制备催化织物过滤器的方法及催化织物过滤器技术

本发明专利技术提供一种催化织物过滤器基板及一种制备该基板的方法，该方法包含以下步骤：a)提供织物过滤器基板；b)提供水性浸渍液体，其包含：分散于氧化金属载体的纳米粒子上的一或多种催化剂金属前驱化合物的水性水溶胶；表面活性剂；及分散剂，其选自一级胺的群组；c)用该浸渍液体浸渍该织物过滤器基板；及d)在低于300℃的温度下干燥且热活化该经浸渍的织物过滤器基板以将该催化剂前驱体的该一或多种金属化合物转化成其催化活性形式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于催化织物过滤器的制备及使用此方法制备的催化织物过滤器。
技术介绍
织物过滤器通常用于从通过工业制程及燃烧制程产生的烟道气移除微粒材料。此等过滤器是通过编织或非编织织物纤维材料制作，该材料提供用于捕获精细微粒物质而不导致通过介质的气体的非所要高压降的多孔过滤介质。尾气及烟道气常常含有额外气体化合物，其造成环境或健康危害。因此，需要同时减少或移除尾气及烟道气中的微粒物质及有害化合物两种内含物。出于此目的，通过在有害化合物转化成较少危害或无害化合物中为活性的催化剂催化的过滤介质已在工业及汽车应用中用于清洁系统中。呈(例如)过滤袋形式的织物过滤器广泛地用于许多行业中以自处理气体移除微粒物质。该等织物过滤器为最有效类型的可用集尘器中的一者且可达成对于微粒的超过99％的收集效率。过滤器可由包含天然纤维、合成纤维或其它纤维(诸如，玻璃纤维、陶瓷或金属纤维)的各种编织、非编织或毡制材料或其混合物制成。织物过滤器的高微粒移除效率部分归因于形成于过滤袋的表面上的滤尘饼且部分归因于过滤袋组成物及生产质量以及织物过滤器构造自身的质量。织物提供上面收集灰尘微粒的表面。归因于构成过滤器的纤维的组成物，此等过滤器通常在低于280℃的温度下操作，其造成对用于将催化剂应用至织物过滤器材料上的方法的若干要求及限制。在制备类似于织物材料的催化材料中，由于环境及健康原因，水性浸渍液体是较佳的。为此目的，用于制造织物过滤器的许多纤维由拒水性材料组成，此在采用
通过水性浸渍液体实行的浸渍方法时添加对将催化材料应用至纤维上的额外要求。当制备催化织物过滤器时，在织物过滤器基板的整个厚度上以提供最佳催化效率的量分散催化材料且通过涂布于过滤器基板上的大量催化材料防止形成过度压降是重要的。除引起操作期间的高压降外，过滤器基板上的厚催化材料层在通过移除所捕获微粒物质再生过滤器期间亦是有问题的，此移除具有催化材料剥落从而导致后续操作循环期间的较低催化效率的风险。因此，有必要将催化材料以足够薄以防止织物过滤器的操作及再生期间的过度压降及催化剂剥离的层应用于织物过滤器壁内的织物纤维上及/或过滤器表面上。在催化技术中，通常认为有效支撑催化剂需要催化活性材料作为单层覆盖在催化剂支撑粒子的表面上。以此，有可能限制织物基板上需要的支撑催化剂的量。另外，需要催化剂支撑粒子在浸渍液体的制备及储存期间不形成大的聚结物。如上文所提及，在制备织物过滤器中使用的数种纤维材料为拒水性的，且通常在(例如)催化陶瓷表面中使用的水性浸渍液体具有有限润湿或无润湿能力，从而容易且均匀地散布于纤维的表面上以形成薄且连续的催化剂层。因此，本专利技术的一般目标是提供一种用于通过使用含有符合以上所提及要求的催化活性材料的水性浸渍液体浸渍织物材料来制备催化织物过滤器的方法。
技术实现思路
吾人已发现此等要求可通过采用包含以下各者的水性浸渍溶液而满足：分散于氧化金属载体水溶胶的纳米粒子上的一或多种催化剂金属前驱化合物的水性溶胶；表面活性剂；及分散剂，其选自一级胺的群组。通过在上文及以下描述中使用的术语「纳米粒子」，吾人理解为大小高达1000纳米的粒子。纳米粒子经定义为就输送及性质而言表现为一个整体单元的小对象。依据上述发现，本专利技术提供一种用于制备催化织物过滤器的方法，其包含以下步骤：a)提供织物过滤器基板；b)提供水性浸渍液体，其包含：分散于氧化金属载体的纳米粒子上的一或多种催化剂金属前驱化合物的水性水溶胶；分散剂，其包含一或多种一级胺；及表面活性剂；c)用浸渍液体浸渍该织物过滤器基板；及d)在低于300℃的温度下干燥且热活化经浸渍的织物过滤器基板以将催化剂前驱体的一或多种金属化合物转化成其催化活性形式。在下文中揭示且论述本专利技术的较佳具体实例。此等具体实例可各自单独地加以采用或以其组合加以采用。经浸渍的织物过滤器基板的热活化可在安装催化织物过滤器基板之前或在将催化织物过滤器基板安装于过滤单元中之后执行。较佳地，热活化温度介于250℃与280℃之间。已发现数个织物过滤器基板具有低热稳定性，而其它材料使催化材料去活化。因此，较佳的织物过滤器基板由涂布有聚合材料(具体而言，聚四氟乙烯)的编织或非编织玻璃纤维组成。此基板可耐受住高达280℃的温度。含有粒子的尾气或烟道气经常以取决于地方法规而必须减小的浓度含有氮氧化物(NOx)、挥发性有机化合物(VOC)、SO2、CO、Hg、NH3、二氧杂环己烯及呋喃。类似于NOx、VOC、二氧杂环己烯及呋喃的气体污染物的减少可通过与催化剂接触而有效进行。在本专利技术的较佳具体实例中，一或多种催化剂金属前驱化合物包含偏钒酸铵、偏钨酸铵、四水合七钼酸铵、硝酸钯、四氨基铂(II)碳酸氢或其混合物，且催化剂金属前驱体化合物的催化活性形式包含氧化钒、氧化钨、氧化钼、呈氧化及/或金属形式的钯及铂中的一或多者。具体而言，支撑于二氧化钛或氧化铝上的基于氧化钒的催化剂为在固定及汽车应用中用于通过用NH3选择性地还原NOx来还原NOx的常用催化剂。有效氧化催化剂为呈氧化及/或金属形式的钯或铂。因此，进一步较佳地，一或多种催化剂前驱体金属化合物由偏钒酸铵及硝酸钯组成，且催化剂金属前驱化合物的催化活性形式由五氧化二钒及钯组成。此等催化剂在移除烃(VOC)及一氧化碳中及在通过与NH3的SCR反应移
除NOx中皆是活性的。氧化金属载体较佳地包含钛、铝、铈、锆的氧化物或其混合物及化合物。进一步较佳地，氧化金属载体由具有介于10nm与150nm之间的粒径的氧化钛纳米粒子组成。由支撑于二氧化钛(TiO2)上的钯及五氧化二钒组成的催化剂因以下原因而为较佳的。Pd/V2O5/TiO2催化剂具有i)双重功能性(移除NOx及移除挥发性有机化合物(VOC))；ii)S耐受性；及iii)与其它催化剂组成物相比较低的SO2氧化活性。在如下文更详细地揭示的浸渍液体的制备中，浸渍溶液中的氧化金属载体水溶胶的一部分在储存期间胶凝且聚结至比较佳大小大的粒径。一级胺分散剂防止聚结或分解已形成的聚结物。一级胺在已经以实现上文所揭示目的的量添加时较佳可溶于水性浸渍液体中。具有少于七个碳原子的一级胺可溶于水，用于本专利技术中的较佳一级胺为单甲胺、单乙胺、单丙胺、单丁胺或其混合物。在此等一级胺当中，最佳分散剂为单乙胺。当一级胺分散剂以导致浸渍液体的pH值高于7的量添加至浸渍液体时获得良好结果。在本专利技术的所有上述具体实例中，进一步较佳地，所制备的催化织物过滤器包含约5至约8wt％的催化活性材料。如上文已提及，有效催化剂需要催化活性材料在氧化金属载体上的单层覆盖。应避免在载体上形成过量的结晶催化活性材料。此情形常常通过将TiO2载体粒子热分散(例如，浸渍)于乙二酸钒溶液中，其后接着将溶液加热至420℃而获得。然而，此方法归因于温度限制(T≤300℃)而不适合于织物过滤器。当结合一级胺分散剂采用所谓的平衡沈积过滤(EDF)方法时，在低温下实行热活化的后催化活性材料的高度分散是可能的。在此方法中，电性相反的金属化合物之间的静电吸引力用于以精细分散形式将一种金属化合物结合于电性相反的金属化合物的表面上。举例而言，TiO2及VxOyz-在4至6的pH区间中具有相反表面电荷。因此，静电吸引力促进VxOyz-沈积至T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备催化织物过滤器的方法，其包含以下步骤a)提供织物过滤器基板；b)提供水性浸渍液体，其包含：分散于氧化金属载体的纳米粒子上的一或多种催化剂金属前驱化合物的水性水溶胶；分散剂，其包含一或多种一级胺；及表面活性剂；c)用该浸渍液体浸渍该织物过滤器基板；及d)在低于300℃的温度下干燥且热活化该经浸渍的织物过滤器基板以将该催化剂前驱体的该一或多种金属化合物转化成其催化活性形式。

【技术特征摘要】
2014.10.14 DK PA2014005871.一种用于制备催化织物过滤器的方法，其包含以下步骤a)提供织物过滤器基板；b)提供水性浸渍液体，其包含：分散于氧化金属载体的纳米粒子上的一或多种催化剂金属前驱化合物的水性水溶胶；分散剂，其包含一或多种一级胺；及表面活性剂；c)用该浸渍液体浸渍该织物过滤器基板；及d)在低于300℃的温度下干燥且热活化该经浸渍的织物过滤器基板以将该催化剂前驱体的该一或多种金属化合物转化成其催化活性形式。2.如权利要求1所述的方法，其中该经浸渍的织物基板的该热活化是在将该经浸渍的织物基板安装于过滤单元中之前或之后执行。3.如权利要求1或2所述的方法，其中该织物过滤器基板由涂布有聚合材料的编织或非编织玻璃纤维组成。4.如权利要求3所述的方法，其中该聚合材料由聚四氟乙烯组成。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该一或多种催化剂金属前驱化合物包含偏钒酸铵、偏钨酸铵、七钼酸铵、硝酸钯、四氨基铂(II)碳酸氢或其混合物。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中该一或多种催化剂金属前驱化合物的该催化活性形式包含氧化钒、氧化钨、氧化钼、呈氧化及/或金属形式的钯及铂中的一或多者。7.如权利要求6所述的方法，其中该一或多种催化剂金属前驱化合物的该催化活性形式由五氧化二钒及呈金属及/或氧化形式的钯组成。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该氧化金属载体包含钛、铝、铈、锆的氧化物或其混合物及化合物。9.如权利要求8所述的方法，其中该氧化金属载体由具有介于...

【专利技术属性】
技术研发人员：法兰西斯寇·卡斯特林诺，托马士·胡尔特·柯林，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK