專利名稱：陶瓷蜂窩狀催化劑載體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凈化汽車等排出的廢氣的陶瓷蜂窩狀催化劑載體及其制備方法。
然而，如果將所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的隔墻制成薄得如上所述，則降低了所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的機(jī)械強(qiáng)度。為了消除這樣的問(wèn)題，例如在日本專利公開(kāi)公布號(hào)10-174885(JP-A-10-174885)中公開(kāi)了一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)控制原材料滑石的尺寸和CaO的量獲得了具有高強(qiáng)度和孔隙率為18％或更低的緊密堇青石。然而，如果降低了孔隙率，雖然可以提高強(qiáng)度，但這將出現(xiàn)新的問(wèn)題，如劣化了具有高比表面積的γ-氧化鋁及催化劑的可涂布性。
本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的特征在于孔隙率為20％或更低、載體隔墻的平均表面糙度Ra為0.5μm或更高。
并且，本發(fā)明第一方面涉及一種制備方法，一種制備上述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含以下步驟將陶瓷原材料成形以得到陶瓷蜂窩狀坯體；干燥所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀干縮坯體；通過(guò)將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末的氣流中，使其隔離墻粗糙化；以及在表面處理后燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體。
此外，本發(fā)明第二方面涉及一種制備方法，一種制備上述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含以下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥并燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體；通過(guò)將所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體暴露在含有拋光粉末的氣流或水流中，使其隔墻粗糙化。
在本發(fā)明中，通過(guò)在成形和干燥陶瓷原料之后或進(jìn)一步在燒結(jié)成形的坯體之后對(duì)隔墻的表面進(jìn)行表面處理，優(yōu)選用拋光粉末(如氧化鋁和金剛石)的方式進(jìn)行處理可得到具有孔隙率為20％或更低和載體隔墻經(jīng)過(guò)粗糙化后具有平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。如此，發(fā)現(xiàn)可獲得具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的γ-氧化鋁或催化劑可涂布性的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
在本發(fā)明中，規(guī)定平均表面糙度為0.5μm或更高的原因是如果小于0.5μm，則γ-氧化鋁和催化劑無(wú)法充分涂布在其上面。此外，規(guī)定孔隙率為20％或更低的原因是如果大于20％，則不能獲得足夠的強(qiáng)度。此外，上述表面處理可通過(guò)用泵的方式循環(huán)其中分散有拋光粉末(如氧化鋁和金鋼石)的液體來(lái)實(shí)施，或通過(guò)將陶瓷蜂窩暴露在其中包含有拋光粉末的空氣流中一段規(guī)定的時(shí)間來(lái)實(shí)施。而且，作為所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的原材料除了堇青石外，通常還采用普通陶瓷如局部穩(wěn)定的氧化鋯、四氮化三硅、氧化鋁、碳化硅和磷酸鋯。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是解釋本發(fā)明第一方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖；圖2是解釋本發(fā)明第二方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖。
圖2是解釋本發(fā)明第二方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖。下文將參考圖2進(jìn)行說(shuō)明。首先，將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體，干燥并燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體。然后，對(duì)所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體進(jìn)行表面處理。根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法的表面處理通過(guò)用泵的方式循環(huán)其中分散有拋光粉末(如氧化鋁和金鋼石)的液體實(shí)施，或通過(guò)將陶瓷蜂窩暴露在其中包含有拋光粉末的空氣流的氣氛中一段規(guī)定的時(shí)間實(shí)施。如此，可獲得本發(fā)明的具有孔隙率為20％或更低和載體隔墻的平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
應(yīng)注意的是，使用眾所周知的制備孔隙率為20％或更低的載體的方法。如可以使用日本專利公開(kāi)公布號(hào)10-174885(JP-A-10-174885)中所公開(kāi)的方法，該方法規(guī)定了原材料滑石的尺寸和CaO的量。此外，在如此獲得的本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀催化劑載體中，優(yōu)選隔墻的厚度為60μm或更薄和蜂窩狀坯體的開(kāi)孔率(opening rate)為88％或更高。而且，優(yōu)選陶瓷蜂窩狀催化劑載體具有500kPa或更高的ISO強(qiáng)度。此外，如果隔墻表面的平均表面糙度為1.0μm或更高，則還可獲得優(yōu)異的可涂布性。因此，這也是一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。
下文將對(duì)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)下面的方法，通過(guò)制備蜂窩狀載體并對(duì)所述蜂窩狀載體進(jìn)行表面處理得到陶瓷蜂窩狀催化劑載體。隨后，測(cè)量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的孔隙率、彎曲強(qiáng)度、靜壓破裂強(qiáng)度、表面糙度和涂布量。本發(fā)明實(shí)施例和不在本發(fā)明范圍內(nèi)的對(duì)比實(shí)施例的結(jié)果顯示在下表1中。蜂窩狀載體的制備將原材料如滑石、氧化鋁、高嶺土混合以獲得含有堇青石組分的混合物。然后，往所述混合物中加入適量用作微孔控制劑的粉碎的堇青石、水溶性纖維衍生物、表面活性劑和水以獲得一批料。然后，根據(jù)已知的制備方法，對(duì)該批料進(jìn)行捏和(kneeding)、煉泥(pugging)、擠壓成形、干燥和燒結(jié)以獲得含有堇青石組分的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其隔墻厚度如表1所示。蜂窩狀載體的表面處理在一個(gè)可打開(kāi)和關(guān)閉的管中安裝一個(gè)耐水風(fēng)扇，以下述方式將所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體置于管中使由隔墻確定的貫穿孔按風(fēng)扇的水流方向排列。然后，通過(guò)風(fēng)扇使水流通過(guò)所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體。在這種情況下，金剛石拋光粉末分散于風(fēng)扇和所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體之間，從而蝕刻所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體的隔墻表面。在蝕刻加工之后，將所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體充分清洗和干燥以獲得陶瓷蜂窩狀催化劑載體。收集所述金剛石拋光粉末以循環(huán)使用?？紫堵矢鶕?jù)汞注射方法測(cè)量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的總微孔量以計(jì)算孔隙率。堇青石的真密度假定為2.52g/cm3。通過(guò)微晶學(xué)的AutoPore9405進(jìn)行所述測(cè)量。彎曲強(qiáng)度根據(jù)上述蜂窩狀載體同樣的制備方法獲得具有寬度為30mm、厚度為7mm和長(zhǎng)度為150mm的堇青石平板。在這種情況下，在燒結(jié)和機(jī)械加工后，對(duì)所述平板進(jìn)行表面處理。在完成所有加工后，根據(jù)JIS R1601測(cè)量五個(gè)樣品的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度。靜壓破裂強(qiáng)度將如此獲得的蜂窩狀催化劑載體插入到一個(gè)可彎曲的管中，對(duì)其施加水壓靜壓。然后測(cè)量發(fā)生局部斷裂的壓力(kPa)。各種樣品的數(shù)量分別為十個(gè)。表面糙度用Taylor-Hobson Company制造的FTS-S4C測(cè)量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體隔墻的平均表面糙度(Ra)。計(jì)算方法參考JISB0601，使用2μm的圓錐形金剛石做成尖端測(cè)試部分。涂布量表明如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的可涂布性的涂布量(g/每立方厘米陶瓷蜂窩狀催化劑載體)如下進(jìn)行測(cè)量從陶瓷蜂窩狀催化劑載體中切下尺寸為100mm×100mm×100mm的樣品。同時(shí)按60∶40的比例混合5％的氧化鋁-硝酸鹽溶膠和γ-氧化鋁制備氧化鋁泥漿。然后，將所述樣品浸入所述氧化鋁泥漿中一段預(yù)定的時(shí)間。之后，將涂有所述氧化鋁泥漿的樣品干燥并在600℃下老化一小時(shí)。根據(jù)在涂布氧化鋁泥漿的前后重量的增加計(jì)算表明可涂布性的涂布量(g/每平方厘米陶瓷蜂窩狀催化劑載體)。表1

從表1顯示的結(jié)果可有如下理解首先，在本發(fā)明的實(shí)施例1中，當(dāng)實(shí)施了表面處理和表面糙度為2.0μm時(shí)，可以獲得高涂布量和低孔隙率，因此可獲得高的強(qiáng)度。當(dāng)降低表面糙度，涂布量以如下方式降低當(dāng)表面糙度為0.5μm時(shí)，涂布量為0.1g/每立方厘米蜂窩狀催化劑載體(本發(fā)明的實(shí)施例3)。如對(duì)比實(shí)施例2顯示，當(dāng)涂布量減少到0.05g/每立方厘米蜂窩狀催化劑載體的水平時(shí)，必須一次又一次地重復(fù)涂布過(guò)程才能獲得產(chǎn)品必須的足夠涂布量，因此這是不優(yōu)選的。由本發(fā)明的實(shí)施例2和實(shí)施例4可看出，減少隔墻厚度和提高孔隙率導(dǎo)致了強(qiáng)度的降低。當(dāng)孔隙率如對(duì)比實(shí)施例1中顯示非常高時(shí)，表面糙度提高并同時(shí)涂布量也變得很高。然而，靜壓破裂強(qiáng)度很低。
從上述的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)從本發(fā)明的實(shí)施例1-4中可獲得足夠的彎曲強(qiáng)度、足夠的靜壓破裂強(qiáng)度和足夠的涂布量，其中載體的孔隙率為20％或更低、表面糙度為0.5μm或更高，而在對(duì)比實(shí)施例1或2中強(qiáng)度或涂布量是不足夠的，其中孔隙率或表面糙度二者中任一個(gè)的條件是不能令人滿意的。
在本發(fā)明的實(shí)施例1-4中，對(duì)所述陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體進(jìn)行表面處理以獲得陶瓷蜂窩狀催化劑載體，但以對(duì)陶瓷蜂窩狀的干燥坯體進(jìn)行表面處理的方式可獲得同樣結(jié)果的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
工業(yè)適用性從上述說(shuō)明可清楚地理解到，本發(fā)明的具有孔隙率為20％或更低、載體的隔墻經(jīng)過(guò)粗糙化后具有平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體可通過(guò)對(duì)所示隔墻表面進(jìn)行表面處理而獲得，優(yōu)選采用拋光粉末(如氧化鋁和金剛石)在成型和干燥陶瓷原材料或進(jìn)一步在燒結(jié)成型的坯體之后進(jìn)行表面處理。因此，可以制得具有高強(qiáng)度和優(yōu)異γ-氧化鋁或催化劑可涂布性的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其特征在于所述催化劑載體的孔隙率為20％或更低、載體的隔墻的平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高。
2.權(quán)利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述隔墻厚度為60μm或更薄。
3.權(quán)利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述載體包括堇青石組合物作為主要成分。
4.權(quán)利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述載體的隔墻的平均表面糙度(Ra)為1.0μm或更高。
5.一種制備權(quán)利要求1所闡述的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含如下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥所述陶瓷蜂窩狀坯體以獲得陶瓷蜂窩狀干縮坯體；通過(guò)將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末的氣流中，使其隔墻的表面粗糙化；以及在表面處理后燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體。
6.一種制備權(quán)利要求1所闡述的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含如下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥并燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀坯體以獲得陶瓷蜂窩狀燒結(jié)體；通過(guò)將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末氣流或水流中，使其隔墻的表面粗糙化。
全文摘要
一種陶瓷蜂窩狀催化劑載體,其特征在于:所述催化劑載體具有20%或更低的孔隙率、隔墻平均表面糙度Ra具有0.5μm或更大的較大值;一種制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法,所述方法包括通過(guò)將陶瓷材料成形并隨后干燥而提供干燥的陶瓷蜂窩,將所述干燥的陶瓷蜂窩暴露于其中含有磨料粒的氣流中,從而使其隔墻表面粗糙化,隨后將所述干燥的陶瓷蜂窩燒結(jié),或者所述方法包括通過(guò)將陶瓷材料成形并隨后進(jìn)行干燥和燒結(jié)而提供已燒結(jié)的陶瓷蜂窩,隨后將所得的已燒結(jié)的陶瓷蜂窩暴露于其中含有磨料粒的氣流或水流中,從而使已燒結(jié)的陶瓷蜂窩的隔墻表面粗糙化。
文檔編號(hào)B01J35/04GK1366469SQ01800963
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月21日
發(fā)明者浜中俊行, 牧野恭子, 野口康 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社