專(zhuān)利名稱(chēng)：廢氣處理催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣處理催化劑的制備方法，更具體地說(shuō)，涉及一種經(jīng)配制漿料、涂覆離心操作、干燥煅燒、浸漬離心操作、干燥煅燒、還原出成品等制備過(guò)程而制備的以發(fā)泡陶瓷為載體的通氣形態(tài)的催化劑，藉以提高廢氣通過(guò)率與接觸率，從而提高廢氣凈化的效率。
目前廢氣處理催化劑的制備，多半是首先制備載體，再于載體上作催化劑單體的附著操作，以使該載體表面附著有催化劑單體，以使經(jīng)過(guò)載體的廢氣得以與各催化劑單體接觸轉(zhuǎn)化，以?xún)艋瘹怏w。有關(guān)載體的設(shè)計(jì)及整個(gè)催化劑的制備過(guò)程，有過(guò)相關(guān)的報(bào)導(dǎo)。臺(tái)灣專(zhuān)利第83102626號(hào)“廢氣凈化裝置用的催化劑載體及其制法”，或第81107605號(hào)“催化排放廢氣的催化劑轉(zhuǎn)化器”公開(kāi)了有關(guān)內(nèi)容，其主要的載體結(jié)構(gòu)是以多數(shù)帶狀板體結(jié)構(gòu)制成波浪的形態(tài)，再?gòu)?fù)合成一體。對(duì)于這樣的載體設(shè)計(jì)，其催化劑附著的操作，多半是直接在板體表面上直接涂布，其涂布對(duì)于曲折程度不大的載體結(jié)構(gòu)而言，較為適用，而對(duì)于流道曲折程度較大的載體結(jié)構(gòu)則有無(wú)法均勻涂布制備的缺點(diǎn)，造成催化劑品質(zhì)不佳。因此這樣的制備方式不能滿足目前對(duì)多孔道或多曲折催化劑載體的結(jié)構(gòu)形態(tài)的需求。而且，對(duì)于流道曲折度不大的載體結(jié)構(gòu)，單位空氣流通接觸的面積非常低，其廢氣轉(zhuǎn)化效率非常有限。另有臺(tái)灣專(zhuān)利第79103535號(hào)“柴油引擎廢氣的凈化催化劑”、第78105665號(hào)“用于移除包含在主要以醇類(lèi)所發(fā)動(dòng)的內(nèi)燃引擎機(jī)廢氣內(nèi)的有害物質(zhì)的催化劑”等發(fā)明案，其載體的結(jié)構(gòu)主張多孔網(wǎng)狀或以板體疊合或蜂巢結(jié)構(gòu)，其廢氣流通的流道較為曲折。然而其制備的過(guò)程是以沉積的方式進(jìn)行，沉積的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不符合經(jīng)濟(jì)效益的要求。而且，沉積的過(guò)程還受沉積材料各成分密度、濃度、重量的影響，會(huì)有層析的現(xiàn)象，尤其時(shí)間加長(zhǎng)，造成沉積后的成分無(wú)法確實(shí)均勻，對(duì)載體品質(zhì)有不良影響。而且，沉積或附著的制作形態(tài)，對(duì)于催化劑的固著程度而言，十分有限，更無(wú)法確實(shí)的控制附著沉積后的表面厚度，這對(duì)催化劑品質(zhì)有重大影響。
本發(fā)明人有鑒于此，為使廢氣處理的催化劑制備更為確實(shí)而有效率，制造出高效率的催化劑結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出一種克服了上述缺點(diǎn)的廢氣處理催化劑的制備方法。
本發(fā)明的催化劑制備過(guò)程主要包括制備發(fā)泡陶瓷載體、配制漿料、涂覆離心操作、干燥煅燒、浸漬離心操作、干燥煅燒、還原出成品等步驟。將發(fā)泡陶瓷直接涂覆以催化劑漿料，然后經(jīng)離心操作控制其附著的程度，再經(jīng)干燥煅燒形成一定厚度的涂覆層，再浸漬以貴金屬硝酸溶液，同樣以離心操作控制貴金屬硝酸溶液中的催化劑單體固著于涂覆層上的厚度，再進(jìn)行干燥煅燒，還原制成成品。由此，制備出以發(fā)泡陶瓷成型的透氣形態(tài)佳而接觸面積高的催化劑，從而提高廢氣與催化劑接觸率，達(dá)到確實(shí)凈化的目的。
在本發(fā)明的方法中，發(fā)泡陶瓷載體的制備是選取無(wú)機(jī)物質(zhì)制成的發(fā)泡基材，將氧化鋁、氧化硅混合物粘結(jié)于發(fā)泡基材上，素?zé)?，將基材燒去后，氧化鋁、氧化硅成型為發(fā)泡陶瓷載體；催化劑漿料的配制是將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合并研磨形成漿料，并調(diào)整其酸堿度。
涂覆離心操作是將具有適當(dāng)孔隙度的發(fā)泡陶瓷載體浸泡于催化劑漿料中，使氫氧化鋁等催化劑漿料涂覆于發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部，并使催化劑漿料充滿于發(fā)泡陶瓷載體的透氣空隙，再將發(fā)泡陶瓷載體移出催化劑漿料，并置入離心機(jī)內(nèi)將多余的催化劑漿料分離出，再加以回收利用，使發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部表面涂覆有一定厚度的催化劑漿料；第一次干燥煅燒是將涂覆有氫氧化鋁催化劑漿料的發(fā)泡陶瓷載體先以風(fēng)干方式干燥，再予以高溫煅燒，使氫氧化鋁確實(shí)固著于發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部表面，而形成涂覆層；浸漬離心操作是將如上所述涂覆有催化劑漿料的載體再浸漬于貴金屬硝酸催化劑溶液內(nèi)，再以離心機(jī)將多余的催化劑溶液分離回收利用，并使于催化劑溶液內(nèi)的催化劑單體定位于發(fā)泡陶瓷載體涂覆部的涂覆層表面；第二次干燥煅燒是將前述得到的整體結(jié)構(gòu)再進(jìn)行風(fēng)干后煅燒；還原步驟是使催化劑整體結(jié)構(gòu)與氫氣進(jìn)行還原反應(yīng)；經(jīng)上述的步驟得到本發(fā)明的可轉(zhuǎn)化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的方法中，配制漿料是將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合，使固含率在20～55％，并將催化劑漿料以轉(zhuǎn)數(shù)350rpm的球磨機(jī)研磨2～6小時(shí)，并將催化劑漿料的酸堿度調(diào)至PH＝2-6。
在本發(fā)明方法中的離心操作是使用旋轉(zhuǎn)式的離心機(jī)進(jìn)行的，優(yōu)選使用轉(zhuǎn)速可為200至500rpm的旋轉(zhuǎn)式離心機(jī)。
本發(fā)明方法中的兩次煅燒的煅燒溫度為500～750℃，第一次煅燒時(shí)間為1～4小時(shí)，第二次煅燒時(shí)間為4-6小時(shí)。
本發(fā)明催化劑制備中使用的貴重金屬硝酸溶液的成分為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)。其酸堿度為PH＝2～4。
在本發(fā)明的廢氣處理催化劑的制備方法中，還原步驟是將經(jīng)涂覆和浸漬后的催化劑整體與10％氫氣進(jìn)行反應(yīng)。還原反應(yīng)的溫度為500～650℃，時(shí)間為3～6小時(shí)。
為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明(1)圖式說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的催化劑制備流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的載體涂覆催化劑單體的流程示意圖。
圖3是本發(fā)明催化劑的立體外觀示意圖。
圖4是本發(fā)明催化劑中廢氣流通示意圖。
圖5是本發(fā)明的催化劑用于醇類(lèi)時(shí)的溫度—轉(zhuǎn)化率圖。
圖6是本發(fā)明的催化劑用于烷類(lèi)時(shí)的溫度—轉(zhuǎn)化率圖。
圖7是本發(fā)明的催化劑用于芳香烴類(lèi)時(shí)的溫度—轉(zhuǎn)化率圖。
圖8是本發(fā)明的催化劑用于酮類(lèi)時(shí)的溫度—轉(zhuǎn)化率圖。
(2)圖號(hào)說(shuō)明10 催化劑制備過(guò)程11 配制漿料 12 涂覆離心操作13 干燥煅燒 14 浸漬離心操作15 干燥煅燒 16 還原17 成品20 發(fā)泡陶瓷載體制備過(guò)程21 發(fā)泡基材 22 燒結(jié)23 載體成型30 發(fā)泡陶瓷載體 31 載體涂覆部32 透氣空隙40 催化劑漿料 41 涂覆層42 催化劑溶液43 催化劑單體50 催化劑60 廢氣流如圖1、2所示，本發(fā)明的催化劑制備方法是針對(duì)廢氣凈化處理而設(shè)計(jì)的，其制備過(guò)程分為催化劑制備過(guò)程10與發(fā)泡陶瓷載體制備過(guò)程20兩部分，分別制成發(fā)泡陶瓷載體30及催化劑整體結(jié)構(gòu)；
其中，催化劑制備過(guò)程10，依序?yàn)榕渲茲{料11將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合，使固含率在20～55％，并將該催化劑漿料以轉(zhuǎn)數(shù)350rpm的球磨機(jī)研磨2～6小時(shí)，并將催化劑漿料40酸堿度調(diào)至PH＝2-6。
涂覆離心操作12選取適當(dāng)孔隙度的發(fā)泡陶瓷載體30，將發(fā)泡陶瓷載體30浸泡于催化劑漿料40中，將氫氧化鋁等催化劑漿料40涂覆于發(fā)泡陶瓷載體30的載體涂覆部31，并使催化劑漿料40充滿于發(fā)泡陶瓷載體30的透氣空隙32，再將發(fā)泡陶瓷載體30移出催化劑漿料40，并置入旋轉(zhuǎn)式的離心機(jī)內(nèi)以200至500rpm的速度將多余的催化劑漿料40分離出，再加以回收利用，使發(fā)泡陶瓷載體30的載體涂覆部31表面彼覆有一定厚度的催化劑漿料40。
干燥煅燒13將涂覆有氫氧化鋁催化劑漿料40的發(fā)泡陶瓷載體30先以風(fēng)干方式干燥，再于500～750℃煅燒1～4小時(shí)，使氫氧化鋁確實(shí)固著于發(fā)泡陶瓷載體30的載體涂覆部31表面，而形成涂覆層41。
浸漬離心操作14將上述經(jīng)涂覆催化劑漿料的發(fā)泡陶瓷載體浸漬入催化劑貴金屬硝酸溶液42內(nèi)，再以旋轉(zhuǎn)式離心機(jī)將多余的催化劑溶液42分離回收利用，并使于催化劑溶液42內(nèi)的催化劑單體43定位于發(fā)泡陶瓷載體30載體涂覆部31的涂覆層41表面，其中，貴金屬硝酸催化劑溶液42的成分為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)，而貴金屬硝酸溶液酸堿度為pH＝2～4。
干燥煅燒15將前述結(jié)構(gòu)予以風(fēng)干后煅燒，其溫度為500～750℃，時(shí)間為4～6小時(shí)。
還原16將上述得到的催化劑整體結(jié)構(gòu)在10％氫氣下進(jìn)行還原反應(yīng)，還原反應(yīng)的溫度為500～650℃，時(shí)間為3～6小時(shí)。
成品17經(jīng)前述的還原步驟16得到的催化劑可作為凈化廢氣的催化劑50，如圖3所示。
而發(fā)泡陶瓷載體的制備過(guò)程20包括選取發(fā)泡基材21選用無(wú)機(jī)物質(zhì)制成的發(fā)泡基材；燒結(jié)22將氧化鋁、氧化硅混合物粘結(jié)于發(fā)泡基材上后，進(jìn)行素?zé)?，將基材燒去后，氧化鋁、氧化硅成型；載體成型23成型出發(fā)泡陶瓷載體30。
發(fā)泡陶瓷載體30制成后可直接用于前述催化劑制備過(guò)程10中的涂覆離心操作12，如此，即可制成前述的催化劑50結(jié)構(gòu)。催化劑50的應(yīng)用過(guò)程如下當(dāng)廢氣流60流過(guò)催化劑50時(shí)，廢氣流60可于催化劑50內(nèi)的三維空間形態(tài)的透氣空隙32中流動(dòng)，可充分地與載體涂覆部31上的涂覆層41和催化劑單體43接觸轉(zhuǎn)化，有效的提高氣體的轉(zhuǎn)化及去除效率。
本發(fā)明的催化劑整體結(jié)構(gòu)可用于酮類(lèi)、苯類(lèi)、烷類(lèi)、醇類(lèi)的廢氣處理中。實(shí)施例1催化劑的制備漿料配制將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合，使氫氧化鋁固含率為45％，將混合漿料置入球磨缸中，以轉(zhuǎn)數(shù)350rpm的球磨機(jī)研磨6小時(shí)，將混合漿料的酸堿度調(diào)至pH＝5。
涂覆離心操作將發(fā)泡陶瓷載體完全浸泡在上述得到的混合漿料中，稍微振動(dòng)載體，使其內(nèi)部的空氣可以移出，再將發(fā)泡陶瓷載體移出，置入離心機(jī)內(nèi)以400rpm的速度將多余的漿料分離出，可再回收利用，此時(shí)發(fā)泡陶瓷載體表面將涂覆有一層氫氧化鋁漿料。
干燥煅燒將涂覆有氫氧化鋁的發(fā)泡陶瓷載體先用自然陰干方式干燥，再于700℃煅燒3小時(shí)，使氫氧化鋁確實(shí)附著在發(fā)泡陶瓷載體表面而形成涂覆層。
浸漬離心操作將上述發(fā)泡陶瓷載體浸入貴金屬硝酸溶液內(nèi)并振動(dòng)載體，使其內(nèi)部的空氣可以移出，再以旋轉(zhuǎn)離心機(jī)將多余的含浸液分離出，回收可再利用，并使貴金屬溶液內(nèi)的金屬吸附在發(fā)泡陶瓷載體表面，其中貴金屬溶液的成分為Pt＝3％(重量)，Pd＝1％(重量)，Ce＝0.7％(重量)，調(diào)整貴金屬溶液的酸堿度為pH＝3。
干燥煅燒將含浸完貴金屬的發(fā)泡陶瓷載體以陰干方式干燥后煅燒，其溫度為700℃，時(shí)間為5小時(shí)。
還原將上述得到的催化劑在10％氫氣下進(jìn)行還原，還原溫度為600℃，時(shí)間4小時(shí)。
成品將還原反應(yīng)得到的產(chǎn)物經(jīng)采樣測(cè)試合格后，可作為凈化廢氣的催化劑。應(yīng)用例1如圖5所示，是本發(fā)明催化劑50用于轉(zhuǎn)化醇類(lèi)時(shí)產(chǎn)生的溫度—轉(zhuǎn)化率圖，其中，相關(guān)物理?xiàng)l件包括有催化劑體積3.375立升廢氣流量28米3/分鐘廢氣濃度1000ppm當(dāng)溫度升至175℃時(shí)有50％的正丙醇轉(zhuǎn)化(去除)率，T50＝175℃，當(dāng)反應(yīng)溫度升至250℃時(shí)有大于90％的正丙醇轉(zhuǎn)化(去除)率。應(yīng)用例2如圖6所示，是本發(fā)明催化劑50用于甲苯或二申苯廢氣轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度—轉(zhuǎn)化率圖，當(dāng)溫度升至225℃后，其轉(zhuǎn)化(去除)率可到達(dá)100％。應(yīng)用例3如圖7所示，當(dāng)本發(fā)明催化劑用于烷類(lèi)轉(zhuǎn)化時(shí)，當(dāng)溫度升至250℃時(shí)有50％的烷類(lèi)轉(zhuǎn)化(去除)率，T50＝250℃，當(dāng)反應(yīng)溫度升至300℃時(shí)有大于90％的正丙醇轉(zhuǎn)化(去除)率。應(yīng)用例4如圖8所示，是本發(fā)明的催化劑用于轉(zhuǎn)化濃度為1879ppm的酮類(lèi)廢氣時(shí)，得到的溫度—轉(zhuǎn)化率圖，當(dāng)溫度升至275℃時(shí)，有50％的酮類(lèi)轉(zhuǎn)化(去除)率，T50＝275℃，當(dāng)反應(yīng)溫度升至325℃時(shí)有大于90％的酮類(lèi)轉(zhuǎn)化(去除)率。
可見(jiàn)，采用本發(fā)明方法制備的催化劑，前述的各類(lèi)廢氣均可于200至400℃間達(dá)到90％以上的轉(zhuǎn)化率，如此可使氣體的轉(zhuǎn)化效率顯著提高，符合經(jīng)濟(jì)效益的要求。因此，本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如1、催化劑50的結(jié)構(gòu)符合高品質(zhì)的要求催化劑50結(jié)構(gòu)經(jīng)由涂覆離心操作12及浸漬離心操作14，均是將發(fā)泡陶瓷載體30整體全部浸漬于催化劑漿料40與催化劑溶液42，可使催化劑漿料40與催化劑溶液42充滿于其間，并以離心操作適當(dāng)移出多余剩料，使催化劑50保持適當(dāng)厚度的涂覆層41與催化劑單體43，形成高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
2、轉(zhuǎn)化效率高通過(guò)均勻的涂覆層41與催化劑單體43的設(shè)計(jì)，有效的增加廢氣的接觸面積，提高轉(zhuǎn)化率，符合經(jīng)濟(jì)效益的要求。
3、可有效地應(yīng)用于各類(lèi)廢氣的轉(zhuǎn)化如圖5-圖8所示，本發(fā)明的催化劑可直接將含有各種成分的廢氣予以轉(zhuǎn)化，包括芳香族類(lèi)、苯類(lèi)、烷類(lèi)、酮類(lèi)等，均可有效的于一定的工作溫度內(nèi)轉(zhuǎn)化去除。
事實(shí)證明，本發(fā)明確實(shí)可達(dá)到上述諸項(xiàng)功能。
權(quán)利要求
1.一種廢氣處理催化劑的制備方法，包括發(fā)泡陶瓷載體的制備選取無(wú)機(jī)物質(zhì)制成的發(fā)泡基材，將氧化鋁、氧化硅混合物粘結(jié)于發(fā)泡基材上，素?zé)?，將基材燒去后，氧化鋁、氧化硅成型為發(fā)泡陶瓷載體；而其特征在于催化劑制備過(guò)程，依序?yàn)榕渲茲{料將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合并研磨形成漿料，并調(diào)整其酸堿度；涂覆離心操作將配制好的催化劑漿料涂覆于發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部，并使催化劑漿料充滿于發(fā)泡陶瓷載體的透氣空隙，然后置入離心機(jī)內(nèi)將多余的催化劑漿料分離出，使發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部涂覆有一定厚度的催化劑漿料；干燥煅燒將涂覆有氫氧化鋁催化劑漿料的發(fā)泡陶瓷載體先以風(fēng)干方式干燥，再進(jìn)行高溫煅燒，使氫氧化鋁確實(shí)固著于發(fā)泡陶瓷載體的載體涂覆部表面，而形成涂覆層；浸漬離心操作將上述得到的結(jié)構(gòu)浸漬于貴金屬硝酸催化劑溶液內(nèi)，再以離心機(jī)將多余的催化劑溶液分離回收利用，使催化劑溶液內(nèi)的催化劑單體定位于發(fā)泡陶瓷載體涂覆部的涂覆層表面；干燥煅燒將前述結(jié)構(gòu)予以風(fēng)干后煅燒；還原將上述得到的結(jié)構(gòu)再與氫氣進(jìn)行還原反應(yīng)；經(jīng)前述的步驟得到可轉(zhuǎn)化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，配制漿料是將硝酸水溶液與氫氧化鋁粉末混合，使固含率在20～55％，并將催化劑漿料以轉(zhuǎn)數(shù)350rpm的球磨機(jī)研磨2～6小時(shí)，并將催化劑漿料酸堿度調(diào)至pH＝2-6。
3.如權(quán)利要求1所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述的離心操作是使用旋轉(zhuǎn)式的離心機(jī)進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述的離心操作是使用轉(zhuǎn)速可為200至500rpm的旋轉(zhuǎn)式離心機(jī)進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，對(duì)含有催化劑漿料的陶瓷載體的煅燒溫度是500～750℃。
6.如權(quán)利要求1或5所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述第一次煅燒的時(shí)間是1～4。
7.如權(quán)利要求1所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，對(duì)含浸有催化劑貴金屬硝酸溶液的整體結(jié)構(gòu)的煅燒溫度是500～750℃。
8.如權(quán)利要求1或7所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述煅燒的時(shí)間是4～6小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1或7所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，貴重金屬硝酸溶液的成分為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)。
10.如權(quán)利要求1或7所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，催化劑貴重金屬硝酸溶液的酸堿度為PH＝2～4。
11.如權(quán)利要求1所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述還原是將催化劑整體結(jié)構(gòu)在10％氫氣中進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求1或11所述的廢氣處理催化劑的制備方法，其中，所述還原反應(yīng)的溫度為500～650℃，時(shí)間為3～6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢氣處理催化劑的制備方法,包括配制催化劑漿料,再經(jīng)涂覆離心操作,將發(fā)泡陶瓷浸入催化劑漿料中,使催化劑漿料充滿發(fā)泡陶瓷的透氣空隙后離心操作以去除多余的漿料,然后干燥煅燒,使發(fā)泡陶瓷的載體表面形成一涂覆層,再進(jìn)行浸漬離心操作,使涂覆層外部再浸于貴金屬硝酸溶液,再行離心操作,使貴金屬的催化劑單體附著于涂覆層的外部,再干燥煅燒,使催化劑單體可確實(shí)的固定于涂覆層上,再將得到的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行還原后即成成品,以獲得以發(fā)泡陶瓷成型的利于廢氣凈化處理的催化劑,從而提高廢氣凈化的效率。
文檔編號(hào)B01J37/02GK1262150SQ9910027
公開(kāi)日2000年8月9日 申請(qǐng)日期1999年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月27日
發(fā)明者翁瑞裕, 江挽瀾, 謝國(guó)田, 蔡允長(zhǎng) 申請(qǐng)人:康捷環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>