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嵌埋大表面积聚结物的整体催化剂载体及其制备方法技术

技术编号:3798283 阅读:161 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供一种多孔的氧化物大表面积聚结物作为催化剂载体.该聚结物以粗颗粒形式结合入一种可烧结的陶瓷结构中作为一种分散的非连续相.此聚结物为陶瓷结构内的有效催化剂载体提供必要的大表面接触区,通过烧结而达到合适的密度和强度.(*该技术在2006年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及整体催化剂载体,特别涉及在陶瓷基体内含有一种分散不连续的大表面积相的载体。现有的陶瓷整体催化剂是由具有大表面材料涂层的陶瓷载体组成的,在大表面材料的涂层上沉积了催化剂。具体耒说,陶瓷载体为了达到一定密度和强度,通常是用陶土或其它陶瓷材料在高温下烧结而制备的。这种工艺过程通常造成一个非常小的表面积因此这陶瓷必须涂复具有较大表面积实际上能沉积催化剂的特定化学特性的另外一种材料。在小表面积的陶瓷壁上沉积一层大表面积的“涂浆涂层”(Washcoat)的工艺过程已经公布,例如,在美国专利U.S2742437和U.S3,824,196,中公布过。这种催化剂载体具有如下几种缺陷在操作中,载体常常暴露于含有灰尘或颗粒物质的气流作用中,这可能造成大表面积涂层从底层陶瓷载体上剥离。在载体经受热循环的地方这种现象也可能发生,因为这涂浆涂层和底层陶瓷材料常常具有不同的热膨胀系数。另外,沉积在大表面积涂浆涂层的催化剂对中毒是很敏感的,例如在汽车转化器操作中的铅或磷,因此必须周期地再生或调换。所以本专利技术的一个目的是,提供不容易磨损和以抗中毒的方式承载催化剂的大表面积整体化载体。本专利技术的另外一个目的是,为了在保持适当催化功能必要的多孔性和大表面积的同时,提供具有良好机械性能整体载体。以下叙述本专利技术怎样实现这些和其它目的。本专利技术为催化剂提供制备大表面积聚结物的方法和制备整体化载体的方法,这整体化载体具有第一个基本连续高强度的陶瓷材料烧结相和第二个预埋在陶瓷相内大表面积材料的非连续相。通过混合(a)具有至少20平方米/克的大表面积的一种多孔的氧化物,选自以下这个组氧化铝、氧化硅、尖晶石、沸石、氧化钛、氧化锆、及它们的混合物和(b)该氧化物的粘合剂;加热这种混合物达到250℃温度,以干燥和固化这混合物;再把干燥或固化物造型成具有50~250微米的中值直径的粗粒子,这样的方式首先单独地制备聚结的大表面积相。然后通过混合15~50份(重量)上述粗粒子与50~85份(重量)陶瓷载体材料;把这混合物造型成蜂窝状物;加热这成型的混合物到一定温度并在一段有效时间内使这种陶瓷烧结,这样方式耒制备整体化载体。以此方式制备的整体化截体含有一种烧结到希望强度的陶瓷基体以及为了在陶瓷基体内提供大表面积承载催化剂的聚结的多孔氧化物非连续相。已经辨明,陶瓷虽经烧结,它本身仍是多孔状的,而那聚结粒子尽管在陶瓷壁内,仍可以流通过预定的气流而提供合适的表面接触区并且延长催化剂的寿命。在此预埋的大表面积材料上沉积着催化活性的材料,这样可以防止磨损,也就是认为,陶瓷起着一个过滤器的作用,以致在毒物接触或有害地影响催化剂本身之前通过反应或吸附就消除或结合了它们。本专利技术的整体化载体与目前使用的载体相比较,还有的优点就是重量轻,这是由于用了较轻的大表面积聚结物代替了密度较大的陶瓷材料的缘故,在那些要求催化剂是热活性化的和很快起作用的应用中,如在汽车催化转化器中,本专利技术的整体式载体其减小了的热质量允许“起动”(Liohtgoff)温度会很快地达到。如本专利技术的一个方面,就是单独地制备一种大表面积聚结材料以便接着结合入整体催化剂载体。这是通过混合一种多孔的氧化物和一种该氧化物的粘合剂耒生成一种基本均匀的混合组成的办法耒进行制备的。再把这组成加热以固化和硬化粘合剂并且驱掉另外一些挥发物,然后再造型成粗粒子,这粗粒子将构成本催化剂载体陶瓷基体内的大接触表面相。在本专利技术中适合使用的多孔氧化物是如下这些,这些氧化物在煅烧以后要具有至少每克20平方米的接触表面积,更好是至少每克60平方米接触表面积,最佳至少每克100平方米接触面积。(此地使用的“煅烧”是指加热一种材料到某一温度以下,该材料达到这个温度大体上开始失去它的多孔性和接触表面区域。)比较好的氧化物是氧化铝,氧化硅,尖晶石,氧化钛,氧化锆或沸石,也可以使用这些氧化物的混合物。然而,本专业的技术人员可辨别的是本专利技术并不限于这些特定的氧化物。本专利技术预期可以使用通常用作催化剂载体的并且具有以上提到性能的另外一些材料。本专利技术的制备大表面积聚结物中使用的氧化铝是以下这些,这些氧化铝在煅烧下要提供γ(珈玛)-氧化铝或具有规定接触表面积的其他转变型氧化铝。胶态γ-氧化铝可直接使用,或者“氧化铝前身”(“alumina-precursors)如α-氧化铝一水化物,或者氧化铝氯代水合物等也可以使用。当使用α-氧化铝一水化物时,粒度的大小虽然不是关键的,但是可以使用粒度从小于1微米到大约100微米。这种合适的市售可获材料是开氏(Kaiser SA)衬底氧化铝(Substrate alumina)由开氏氧化铝公司化学科供给,卡达勃尔牌的氧化铝(the CatapalRaluminas)由科诺柯公司化学科(the chemaical division of Conoco Corporation),供给的。胶体状γ-氧化铝一般是不超过1微米的粒度形式,但粒度大小不是严格的。铝的氯代水化物一般是氯化铝水溶液的形式,最好铝的含量按重量比至少为20%。这种类型合适的产品是克劳哈依瑞尔牌(ChlorohydrclR)悦哈依瑞尔牌(RehydrolR)和悦哈本德牌(RehalondR)氧化铝产品,都是由悦海狮化学公司(Reheis Chemical Company)供给。本专利技术使用的尖晶石是目前用作催化剂载体的铝酸镁尖晶石,包括镁由另外一些金属如锰、钴、锆或锌所部分代替的尖晶石固溶体。那些含有超过1∶1 MgO.Al2O3尖晶石1-7%(重量比)的氧化铝的铝酸镁尖晶石是最佳的尖晶石;即是,具有大约72.0-73.5%(重量)的Al2O3(平衡MgO)的那些铝酸镁尖晶石。这种尖晶石是从巴依库斯基国际公司(Biakowski International Co.)订购供应的,或者通过共沉淀,或通过湿式混合氧化铝和氧化镁前身材料粉末接着干燥和煅烧耒制备。这样的制备过程记载于美国专利U.S.4,239,656,其中公开的专利技术在本专利中结合作为参政文献。然而作为这项专利技术一个补充,已经发现,尖晶石的煅烧通常应该不超过1300℃,2-2.5小时,最好煅烧温度在1200℃以下。制备这种尖晶石的合适的氧化铝前身料粉是市售开氏SA的水化的氧化铝或科诺柯卡达勃尔SB氧化铝(勃姆石α-氧化铝一水化物)。所找到合适的含氧化镁粉的是氢氧化镁浆液,约40%重量的MgO,可由杜化学公司(Dow Chemical company)供给,或者水化的碳酸镁。能够用于制备聚结物的大表面积的氧化硅是大约1-10微米或亚微米粒度的无定形的氧化硅如由卡勃托公司(Calot Corporation)供给的卡勃矽尔EH-5(CABOSI LEH-5)胶态氧化硅,氧化硅前身料,如一种胶态硅酸盐水溶液的悬浮液,也可以使用。适合用于聚结物的大表面积氧化钛也是商业上可获得的如由De Gassa公司供给的P25 Tio2。氧化钛的前身料如水解了的异丙氧化钛也是可以使用的。在各种催化作用和分子筛选操作中提供大表面积,使用沸石是众所周知的。用于本专利技术的易得到的沸石包括具有认可方法符号A、X和Y的晶体硅铝酸盐沸石和硅质岩石(Silicalite)。沸石A.X和Y和它们的制备方法分别公布美国专利U.S.本文档来自技高网...

【技术保护点】
大表面积聚结物颗粒的制备方法,包括:(a)混合物料(i)和(ii)成一种基本均质的物体,(i)具有表面积至少20平方米/克的一种选自以下这组的多孔氧化物:氧化铝,氧化硅,尖晶石,氧化钛,沸石,氧化锆和它们的混合物,(ii)该氧化 物的一粘合剂;(b)干燥这物体;(c)成形这物体构成为具有50-250微米中值直径的颗粒。

【技术特征摘要】
US 1985-3-18 712,8861.大表面积聚结物颗粒的制备方法,包括(a)混合物料(i)和(ii)成一种基本均质的物体,(i)具有表面积至少20平方米/克的一种选自以下这组的多孔氧化物氧化铝,氧化硅,尖晶石,氧化钛,沸石,氧化锆和它们的混合物,(ii)该氧化物的一粘合剂;(b)干燥这物体;(c)成形这物体构成为具有50-250微米中值直径的颗粒。2.根据权利要求1所述的方法,其中混合步骤(a)是按每100份重的多孔氧化物使用5-60份重的粘合剂进行的。3.根据权利要求1所述的方法,其中粘合剂是一种聚硅酮树脂、聚糠醇、甲基纤维素、聚乙烯醇,或者它们的混合物。4.根据权利要求2所述的方法,其中多孔的氧化物是尖晶石或者氧化铝和氧化硅的混合物,粘合剂是聚糠醇,而其中混合步骤(a)包括分混合步骤(1)和(2),(1)把氧化铝和氧化硅混合入单体糠醇内,(2)用无机酸水溶液接触如此形成的混合物耒聚合该糠醇。5.根据权利要求2所述的方法,其中多孔的氧化物是尖晶石或者氧化铝和氧化硅的一种混合物,而其中粘合剂是甲基纤维素。6.根据权利要求2所述的方法,其中多孔的氧化物具有每克重至少60平方米的表面积。7.一种制备具有第一基本连续陶瓷载体相和在其中预嵌入的大表面积的第二非连续载体相的整体催化剂载体的方法包括(a)把物料(ⅰ)和(ⅱ)混合成一种基本上均质的物体,(ⅰ)具有至少20平方米/克的表面积的选自以下这组的一种多孔的氧化物氧化铝、氧化硅、尖晶石、氧化钛、沸石、氧化锆和它们的混合物,(ⅱ)该氧化物的一种粘合剂;(b)干燥这个物体;(c)把这物体造型成具有50-250微米中值直径的颗粒;(d)把15-50份(重)如此生成的颗粒,50-85份(重)颗粒状的陶瓷载体材料,和3-20份(重)的粘合剂混合;(e)把步骤(d)的混合物造型成蜂窝状物;(f)在一个足以烧结该陶瓷材料的温度下加热成型的混合物。8.根据权利要求7所述的方法,其中粘合剂是一种聚硅酮树脂、聚合的糠醇、甲基纤维素、聚乙烯醇、或它们的混合物。9.根据权利要求7所述的方法,其中陶瓷材料是堇青石、莫耒石、粘土、滑石、氧化锆、氧化锆-尖晶石、氧化铝、氧化硅、铝硅酸锂、氧化铝-氧化锆复合材料,或它们的混合物,而该陶瓷材料具有比200目细的粒度。10.根据权利要求9所述的方法,其中(d)步骤的载体材料是堇青石,(a)步骤的多孔氧化物是尖晶石或者氧化硅的混合物,(a)步骤的粘合剂是聚合的糠醇,而步骤(a)包括分步骤(1)和(2...

【专利技术属性】
技术研发人员:卡洛马丁戈莉洛欧文莫里斯兰奇门
申请(专利权)人:康宁玻璃厂
类型:发明
国别省市:US[美国]

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