一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，包括：采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，维持储罐在负压状态，先对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，获得具有涂层的整体式催化剂堇青石载体；采用浸渍处理，在整体式催化剂堇青石载体负载锰铈氧化物，获得堇青石整体式催化剂。本发明专利技术通过升温负压过程有效的去除了堇青石孔道中残存的空气和吸附物，使更多的浆料进入孔道内填充孔道增加涂覆负载量，同时提高了涂层与堇青石的接触面，提高了涂层的稳定性。本发明专利技术堇青石整体式催化剂在催化活性与稳定性方面具有明显的优势。的优势。的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法


[0001]本专利技术涉及一种新型功能材料制备技术，具体涉及一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)常见于石油化工行业的废气。催化燃烧技术因处理对象多、效率高、工艺简单等优点，是末端治理VOCs的有效手段之一。整体式催化剂因具有床层压降损失小、传质效率高、结构规整、机械强度和抗热性好等特点，常被石油化工行业用于VOCs净化。然而，作为支撑载体的堇青石(2MgO
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Al2O3·
5SiO2)蜂窝陶瓷表面光滑且比表面积较低(约0.7m2·
g
‑1)，限制了活性物种负载量。涂覆一层高比表面积的氧化物或活性炭等作为支撑载体的涂层，分散催化剂的活性组分，是整体式催化剂性能提升的有效途径，制备出均匀分布且结构稳定的高比表面积涂层备受人们的关注。
[0003]使用不同涂覆方式制备堇青石整体催化剂涂层，对涂层的负载率、涂层厚度的均匀性、涂层抗龟裂和稳定性起着不同影响。传统涂层涂覆的方法，一般先通过溶胶凝胶法制备出涂覆浆料，再将预处理后的堇青石支撑载体浸渍在浆料中，而后取出用压缩空气吹扫去除孔道中残余浆料，干燥焙烧制得涂层。然而堇青石蜂窝陶瓷支撑载体内存在丰富的大孔，直接将其浸渍在浆料中，会导致孔道内气体无法排除被压缩在孔道中，然后再高温焙烧过程气体因受热膨胀导致涂层出现密集龟裂现象，甚至部分涂层直接脱落，直接影响涂层的均匀性、稳定性和涂覆率。近些年，有研究者在支撑载体涂覆涂层时利用超声波辅助浸渍技术制备涂层，与将较支撑载体直接浸渍在浆料中相比，超声波辅助浸渍浆料制得的涂层涂覆率更高，比表面积也更大且形成较多介孔结构，同时涂层的均匀性也得到改善，稳定性和涂层龟裂得到了缓解。
[0004]此外，也有研究者通过水热合成法在堇青石蜂窝陶瓷支撑载体表面生长一层氧化物作为过渡涂层负载催化活性组分。虽然水热法合成氧化物涂层在晶体形貌可控且涂层稳定性也更好，但实际工业规模化生产中依然存在合成工艺复杂、能耗高、合成过程时间长等诸多问题。
[0005]因此使用浆料浸渍制备涂层是目前最可行的策略，但是在浸渍制备涂层的具体方法依然存在很大的争议。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有堇青石蜂窝陶瓷涂覆方式的不足，提供一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，在采用浸渍方式涂覆浆料之前，采用负压升温方式去除堇青石支撑载体孔道中残存的空气和吸附物种，使得更多的浆料进入孔道内填充孔道以增加涂覆负载量，同时提高了涂层与堇青石支撑载体的接触面，进而提高涂层的稳定性。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，包括：将堇青石蜂窝陶瓷放入等离子发生设备中，采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，维持储罐在负压状态，先对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料，依次进行阴干、干燥、焙烧，获得具有稳定的、均匀的涂层的整体式催化剂堇青石载体；采用浸渍处理，在整体式催化剂堇青石载体负载锰铈氧化物，获得堇青石整体式催化剂。
[0009]所述的变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，包括如下步骤：
[0010]步骤(1)、将堇青石蜂窝陶瓷放入等离子发生设备中，关闭舱室门，启动真空泵将舱室抽成负压状态，采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；
[0011]步骤(2)、将经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，抽真空维持储罐在负压状态，水浴升温，对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，冷却至室温，导入浆料，采用浸渍处理在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料；抽离浆料；
[0012]步骤(3)、经过浸渍处理的堇青石蜂窝陶瓷室温阴干，再依次进行干燥、焙烧，获得具有稳定的、均匀的涂层的整体式催化剂堇青石载体；
[0013]步骤(4)、将整体式催化剂堇青石载体放入活性组分溶液中浸渍，取出，再依次进行干燥、焙烧，得到负载锰铈氧化物的堇青石整体式催化剂。
[0014]作为本专利技术所述的变温真空涂覆方式制备整体式催化剂堇青石载体的方法的优选技术方案，还包括：在负压状态下，经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷依次进行加热处理、浸渍处理，共处理1～3次，获得具有1～3层涂层的整体式催化剂堇青石载体。
[0015]具体的，按照步骤(2)和步骤(3)处理1～3次，获得具有1～3层涂层的整体式催化剂堇青石载体，优选为3层。
[0016]步骤(1)中，所述的等离子发生设备的输出功率为25～100KW，等离子体工作气体为Ar:N2＝1:1V/V的混合气体，处理时间为30～150min；混合气体在单位时间内处理单位体积堇青石蜂窝陶瓷的流量为0.33～0.50L
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min
‑1·
cm
‑3。
[0017]优选的，等离子体与堇青石表面元素碰撞，使部分Si、Mg、Al元素从堇青石表面脱落，对不同功率和不同时间处理的堇青石进行XRD表征，根据样品的特征峰位置和强度发生的变化可以发现：经过等离体子预处理的样品中没有新的特征峰的生成或特征峰的位置改变，特征峰强度均减弱；随着处理时间延长，特征峰强度的减弱幅度先增加再降低，预处理时间分别为60min、90min时，堇青石的特征峰强度均出现了大幅度减弱，因此，等离子体预处理时间优选为60～90min。通过对比整体式催化剂堇青石载体的涂层涂覆量和比表面积等参数可知，等离子发生设备的输出功率优选为75w～100KW。
[0018]步骤(2)中，所述的储罐维持负压为
‑
0.08～
‑
0.1MPa(表压)，在负压状态下，经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理和浸渍处理。
[0019]所述的加热处理的温度为70℃～90℃，加热处理的时间为10～30min，优选为30min。
[0020]优选的，所述的加热处理为：采用水浴加热的方式，按照升温速率8～10℃
·
min
‑1，从常温升温至70℃～90℃，再恒温加热10～30min。
[0021]所述的浆料为固含量20～25％的铝胶。堇青石蜂窝陶瓷单次浸渍的时间为30～
60min。
[0022]所述的铝胶是由浓度0.3M的硝酸水溶液、拟薄水铝石和尿素按质量比为(4～5):(1.6～2):(0.8～1)制备得到的。具体制备方法为：将浓度为0.3M硝酸水溶液、拟薄水铝石和尿素混合，搅拌4h，静置至无沉淀，放入30℃油浴锅中搅拌老化1h，得到铝胶。
[0023]步骤(3)中，所述的阴干的时间为8～12h，优选为12h。
[0024]所述的干燥的温度为50～70℃，优选为60℃，干燥的时间为10～12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，其特征在于：包括：将堇青石蜂窝陶瓷放入等离子发生设备中，采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，维持储罐在负压状态，先对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料，依次进行阴干、干燥、焙烧，获得具有涂层的整体式催化剂堇青石载体；采用浸渍处理，在整体式催化剂堇青石载体负载锰铈氧化物，获得堇青石整体式催化剂。2.根据权利要求1所述的变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、将堇青石蜂窝陶瓷放入等离子发生设备中，关闭舱室门，启动真空泵将舱室抽成负压状态，采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；步骤(2)、将经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，抽真空维持储罐在负压状态，水浴升温，对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，冷却至室温，导入浆料，采用浸渍处理在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料；抽离浆料；步骤(3)、经过浸渍处理的堇青石蜂窝陶瓷室温阴干，再依次进行干燥、焙烧，获得具有涂层的整体式催化剂堇青石载体；步骤(4)、将整体式催化剂堇青石载体放入活性组分溶液中浸渍，取出，再依次进行干燥、焙烧，得到负载锰铈氧化物的堇青石整体式催化剂。3.根据权利要求1或2所述的变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，其特征在于：在负压状态下，经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷依次进行加热处理、浸渍处理，共处理1～3次，获得具有1～3层涂层的整体式催化剂堇青石载体。4.根据权利要求1或2所述的变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，其特征在于：所述的等离子发生设备的输出功率为25～100KW，等离子体工作气体为Ar:N2＝1:1V/V的混合气体，处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔旭，费兆阳，赵帅，陈献，崔咪芬，王翠翠，刘清，汤吉海，张竹修，
申请(专利权)人：南京资环工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：