專利名稱：一種負載納米貴金屬的Al₂O₃催化材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種負載納米貴金屬的Al2O3催化材料及其制備方法，屬于催化材料技術領域。
背景技術：
納米貴金屬因其具有獨特的光電子、化學特性，作為催化劑、醫(yī)學材料、電磁功能材料、吸波材料、傳感器元器件材料及納米復合材料等，己在冶金、化工、輕工、電子、國防、 核技術、航空航天等研究領域呈現出極其重要的應用價值。但在貴金屬納米顆粒的應用中我們注意到這樣一個事實，為了節(jié)約貴金屬的消耗量、降低材料/產品成本，常常將貴金屬納米顆粒負載到一定的載體上/固體表面，包括金屬的真空沉積、惰性氣體蒸發(fā)、擴散控制團聚、化學和電化學沉積等?，F已發(fā)展到將Ag、Pt、Au納米晶體分散到沸石、TiO2, A1203、 SiO2、石墨、碳納米管等表面。在這個應用方向上，現有的材料制備技術(物理、化學法等)在有效地固定貴金屬納米顆粒方面尚存在一些問題，材料在應用中不足以保持高的物理、化學性質，這是貴金屬納米顆粒使用中面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。如果貴金屬納米顆粒由于與載體之間不能形成有效的冶金結合，在使用過程中有可能受納米顆粒巨大表面能的影響而發(fā)生團聚，進而對納米材料性質的發(fā)揮帶來負面影響。負載納米貴金屬的金屬氧化物載體催化材料的催化活性與金屬氧化物載體的結構有很大的關系，特別是金屬氧化物載體材料比表面積的的大小，決定了納米貴金屬的分布，以及催化活性點的數量。因此，本發(fā)明就是通過對載體Al2O3材料的結構設計，獲得多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3載體以增大其比表面積，從而提高負載的納米貴金屬的比表面積，提高了催化劑的催化活性點，最終提高該類催化劑的催化性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種負載納米貴金屬的Al2O3催化材料及其制備方法，得到表面均勻、牢固地結合有納米貴金屬顆粒的Al2O3催化材料，解決納米貴金屬與載體不能有效結合，導致催化材料的物理、化學性質不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明的技術方案是負載納米貴金屬的Al2O3催化材料，是以鈦為載體、表層為Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構催化材料。負載的納米貴金屬為Au、Ag、Pd、Pt或1 中的一種或幾種的任意混合物，顆粒粒度為納米級，其重量百分比為1% 5% (占整個催化材料的重量百分比)
本發(fā)明是通過如下方案來實現首先通過熔煉制備含1% 5%貴金屬(重量百分比) 的鋁基合金，然后通過板材軋制和蜂窩結構加工技術獲得具有多層圓筒狀蜂窩結構的錫基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛的熱處理爐內進行熱處理和原位氧化反應，最終獲得負載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料產品。具體制備步驟如下
(1)先按1% 5%的重量百分比，將Au、Ag、Pd、Pt或1 !中的一種或幾種的任意混合物，與金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<1 X 10_3Pa，在650°C 850°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至450°C 650°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1 5小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料。所述貴金屬和金屬鋁的純度均>99. 95%。所述高純氧氣為純度為99. 999%的氧氣。本發(fā)明先將貴金屬和載體材料制成合金材料，再加工成多層圓筒狀蜂窩結構，然后在一定氧化氣氛條件下對合金進行熱處理和原位氧化處理，結合了過飽和金屬合金的加工性能和貴金屬在熱處理過程中的沉淀析出形成納米相及基體氧化形成金屬氧化物的方法，將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備合二為一，最終制備出均勻分布有納米貴金屬的圓筒狀多層蜂窩結構Al2O3催化材料。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點
(1)能夠獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結構牢固、催化效果明顯的新型結構催化材料；
(2)能夠結合現有金屬合金材料制備、加工和熱處理設備，具有投入少，成本低等優(yōu)點。(3)復合材料制備技術“高效、低成本、短流程、環(huán)境友好、高性能”的發(fā)展趨勢。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖2是本發(fā)明表面負載有納米貴金屬顆粒的圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料示意圖。具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明的保護內容不限于所述范圍。實施例1:(如圖1)
(1)先按1%的重量百分比，將純度>99.95%Au，與純度>99. 95%金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<1 X IO-4Pa,在650°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至450°C，然后按5L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，是以鋁為載體、表層為 Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Au， 其重量百分比為1%。(如圖2)實施例2 :(如圖1)
(1)先按21的重量百分比，將純度>99.95% Ag，與純度>99. 95%金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<lX10_6Pa，在700°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌2分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 7mm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至500°C，然后按lOL/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理3小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，是以鋁為載體、表層為Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為 Ag，其重量百分比為洲。(如圖2)
實施例3 :(如圖1)
(1)先按3%的重量百分比，將純度>99.95%的Pd、Pt和1 的任意比例混合物，與純度>99. 95%金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<1 X 10 ,在850°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<0. 6mm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至600°C，然后按15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理5小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，是以鋁為載體、表層為Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Pd 、Pt和Rh，其重量百分比為3%。(如圖2)
實施例4:(如圖1)
(1)先按5%的重量百分比，將純度>99.95%的Ag和Pd的任意比例混合物，與純度 >99. 95%金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<1 X IO-6Pa,在800°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1. 5分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<0. 5mm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至650°C，然后按12L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理4小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，是以鋁為載體、表層為Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Ag 和Pd，其重量百分比為5%。(如圖2)實施例5 :(如圖1)
(1)先按4%的重量百分比，將純度>99.95%的Au、Ag、Pd、Pt和Rh的任意比例混合物，與純度>99. 95%金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<lX10_5Pa，在750°C 溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌2. 5分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<0. 9mm的鋁基合金板帶，再通過蜂窩軋制方法獲得蜂窩結構，然后通過卷曲來獲得多層圓筒狀蜂窩結構；
(3)將獲得的蜂窩結構鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至550°C，然后按8L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理2小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，是以鋁為載體、表層為 Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料，鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Au、 Ag、Pd、Pt和Rh，其重量百分比為4%。(如圖2)。
權利要求
1.一種負載納米貴金屬的Al2O3催化材料，其特征在于是以鋁為載體、表層為Al2O3并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料。
2.根據權利要求1所述的負載納米貴金屬的Al2O3催化材料，其特征在于鋁載體表面的納米貴金屬的粒度為小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%。
3.根據權利要求1或2所述的負載納米貴金屬的TW2催化材料，其特征在于負載的納米貴金屬為Au、Ag、Pd、Pt或1 中的一種或幾種的任意混合物，其重量百分比為1% 5% ο
4.一種負載納米貴金屬的Al2O3催化材料及的制備方法，其特征在于首先通過熔煉制備含1% 5%貴金屬的鋁基合金，然后通過板材軋制和蜂窩結構加工，獲得具有多層圓筒狀蜂窩結構的鋁基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛圍的熱處理爐內進行熱處理和原位氧化反應，最終獲得負載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料女口廣 PFt ο
5.根據權利要求4所述的負載納米貴金屬的Al2O3催化材料的制備方法，其特征在于 具體制備步驟如下(1)先按1% 5%的重量百分比，將貴金屬與金屬鋁進行配料，然后放入熔煉爐中，調整真空度<1X 10_3Pa，在650°C 850°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌 1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的鋁基合金板帶，然后再將其加工成多層圓筒狀蜂窩結構；(3)將獲得的蜂窩結構鋁基合金放入熱處理爐中，加熱至300°C 600°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1 3小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料。
6.根據權利要求4或5所述的負載納米貴金屬的Al2O3催化材料的制備方法，其特征在于鋁載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%。
7.根據權利要求4或5所述的負載納米貴金屬的Al2O3催化材料的制備方法，其特征在于貴金屬為Au、Ag、Pd、Pt或1 中的一種或幾種的任意混合物，其重量百分比為總重量的1% 3%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負載納米貴金屬的Al2O3催化材料的制備方法。該技術以過飽和錫基合金的加工為基礎，結合氧氣氛條件下熱處理技術來獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結構牢固、催化效果明顯的多層圓筒狀蜂窩結構Al2O3催化材料。該制備技術將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備及結構設計合三為一，具有制備技術成本低、流程短、環(huán)境友好、高性能的特點。所獲得的產品可應用于汽車，石油化工等催化領域。
文檔編號B01J23/50GK102489338SQ20111039234
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權日2011年12月1日
發(fā)明者于杰, 周曉龍, 曹建春, 陳敬超 申請人:昆明理工大學