專利名稱：一種整體式催化劑小樣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整體式催化劑小樣的制備方法，本發(fā)明涉及的另外一個方面是小體積蜂窩陶瓷載體的制備方法。
背景技術(shù)：
整體式催化劑是由許多狹窄的平行通道整齊排列的一體化催化劑。由于早期開發(fā)的陶瓷載體催化劑的橫截面呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故又稱之為蜂窩狀催化劑。它的基本特性是通道內(nèi)存在有限的徑向混合，而相鄰?fù)ǖ篱g一般無任何的傳質(zhì)作用。催化活性組分被制成極薄的涂層(10-50 μ m)，反應(yīng)的氣體或流體通過這些孔道并進行反應(yīng)。相對于傳統(tǒng)的顆粒催化劑床層，整體式催化劑具有低的壓降，適用于高空速的反應(yīng)；其活性組分都附著于孔道的表面，其利用率較高；催化劑具有較高的機械強度。整體式催化劑所具有的優(yōu)異特點使它在高空速、高溫汽車尾氣凈化反應(yīng)中得到了廣泛的應(yīng)用。蜂窩陶瓷整體式催化劑是汽車尾氣催化凈化器的主體，以堇青石為主晶相的陶瓷具有較低的熱膨脹性能，一直是蜂窩陶瓷催化劑載體的首選材料。尾氣凈化催化劑的開發(fā)過程中需要進行小樣性能評價、臺架性能評價和整車性能評價。臺架性能評價和整車性能評價可以較真實地評價催化劑性能，但其成本較高、耗時較長，所以進行有效的小樣性能評價，可以顯著地降低催化劑開發(fā)成本、縮短研發(fā)周期。催化劑小樣又可以分成粉末和整體兩類。粉末催化劑小樣可以是只含有活性成分和助劑的粉末，也可以是活性成分和助劑涂覆到載體上后壓片篩分得到的粉末。然而，這兩種粉末催化劑小樣的成分、形狀或結(jié)構(gòu)都與實際運用的整體式催化劑存在差異，因而其評價的催化性能結(jié)果及關(guān)聯(lián)性都比較差。但是由于現(xiàn)有評價技術(shù)和開發(fā)成本所限制，目前催化劑小樣評價大都采用粉末催化劑。用于催化劑小樣性能評價的整體式催化劑小樣的體積一般是0. 5-10. OmL，但是由于其成分、形狀或結(jié)構(gòu)都與實際運用的大整體式催化劑相同，所以其催化性能結(jié)果接近真實情況。整體式催化劑體積較大，不能直接用于催化劑小樣性能評價。因此尋找合適的方法制備整體式催化劑小樣非常重要。目前除了缺少相應(yīng)的技術(shù)直接將整體式催化劑制備成催化劑小樣外，另一個方面是市場上銷售的蜂窩陶瓷載體體積都大于100 mL，無法直接用于制備整體式催化劑小樣，而用蜂窩陶瓷載體制備的整體式催化劑也缺少相應(yīng)的技術(shù)，將其制備成整體式催化劑小樣。因此，選用合適的方法，從整體式催化劑或大體積的蜂窩陶瓷制備出適用于固定床微反應(yīng)器的整體式催化劑小樣對于節(jié)約研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種整體式催化劑小樣的制備方法，并將制成的整體式催化劑小樣用于催化劑小樣性能評價；本發(fā)明的另一個目的是提供一種小體積蜂窩陶瓷載體的制備方法。整體式催化劑體積一般都大于100mL。整體式催化劑小樣是將活性成分和助劑涂覆到體積為0. 5-10mL的小體積載體上，其成分、形狀或結(jié)構(gòu)都與實際運用的整體式催化劑相同，所以其催化性能結(jié)果更接近真實情況。一種整體式催化劑小樣的制備方法，包括如下步驟(1)根據(jù)實際反應(yīng)條件及反應(yīng)器直徑計算所需的整體式催化劑小樣的直徑、長度；(2)制備小體積蜂窩陶瓷將鉆頭安裝到工作穩(wěn)定的工業(yè)臺鉆上；再將蜂窩陶瓷放置在臺鉆平臺上，用鉆頭對蜂窩陶瓷鉆取一定深度并盡可能多的小圓柱體；然后在切割機上調(diào)整到計算得到的所需長度，并用去離子水將其沖洗干凈；挑選出上下底面平整，側(cè)面沒有大的破損的蜂窩陶瓷，將其干燥、焙燒后即可得到小體積蜂窩陶瓷載體；(3)負(fù)載催化劑活性成分將焙燒后的小體積蜂窩陶瓷稱重；稱重后將其浸于催化劑涂覆液中，5-8min后取出，吹干殘液，室溫下老化7_10小時后對催化劑干燥、焙燒，即可得到整體式催化劑小樣；對焙燒后的整體式催化劑小樣再次進行稱重。所述的制備方法，步驟(2)、(3)中所述的干燥條件是指溫度為100-120°c，時間為 3-5小時；步驟(2)、(3)中所述的焙燒條件是指溫度為500-600°C，時間為3_5小時。所述的制備方法，步驟(2)、(3)中所述的干燥條件是指溫度為100-120°C，時間為 3-5小時；步驟(2)、(3)中所述的焙燒條件是指溫度為540-560°C，時間為3_5小時。所述的制備方法，步驟(2)、(3)中焙燒時所用的設(shè)備是加熱爐；將載體或催化劑放入加熱爐焙燒時加熱爐以2-5°C /min的程序升溫。所述的加熱爐為馬弗爐。所述的制備方法，步驟(2)中所述的鉆頭為薄壁空心金剛鉆頭，其內(nèi)徑和長度可按反應(yīng)器直徑和實際反應(yīng)條件選取。所述的對蜂窩陶瓷鉆取的一定深度是根據(jù)實際反應(yīng)條件而定，其數(shù)值大于計算所得長度的2-5mm。所述的制備方法，可用整體式催化劑代替步驟(2)中的蜂窩陶瓷，按照步驟(1)、 (2)中的方法直接獲得整體式催化劑小樣。所述的整體式催化劑小樣是指體積在0. 5mL-10. OmL的整體式催化劑。本發(fā)明的有益效果
(1)制備方法簡便、靈活，可以直接從整體式催化劑制備得到不同尺寸的整體式催化劑小樣，也可以根據(jù)實際需要制備不同尺寸的小體積蜂窩陶瓷載體，且得到的載體外形破壞小、尺寸控制準(zhǔn)確，適合用于制備整體式催化劑小樣；
(2)本發(fā)明制備出的整體式催化劑小樣涂層均勻，表面性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)等都與整體式催化劑極為接近，并且成分、形狀都與實際運用的整體式催化劑相同，將其用于固定床微反應(yīng)器進行催化劑小樣性能評價，其催化性能結(jié)果非常接近真實情況，因而能夠有效的把其催化性能以及結(jié)構(gòu)表征結(jié)果與整體式催化劑進行關(guān)聯(lián)，以達(dá)到真正的降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期的目的。


圖1為本發(fā)明從蜂窩陶瓷載體鉆取小體積蜂窩陶瓷載體的示意圖。圖2為本發(fā)明制備得到的整體式催化劑小樣裝填到石英管的示意圖。
具體實施例方式實施例1
反應(yīng)氣體總流量為300 mL/min，要求控制空速15000 h—1，所以需要的蜂窩陶瓷載體體積為1.2 mL。固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為7mm，得出蜂窩陶瓷載體的直徑和長度分別為7mm和 31mm。因此選取內(nèi)徑和長度分別為7mm和35mm的金剛石鉆頭。購買的圓柱體堇青石蜂窩陶瓷尺寸為Φ 101. 91*123.沈讓。在該堇青石蜂窩陶瓷上鉆取一定數(shù)量的小圓柱體，然后用切割機截取長度為31mm，最后將其用去離子水沖洗干凈，110°C下烘干4 h，再于馬弗爐內(nèi)以2°C/min程序升溫至550°C焙燒2 h。從蜂窩陶瓷載體鉆取小體積蜂窩陶瓷載體的過程如圖1所示，圖1中的1為蜂窩陶瓷載體，2為小體積蜂窩陶瓷載體。將上述焙燒后的小體積蜂窩陶瓷載體稱重；將其浸于催化劑涂覆液中，5min后緩慢取出，用洗耳球吹干殘液，室溫下老化8 h，110°C干燥4 h，然后于馬弗爐中以2°C/min 程序升溫至550°C焙燒2 h;對焙燒后的整體式催化劑小樣再次進行稱重。圖2示意了將整體式催化劑小樣裝填到石英管中。在石英管的合適位置裝填上一定長度的石英棉，以起承托作用。再將待評價的整體式催化劑小樣緩慢地塞進平放的石英管一端，逐漸將石英管變?yōu)樨Q直，并輕敲石英管，讓整體式催化劑小樣逐漸到達(dá)石英棉之上。圖2中的3為石英管，4為整體式催化劑小樣。實施例2
反應(yīng)氣體總流量為300 mL/min，要求控制空速15000 h—1，所以需要的蜂窩陶瓷載體體積為1.2 mL。固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為9mm，得出蜂窩陶瓷載體的直徑和長度分別為9mm和 19mm。因此選取內(nèi)徑和長度分別為9mm和35mm的金剛石鉆頭。購買的圓柱體堇青石蜂窩陶瓷尺寸為Φ 117. 39*151. 25mm。在該堇青石蜂窩陶瓷上鉆取一定數(shù)量的小圓柱體，然后用切割機截取長度為19mm，最后將其用去離子水沖洗干凈，110°C下烘干4 h，再于馬弗爐內(nèi)以 2°C/min程序升溫至550°C焙燒2 h。將上述焙燒后的小體積蜂窩陶瓷載體稱重；將其浸于催化劑涂覆液中，5min后緩慢取出，用洗耳球吹干殘液，室溫下老化8 h，110°C干燥4 h，然后于馬弗爐中以2°C/min 程序升溫至550°C焙燒2 h;對焙燒后的整體式催化劑小樣再次進行稱重。本發(fā)明所制備的整體式催化劑小樣主要用于柴油車尾氣脫硝反應(yīng)評價中，但是本發(fā)明不僅限于此，柴油車尾氣脫硝僅為一種探針反應(yīng)，本發(fā)明適用于一切涉及小體積蜂窩陶瓷載體及整體式催化劑小樣的制備。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種整體式催化劑小樣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)根據(jù)實際反應(yīng)條件及反應(yīng)器直徑計算所需的整體式催化劑小樣的直徑、長度；(2)制備小體積蜂窩陶瓷載體將鉆頭安裝到工作穩(wěn)定的工業(yè)臺鉆上；再將蜂窩陶瓷放置在臺鉆平臺上，用鉆頭對蜂窩陶瓷鉆取一定深度并盡可能多的小圓柱體；然后在切割機上調(diào)整到步驟(1)中計算得到的長度，并用去離子水將其沖洗干凈；挑選出上下底面平整，側(cè)面沒有大的破損的蜂窩陶瓷，將其干燥、焙燒后即可得到小體積蜂窩陶瓷載體；(3)負(fù)載催化劑活性成分將焙燒后的小體積蜂窩陶瓷稱重；稱重后將其浸于催化劑涂覆液中，5-8min后取出，吹干殘液，室溫下老化7-10小時后對催化劑干燥、焙燒，即可得到整體式催化劑小樣；對焙燒后的整體式催化劑小樣再次進行稱重。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)、(3)中所述的干燥條件是指溫度為100-120°C，時間為3-5小時；步驟(2)、(3)中所述的焙燒條件是指溫度為 500-600°C，時間為3-5小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)、(3)中所述的干燥條件是指溫度為100-120°C，時間為3-5小時；步驟(2)、(3)中所述的焙燒條件是指溫度為 540-560°C，時間為3-5小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)、(3)中焙燒時所用的設(shè)備是加熱爐；將載體或催化劑放入加熱爐焙燒時加熱爐以2-5°C /min的程序升溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的加熱爐為馬弗爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的鉆頭為薄壁空心金剛鉆頭，其內(nèi)徑和長度可按反應(yīng)器直徑和實際反應(yīng)條件選取。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的對蜂窩陶瓷鉆取的一定深度是根據(jù)實際反應(yīng)條件而定，其數(shù)值大于計算所得長度的2-5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于可用整體式催化劑代替步驟(2)中的蜂窩陶瓷，按照步驟(1)和步驟(2)中的方法直接獲得整體式催化劑小樣。
9.以上權(quán)利要求1至8任一權(quán)利要求所述的整體式催化劑小樣是指體積在 0. 5mL-10. OmL的整體式催化劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種整體式催化劑小樣的制備方法。此法主要包括制備小體積蜂窩陶瓷及將催化劑活性成分負(fù)載于載體上兩個步驟。此法中制備的整體式催化劑小樣涂層均勻，表面性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)等都與大整體式催化劑極為接近，將其用于固定床微反應(yīng)器進行評價，因而能夠有效的把其催化性能以及結(jié)構(gòu)表征結(jié)果與大整體式催化劑進行關(guān)聯(lián)，以達(dá)到真正的降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期的目的。
文檔編號B01J37/02GK102416349SQ20111038993
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者汪加林, 范群, 蕭劍鳴, 趙向云, 韓暉 申請人:廣州市威格林環(huán)?？萍加邢薰?br>