專利名稱：一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法及其制備方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法，以及制備該同軸徑向對稱 式分布催化劑活性組份的方法及裝置。
背景技術：
催化凈化是發(fā)動機和機動車排放尾氣(以下簡稱尾氣)控制污染最有效的方法之一， 催化劑是催化凈化技術的核心。催化劑通過催化氧化和催化還原反應，可將機動車尾氣中 的一氧化碳CO、碳氫化合物HC、可溶性有機物SOF、氮氧化物NOx、乃至固體微粒物轉化成無公害或低公害的水蒸氣H20、氮氣N2和二氧化碳C02等。不單如此，催化凈化方法也是各種固定污染源排放控制的最有效方法之一，而催化劑在工業(yè)上的應用更為廣泛。催化劑，尤其是固定床催化劑，在使用條件下，由于受管壁效應的影響，越靠近催化 劑床層中心的位置反應物流動速率越快，越靠近管壁的部位流動速率越慢。相應的催化劑 床層中心部位承擔的催化任務最重，也最容易失效，而床層邊緣的位置，承擔的催化任務 最輕。由此導致的問題是當催化劑床層中心位置的催化劑失活后，而邊緣處的催化劑活 性仍然很高，從而造成邊緣處催化劑不能被充分利用，從而形成浪費。如果采用同軸對稱涂覆技術，通過對涂覆過程合理調(diào)控，使催化劑的上載量，從催化 劑床層(載體)中心開始，沿徑向由內(nèi)(中心)向外不斷遞減。催化劑的這種分布結構， 使催化劑床層中心和邊緣部位的催化劑盡可能的同時達到使用壽命，從而避免催化劑的浪 費，提高催化劑的利用率，相應的可以降低催化劑的制造和使用成本，特別是在機動車尾 氣凈化技術中，由于催化劑一般都是由各種貴金屬制備，提高催化劑的利用率就具有更加 顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有催化劑涂覆技術存在的缺點和不足，本發(fā)明的一個目的在于提供一種將催化 劑活性組份按照同軸徑向對稱式分布的方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備上述活性組份同軸徑向對稱式分布的催化劑的 方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種實現(xiàn)上述制備方法的裝置。 本發(fā)明的技術方案如下一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法，其特征在于催化劑活性組份負載量 在載體徑向方向上由中心位置向邊緣處遞減；在同一軸向方向上活性組份負載量相同。一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法，其特征在于所述制備方法通 過將預先制備的不同濃度的用以吸附活性組份的活性物漿料或活性組份鹽溶液按照從中心 層向外濃度依次遞減的方式分層涂覆在載體上。所述催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法包括以下步驟步驟l將活性氧化鋁20-50kg、鈰鋯固溶體5-10kg、硝酸0.3-lkg和去離子水共100kg 放入球磨中，研磨混合3-12小時。制成氧化鋁漿料CO，控制漿料總的固含量為30-60%。步驟2將所制備的氧化鋁漿料CO分成若干份，各份分別遞增加入去離子水，分別研 磨l-3小時，并加酸或堿調(diào)節(jié)粘度，相對應地制成系列漿料C1、 C2、 C3、 ...Cn，其中活性 氧化鋁含量Cl>C2>C3>...>Cn。步驟3將漿料C1、 C2、 C3、 ...Cn由載體中心向外依次涂覆在載體上。步驟4將涂覆氧化鋁漿料的載體放入烘干焙燒窯中，在300-600 'C下，加熱3-12小時。 制成半成品G0。步驟5取濃度為5-20%的活性組份鹽溶液P0，將半成品GO浸漬于活性組份鹽溶液P0 中5-25分鐘后取出，在300-500 'C下于焙燒窯中焙燒1-3小時，自然冷卻至室溫即可，其 中催化劑活性組份具有同軸徑向對稱式分布。所述催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法包括以下步驟步驟1將活性氧化鋁20-50kg、鈰鋯固溶體5-10kg、硝酸0.3-lkg和去離子水共100kg 放入球磨中，研磨混合3-12小時。制成氧化鋁漿料CO，控制槳料總的固含量為30-60%。步驟2將載體浸入氧化鋁漿料CO中以涂覆氧化鋁漿料。步驟3將涂覆氧化鋁漿料的載體放入烘干焙燒窯中，在300-600 'C下，加熱3-12小時。 制成半成品G0。步驟4取濃度為20-30%的活性組份鹽溶液P0若干等份，分別遞增加入去離子水稀釋， 制備成系列活性組份鹽溶液P1、 P2、 P3、 ...Pn。步驟5將溶液P1、P2、P3、 ...Pn由載體中心向外依次涂覆在載體上，移入300-500 "C的焙燒窯中焙燒l-3hrs，自然冷卻至室溫即可，其中催化劑活性組份具有同軸徑向對稱式 分布。所述活性組份鹽溶液PO中，活性組份為鉑Pt、鈀Pd或銠Rh其中一種或數(shù)種，鹽溶液 為硝酸鹽溶液。所述載體為以陶瓷或金屬為基材的蜂窩載體、顆粒狀載體、壁流式載體或半流通式載體。所述烘干焙燒窯為網(wǎng)帶式連續(xù)烘干焙燒窯。一種用以制備催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的涂覆裝置，所述涂覆裝置包括容 置涂覆漿料或液體的容腔以及位于容腔以及噴嘴和壓縮空氣進口，其特征在于所述噴嘴 具有環(huán)形截面噴口，噴口內(nèi)部空腔與載體外徑相適配，噴嘴與容腔之間以可拆卸的方式連 接。所述涂覆裝置配備有系列噴嘴，所述系列噴嘴具有不同口徑的噴口內(nèi)部空腔。所述環(huán)形截面噴口為圓形或橢圓形環(huán)狀截面噴口 。本發(fā)明的技術效果在于本發(fā)明的催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法，通過將催化劑活性組份負載量沿 載體徑向方向由中心位置向邊緣處遞減，并且在同一軸向方向上活性組份負載量相同。這樣的活性組份分布方式完全克服了現(xiàn)有催化劑活性組份平均分布方式所具有的缺陷，即載 體中心部位催化劑過早失效，從而引起的外部催化劑活性組份不能有效利用，造成催化劑 活性組份和催化效能的浪費。本發(fā)明正是利用了載體中心部位催化劑承擔的催化任務最重， 也最容易失效，而床層邊緣的位置，承擔的催化任務最輕的特點，將催化劑活性組份適量 分配，從而顯著提高催化劑的利用率，也相應的延長了催化器的工作壽命。本發(fā)明還提供了上述具有同軸徑向對稱式分布催化劑活性組份的制備方法，其通過將 預先制備的一組具有不同濃度的用以吸附活性組份的活性物漿料或活性組份鹽溶液，再從 中心層向外將濃度依次遞減的活性物漿料或活性組份鹽溶液分層涂覆在載體上，制備出本 發(fā)明上述的具有同軸徑向對稱式分布的催化劑活性組份。通過上述方法制備的催化劑分布方式可充分利用稀缺的貴金屬等活性組份，并同時有 利于催化劑床層的傳熱過程，頗具實用價值。本發(fā)明的催化劑分布方式及其制備方法，不僅可用于機動車排放污染控制領域，更可 用于工業(yè)上大型固定床催化劑制備上，不但可用于整裝式催化劑，更可用于顆粒催化劑。 其在顆粒催化劑上的使用更具優(yōu)勢，可以成批制備不同活性組分負載量的顆粒催化劑，然 后按要求填充到固定床層上，形成同軸徑向對稱分布的催化劑。本發(fā)明還提供一種用以制備催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的涂覆裝置，包括容置涂覆漿料或液體的容腔以及位于容腔以及噴嘴和壓縮空氣進口 ，其噴嘴具有環(huán)形截面噴 口，噴口內(nèi)部空腔與載體外徑相適配，噴嘴與容腔之間以可拆卸的方式連接。利用該涂覆 裝置可以很方便的將不同濃度的活性物漿料或活性組份鹽溶液分層涂覆在載體上，制備出 本發(fā)明上述的具有同軸徑向對稱式分布的催化劑活性組份。


圖1為本發(fā)明涂覆裝置的結構示意圖。 圖2為圓形環(huán)形噴口的結構示意圖。 圖3為橢圓形環(huán)形噴口的結構示意圖。
具體實施方式
實施例l(1) 稱取活性氧化鋁40kg、鈰鋯固溶體7kg、硝酸lkg及去離子水52kg，放入球磨罐 中球磨8h，制成氧化鋁漿料CO。(2) 將氧化鋁槳料CO分成5等份各20kg，分別加去離子水Okg, 2kg, 4kg, 6kg, 8kg， 再研磨1小時，加入酸或堿調(diào)節(jié)粘度相當，相對應地制成漿料C1、 C2、 C3、 C4和C5。(3) 將漿料C1、 C2、 C3、 C4和C5分別加入安裝有不同尺寸環(huán)形截面噴嘴的涂覆器 中(如圖l所示)，施加2MPa的壓縮空氣，依次由載體中心向外，將漿料C1、 C2、 C3、 C4和C5壓入載體中，吹盡殘留漿料。(4) 將上述涂覆有氧化鋁漿料的載體放入網(wǎng)帶式連續(xù)烘干焙燒窯中，加熱5小時，最 高焙燒溫度控制在50(TC，制成催化劑半成品。(5) 取濃度為15。/。的活性組份(Pd/Pt^0:l)硝酸鹽溶液PO，將上述催化劑半成品浸漬 于其中5分鐘，取出，吹凈殘液。焙燒窯中50(TC焙燒2小時，自然冷卻至室溫，即可制得 所要求的活性組份同軸徑向對稱分布式催化劑。實施例2(1) 稱取活性氧化鋁40kg、鈰鋯固溶體7kg、硝酸lkg及去離子水52kg，放入球磨罐 中球磨8h，制成氧化鋁槳料CO。(2) 將預處理好的金屬蜂窩載體浸于上述衆(zhòng)料中10秒，取出后用4MPa壓縮空氣吹 盡殘留漿料。(3) 將上述涂覆有氧化鋁漿料的載體放入網(wǎng)帶式連續(xù)烘干焙燒窯中，加熱8小時，最 高焙燒溫度控制在50(TC，制成催化劑半成品(已載有涂層)GO。(4) 取濃度為20y。的活性組份(Pd/Pt^0:l)硝酸鹽溶液P0共l升，分成5等份，分別 用去離子水稀釋至100%， 80%， 60%， 50%， 40%，分別制成貴金屬硝酸鹽溶液Pl、 P2、 P3、 P4禾卩P5。(5) 將上述活性組份硝酸鹽溶液P1、 P2、 P3、 P4和P5分別加入安裝有不同尺寸環(huán)形 截面噴嘴的涂覆機中(如圖l所示)，施加0.04MPa的壓縮空氣，依次由載體中心向外，將 漿料Cl、 C2、 C3、 C4和C5壓入載體中，控制溶液流過載體的時間為20秒。最后用4MPa 的壓縮空氣吹盡殘液。焙燒窯中50(TC的焙燒2小時，自然冷卻至室溫，即可制得所要求的 活性組份同軸徑向對稱分布式催化劑。以上實施例中活性組份可以是鉑Pt、鈀Pd或銠Rh其中一種或數(shù)種，但并不限于鉬Pt、銠Rh、鈀Pd，其鹽溶液還可以是醋酸鹽溶液。以上實施例中分層涂覆操作可以為連續(xù)不間斷分層涂覆，也可以采用間斷分層涂覆。 以上實施例中雖然采用了 5層涂覆方式，但是實際應用中并不限于5層的催化劑活性組份分布。利用本制備方法施行貴金屬分層涂覆技術，在貴金屬活性溶液中加入適量的嵌段共聚 物，還可憑借共聚物的吸附作用，使得鉑、鈀、銠3種不同的貴金屬成份根據(jù)需要分布于 涂層不同的深度，使不同的貴金屬充分發(fā)揮各自的作用。圖1所示為本發(fā)明涂覆裝置的結構示意圖。腔體1 一端設置有噴嘴2，另一端連接有壓 縮空氣進口 3。其中噴嘴2前端為具有中空腔4的環(huán)形噴口 5，環(huán)形噴口 5可以為多種形狀， 本說明書中給出兩種實施例， 一種為圓形(如圖2所示)，另一種為橢圓形(如圖3所示)。 所述的環(huán)形噴口 5形狀還可以為跑道圓環(huán)形，梯形環(huán)形，三角環(huán)形等等。其中噴嘴2與腔體1之間采用可拆卸的方式連接，如螺紋連接。每個腔體1都配有一 組噴嘴2，該組噴嘴2上分別具有不同口徑的中空腔4。這樣可以根據(jù)載體的徑向尺寸快速 更換相適應的噴嘴2。本發(fā)明中載體可以為各種材質(zhì)、形狀和大小，包括但不限于以陶瓷或金屬、合金或復 合材料為基體的蜂窩載體、顆粒狀載體、壁流式載體、半流通式載體。本發(fā)明的催化劑活性組份分布方法及其制備方法能夠廣泛應用，適用于汽油機、柴油 機、各種替代燃料發(fā)動機、各種混合動力的三效催化劑TWC、氧化型催化劑OC、氮氧化 物凈化催化劑DeNOx，以及其它類型的工業(yè)用催化劑、固定污染源控制催化劑，還可以應 用于負載有活性組份的各種類型的微粒捕集器等。
權利要求
1.一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法，其特征在于催化劑活性組份負載量在載體徑向方向上由中心位置向邊緣處遞減；在同一軸向方向上活性組份負載量相同。
2. —種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法，其特征在于所述制備 方法通過將預先制備的不同濃度的用以吸附活性組份的活性物漿料或活性組份鹽溶液 按照從中心層向外濃度依次遞減的方式分層涂覆在載體上。
3. 如權利要求2所述的催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法，其特征 在于所述催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法包括以下步驟步驟l將活性氧化鋁20-50kg、鈰鋯固溶體5-10kg、硝酸0.3-lkg和去離子水共100kg 放入球磨中，研磨混合3-12小時。制成氧化鋁漿料CO，控制漿料總的固含量為30-60%。步驟2將所制備的氧化鋁槳料CO分成若干份，各份分別遞增加入去離子水，分別研 磨l-3小時，并加酸或堿調(diào)節(jié)粘度，相對應地制成系列漿料C1、 C2、 C3、 ...Cn，其中活性 氧化鋁含量C1>C2>C3>.. .>Cn。步驟3將漿料C1、 C2、 C3、、 ...Cn由載體中心向外依次涂覆在載體上。步驟4將涂覆氧化鋁漿料的載體放入烘干焙燒窯中，在300-600 'C下，加熱3-12小時。 制成半成品G0。步驟5取濃度為5-20%的活性組份鹽溶液P0，將半成品GO浸漬于活性組份鹽溶液P0 中5-25分鐘后取出，在300-500 。C下于焙燒窯中焙燒1-3小時，自然冷卻至室溫即可，其 中催化劑活性組份具有同軸徑向對稱式分布。
4 .如權利要求2所述的催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法，，其特征在 于所述催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的制備方法包括以下步驟步驟1將活性氧化鋁20-50kg、鈰鋯固溶體5-10kg、硝酸0.3-lkg和去離子水共100kg 放入球磨中，研磨混合3-12小時。制成氧化鋁槳料CO，控制漿料總的固含量為30-60%。步驟2將載體浸入氧化鋁漿料CO中以涂覆氧化鋁漿料。步驟3將涂覆氧化鋁漿料的載體放入烘干焙燒窯中，在300-600 "C下，加熱3-12小時。 制成半成品G0。步驟4取濃度為20-30。/。的活性組份鹽溶液P0若干等份，分別遞增加入去離子水稀釋， 制備成系列活性組份鹽溶液P1、 P2、 P3、 ...Pn。步驟5將溶液P1、P2、P3、 ...Pn由載體中心向外依次涂覆在載體上，移入300-500'C的焙燒窯中焙燒l-3hrs，自然冷卻至室溫即可，其中催化劑活性組份具有同軸徑向對稱式 分布。
5. 如權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于所述活性組份鹽溶液PO中，活 性組份為鉑Pt、鈀Pd或銠Rh其中一種或數(shù)種，鹽溶液為硝酸鹽溶液。
6. 如權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述載體為以陶瓷或金屬為基材 的蜂窩載體、顆粒狀載體、壁流式載體或半流通式載體。
7. 如權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述烘干焙燒窯為網(wǎng)帶式連續(xù)烘 干焙燒窯。
8. —種用以制備催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布的涂覆裝置，所述涂覆裝置 包括容置涂覆漿料或液體的容腔以及位于容腔以及噴嘴和壓縮空氣進口，其特征在于所 述噴嘴具有環(huán)形截面噴口，噴口內(nèi)部空腔與載體外徑相適配，噴嘴與容腔之間以可拆卸的 方式連接。
9. 如權利要求8所述的涂覆裝置，其特征在于所述涂覆裝置配備有系列噴嘴，所 述系列噴嘴具有不同口徑的噴口內(nèi)部空腔。
10.如權利要求9所述的涂覆裝置，其特征在于所述環(huán)形截面噴口為圓形或橢圓 形環(huán)狀截面噴口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種催化劑活性組份同軸徑向對稱式分布方法及其制備方法和裝置。使用本發(fā)明可以顯著提高催化劑活性組份的利用率，延長催化器的工作壽命。
文檔編號B01D53/94GK101274216SQ200710304718
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者劉耀軍, 杜愎剛, 潘陸陸, 王大祥 申請人:北京英泰世紀環(huán)境科技有限公司