwärmung wurde gestoppt, und als die Temperatur der Lösung Raumtemperatur erreichte, wurde die Katalysatorlösung geleeartig und bedeckte vollständig alle Hohlräume des porösen Aluminiumoxid-Substrats. Das Substrat wurde herausgenommen und der geleeartige Katalysator von der Oberfläche des Substrats entfernt.
(6) Ein Hochtemperaturofen wurde auf 800 bis 1400 °C vorgeheizt.
(7) Ein mit Katalysator beschichtetes poröses Substrat wurde in den Hochtemperaturofen gegeben, durchlief sofort eine Verbrennungsreaktion und die Temperatur des Hochtemperaturofens wurde 10 h lang gehalten. Eine reduzierende Wasserstoffatmosphäre wurde eingeleitet, um die Katalysatorpartikel im Warmhalteprozess zu aktivieren. Nach der Zündung und Verbrennung bildete sich eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren, die vollständig in die Poren des porösen Substrats gefüllt wurde.

Das Verfahren des Nanokatalysatorsubstrats wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Beispiele 1 bis 6 weiter detailliert beschrieben.
Beispiel 1
Es wurde ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats ohne Zugabe eines Porenbildners und eines Flussmittels bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10% bis 20% der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagens von 0,5 mol/l herzustellen.
(2) Nachdem das hinzugefügte Reagens vollständig gelöst war, wurde der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 6 bis 7 eingestellt. Bei einem zu niedrigen pH-Wert kann die Zitronensäure nicht leicht deprotoniert werden, um die Metallionen zu chelatisieren; bei einem zu hohen pH-Wert bilden die Metallionen leicht kolloidale Hydroxide. Wird Li₂O₃Si hinzugefügt, sollte es hinzugefügt werden, wenn der pH-Wert der Lösung neutral ist, um die Kolloidisierung von Li₂O₃Si in saurer Lösung zu vermeiden.
(3) Nach Einstellen des pH-Werts wurde das 2,5-fache der Molmenge der Probe mit C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit 1 % des Gesamtgewichts der gelösten Substanzen Agar-Pulvers hinzugefügt, auf einer Heizplatte auf 120 °C bis 150 °C erhitzt, um überschüssiges Wasser zu entfernen, bis 60 % bis 80 % des Wassers entfernt wurde und die Lösung ein leicht viskoses Polymer bildete.
(4) Ein poröses Aluminiumoxid-Substrat wurde für 0,5 h vollständig in die Lösung eingetaucht, bis die Lösung vollständig in alle Poren im Inneren des Substrats eingedrungen war.
(5) Die Erwärmung wurde gestoppt, und als die Temperatur der Lösung Raumtemperatur erreichte, wurde die Katalysatorlösung geleeartig und bedeckte vollständig alle Hohlräume des porösen Aluminiumoxid-Substrats. Das Substrat wurde herausgenommen und der geleeartige Katalysator von der Oberfläche des Substrats entfernt.
(6) Ein Hochtemperaturofen wurde auf 1400 °C vorgeheizt.
(7) Ein mit Katalysator beschichtetes poröses Substrat wurde in den Hochtemperaturofen gegeben, durchlief sofort eine Verbrennungsreaktion und die Temperatur des Hochtemperaturofens wurde 10 h lang gehalten. Eine reduzierende Wasserstoffatmosphäre wurde eingeleitet, um die Katalysatorpartikel im Warmhalteprozess zu aktivieren. Nach der Zündung und Verbrennung bildete sich eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren, die vollständig in die Poren des porösen Substrats gefüllt wurde. Der resultierende Nanometerbereich lag bei ungefähr 200 nm bis 1 µm, wie in 1 gezeigt.

Beispiele 2 bis 5

Das Verfahren ist das gleiche wie das in Beispiel 1, mit Ausnahme der Konzentration der hergestellten wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagens. In der folgenden Tabelle sind spezifische Verfahren zur Herstellung der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagens aufgelistet:

	Herstellverfahren
Beispiel 2	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,1 mol/l herzustellen.
Beispiel 3	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,3 mol/l herzustellen.
Beispiel 4	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,8 mol/l herzustellen.
Beispiel 5	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 1 mol/l herzustellen.

Beispiel 6
Das Verfahren ist das gleiche wie das in Beispiel 1, mit Ausnahme der Wärmebehandlungstemperatur. Bei diesem Beispiel wurde der Hochtemperaturofen auf 800 °C aufgeheizt. Der Nanometerbereich, der bei diesem Beispiel erreicht wurde, lag bei 20 bis 80 nm, wie in 2 gezeigt.
Die Beispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats unter Zugabe eines Porenbildners und eines Flussmittels und unter Senkung der Wärmebehandlungstemperatur und der Warmhaltezeit bereit, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) AI(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/l konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagens von 0,1 bis 1 mol/l herzustellen (durch optionales Auswählen, Mischen und Kombinieren der vorstehenden Metallverbindungen kann die Herstellung der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagens von 0,1 bis 1 mol/l erreicht und ähnliche Effekte erzielt werden, die Menge jeder verwendeten Metallverbindung liegt innerhalb des obigen Bereichs; die Salpetersäure wird verwendet, wenn die Metallverbindung schwer löslich ist; im Falle der Herstellung mit 100 ml deionisiertem Wasser werden der Lösung normalerweise jedes Mal 5 ml Salpetersäure zugesetzt, um anzuzeigen, dass die Metallverbindung vollständig gelöst ist; die spezifische Menge hängt von der Kombination der Metallverbindungen ab, und die Menge liegt im Bereich von 10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen).
(2) Nachdem das hinzugefügte Reagens vollständig gelöst war, wurde der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 6 bis 7 eingestellt. Bei einem zu niedrigen pH-Wert kann die Zitronensäure nicht leicht deprotoniert werden, um die Metallionen zu chelatisieren; bei einem zu hohen pH-Wert bilden die Metallionen leicht kolloidale Hydroxide. Wird Li₂O₃Si hinzugefügt, sollte es hinzugefügt werden, wenn der pH-Wert der Lösung neutral ist, um die Kolloidisierung von Li₂O₃Si in saurer Lösung zu vermeiden.
(3) Nach Einstellen des pH-Werts wurde das 2,5-fache der Molmenge der Probe an C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit 1 % des Gesamtgewichts der gelösten Substanzen des Agar- oder Kanten-Pulvers, 3 % Stärke und 0,5 % Li₂CO₃ hinzugefügt und bis zum vollständigen Auflösen auf einer Heizplatte erhitzt; überschüssiges Wasser wurde entfernt, bis 60 % bis 80 % des Wassers entfernt war und die Lösung ein leicht viskoses Polymer bildete.
(4) Das poröse Aluminiumoxid-Substrat wurde für 0,5 bis 1 h vollständig in die Lösung eingetaucht, bis die Lösung vollständig in alle Poren im Inneren des Substrats eingedrungen war.
(5) Die Erwärmung wurde gestoppt, und sobald die Temperatur der Lösung Raumtemperatur erreichte, wurde die Katalysatorlösung geleeartig und bedeckte vollständig alle Hohlräume des porösen Aluminiumoxid-Substrats. Das Substrat wurde herausgenommen und der geleeartige Katalysator von der Oberfläche des Substrats entfernt.
(6) Ein Hochtemperaturofen wurde auf 1000 °C vorgeheizt.
(7) Ein mit Katalysator beschichtetes poröses Substrat wurde in den Hochtemperaturofen gegeben, durchlief sofort eine Verbrennungsreaktion und die Temperatur des Hochtemperaturofens wurde 2 h lang gehalten. Eine reduzierende Wasserstoffatmosphäre wurde eingeleitet, um die Katalysatorpartikel im Warmhalteprozess zu aktivieren.
(8) Nach der Zündung und Verbrennung bildete sich eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren, die vollständig in die Poren des porösen Substrats gefüllt wurde.

Das Verfahren des Nanokatalysatorsubstrats wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Beispiele 7 bis 11 weiter detailliert beschrieben.
Beispiel 7
Es wurde ein Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats unter Zugabe eines Porenbildners und eines Flussmittels und unter Senkung der Wärmebehandlungstemperatur und der Warmhaltezeit bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) AI(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/l konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,5 mol/l herzustellen.
(2) Nachdem das hinzugefügte Reagens vollständig gelöst war, wurde der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 6 bis 7 eingestellt. Bei einem zu niedrigen pH-Wert kann die Zitronensäure nicht leicht deprotoniert werden, um die Metallionen zu chelatisieren; bei einem zu hohen pH-Wert bilden die Metallionen leicht kolloidale Hydroxide. Wird Li₂O₃Si hinzugefügt, sollte es hinzugefügt werden, wenn der pH-Wert der Lösung neutral ist, um die Kolloidisierung von Li₂O₃Si in saurer Lösung zu vermeiden.
(3) Nach Einstellen des pH-Werts wurde das 2,5-fache der Molmenge der Probe an C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit 1 % des Gesamtgewichts der gelösten Substanzen Agar- oder Kanten-Pulvers, 3 % Stärke und 0,5 % Li₂CO₃ hinzugefügt und bis auf 120 °C bis 150 °C erhitzt und bis zum vollständigen Auflösen auf einer Heizplatte gerührt; überschüssiges Wasser wurde entfernt, bis 60 % bis 80 % des Wassers entfernt war und die Lösung ein leicht viskoses Polymer bildete.
(4) Ein poröses Aluminiumoxid-Substrat wurde für 1 h vollständig in die Lösung eingetaucht, bis die Lösung vollständig in alle Poren im Inneren des Substrats eingedrungen war.
(5) Die Erwärmung wurde gestoppt, und als die Lösung Raumtemperatur erreichte, wurde die Katalysatorlösung geleeartig und bedeckte vollständig alle Hohlräume des porösen Aluminiumoxid-Substrats. Das Substrat wurde herausgenommen und der geleeartige Katalysator wurde von der Oberfläche des Substrats entfernt.
(6) Ein Hochtemperaturofen wurde auf 1000 °C vorgeheizt.
(7) Ein mit Katalysator beschichtetes poröses Substrat wurde in den Hochtemperaturofen gegeben, durchlief sofort eine Verbrennungsreaktion und die Temperatur des Hochtemperaturofens wurde 2 h lang gehalten. Eine reduzierende Wasserstoffatmosphäre wurde eingeleitet, um die Katalysatorpartikel im Warmhalteprozess zu aktivieren.
(8) Nach der Zündung und Verbrennung bildete sich eine flockige poröse Struktur mit feineren Poren, die vollständig in die Poren des porösen Substrats gefüllt wurde, und der erreichte Nanometerbereich lag bei ungefähr 50 bis 200 nm. Die auftretende Struktur war relativ fest mit einer höheren Kristallinität, wie in 3 gezeigt.

Beispiel 8 bis 11

	Herstellverfahren
Beispiel 8	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,1 mol/l herzustellen.
Beispiel 9	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,3 mol/l herzustellen.
Beispiel 10	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 0,8 mol/l herzustellen.
Beispiel 11	Al(NO₃)₃·9H₂O (0 bis 0,3 g), Li₂O₃Si (0 bis 0,3 g), Ni(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g), Cu(NO₃)₂·3H₂O (0 bis 0,3 g), AgNO₃ (0 bis 0,3 g), Zn(NO₃)₂·6H₂O (0 bis 0,3 g) und Ti(OC₄H₉)₄ (0 bis 0,3 g) wurden in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst, mit der 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure gemischt und kontinuierlich gerührt. Bei einer nicht leicht löslichen Katalysatorverbindung sind zusätzliche 16 mol/1 konzentrierte Salpetersäure (10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung) hinzuzufügen, um das Lösen zu unterstützen und eine wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagenz von 1 mol/l herzustellen.

In einem einfachen Test wurden die in den Beispielen 1, 6 und 7 fertiggestellten Nanokatalysatorsubstrate jeweils in eine Vorrichtung zur Prüfung der katalytischen Leistung gegeben; Ammoniakgas wurde durch den Katalysator geleitet, während es 60-70 min lang kontinuierlich zirkulierte und schließlich in die zu sammelnde wässrige Lösung eingeleitet wurde. Die NO₃ ^--Konzentrationen wurden durch IC bestimmt, um die Katalysatorumwandlungsfähigkeit zu beobachten, wie in 4 gezeigt, und es wurde festgestellt, dass die Beispiele 1, 6 und 7 alle aktiv waren. Außerdem wies Beispiel 7 eine bessere Struktur sowie die optimale Aktivität auf.
Es sind zwar die vorstehenden Beispiele beschrieben worden, aber der Fachmann kann dennoch zusätzliche Änderungen und Modifikationen an diesen Beispielen vornehmen, sobald er das grundlegende kreative Konzept kennt. Daher sind die obigen Beispiele nur Beispiele der vorliegenden Erfindung, die nicht dazu dienen, den Umfang des Patentschutzes der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Jede gleichwertige Struktur oder gleichwertige Verfahrensumwandlung, die unter Verwendung des Inhalts der Beschreibung und der Zeichnungen der vorliegenden Erfindung vorgenommen oder direkt oder indirekt auf andere verwandte technische Gebiete angewendet wird, ist in dem Patentschutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der oberflächenkatalytischen Aktivität eines Katalysatorsubstrats, umfassend die folgenden Schritte: (1) Hinzufügen eines Flockungsmittels und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zu einer wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz, Erhitzen auf 120 °C bis 150 °C und Rühren, Fortsetzen des Erhitzens, bis 60 % bis 80 % Wasser entfernt worden ist und eine Polymerisation des Ethylenglykols auftritt, wodurch die Lösung leicht viskos wird, und vollständiges Eintauchen eines porösen Substrats in die Lösung, bis die Lösung vollständig in alle Poren des porösen Substrats eindringt, und Beenden des Erhitzens, (2) Abkühlen der Lösung auf Raumtemperatur, Gelieren der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz, um alle Poren des porösen Substrats vollständig zu beschichten, und Herausnehmen des porösen Substrats, um einen geleeartigen Katalysator von der Oberfläche des porösen Substrats zu entfernen, und (3) Vorheizen eines Hochtemperaturofens auf 800°C bis 1400 °C, Einsetzen eines katalysatorbeschichteten porösen Substrats in denselben, sodass eine geleeartige wässrige Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz sofort eine Verbrennungsreaktion durchläuft, und Warmhalten des Hochtemperaturofens für 5 bis 10 h, um ein Nanokatalysatorsubstrat mit einer hochkatalytischen Oberfläche zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz wie folgt ist: Lösen einer oder mehrerer Metallverbindungen in deionisiertem Wasser und Hinzufügen der 2 bis 2,5-fachen Gesamtmolzahl an Metallionen des Chelatbildners Zitronensäure, und kontinuierliches Rühren, um 0,1 bis 1 mol/l, einer wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei dem Verfahren zur Herstellung der wässrigen Lösung eines Katalysatorpartikelreagenz die Metallverbindung ein Metallcarbonat oder ein Metallnitrat oder eine Metallesterverbindung ist, und/oder nach dem Lösen der Metallverbindung in deionisiertem Wasser eine angemessene Menge konzentrierter Salpetersäure hinzugefügt wird, um das Lösen zur Herstellung einer wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz zu unterstützen, und/oder die wässrige Lösung des Katalysatorpartikelreagens mit Ammoniakwasser auf einen pH-Wert von 6 bis 7 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Menge an Salpetersäure 10 % bis 20 % der Gesamtmolzahl an Metallionen der in das deionisierte Wasser gegebenen Metallverbindung beträgt, und/oder die konzentrierte Salpetersäure eine Konzentration von 16 mol/l aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (1) das poröse Substrat für 0,5 bis 1 h vollständig in die Lösung eingetaucht wird, und/oder in Schritt (1) das Flockungsmittel und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit einem Porenbildner zu der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz hinzugefügt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Menge des Flockungsmittels 1 % bis 5 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz beträgt, und/oder das Flockungsmittel aus Agar-Pulver oder Kanten-Pulver ausgewählt ist, und/oder die Menge an C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) 2 bis 2,5-mal so groß wie die Gesamtmolzahl der hinzugefügten Metallionen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Menge des Porenbildners 1 % bis 5 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz beträgt, und/oder der Porenbildner aus (NH₄)₂SO₄, NH₄HCO₃ und/oder Stärke und/oder einer Mischung davon ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (1) das Flockungsmittel und C₂H₄(OH)₂ (Ethylenglykol) zusammen mit einem Flussmittel zu der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz hinzugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Menge an Flussmittel 0,5 % bis 3 % der Masse der gelösten Substanzen in der wässrigen Lösung des Katalysatorpartikelreagenz beträgt, während die Reaktionstemperatur des Hochtemperaturofens um 200 °C bis 450 °C gesenkt oder die Warmhaltezeit des Hochtemperaturofens auf 0,5 bis 2 h verkürzt wird, und/oder das Flussmittel aus Li₂CO₃, B₂O₃, ZnO, Al₂O₃, PbO₂, Bi₂O₃ und V₂O₅ ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (3) eine reduzierende Atmosphäre eingeleitet wird, um Katalysatorpartikel zu aktivieren, während der Hochtemperaturofen warmgehalten wird.