CN103806990B - 陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法，在蒸馏水中加入铈、锆、镧、锶和钴的无机盐，搅拌均匀后，得到催化剂水溶液。在催化剂水溶液中，加入溶胶形成剂，搅拌均匀后，再加入胶粒悬浮剂，得到稳定的催化剂溶胶。将陶瓷纤维棉柱，浸入催化剂溶胶中，得到表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱；再经干燥和煅烧得到担载催化剂的陶瓷纤维棉柱，装入带有内保温层的金属壳中，即得到汽车尾气净化器。本发明具有成本低、工艺简单，催化效率高和使用寿命长等特点。

Description

陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法

技术领域

本发明涉及一种用陶瓷纤维棉作为催化剂载体，制备成多孔的汽车尾气处理器的方法。

背景技术

随着中国经济高速增长，汽车工业得到快速发展，汽车数量剧增。近年来国民汽车拥有量以惊人的速度增长，由此而产生的汽车尾气污染严重危害着人们的健康。我国的汽车检查和维修***不完善，在用车车况质量差，致使单车排放污染物高出国际水平。而且我国汽车尾气污染物控制水平较低，造成大城市环境质量恶化。NOx污染突出表现在人口100万以上的大城市或特大城市，如广州、北京、上海、鞍山、武汉等城市。部分大城市交通干道CO和NOx浓度严重超过国家标准。汽车尾气污染已成为主要的空气污染物来源之一。研究表明：大城市中40%以上的NOx，80%以上的CO和70%以上的HC来自汽车尾气。汽车尾气中主要成分有CO，NOx，SO₂，HC，颗粒物等；治理尾气污染已成为国内外关注的课题[张健，李程，吴贤等，金属纤维多孔材料在机动车尾气净化器中的应用[J]，稀有金属材料与工程，2007，36（增刊3）：378-382]。

纤维棉相对于蜂窝载体具有以下特点：(1)比表面积大，可以达到(1-9)×10³cm²/cm³，高比表面积有利于催化剂活性组分物质的附着和分散，增加活性组分与汽车尾气中污染物质的接触几率，提高催化剂对污染物的转化效率。(2)孔径尺寸均匀，可在1-100μm范围内随意控制，并能沿轴向形成梯度结构，不但具有良好的气体流通性能，而且能阻挡和吸附汽车尾气中烟尘颖粒。(3)孔隙率高，可以达到90%以上，呈多孔体结构，具有很高的容尘量，还可脉冲反吹再生。(4)堆密度小，具有低热容和尽可能高的热导率，以缩短催化剂到达工作温度的时间，改善催化剂的起始工作性能[张健，李程，吴贤等，金属纤维多孔材料在机动车尾气净化器中的应用[J]，稀有金属材料与工程，2007，36（增刊3）：378-382]。

纤维棉载体的特殊多孔性和空隙曲折相连性可以改变汽车尾气的传播的路径，延长尾气与催化剂的接触面积和接触时间，提高接触几率，以提高催化剂对污染物的转化效率，其优势是其他载体无法比拟的。

华南理工大学的王慧等人以莫来石纤维制备的多孔陶瓷为载体，配置La、Sr、Co的硝酸盐水溶液，然后将载体浸渍在催化剂溶液中，最后进行焙烧，制备成汽车尾气处理器[王慧，曾令可，段碧林等，陶瓷载体负载催化剂的汽车尾气净化装置及其制备方法：中国专利文献CN200710026283.7]。由于硝酸盐水溶液的粘度较低，在陶瓷纤维上的附着能力较差，将影响其催化能力。另外，该专利需预先将陶瓷纤维与粘结剂混合，制备成莫来石纤维多孔陶瓷，工艺较复杂，增加产品的成本。

天津大学的宋崇林等人制备了K_xLa_1-xCoO₃的陶瓷纤维作为催化剂[宋崇林，龚彩荣，范国梁等，一种用于汽车尾气净化的钙钛矿型纤维体复合氧化物催化剂及其制备方法：中国专利文献CN200710057219.5]，由于La和Co的价格较高，用该方法制备的净化装置成本较高。

西北有色金属研究院的张健等人用金属纤维（铁铬铝合金）做为催化剂的载体，制备机动车尾气净化器[张健，汤慧萍，康新婷，一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法：中国专利文献CN200910021837.3]。北京首钢吉泰安新材料有限公司李刚等人申请的专利所用的纤维也为金属纤维（主要为Fe和Cr的合金）[李刚，马国庆，陶科等，一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料及制作方法：中国专利文献201010237461.2]。但金属纤维在使用过程中容易氧化和被NOx等气体腐蚀，影响其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗腐蚀、催化能力高的陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法，具有工艺简单、成本低的特点。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）在蒸馏水中加入铈、锆、镧、锶和钴的无机盐，搅拌均匀后，得到催化剂水溶液，在催化剂水溶液中，加入溶胶形成剂，搅拌均匀后，再加入胶粒悬浮剂，得到稳定的催化剂溶胶，其中：锆原子的含量为铈原子摩尔质量的10-50%，镧原子的含量为铈原子摩尔质量的10-50%，锶原子的含量为铈原子摩尔质量的10-50%，钴原子的含量为铈原子摩尔质量的10-50%；溶胶形成剂在催化剂溶胶中的分子含量为铈原子摩尔质量的100-300%；胶粒悬浮剂在催化剂溶胶中的分子含量为铈原子摩尔质量的100-300%；催化剂溶胶中水分子的含量为为铈原子摩尔质量的100-300%；

（2）在步骤（1）的催化剂溶胶中加入氧化铝陶瓷纤维棉柱，浸泡2h后，得到表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱；

（3）将步骤（2）的表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱在40-100℃条件下干燥2-24h，在800-1200煅烧0.5-2h，得到担载催化剂的陶瓷纤维棉柱；将担载催化剂的陶瓷纤维棉柱装入带有内保温层的金属壳中，即得到汽车尾气处理器。

上述方案中，所述的铈、锆、镧、锶和钴的无机盐为其氯盐或硝酸盐。

所述溶胶形成剂为醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸中的一种。

所述胶粒悬浮剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的任一种。

步骤（1）中所述的氧化铝陶瓷纤维棉，其中氧化铝含量大于60wt%。

本发明用氧化铝基陶瓷纤维为载体，在上面涂覆一层催化剂材料，不仅具有耐腐蚀、耐高温的优良力学性能，催化效率均大于或等于90%（实施例1和实施例6为90%，实施例2和实施例7可高达为99%）。具有成本低、工艺简单，使用寿命长等优点。

由于溶胶在陈放过程中，随着时间的延长，胶粒发生长大，一些胶粒将发生凝聚，形成三维网络结构，使溶胶的稳定性下降[MaterialsandManufacturingProcesses,2011,26(10):1374-1377]。所以本发明工艺中，在前躯体溶胶中加胶粒悬浮剂，将提高溶胶的稳定性，延长溶胶的使用时间窗口，将有利于溶胶在工业上应用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器制备方法，包括以下步骤：

（1）在蒸馏水中加入铈、锆、镧、锶和钴的无机盐，搅拌均匀后，得到催化剂水溶液，在催化剂水溶液中，加入溶胶形成剂，搅拌均匀后，再加入胶粒悬浮剂，得到稳定的催化剂溶胶。表1列出了编号为1-10的10个实施例催化剂溶胶的配方组成和制备的溶胶稳定保存时间。根据表1不同的实施例确定蒸馏水，铈、锆、镧、锶和钴，溶胶形成剂，胶粒悬浮剂溶胶的加入量。

（2）在步骤（1）的催化剂溶胶中加入氧化铝陶瓷纤维棉，浸泡2h后，得到表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱；

（3）将步骤（2）的表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱进行热处理，得到担载催化剂的陶瓷纤维棉柱；最后将其装入带有内保温层的金属壳中，即可得到不同配方催化剂载体的汽车尾气处理器，热处理工艺参见表2，对汽车尾气的催化效率参见表2。从表2可以得出，对尾气的最低处理效率为90%（实施例1和实施例6），对尾气的最高处理效率为99%（实施例2和实施例7）。

表1

表2

Claims (3)

1.一种陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)在蒸馏水中加入铈、锆、镧、锶和钴的无机盐，搅拌均匀后，得到催化剂水溶液，在催化剂水溶液中，加入溶胶形成剂，搅拌均匀后，再加入胶粒悬浮剂，得到稳定的催化剂溶胶，其中：锆原子的摩尔质量为铈原子摩尔质量的10-50％，镧原子的摩尔质量为铈原子摩尔质量的10-50％，锶原子的摩尔质量为铈原子摩尔质量的10-50％，钴原子的摩尔质量为铈原子摩尔质量的10-50％；溶胶形成剂在催化剂溶胶中的摩尔质量为铈原子摩尔质量的100-300％，溶胶形成剂为醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸中的一种；胶粒悬浮剂在催化剂溶胶中的摩尔质量为铈原子摩尔质量的100-300％，胶粒悬浮剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的任一种；催化剂溶胶中水的摩尔质量为铈原子摩尔质量的100-300％；

(2)在步骤(1)的催化剂溶胶中加入氧化铝陶瓷纤维棉柱，浸泡2h后，得到表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱；

(3)将步骤(2)的表面粘附催化剂胶体的陶瓷纤维棉柱在40-100℃条件下干燥2-24h，在800-1200℃煅烧0.5-2h，得到担载催化剂的陶瓷纤维棉柱；将担载催化剂的陶瓷纤维棉柱装入带有内保温层的金属壳中，即得到汽车尾气处理器。

2.如权利要求1所述的陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器的制备方法，其特征在于，所述的铈、锆、镧、锶和钴的无机盐为其氯盐或硝酸盐。

3.如权利要求1所述的陶瓷纤维催化剂载体的汽车尾气处理器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氧化铝陶瓷纤维棉，其中氧化铝含量大于60wt％。