專利名稱:金屬載體三效催化器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能金屬載體催化器及其制造方法，該催化器可廣泛用于汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣催化凈化。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車作為載人和貨物運(yùn)輸?shù)墓ぞ?，與人們的各個(gè)方面的生活聯(lián)系日益緊密，但是，機(jī)動(dòng)車的保有量快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的污染問題也越來越嚴(yán)重。
汽車尾氣的主要有害成分有三類碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物。這三種物質(zhì)對(duì)人體都有不同程度的危害。目前消除汽車尾氣中的這些有害成分的方法主要有兩種一種是改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式以減少有害氣體的排放；另一種是采用催化轉(zhuǎn)化器將尾氣中的有害氣體進(jìn)行凈化處理。
目前，催化轉(zhuǎn)化技術(shù)中三效催化劑由于其多能高效得到了廣泛應(yīng)用。這種催化劑的特性是用一種催化劑能同時(shí)凈化汽車尾氣中的一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)，這種催化凈化器具有較高的凈化率，其利用尾氣中的O2、NOx為氧化劑，CO、HC和H2為還原劑，發(fā)生如下反應(yīng)
(1)氧化反應(yīng)CO+1/2O2＝CO24HC+5O2＝4CO2+2H2O(2)還原反應(yīng)NO+CO＝1/2N2+CO2NO+H2＝1/2N2+H2O(3)其它反應(yīng)2HC+4H2O＝2CO2+H2(蒸汽重整)CO+H2O＝CO2+H2(水氣變換)用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理的三效催化轉(zhuǎn)化器，其載體材質(zhì)主要有陶瓷和金屬兩種。其中金屬載體具有抗熱沖擊機(jī)械強(qiáng)度高、預(yù)熱性能好和背壓小等優(yōu)點(diǎn)，并且孔壁薄、比表面積大，因而比陶瓷載體具有更優(yōu)越的性能，其應(yīng)用越來越廣泛。但由于金屬載體表面平滑，造成氧化鋁過渡層的涂覆困難，結(jié)合牢固性較差，容易脫落。本發(fā)明主要是針對(duì)金屬載體制備過程中易產(chǎn)生的問題，通過生產(chǎn)實(shí)踐而總結(jié)出來的一套完整的生產(chǎn)工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有金屬載體催化劑技術(shù)存在的問題和缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種金屬載體三效催化器的制造方法，以提供具有較高結(jié)合牢固性、不易脫落的高效金屬載體的三效催化器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種利用上述加工方法生產(chǎn)的金屬載體三效催化器。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種金屬載體三效催化器的加工方法，其特征在于所述加工方法包括以下步驟a、準(zhǔn)備載體基材選擇耐高溫的鐵鉻鋁合金作為基材材料制成為具有一定孔密度的一體式蜂窩狀結(jié)構(gòu)載體；b、制備過渡層將氧化鋁與碳酸鹽及硝酸鹽組分混合制成活性氧化鋁漿液，將制備的活性氧化鋁漿液涂覆于所述的載體表面，并烘干焙燒；c、制備催化劑層將鉑、鈀、銠的鹽類化合物配制成催化劑溶液，并涂覆于所述過渡層上，經(jīng)常溫放置后，烘干焙燒。
所述步驟a中，包括有涂覆前處理，包括以下步驟a)用溶解有鋁或鐵的金屬鹽類的酸性清洗液，將待涂覆的金屬載體基材完全浸沒；b)超聲波清洗1～3小時(shí)；c)取出金屬載體以堿液中和，然后以純凈水清洗金屬載體基材表面，其后烘干；d)富氧條件下500～700℃焙燒。
所述步驟b中，所述活性氧化鋁漿液的制備包括以下步驟a)將氧化鋁與碳酸鑭、碳酸鎂金屬鹽混合，研磨分散至粒度15～20微米以下制成初漿液；b)用酸或堿液調(diào)節(jié)初漿液PH值為6～7；
c)加入硝酸鑭、硝酸鈷等硝酸鹽以及作為分散劑及穩(wěn)定劑的高分子有機(jī)化合物，使初漿液分散形成穩(wěn)定的膠體狀混合乳濁液。
所述步驟b中，所述活性氧化鋁漿液的涂覆為利用離心或真空涂覆方式，將已調(diào)節(jié)好的活性氧化鋁漿液涂覆到所述的經(jīng)過處理的金屬載體上，并清除多余的漿液后，使其增重量達(dá)到5～10％。
所述步驟b中，所述烘干為在低于150～200℃下烘干至恒重。
所述步驟b中，所述焙燒為在500～700℃恒溫焙燒1～3小時(shí)。
所述步驟c中，所述催化劑溶液采用浸涂方式涂覆于過渡層上。
所述過渡層上浸涂有催化劑的金屬載體常溫下靜置1～2小時(shí)，然后于150～200℃溫度下烘干，重復(fù)步驟c至催化劑增重量為1％～10％。
烘干后，再于500～700℃恒溫焙燒1～3小時(shí)進(jìn)行活化定形處理。
一種金屬載體三效催化器，其特征在于所述金屬載體三效催化器由如前所述的方法制成。
本發(fā)明的技術(shù)效果為本發(fā)明的金屬載體三效催化器的加工方法及應(yīng)用該方法生產(chǎn)的金屬載體三效催化器，與蜂窩陶瓷載體三效催化器相比保持了氧化鋁涂層結(jié)合牢固性好的優(yōu)點(diǎn)，保證了催化器的使用壽命，同時(shí)還兼具了金屬載體三效催化器抗熱沖擊機(jī)械強(qiáng)度高、預(yù)熱性能好和背壓小等優(yōu)點(diǎn)，并且孔壁薄、比表面積大，因而比陶瓷載體具有更優(yōu)越的性能，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明的金屬載體三效催化器的加工方法及應(yīng)用該方法生產(chǎn)的金屬載體三效催化器，由于采用浸涂方式涂覆，貴金屬活性成份分布均勻，有利于發(fā)揮貴金屬的催化性能，減少貴金屬用量，在確保尾氣凈化效率的前提下降低生產(chǎn)及使用成本。
本發(fā)明的加工方法工藝流程短，便于生產(chǎn)安排，且易于操作和控制加工質(zhì)量。

具體實(shí)施方式1.原料選擇(1)載體的選擇。選擇耐高溫的鐵鉻鋁合金作為基材，形成具有一定孔密度、一體式的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
(2)涂層材料載體的選擇。涂層主體材料選用比表面積為140～280m2/g的氧化鋁，孔容大于0.2cm3/g，平均粒度D90在50微米以下的粉體。
(3)助劑選擇。碳酸鑭、碳酸鈰、碳酸鍶、碳酸鎂、碳酸鋇、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鐵、硝酸鈰、硝酸鋯、氯氧鋯、稀土鹽類及作為分散劑及穩(wěn)定劑的高分子有機(jī)化合物，所述作為分散劑及穩(wěn)定劑的高分子有機(jī)化合物選用本領(lǐng)域慣常選用的高分子有機(jī)化合物即可，如二乙二醇或其衍生物、聚乙烯醇或其衍生物等。
(4)主催化劑成份，貴金屬選用鉑、鈀、銠的鹽類化合物。
2.催化劑的制備。
本發(fā)明所制備的催化劑成份為活性氧化鋁在金屬底材上的涂覆量不低于160～200g/l，助劑用量為30～50g/l，貴金屬用量按15～70g/ft3進(jìn)行控制。具體制備過程如下(1)活性氧化鋁漿液的制備將氧化鋁與碳酸鑭、碳酸鎂等金屬鹽混合，研磨分散至粒度小于15～20微米后，制成初漿液，用酸或堿液調(diào)節(jié)初漿液PH在6～7左右，再加入硝酸鑭、硝酸鈷等硝酸鹽以及高分子有機(jī)化合物，分散形成穩(wěn)定的膠體狀混合乳濁液。
(2)金屬載體的前處理用溶解有鋁鹽或鐵等金屬鹽類的硝酸或鹽酸清洗液，將金屬載體完全浸沒，用超聲波浸洗1～3小時(shí)，取出用堿液進(jìn)行中和后，再用純凈水浸泡，以除去附著在載體表面上的酸性物質(zhì)殘余，清洗至溶液PH值約等于7時(shí)取出進(jìn)行烘干。然后在富氧條件下于500～700℃進(jìn)行焙燒。
(3)氧化鋁涂層的涂覆將前處理好后的金屬載體，利用離心或真空涂覆方式，將已調(diào)節(jié)好的活性氧化鋁漿液涂覆到金屬載體上，并清除多余的漿液后，然后在低于150～200℃下烘干至恒重，重復(fù)上述涂覆和烘干過程，直至使活性氧化鋁涂層的增重量達(dá)到5～10％，再于500～700℃恒溫1～3小時(shí)進(jìn)行焙燒。
(4)貴金屬等主體催化劑的涂覆將按一定比例混合好的鈀、鉑、銠等貴金屬鹽配制成溶液。將配制的貴金屬溶液浸涂于已涂覆有氧化鋁涂層的載體上，貴金屬的負(fù)載量按15～70g/ft3的要求控制，檢驗(yàn)合格后于常溫放置1～2小時(shí)，然后于200℃溫度下烘干，重復(fù)上述浸涂及烘干過程直至貴金屬鹽增重量為1％～10％，再于500～700℃恒溫焙燒1～3小時(shí)進(jìn)行活化定形處理，即得成品。
權(quán)利要求
1.一種金屬載體三效催化器的制造方法，其特征在于所述加工方法包括以下步驟a、準(zhǔn)備載體選擇耐高溫的鐵鉻鋁合金作為基材材料，將其制成為具有一定孔密度的一體式蜂窩狀結(jié)構(gòu)載體；b、制備過渡層將氧化鋁與碳酸鹽及硝酸鹽組分混合，制成活性氧化鋁漿液，將制備的活性氧化鋁漿液涂覆于所述的載體表面，并烘干焙燒；c、制備催化劑層將鉑、鈀、銠的鹽類化合物配制成催化劑溶液，并涂覆于所述過渡層上，經(jīng)常溫放置后，烘干焙燒。
2.如權(quán)利要求
1所述的制造方法，其特征在于所述步驟a中，包括有涂覆前處理，包括以下步驟1)用溶解有鋁或鐵的金屬鹽類的酸性清洗液，將待涂覆的金屬載體基材完全浸沒；2)超聲波清洗1～3小時(shí)；3)取出金屬載體基材以堿液中和，然后以純凈水清洗金屬載體基材表面，其后烘干；4)富氧條件下500～700℃焙燒。
3.如權(quán)利要求
2所述的制造方法，其特征在于所述步驟b中，所述活性氧化鋁漿液的制備包括以下步驟1)將氧化鋁與碳酸鑭、碳酸鎂金屬鹽混合，研磨分散至粒度15～20微米以下制成初漿液；2)用酸或堿液調(diào)節(jié)初漿液PH值為6～7；3)加入硝酸鑭、硝酸鈷等硝酸鹽以及作為分散劑及穩(wěn)定劑的高分子有機(jī)化合物，使初漿液分散形成穩(wěn)定的膠體狀混合乳濁液。
4.如權(quán)利要求
3所述的制造方法，其特征在于所述步驟b中，所述活性氧化鋁漿液的涂覆為利用離心或真空涂覆方式，將已調(diào)節(jié)好的活性氧化鋁漿液涂覆到所述的經(jīng)過處理的金屬載體上，并清除多余的漿液后，使其增重量達(dá)到5～10％。
5.如權(quán)利要求
4所述的制造方法，其特征在于所述步驟b中，所述烘干為在低于150～200℃下烘干至恒重。
6.如權(quán)利要求
5所述的制造方法，其特征在于所述步驟b中，所述焙燒為在500～700℃恒溫焙燒1～3小時(shí)。
7.如權(quán)利要求
6所述的制造方法，其特征在于所述步驟c中，所述催化劑溶液采用浸涂方式涂覆于過渡層上。
8.如權(quán)利要求
7所述的制造方法，其特征在于所述過渡層上浸涂有催化劑的金屬載體常溫下靜置1～2小時(shí)，然后于150～200℃溫度下烘干，重復(fù)步驟c至催化劑增重量為1％～10％。
9.如權(quán)利要求
8所述的制造方法，其特征在于烘干后，再于500～700℃恒溫焙燒1～3小時(shí)進(jìn)行活化定形處理。
10.一種金屬載體三效催化器，其特征在于所述金屬載體三效催化器由如權(quán)利要求
1所述的制造方法制成。
專利摘要
本發(fā)明是一種高性能金屬載體三效催化器及其制備技術(shù)，包含金屬載體處理、涂層涂覆方法和活性組份引入等完整生產(chǎn)工藝過程。其技術(shù)特點(diǎn)是1.能最大限度地保持涂層的大比表面積，為化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供良好的條件。2.貴金屬活性成份分布均勻，有利于發(fā)揮貴金屬的催化性能，減少貴金屬用量，在確保尾氣凈化效率的前提下降低生產(chǎn)及使用成本。3.工藝流程短，便于生產(chǎn)安排。4.質(zhì)量控制點(diǎn)少，易于操作和控制。
文檔編號(hào)B01J35/04GK1995713SQ200610165095
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月13日
發(fā)明者潘陸陸, 石斌, 劉耀軍, 杜愎剛 申請(qǐng)人:北京英泰世紀(jì)環(huán)境科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan