專(zhuān)利名稱(chēng)：廢氣凈化催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化以石油為燃料的多種燃燒器產(chǎn)生的廢氣的催化劑，特別是這種催化劑的制備方法，能夠改善催化劑的凈化性能，并且可以防止高溫時(shí)催化劑的老化，因而可以延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。
通常，在油料燃燒器中不完全燃燒產(chǎn)生的廢氣是有害的且有異味，這是由于CO和HC的存在。這些有害且具異味的氣體成分，在點(diǎn)火和熄火時(shí)大量排出。
主要的有害且具異味的成分CO和HC與空氣中的O2反應(yīng)生成H2O和CO2，如

圖1所示。這一去除有害成分的氧化反應(yīng)，在沒(méi)有催化劑的條件下，需在不低于1000℃的高溫下進(jìn)行。但是，催化劑可以使氧化反應(yīng)的溫度降低。例如，在催化劑存在的條件下，氧化反應(yīng)在200℃即可活化，此溫度是油燃燒器中，點(diǎn)火和熄火時(shí)廢氣的實(shí)際溫度，所以有害成分可以被凈化。
為了更好理解本發(fā)明的技術(shù)背景，根據(jù)常規(guī)方法，說(shuō)明制備可使有害組分如CO和HC完全氧化成CO2和H2O的催化劑的方法。
首先使MgO、SiO2和Al2O3的混合粉末成型，而后燒結(jié)產(chǎn)生一種用于制備如圖2A所示陶瓷蜂窩型載體的堇青石。在這種載體上，混合有催化材料。
可用氧化鎂，氧化鋁和氧化硅按2∶2∶5的摩爾比例作載體材料。
作為催化材料，或僅用貴金屬如鈀(Pd)或鉑(Pt)，或用貴金屬和鈣鈦礦復(fù)合氧化物的組合物，復(fù)合氧化物用ABO3表示，A選自稀土金屬如La和Le，或堿金屬如Mg和Ca，B是過(guò)渡金屬如Co和Mn。
參照?qǐng)D3，詳細(xì)說(shuō)明此類(lèi)催化劑的常規(guī)制備方法。
先看圖3A，逐步說(shuō)明以貴金屬做催化材料的催化劑的常規(guī)制備方法。如圖所示，先將MgO、Al2O3和SiO2的粉末以2∶2∶5的摩爾比混合，混合物模壓成型，在100℃干燥3小時(shí)。然后，將所得成型物在400℃燒結(jié)24小時(shí)，得到具有比表面積范圍為1-2m2/g的堇青石。這種堇青石用做上述的蜂窩狀載體。在堇青石載體上，涂布一層比表面積范圍為100-150m2/g的基面涂層(wash coat)材料，然后在200℃焙燒2小時(shí)。貴金屬鈀(Pd)和鉑(Pt)固定于涂布在載體上的基面涂層上，在400℃還原3小時(shí)，用來(lái)制備催化劑。
參照?qǐng)D3B，逐步說(shuō)明用鈣鈦礦復(fù)合氧化物和貴金屬作為催化材料的催化劑的制備方法。如圖所示，用做載體的堇青石按圖3A所示的相同方法制備。在堇青石載體上，涂布一層比表面積范圍100-150m2/g的基面涂層材料，然后在200℃焙燒2小時(shí)。將鈣鈦礦復(fù)合氧化物固定于涂布在堇青石載體上的基面涂層上。然后，將這種催化材料在100℃干燥3小時(shí)，在600℃焙燒1小時(shí)。隨后，將貴金屬如鈀和鉑固定于基面涂層。將所得物在400℃還原3小時(shí)，以制備一種催化劑。
如上所述的載體材料，兩常規(guī)方法均用堇青石，該堇青石是通過(guò)使氧化鎂、氧化鋁和氧化硅粉末成型，然后使成型物干燥，并在1400℃焙燒24小時(shí)獲得。
γAl2O3通常被用做基面涂層材料。在將催化材料固定于堇青石載體之前，將γAl2O3涂布于堇青石載體上，目的是借助基面涂層材料大的比表面積加強(qiáng)催化劑與載體的結(jié)合。
但是，用常規(guī)方法制備的催化劑，即以貴金屬或其與鈣鈦礦復(fù)合氧化物的組合物為催化材料，將基面涂層材料涂布于堇青石制得的載體上，并將催化材料固定于基面涂層材料上，以此方法制備的催化劑中，催化材料不是均勻地分散，如圖4所示。結(jié)果，催化劑的活性點(diǎn)的數(shù)目降低，導(dǎo)致了凈化能力的降低。
另外，當(dāng)常規(guī)催化劑遭受廢氣的高溫時(shí)，例如約1000℃，細(xì)小的催化劑顆粒通過(guò)擴(kuò)散和燒結(jié)而結(jié)塊，該結(jié)塊的顆粒導(dǎo)致了催化能力的老化。
因此，本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問(wèn)題，并提供一種制備能夠凈化從多種燃燒器中放出的廢氣的催化劑的方法，能改善催化劑的凈化性能，且防止催化劑在高溫時(shí)老化。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過(guò)提供一種制備凈化從多種燃燒器中放出的廢氣的催化劑的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法包括以下步驟制備一種載體;使催化材料和基面涂層材料混合，得到基面涂層漿料;將該基面涂層漿料涂布于上述載體上。
發(fā)明的其它目的和方面，通過(guò)下述參照?qǐng)D示的說(shuō)明將更加明了。
圖1表明從燃燒器中放出的廢氣的氧化反應(yīng);
圖2A是示意圖，表明以適當(dāng)順序涂布了γAl2O3和催化材料的常規(guī)蜂窩狀陶瓷催化劑;
圖2B是取自圖2A虛線部分的放大視圖;
圖3A是用貴金屬做催化材料的催化劑的常規(guī)制備方法流程圖;
圖3B是用鈣鈦礦復(fù)合氧化物和貴金屬的組合物做催化材料的催化劑的常規(guī)制備方法流程圖;
圖4是根據(jù)常規(guī)方法，和基面涂層材料結(jié)合的貴金屬的非均勻擴(kuò)散簡(jiǎn)圖;
圖5是根據(jù)常規(guī)方法，貴金屬的擴(kuò)散和燒結(jié)現(xiàn)象示意圖;
圖6是按本發(fā)明的方法，制備催化劑的流程圖;
圖7是熱處理前，本發(fā)明的催化劑和常規(guī)催化劑，對(duì)HC氣凈化能力圖;
圖8是熱處理后，本發(fā)明的催化劑和常規(guī)催化劑，對(duì)HC氣凈化能力圖。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案，一種凈化廢氣的催化劑，其制備方法如下將催化材料分散于基面涂層材料中，制成基面涂層漿料，將基面涂層漿料涂布于由堇青石制成的載體上，然后干燥并焙燒涂布了基面涂層漿料的載體。
本發(fā)明優(yōu)選的催化材料包括貴金屬如鈀(Pd)和鉑(Pt)，和與貴金屬結(jié)合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物。
作為本發(fā)明的催化劑載體的堇青石制備方法如下先將MgO、SiO2和Al2O3混合，將所得的混合粉末壓制成型，焙燒該成型物。該載體上，MgO、SiO2和Al2O3的摩爾比為2∶2∶5。
作為本發(fā)明基面涂層漿料主要成分的基面涂層材料，使用大比表面積的γ-Al2O3，可加強(qiáng)催化材料與其的結(jié)合。
本發(fā)明優(yōu)選的具體方案，參照?qǐng)D6詳細(xì)說(shuō)明，圖中逐步說(shuō)明了催化劑的制備方法。
與先將γ-Al2O3基面涂層材料涂布于載體上，然后再與催化材料結(jié)合的常規(guī)方法不同，本發(fā)明的方法是將基面涂層材料和催化材料同時(shí)涂布于載體上。
也就是，首先，如圖所示，將γ-Al2O3基面涂層材料和催化材料混合，催化材料根據(jù)本發(fā)明選自Pd、Pt以及與貴金屬結(jié)合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物。
將混合物進(jìn)行研磨，使催化材料在γ-Al2O3中均勻分散。結(jié)果形成一種平均顆粒直徑范圍為約4-10μm的基面涂層漿料。
在堇青石載體上，涂布基面涂層漿料，然后在約100℃干燥3小時(shí)。
接下來(lái)，將所得的載體在約450℃焙燒3小時(shí)，得到一種催化劑。
根據(jù)本發(fā)明，基面涂層漿料是用下述方法制得的將催化材料與基面涂層材料混合，采用的混合方法可使催化材料均勻地分散于基面涂層材料中，因而能改善其活性位點(diǎn)。另外，催化劑的均勻分散，防止了高溫時(shí)由于催化材料的擴(kuò)散引起的燒結(jié)現(xiàn)象。相應(yīng)地，本發(fā)明的催化劑，高溫時(shí)其性能不老化，因此，本發(fā)明的催化劑在任何狀態(tài)下，均具備優(yōu)異的凈化能力。
圖7表明了該催化劑的凈化能力試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)在SV＝40，000/h和HC(C3H3)濃度為120±10ppm的條件下進(jìn)行的。如圖7所示，常規(guī)催化劑對(duì)HC的凈化率在600℃時(shí)為78%，而本發(fā)明的催化劑在相同溫度時(shí)，其對(duì)HC的凈化率為85%。
圖8表明了在1000℃電加熱處理100小時(shí)后的催化劑的凈化能力試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)在SV＝40，000/h和HC(C3H3)濃度為120±10ppm的條件下進(jìn)行的。如圖8所示，本發(fā)明催化劑的凈化率在600℃時(shí)約為81%，而常規(guī)催化劑僅為30%。
如上所述，本發(fā)明中所用的基面涂層漿料能夠改善催化劑的耐熱性，防止高溫時(shí)，由于催化材料的擴(kuò)散引起的燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生。另外，使用本發(fā)明的方法制備的催化劑，在高溫和長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用的情況下，均能保持其比表面積。因而本發(fā)明催化劑的性能，在燃燒室中長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不老化。
盡管為了說(shuō)明起見(jiàn)，公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選方案，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該懂得，各種修改，補(bǔ)充和替換仍是可行的，并不背離權(quán)利要求書(shū)描述的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.凈化廢氣用催化劑的制備方法，它包括以下步驟制備載體，將催化材料與基面涂層材料混合以制成一種基面涂層漿料，將基面涂層漿料涂層在所述載體上。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述載體是由堇青石制備。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述堇青石是通過(guò)按予定摩爾比混合MgO、SiO2和Al2O3，使混合物成型并焙燒該成型物而制備。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述摩爾比對(duì)MgO、SiO2和Al2O3是各為2∶2∶5。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述催化材料是貴金屬。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述貴金屬是選自鈀和鉑。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述催化材料是鈣鈦礦復(fù)合氧化物和貴金屬的結(jié)合物。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述貴金屬是選自鈀和鉑。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中基面涂層材料是γ-Al2O3。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述混合步驟還包括將所述催化材料和所述基面涂層材料混合，以將所述催化材料固定于所述基面涂層材料上，將固定了所述催化材料的基面涂層材料進(jìn)行研磨，使催化材料均勻地分散于所述基面涂層材料中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于凈化許多燃燒器排放的廢氣的催化劑的制備方法。該方法包括的步驟有制備載體，將催化材料與基面涂層材料混合，以制成基面涂層漿料并將基面涂層漿料涂在載體上。由于本發(fā)明的基面涂層漿料、催化劑的耐熱性大大改良因而防止了因催化材料在高溫?cái)U(kuò)散所引起的燒結(jié)產(chǎn)生。此外，由本發(fā)明制備的催化劑，雖然高溫和長(zhǎng)期運(yùn)行，還能保持其比表面積。因而長(zhǎng)期在燃燒室中本發(fā)明催化劑的凈化能力也不會(huì)降低。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1092339SQ9410158
公開(kāi)日1994年9月21日 申請(qǐng)日期1994年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月9日
發(fā)明者樸明碩, 金寅圭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社金星社