專利名稱：載Pd堇青石蜂窩陶瓷催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蜂窩陶瓷催化材料及其制備方法，特別是涉及一種載Pd堇青石蜂窩 陶瓷催化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車在社會(huì)生活中越來(lái)越廣泛的使用，汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境造成的污染也越來(lái)越 嚴(yán)重，并深刻危害著人們的身心健康，影響人們生活質(zhì)量的提高。利用催化劑技術(shù)治理機(jī) 動(dòng)車尾氣污染是時(shí)下最有效、最實(shí)用、最廣泛的方法。
傳統(tǒng)制備堇青石蜂窩陶瓷催化材料的過(guò)程繁瑣，條件要求苛刻。因此探究新的制備汽 車尾氣凈化催化材料的方法意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種載Pd堇青石蜂窩陶瓷催化材料及其制備方法。 本發(fā)明采用在堇青石蜂窩陶瓷上化學(xué)鍍Pd的方法，利用次磷酸鈉和氯化鈀之間的氧 化還原反應(yīng)以及鈀的自催化作用，使得金屬鈀沉積在堇青石蜂窩陶瓷基體上，從而制得載 鈀堇青石蜂窩陶瓷汽車尾氣催化材料。其制備工藝簡(jiǎn)單，大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。同 時(shí)發(fā)現(xiàn)在新的制備方法基礎(chǔ)上，助劑Ce和M的添加可以很大程度上提高Pd在基體上的 吸附量和分散的均勻性，有著良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料是由堇青石蜂窩陶瓷基體以及負(fù)載于其表面 的鈀構(gòu)成，所述的鈀是通過(guò)化學(xué)鍍方法負(fù)載于堇青石蜂窩陶瓷基表面的。
本發(fā)明的載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料是通過(guò)在堇青石蜂窩陶瓷基體上化學(xué)鍍鈀的 方法，利用次磷酸鈉和氯化鈀之間的氧化還原反應(yīng)以及鈀的自催化作用，使得金屬鈀沉積 在堇青石蜂窩陶瓷基體上而制得。
上述本發(fā)明載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料的制備方法， 一般包括以下步驟
(1)對(duì)堇青石蜂窩陶瓷基體的表面預(yù)處理用洗滌劑溶液和超聲波對(duì)堇青石蜂窩陶
瓷基體(以下簡(jiǎn)稱為基體)內(nèi)外表面進(jìn)行清洗30 40min，取出基體用水沖洗干凈，而后 再將該基體浸泡于濃度為50g/L NaOH溶液中25 30min，腐蝕基體內(nèi)外表面，取出后用 l:lHCl溶液中和去除殘余的NaOH，再用去離子水洗至中性并繼續(xù)浸泡4 5h，而后撈出， 烘箱烘干；
(2) 配制化學(xué)鍍鈀溶液Pd的溶液1.5 3.0g/L PdCl2 + 30.0 40.0g/L NH4C1 + 160 200ml/L的氨水(25%)(最 佳配比為2.4g/L PdCl2 + 37.7g/L NH4C1 + 192ml/L的氨水(25%));還原溶液9.0 15.0g/LNaH2PO2+30.0 40.0g/LNH4Cl+ 160 200ml/L的氨水(25%) (最佳配比為12.0g/L NaH2P02 + 37.7g/L NH4C1 + 192ml/L的氨水(25%))。 將準(zhǔn)備好的上述兩種反應(yīng)溶液分別置于恒溫槽中，加熱控溫在40.0±0.2°〇；(3) 化學(xué)鍍鈀將步驟(1)處理過(guò)的基體放入還原溶液中，溶液要沒(méi)過(guò)基體，控制 攪拌速率為300 400rpm，浸泡3 7min;取出基體，甩干，將其放入Pd的溶液中，操作 要求與在還原溶液中相同，浸泡4 5min后取出，用冷風(fēng)吹至小孔中不再有液滴(這樣可 保證基體上負(fù)載液體的均勻性，避免其還原過(guò)程中由于液體重力沉降作用而造成的不均勻 分布)，而后用熱風(fēng)吹(這樣可先讓一部分Pd在熱的作用下還原出來(lái)，而后利用Pd的自 催化作用可使Pd還原得更加徹底，從而提高Pd的利用率)至基體表面出現(xiàn)比較均勻的黑 色(黑色表示基體已負(fù)載上Pd);將以上有Pd的基體依次分別再放入還原溶液和Pd的溶 液中，重復(fù)上述操作1 3回；(4) 鍍鈀催化材料的后處理將步驟(3)得到的鍍鈀催化材料先用去離子水沖洗干凈，而后置于去離子水中浸泡3 5min，取出，吹干，得到載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料。按照上述的方法，還可以在步驟(3)中第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中再加 入0.12 0.81g/L的Ce02，或還原溶液中再加入0.12 0.81g/L的Ce02禾B 0.15 0.82g/L 的NiCl2.6H2。。本發(fā)明的載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料制備方法，所使用的堇青石蜂窩陶瓷基體表面 較為平整，經(jīng)強(qiáng)堿腐蝕之后其表面積大有增加。應(yīng)用本發(fā)明的方法進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，不僅簡(jiǎn) 化了操作程序，而且當(dāng)添加助劑Ce、 Ni以后，可以明顯提高Pd在陶瓷基體上的負(fù)載量和 分散的均勻性。


圖1是空白樣(經(jīng)本發(fā)明方法步驟1處理的堇青石蜂窩陶瓷基體)的表面顯微形貌的 SEM照片。圖2是實(shí)施例1制得樣品的表面顯微形貌的SEM照片。 圖3是實(shí)施例3制得樣品的表面顯微形貌的SEM照片。 圖4是實(shí)施例7制得樣品的表面顯微形貌的SEM照片。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例，但并不限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例l:(1)對(duì)堇青石蜂窩陶瓷基體的表面預(yù)處理將堇青石蜂窩陶瓷基體(以下簡(jiǎn)稱為基
體)浸泡于盛有洗潔精溶液的超聲波發(fā)生器中，啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，清洗30min，以除去 基體表面的油污等雜質(zhì)。取出基體用清水以及去離子水依次沖洗干凈。而后再將該基體浸 泡于濃度為50g/LNaOH溶液中約30min，以腐蝕基體內(nèi)外表面，取出后用1:1HC1溶液中 和去除殘余的NaOH。取出表面經(jīng)處理后的基體，用去離子水洗至中性并繼續(xù)浸泡約4h， 而后撈出，放入烘箱干燥lh。將處理后的基體切割成4.0cmx4.0cm的規(guī)格。(2) 配制化學(xué)鍍鈀溶液Pd的溶液稱量0.24g PdCl2和3.77gNH4Cl于同一燒杯中，量取lOOmL去離子水， 將其中約三分之一加入燒杯，攪拌均勻。再將19.2mL的氨水加入燒杯，而后倒入剩余的 水，攪拌均勻。還原溶液稱量1.20gNaH2PO2.H2O和3.77gNH4Cl于同一燒杯中，量取100mL去離 子水，將其中約三分之一加入燒杯，攪拌均勻。再將19.2mL的氨水加入燒杯，而后倒入 剩余的水，攪拌均勻。將準(zhǔn)備好的上述兩種反應(yīng)溶液分別置于恒溫槽中，加熱控溫至40.0±0. 2'C。(3) 化學(xué)鍍鈀將處理過(guò)的基體放入還原溶液中(使溶液沒(méi)過(guò)基體)，控制攪拌速率 為400rpm，浸泡約5min。取出基體，甩干，將其放入Pd的溶液中，操作要求與在還原溶 液中相同，浸泡約5min后取出，用電吹風(fēng)先冷吹至小孔中不再有液滴(保證基體上負(fù)載 液體的均勻性，避免其還原過(guò)程中由于液體重力沉降作用而造成的不均勻分布)，而后熱 吹(先讓一部分Pd在熱的作用下還原出來(lái)，而后由于Pd的自催化作用可使Pd還原得更 加徹底，從而提高Pd的利用率)至基體表面出現(xiàn)比較均勻的黑色。將吹干后的基體依次 分別再放入還原溶液和Pd的溶液中，重復(fù)上述操作兩回。(4) 鍍鈀催化材料的后處理將得到的樣品先用去離子水沖洗干凈，而后在去離子 水中浸泡約5min，取出，吹干。所制得樣品的表面顯微形貌的SEM照片如圖2所示。 實(shí)施例2:同實(shí)施例l，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.12gCeO2。 實(shí)施例3:同實(shí)施例l，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.30gCeO2。 所制得樣品的表面顯微形貌如圖3所示，樣品表面元素分析結(jié)果如表1所示。 實(shí)施例4:同實(shí)施例l，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.51gCeO2。 實(shí)施例5:同實(shí)施例l，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.81gCeO2。 實(shí)施例6:同實(shí)施例1，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.30g CeCb和0.15g NiCl2.6H20。 實(shí)施例7: 同實(shí)施例1，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.30g CeCb和0.36g NiCl2.6H20。所制得樣品的表面顯微形貌如圖4所示，樣品表面元素分析結(jié)果如表1所示。實(shí)施例8:同實(shí)施例1，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.30g Ce02和0.50g MC12.6H20。 實(shí)施例9:同實(shí)施例1，只是第二次浸泡還原溶液時(shí)，在還原溶液中加入0.30g Ce02和0.82g MC12.6H20。由各實(shí)施例中所得樣品電鏡照片比較可以看出(圖中白色絨狀小粒為含Pd的物質(zhì)， 規(guī)則小方塊為含Ce的物質(zhì))，本發(fā)明的制備方法確實(shí)可以令Pd負(fù)載于堇青石蜂窩陶瓷基 體之上(圖2)，同時(shí)通過(guò)助劑Ce和Ni的添加可以提高Pd在基體上的負(fù)載量和分布的均 勻性(圖3，圖4)。表1.樣品表面元素分析實(shí)施例PdCe》'iWeight%Atomic%Weight%Atomic%Weight%Atomic%313.454.025.561.260.000.00718.915.813.440.800.500.28由表中元素分析結(jié)果可知，按照本發(fā)明的鍍鈀方法，Pd、 Ni以及Ce均可以牢固地負(fù) 載在基體表面，同時(shí)Ce、 Ni的添加能夠提高Pd在基體表面的負(fù)載量以及分散的均勻性。
權(quán)利要求
1.一種載Pd堇青石蜂窩陶瓷催化材料，由堇青石蜂窩陶瓷基體以及負(fù)載于其表面的鈀構(gòu)成，其特征是所述的鈀是通過(guò)化學(xué)鍍方法負(fù)載于堇青石蜂窩陶瓷基體表面的。
2. —種載Pd堇青石蜂窩陶瓷催化材料的制備方法，包括以下步驟(1) 對(duì)堇青石蜂窩陶瓷基體的表面預(yù)處理用洗滌劑溶液和超聲波對(duì)堇青石蜂窩陶瓷基體內(nèi)外表面進(jìn)行清洗30 40min，取出基體，用水沖洗干凈，而后再將該基體浸泡于 濃度為50g/LNaOH溶液中25 30min，腐蝕基體內(nèi)外表面，取出后用1:1HC1溶液中和去 除殘余的NaOH，再用去離子水洗至中性并繼續(xù)浸泡4 5h，而后撈出，烘箱烘干；(2) 配制化學(xué)鍍鈀溶液Pd的溶液1.5 3.0g/L PdCl2 + 30.0 40.0g/L NH4Cl + 160 200ml/L的氨水，所用氨 水濃度為25%;還原溶液9.0 15.0g/LNaH2PO2+30.0 40.0g/LNH4Cl+160 200ml/L的氨水，所 用氨水濃度為25% ;將準(zhǔn)備好的上述兩種溶液分別置于恒溫槽中，加熱控溫在40.0±0.2°C; G)化學(xué)鍍鈀將步驟(1)處理過(guò)的基體放入還原溶液中，溶液要沒(méi)過(guò)基體，控制 攪拌速率為300 400 rpm，浸泡3 7min;取出基體，甩干，將其放入Pd的溶液中，操 作要求與在還原溶液中相同，浸泡4 5min后取出，用冷風(fēng)吹至小孔中不再有液滴，而后 用熱風(fēng)吹至基體表面出現(xiàn)比較均勻的黑色；將以上有Pd的基體依次分別再放入還原溶液 和Pd的溶液中，重復(fù)上述操作1 3回；(4)鍍鈀催化材料的后處理將步驟(3)得到的鍍鈀催化材料先用蒸餾水沖洗干凈， 而后置于蒸餾水中浸泡3 5min，取出吹干，得到所需的載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料。
3. 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是步驟(2)所述Pd的溶液的配比為2.4g/L PdCl2 + 37.7g/L NH4C1 + 192ml/L的氨水，所用氨水濃度為25% 。
4. 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是步驟(2)所述還原溶液的配比為12.0g/L NaH2P02 + 37.7g/L NH4C1 + 192ml/L的氨水，所用氨水濃度為25% 。
5. 按照權(quán)利要求2， 3或4所述的方法，其特征是在步驟(3)中第二次浸泡還原溶 液時(shí)，在還原溶液中再加入0.12 0.81g/L的Ce02，或在還原溶液中再加入0.12 0.81g/L 的Ce02和0.15 0.82g/L的NiCl2.6H20。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種載Pd堇青石蜂窩陶瓷催化材料及其制備方法。本發(fā)明的載鈀堇青石蜂窩陶瓷催化材料由堇青石蜂窩陶瓷基體以及通過(guò)化學(xué)鍍方法負(fù)載于其表面的鈀構(gòu)成。該陶瓷催化材料是通過(guò)化學(xué)鍍方法，利用次磷酸鈉和氯化鈀之間的氧化還原反應(yīng)以及鈀的自催化作用，使得金屬鈀沉積在堇青石蜂窩陶瓷基體上而制得。本發(fā)明所使用的堇青石蜂窩陶瓷基體經(jīng)強(qiáng)堿腐蝕之后其表面積大有增加，應(yīng)用改進(jìn)的新方法進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，不僅簡(jiǎn)化了操作程序，而且當(dāng)添加助劑Ce、Ni以后，可以明顯提高Pd在陶瓷基體上的負(fù)載量和分散的均勻性。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101108343SQ200710029199
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者方北龍, 李少丹, 肖琳琳, 陳劍鵬 申請(qǐng)人:中山大學(xué)