DE69820310T2

DE69820310T2 - Geträgerter Desodorisierungskatalysator und deren Herstellung

Info

Publication number: DE69820310T2
Application number: DE69820310T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Akiyama; Makoto Sakura; Sayuri Teramoto
Original assignee: Nikki Universal Co Ltd
Current assignee: Nikki Universal Co Ltd
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: CN1214963A; EP1142635A1; HK1039583B; JPH11188263A; EP0909583A1; JP4263268B2; ES2211733T3; EP0909583B1; DE69820310D1; CN1112253C; DE69804740T2; HK1017629A1; HK1039583A1; DE69804740D1; ES2175620T3; EP1142635B1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Aluminium-Trägerkatalysator mit verbesserter Haftung zwischen dem Träger und einer Katalysatorschicht des darauf getragenen katalytischen Materials. Gegenstand der Erfindung sind weiter Verfahren zur Herstellung dieser Trägerkatalysatoren.
Im Hinblick auf die Reinigung übelriechender und schädlicher Gase durch Entfernung verschiedener Substanzen daraus (auf die hierin nachstehend kollektiv als auf "Geruchskomponenten" verwiesen wird), die sich z. B. aus Schwefeloxiden (SOx), Stickstoffverbindungen, wie zum Beispiel Stickstoffoxiden (NOx), Ammoniak und Aminen, Alkoholen, Aldehyden, organischen Säuren, wie zum Beispiel Essigsäure und Schwefelverbindungen, wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff, Mercaptan, Dimethylsulfid und Dimethyldisulfid in atmosphärischer Luft zusammensetzen, wurden bisher viele Techniken und Verfahren entwickelt, die sich auf die Verwendung von Adsorptionsmitteln, wie z. B. porösen Keramikstoffen, wie zum Beispiel aktiviertem Aluminiumoxid und Silikagel, Zeolithen, Aktivkohle und dergleichen verlassen.
Herkömmliche desodorierende Filter wurden hergestellt, wobei die desodorierenden Katalysatoren auf porösen Keramik- oder Zeolithträgern getragen wurden, die zum Adsorbieren von Geruchskomponenten fähig sind. Die Fähigkeit dieser Filter ist nicht auf die Zersetzung der Geruchskomponenten in den anstößigen Gasen von Interesse mittels des desodorierenden Katalysators begrenzt; aufgrund der großen Porenvolumina im Träger können die aus der katalytischen Desodorierung resultierenden Geruchskomponenten und die Reaktionsprodukte wirksam darauf adsorbiert oder darin gespeichert werden, um dadurch die Geruchskomponenten zu dämpfen. Die Geruchskomponenten und die Reaktionsprodukte, die jedoch darauf adsorbiert oder darin gespeichert wurden, sind so empfindlich gegenüber Änderungen der Umgebungsfaktoren, wie zum Beispiel Temperatur und Feuchtigkeit, dass sie dazu neigen, aus dem Desodorierungsfilter zu desorbieren, wodurch sie einen unangenehmen Geruch abgeben.
Aluminium-Wabenstrukturen besitzen gute Witterungsbeständigkeitseigenschaften und hohe Haltbarkeit, und ihre Wände können sehr dünn gemacht werden; daher wird der sich in den Strukturen entwickelnde Druckabfall ausreichend reduziert, um sie zur Verwendung als Katalysatorträger in hochvolumigen Verarbeitungvorgängen geeignet zu machen.
Gemäß den ungeprüften japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschriften Nr. 21736/1989 und 87235/1990 wie auch den japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 303518/1990 und 303523/1990 können Wabenstrukturen aus Aluminiumfolie, worin die zellentrennenden Wände in dem Filter dünn genug gemacht werden, um den Druckabfall über das Filter zu reduzieren, auf Ozon zersetzende Katalysatoren angewendet werden. Keines dieser Patente lehrt oder schlägt jedoch die Anwendbarkeit der Strukturen auf desodorierende Katalysatoren auf der Basis der Tatsache vor, dass Aluminiumfolien zur Adsorption von Geruchskomponenten weitgehend unfähig sind.
Im Vergleich zu porösen Keramikstoffen besitzen Aluminiumträger einen niedrigen Wassergehalt und weisen eine glatte Oberfläche auf. Diese haben dahingehend ein Problem dargestellt, dass wenn eine Katalysatorschicht auf einem Aluminiumträger getragen wird, die unzureichende Tragstärke oft zur Trennung der Katalysatorschicht davon unter externen Spannungen, wie zum Beispiel mechanischen Verformungen und Vibrationen, beiträgt.
Eine erfindungsgemäße Aufgabe ist deshalb die Bereitstellung eines neuen Trägerkatalysators.
Es wird erfindungsgemäß ein Trägerkatalysator mit einem auf einem Aluminiumträger getragenen desodorierenden katalytischen Material bereitgestellt, wobei der Katalysator durch Auslaugen einer Aluminiumkomponente aus dem Aluminiumträger dergestalt hergestellt wird, dass die ausgelaugte Aluminiumkomponente in die Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß einen Aluminium-Trägerkatalysator, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumkomponente, die sich aus einem Aluminiumträger herauslöst, in die darauf getragene Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert wurde, so dass der Aluminiumträger mit der Katalysatorschicht integriert wurde.
Es wird erfindungsgemäß ferner ein Verfahren zur Herstellung des angegebenen Aluminium-Trägerkatalysators durch Eintauchen eines Aluminiumträgers, der eine Katalysatorschicht darauf trägt, in eine schwach alkalische wässrige Lösung bereitstellt.
Ein Vorteil, der mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, besteht darin, dass die Haftstärke eines neuen Aluminium-Trägerkatalysators zwischen einem Aluminiumträger und einer darauf getragenen Katalysatorschicht verbessert wird.
Diese Erfinder führten intensive Studien durch, um die Haftstärke zwischen einem Aluminiumträger und der Katalysatorschicht zu verbessern. Aufgrund dessen wurde festgestellt, dass wenn der Aluminiumträger, der die Katalysatorschicht trägt, in eine schwach alkalische wässrige Lösung eingetaucht wurde, eine Aluminiumkomponente aus dem Aluminiumträger herausgelöst und in die Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert wurde, so dass der Aluminiumträger mit der Katalysatorschicht integriert wurde, um eine deutliche Verbesserung der Haftstärke zwischen dem Aluminiumträger und der Katalysatorschicht zu erreichen, wobei es folglich für die Katalysatorschicht schwierig ist, sich von dem Aluminiumträger zu trennen. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis dieses Ergebnisses erreicht.
1 ist eine elektronennkroskopische Aufnahme, die eine Kristallstruktur von der Oberfläche des Aluminiumfolien-Trägerkatalysators Y zeigt, der in Vergleichsbeispiel 1 ohne Behandlung durch Eintauchen in Wasser hergestellt wurde;
2 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die eine Kristallstruktur von der Oberfläche des verbesserten Aluminiumfolien-Trägerkatalysators A zeigt, der erfindungsgemäß in Beispiel 1 hergestellt wurde.
Wenn das katalytische Material zur Desodorierung oder Ozonzersetzung verwendet werden soll, können Elemente der Platingruppe, wie zum Beispiel Platin, Palladium, Osmium, Iridium und Rhodium, Elemente der Eisengruppe, wie zum Beispiel Eisen, Kobalt und Nickel, Elemente der Gruppe I, wie zum Beispiel Kupfer und Silber, Elemente der Gruppe VII, wie zum Beispiel Mangan und Seltenerdmetalle, wie zum Beispiel Cer und Lanthan als katalytische Materialien entweder unabhängig oder in entsprechenden Kombinationen in entweder einer Elementar-, Oxid- oder Komplexform verwendet werden. Hopcalit, bei dem es sich um einen Komplex aus Mangan und Kupfer handelt, kann als ein bevorzugtes desodorierendes katalytisches Material verwendet werden.
Das katalytische Material wird im Allgemeinen auf dem Träger in einer Menge von 0,1 bis 50 g pro Liter, bevorzugt 0,5–30 g pro Liter getragen. Im Fall, dass der Trägerkatalysator als ein Desodorierungsmittel verwendet werden soll, wenn das katalytische Material in einer Menge von weniger als 0,1 g pro Liter getragen wird, könnte er gegebenenfalls nicht die gewünschte desodorierende Leistung aufweisen. Wenn mehr als 50 g pro Liter des katalytischen Materials getragen werden, adsorbiert das getragene katalytische selbst die Geruchskomponenten, die entfernt oder zersetzt werden müssen und der desodorierende Filter gibt einen unangenehmen Geruch ab.
Erfindungsgemäß wird eine Katalysatorschicht des katalytischen Materials auf einem Aluminiumträger getragen. Erfindungsgemäß wird der Aluminium-Trägerkatalysator durch Auslaugen einer Aluminiumkomponente aus dem Aluminiumträger dergestalt hergestellt, dass die ausgelaugte Aluminiumkomponente in die Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert wird, um auf diese Weise einen unitären Körper zu bilden, der mit dem Aluminiumträger und der Katalysatorschicht, wie hierin nachstehend beschrieben, integriert ist. Eine Katalysatorschicht des katalytischen Materials wird spezifisch auf einem Aluminiumträger getragen; nach dem Trocknen wird der getrocknete Aluminium-Trägerkatalysator in eine schwach alkalische wässrige Lösung eingetaucht, wenn der pH der alkalischen wässrigen Lösung zwischen 7 und 10, bevorzugt zwischen 8,5 und 9,5 eingestellt ist, reagiert das Aluminium auf der Oberfläche des Aluminiumträgers mit dem Alkali in der wässrigen Lösung sehr langsam, wodurch eine Aluminiumkomponente, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid veranlasst wird, auszulaugen. Die ausgelaugte Aluminiumkomponente wird in die darauf getragene Katalysatorschicht inkorporiert und in ihre Zwischenräume präzipitiert, um mit ihr integriert zu werden; auf diese Weise wird die Katalysatorschicht fest an dem Aluminiumträger fixiert und gesichert, wodurch eine deutliche Verbesserung der Tragstärke der Katalysatorschicht darauf erreicht wird.
Wenn das Eintauchverfahren in einer stark alkalischen wässrigen Lösung durchgeführt wird, gibt der Aluminiumträger Wasserstoffgas aus der Oberfläche des Trägers ab, da er mit dem Alkali so kräftig reagiert, dass sich die Katalysatorschicht von dem Träger trennt. Hopcalit, bei dem es sich um ein komplexes Oxid aus Kupfer und Mangan handelt, ist eine wirksame katalytische Komponente zum Desodorieren oder zur Ozonzersetzung. Da Hopcalit 1–4% Kalium enthält, braucht der es tragende Aluminiumträger nur in Wasser eingetaucht zu werden, so dass das enthaltene Kalium sich daraus auslöst, um den gewünschten pH bereitzustellen.
Die Eintauchzeit hängt größtenteils von dem pH der alkalischen wässrigen Lösung und dem erforderlichen Volumen zur Behandlung mit dem Trägerkatalysator ab; sie liegt im Allgemeinen im Bereich von 5 bis 48 Stunden, bevorzugt von 5 bis 24 Stunden. Wenn die Eintauchzeit unmäßig verlängert wird, wird die Oberfläche der Katalysatorschicht mit dem präzipitierten Aluminiumhydroxid bedeckt; dies ist zur Erhöhung der Tragstärke wirksam, aber andererseits kann die katalytische Aktivität gelegentlich reduziert sein.
Sowohl die folgenden Arbeits- und Vergleichsbeispiele als auch die Tests werden zum Zweck der weitereren Erläuterung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, dürfen aber keineswegs als einschränkend ausgelegt werden.
Vergleichsbeispiel 1
Innenausgetauschtes Wasser (778 g) wurde mit 830 g eines Aluminiumoxidsols (ALUMINA SOL 200, der Handelsname von Nissan Chemical Industries Ltd) gemischt.
Danach wurden 1000 g Hopcalit (N-840, der Handelsname der Nissan Girdler Catalyst Co. Ltd., enthaltend 20,5 Gew.-% CuO, 54,4 Gew.-% MnO und 2,6 Gew.-% K) zugefügt, und das Gemisch wurde zur Herstellung einer Aufschlämmungslösung gerührt. Die Aufschlämmungslösung wurde über einen Wabenträger (Produkt von Oji Kenzai Kogyo K.K; 54,25 Zellen/cm² (350 Zellen/in²); 35,5 mm × 69 mm × 10 mm) gesprüht, der durch Expandieren eines Laminats mit 15 μm dicken Aluminiumfolien gefertigt wurde. Die überschüssige Aufschlämmungslösung wurde mit einem Luftstrahl abgeblasen und der Aufbau wurde 1 Stunde bei einer Temperatur von 150°C zur Herstellung eines Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysators Y mit 27,3 g Hopcalit und 2,7 g Aluminiumoxid, getragen pro Liter des Katalysators, getrocknet.
Beispiel 1
Ein Anteil (300 ml) des in Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysators Y wurde 24 Stunden in 200 ml Wasser eingetaucht. Der Katalysator wurde aus dem Wasser rückgewonnen und 1 Stunde bei einer Temperatur von 150°C zur Herstellung des Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysators A getrocknet, bei denen es sich um eine verbesserte Version des Aluminiumfolien-Waben Trägerkatalysators Y handelte. Nach der Eintauchbehandlung wies das Wasser einen pH von 9,27 auf. Es wurde festgestellt, dass der verbesserte Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysator A 1,05 g schwerer als der Katalysator Y des Vergleichsbeispiels 1 ist, der nicht durch Eintauchen in Wasser behandelt wurde. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Oberfläche des Aluminiumträgers mit dem Alkali im Wasser reagierte, um eine wasserlösliche Aluminiumkomponente, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid, zu werden.
Vom Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysator Y des Vergleichsbeispiels 1 und Katalysator A von Beispiel 1, der erfindungsgemäß verbessert wurde, wurde ein Querschnitt ihres Oberflächenanteils des Katalysators unter einem Elektronenmikroskop bei einer Vergrößerung von 200 untersucht, und die Ergebnisse werden in 1 bzw. 2 als Mikrofotografien gezeigt. Bei dem Elektronenmikroskop handelte es sich um ein Rasterelektronenmikroskop von JEOL Ltd., das bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV betrieben wird.
1 zeigt offensichtlich, dass der Aluminiumträger 1 des Katalysators Y die Katalysatorschicht 2 mit einer Anzahl von Zwischenräumen 3 trug. Gemäß 2 war die Oberfläche des Aluminiumträgers 1 in dem verbesserten Katalysator A durch Eintauchen in die schwach alkalische wässrige Lösung erodiert, worauf sich ein Teil seiner Oberfläche in eine Aluminiumkomponente, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid änderte, die sich wiederum herauslöste, wobei veranlasst wurde, dass sich eine grobe Oberfläche 4 bildete; die Katalysatorschicht 2 hatte einen Hohlraum 3, in den die Aluminiumkomponente 5, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid inkorporiert und präzipitiert wurde, wodurch die Bildung eines mit der Katalysatorschicht 2 und dem Aluminiumträger 1 integrierter unitärer Körper veranlasst wurde. Anhand der Röntgendiffraktionsanalyse wurde verifiziert, dass das Präzipitat in den Hohlräumen 3 eine Aluminium enthaltende Komponente war.
Test 1
Proben des Trägerkatalysators, die jeweils in einen Würfel von 10 mm auf jeder Seite geschnitten wurden, wurden dreimal von einer Höhe von 80 cm auf einen Testtisch fallen lassen. Das Gewicht von jeder Probe wurde nach dem Falltest gemessen, und die Trennungsmenge der Katalysatorschicht wurde auf der Basis des Unterschiedes vom initialen Gewicht bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 nachstehend gezeigt. Tabelle 1

Trägerkatalysator Trennungsmenge (mg)

Verbesserter Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysator A von Beispiel 1 0

Aluminiumfolien-Waben-Trägerkatalysator Y von Vergleichsbeispiel 1 38
Aus Tabelle 1 geht eindeutig hervor, dass der verbesserte Katalysator A von Beispiel 1 eine viel kleinere Trennung der Katalysatorschicht als der Katalysator Y von Vergleichsbeispiel 1, der nicht durch Eintauchen in Wasser behandelt wurde, erfuhr. Dies verleiht der Tatsache Unterstützung, dass der erfindungsgemäße Aluminium-Trägerkatalysator, der durch Integration der Aluminiumkomponente, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid aus dem Aluminiumträger in die Trägerkatalysatorschicht gekennzeichnet war, eine ausreichende Tragstärke zur Sicherstellung von Beständigkeit gegen Trennung der Trägerkatalysatorschicht aufweist.
Industrielle Anwendbarkeit
Wenn ein Aluminium-Trägerkatalysator in eine schwach alkalische wässrige Lösung eingetaucht wird, wird eine Aluminiumkomponente, wie zum Beispiel Aluminiumhydroxid, das aus dem Aluminiumträger ausgelaugt wird, in die Zwischenräume in der Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert, welche folglich einen unitären Körper bilden, der mit dem Aluminiumträger und der Katalysatorschicht integriert ist. Die Tragstärke der Katalysatorschicht gegen dem Aluminiumträger ist demgemäß verbessert, um einen verbesserten Aluminium-Trägerkatalysator bereitzustellen, worin die darauf getragene Katalysatorschicht sich nicht ohne weiteres von dem Aluminiumträger trennt.

Claims

Trägerkatalysator mit einem desodorierenden katalytischen Material getragen auf einem Aluminiumträger, wobei der Katalysator durch Auslaugen einer Aluminiumkomponente aus dem Aluminiumträger dergestalt hergestellt wird, dass die ausgelaugte Aluminiumkomponente in die Katalysatorschicht inkorporiert und präzipitiert ist.
Trägerkatalysator nach Anspruch 1, worin die ausgelaugte Aluminiumkomponente mit der Katalysatorschicht integriert ist.
Trägerkatalysator nach Anspruch 1 oder 2, worin der Träger eine Form aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Wabe, einer Riffelung, einer Platte, einer Folie, einem Sieb oder Wolle.
Verfahren zum Herstellen eines Trägerkatalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches das Eintauchen eines Aluminiumträgers, der eine Katalysatorschicht trägt, in eine schwach alkalische wässrige Lösung mit einem pH von 7–10 umfasst.