CN1995713A - 金属载体三效催化器及其制造方法 - Google Patents

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潘陆陆
石斌
刘耀军
杜愎刚
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Abstract

本发明是一种高性能金属载体三效催化器及其制备技术，包含金属载体处理、涂层涂覆方法和活性组份引入等完整生产工艺过程。其技术特点是：1.能最大限度地保持涂层的大比表面积，为化学反应的进行提供良好的条件。2.贵金属活性成份分布均匀，有利于发挥贵金属的催化性能，减少贵金属用量，在确保尾气净化效率的前提下降低生产及使用成本。3.工艺流程短，便于生产安排。4.质量控制点少，易于操作和控制。

Description

金属载体三效催化器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高性能金属载体催化器及其制造方法，该催化器可广泛用于汽车、摩托车发动机以及其它小型通用发动机尾气催化净化。
背景技术
机动车作为载人和货物运输的工具，与人们的各个方面的生活联系日益紧密，但是，机动车的保有量快速增长导致的污染问题也越来越严重。
汽车尾气的主要有害成分有三类：碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。这三种物质对人体都有不同程度的危害。目前消除汽车尾气中的这些有害成分的方法主要有两种：一种是改进发动机的燃烧方式以减少有害气体的排放；另一种是采用催化转化器将尾气中的有害气体进行净化处理。
目前，催化转化技术中三效催化剂由于其多能高效得到了广泛应用。这种催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)，这种催化净化器具有较高的净化率，其利用尾气中的O2、NOx为氧化剂，CO、HC和H2为还原剂，发生如下反应：
(1)氧化反应：
CO+1/2O2＝CO2
4HC+5O2＝4CO2+2H2O
(2)还原反应：
NO+CO＝1/2N2+CO2
NO+H2＝1/2N2+H2O
(3)其它反应
2HC+4H2O＝2CO2+H2(蒸汽重整)
CO+H2O＝CO2+H2(水气变换)
用于机动车尾气后处理的三效催化转化器，其载体材质主要有陶瓷和金属两种。其中金属载体具有抗热冲击机械强度高、预热性能好和背压小等优点，并且孔壁薄、比表面积大，因而比陶瓷载体具有更优越的性能，其应用越来越广泛。但由于金属载体表面平滑，造成氧化铝过渡层的涂覆困难，结合牢固性较差，容易脱落。本发明主要是针对金属载体制备过程中易产生的问题，通过生产实践而总结出来的一套完整的生产工艺方法。
发明内容
针对现有金属载体催化剂技术存在的问题和缺陷，本发明的一个目的在于提供一种金属载体三效催化器的制造方法，以提供具有较高结合牢固性、不易脱落的高效金属载体的三效催化器。
本发明的另一个目的在于提供一种利用上述加工方法生产的金属载体三效催化器。
本发明的技术方案为：
一种金属载体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骤：
a、准备载体基材：选择耐高温的铁铬铝合金作为基材材料制成为具有一定孔密度的一体式蜂窝状结构载体；
b、制备过渡层：将氧化铝与碳酸盐及硝酸盐组分混合制成活性氧化铝浆液，将制备的活性氧化铝浆液涂覆于所述的载体表面，并烘干焙烧；
c、制备催化剂层：将铂、钯、铑的盐类化合物配制成催化剂溶液，并涂覆于所述过渡层上，经常温放置后，烘干焙烧。
所述步骤a中，包括有涂覆前处理，包括以下步骤：
a)用溶解有铝或铁的金属盐类的酸性清洗液，将待涂覆的金属载体基材完全浸没；
b)超声波清洗1～3小时；
c)取出金属载体以碱液中和，然后以纯净水清洗金属载体基材表面，其后烘干；
d)富氧条件下500～700℃焙烧。
所述步骤b中，所述活性氧化铝浆液的制备包括以下步骤：
a)将氧化铝与碳酸镧、碳酸镁金属盐混合，研磨分散至粒度15～20微米以下制成初浆液；
b)用酸或碱液调节初浆液PH值为6～7；
c)加入硝酸镧、硝酸钴等硝酸盐以及作为分散剂及稳定剂的
高分子有机化合物，使初浆液分散形成稳定的胶体状混合乳浊液。
所述步骤b中，所述活性氧化铝浆液的涂覆为：利用离心或真空涂覆方式，将已调节好的活性氧化铝浆液涂覆到所述的经过处理的金属载体上，并清除多余的浆液后，使其增重量达到5～10％。
所述步骤b中，所述烘干为在低于150～200℃下烘干至恒重。
所述步骤b中，所述焙烧为在500～700℃恒温焙烧1～3小时。
所述步骤c中，所述催化剂溶液采用浸涂方式涂覆于过渡层上。
所述过渡层上浸涂有催化剂的金属载体常温下静置1～2小时，然后于150～200℃温度下烘干，重复步骤c至催化剂增重量为1％～10％。
烘干后，再于500～700℃恒温焙烧1～3小时进行活化定形处理。
一种金属载体三效催化器，其特征在于：所述金属载体三效催化器由如前所述的方法制成。
本发明的技术效果为：
本发明的金属载体三效催化器的加工方法及应用该方法生产的金属载体三效催化器，与蜂窝陶瓷载体三效催化器相比保持了氧化铝涂层结合牢固性好的优点，保证了催化器的使用寿命，同时还兼具了金属载体三效催化器抗热冲击机械强度高、预热性能好和背压小等优点，并且孔壁薄、比表面积大，因而比陶瓷载体具有更优越的性能，具有很大的推广应用价值。
本发明的金属载体三效催化器的加工方法及应用该方法生产的金属载体三效催化器，由于采用浸涂方式涂覆，贵金属活性成份分布均匀，有利于发挥贵金属的催化性能，减少贵金属用量，在确保尾气净化效率的前提下降低生产及使用成本。
本发明的加工方法工艺流程短，便于生产安排，且易于操作和控制加工质量。
附图说明
具体实施方式
1.原料选择
(1)载体的选择。选择耐高温的铁铬铝合金作为基材，形成具有一定孔密度、一体式的蜂窝状结构。
(2)涂层材料载体的选择。涂层主体材料选用比表面积为140～280m2/g的氧化铝，孔容大于0.2cm3/g，平均粒度D90在50微米以下的粉体。
(3)助剂选择。碳酸镧、碳酸铈、碳酸锶、碳酸镁、碳酸钡、硝酸铝、硝酸钴、硝酸铁、硝酸铈、硝酸锆、氯氧锆、稀土盐类及作为分散剂及稳定剂的高分子有机化合物，所述作为分散剂及稳定剂的高分子有机化合物选用本领域惯常选用的高分子有机化合物即可，如二乙二醇或其衍生物、聚乙烯醇或其衍生物等。
(4)主催化剂成份，贵金属选用铂、钯、铑的盐类化合物。
2.催化剂的制备。
本发明所制备的催化剂成份为：活性氧化铝在金属底材上的涂覆量不低于160～200g/l，助剂用量为30～50g/l，贵金属用量按15～70g/ft3进行控制。具体制备过程如下：
(1)活性氧化铝浆液的制备
将氧化铝与碳酸镧、碳酸镁等金属盐混合，研磨分散至粒度小于15～20微米后，制成初浆液，用酸或碱液调节初浆液PH在6～7左右，再加入硝酸镧、硝酸钴等硝酸盐以及高分子有机化合物，分散形成稳定的胶体状混合乳浊液。
(2)金属载体的前处理
用溶解有铝盐或铁等金属盐类的硝酸或盐酸清洗液，将金属载体完全浸没，用超声波浸洗1～3小时，取出用碱液进行中和后，再用纯净水浸泡，以除去附着在载体表面上的酸性物质残余，清洗至溶液PH值约等于7时取出进行烘干。然后在富氧条件下于500～700℃进行焙烧。
(3)氧化铝涂层的涂覆
将前处理好后的金属载体，利用离心或真空涂覆方式，将已调节好的活性氧化铝浆液涂覆到金属载体上，并清除多余的浆液后，然后在低于150～200℃下烘干至恒重，重复上述涂覆和烘干过程，直至使活性氧化铝涂层的增重量达到5～10％，再于500～700℃恒温1～3小时进行焙烧。
(4)贵金属等主体催化剂的涂覆
将按一定比例混合好的钯、铂、铑等贵金属盐配制成溶液。将配制的贵金属溶液浸涂于已涂覆有氧化铝涂层的载体上，贵金属的负载量按15～70g/ft3的要求控制，检验合格后于常温放置1～2小时，然后于200℃温度下烘干，重复上述浸涂及烘干过程直至贵金属盐增重量为1％～10％，再于500～700℃恒温焙烧1～3小时进行活化定形处理，即得成品。

Claims (10)

1.一种金属载体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骤：
a、准备载体：选择耐高温的铁铬铝合金作为基材材料，将其制成为具有一定孔密度的一体式蜂窝状结构载体；
b、制备过渡层：将氧化铝与碳酸盐及硝酸盐组分混合，制成活性氧化铝浆液，将制备的活性氧化铝浆液涂覆于所述的载体表面，并烘干焙烧；
c、制备催化剂层：将铂、钯、铑的盐类化合物配制成催化剂溶液，并涂覆于所述过渡层上，经常温放置后，烘干焙烧。
2、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤a中，包括有涂覆前处理，包括以下步骤：
1)用溶解有铝或铁的金属盐类的酸性清洗液，将待涂覆的金属载体基材完全浸没；
2)超声波清洗1～3小时；
3)取出金属载体基材以碱液中和，然后以纯净水清洗金属载体基材表面，其后烘干；
4)富氧条件下500～700℃焙烧。
3、如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，所述活性氧化铝浆液的制备包括以下步骤：
1)将氧化铝与碳酸镧、碳酸镁金属盐混合，研磨分散至粒度
15～20微米以下制成初浆液；
2)用酸或碱液调节初浆液PH值为6～7；
3)加入硝酸镧、硝酸钴等硝酸盐以及作为分散剂及稳定剂的高分子有机化合物，使初浆液分散形成稳定的胶体状混合乳浊液。
4、如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，所述活性氧化铝浆液的涂覆为：利用离心或真空涂覆方式，将已调节好的活性氧化铝浆液涂覆到所述的经过处理的金属载体上，并清除多余的浆液后，使其增重量达到5～10％。
5、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，所述烘干为在低于150～200℃下烘干至恒重。
6、如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，所述焙烧为在500～700℃恒温焙烧1～3小时。
7、如权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，所述催化剂溶液采用浸涂方式涂覆于过渡层上。
8、如权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述过渡层上浸涂有催化剂的金属载体常温下静置1～2小时，然后于150～200℃温度下烘干，重复步骤c至催化剂增重量为1％～10％。
9、如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：烘干后，再于500～700℃恒温焙烧1～3小时进行活化定形处理。
10、一种金属载体三效催化器，其特征在于：所述金属载体三效催化器由如权利要求1所述的制造方法制成。
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