掺合氧化铝和二氧化硅团块的整体摧化剂载体制造技术

本发明专利技术提供了一种经改进的整体催化剂载体，在其结构中高表面积氧化物材料的载体相被分散在烧结陶瓷材料的上面和内部，改进的方法是使用含５０—９３重量％氧化铝和７—５０重量％二氧化硅的混合物作为高表面积氧化物载体相．在焙烧或暴露于工作温度后，所述的氧化铝和二氧化硅混合物比单独的任何一种组分要保持更高的表面积，从而赋予所述整体催化剂载体结构以较高的总表面积．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利申请是1985年3月18日以欧文·M·拉契曼(Irwin M·Lachman)和卡洛·戈里诺(Carlo Golino)名义提出申请并共同转让的专利申请流水号712，886以及1985年3月18日以欧文·M·拉契曼(Irwin M.Lachman)、普鲁诺布·巴德赫(Pronob Bardhan)和劳伦斯·A·诺德莱(Lawrence A·Nordlie)名义提出申请并共同转让的专利申请流水号712，875的继续部分。本专利技术是以具有经过烧结的陶瓷结构相和分散在该陶瓷上面或内部的高表面积载体相的整体催化剂载体结构为目标。本专利技术特别是以采用氧化铝和二氧化硅混合物作为高表面积相来进行改进的这类催化剂载体结构为目标。传统的陶瓷整体催化剂载体由具有高表面积材料涂层的陶瓷载体材料所组成，而催化剂实际上沉积在其上。尤其是，陶瓷载体通常是通过在高温下烧结白土或其它陶瓷材料的模压品以赋予其密度和强度来制备的。该制备过程一般导致陶瓷载体的表面积很小，从而该陶瓷要用既有特定的化学特性又有高表面积的另外一种材料涂覆，而催化剂实际上沉积在其上。在低表面积陶瓷壁上沉积高表面积“修补基面涂层”“washcoat”的过程被公开在诸如美国专利2，742，437和3，824，196上。然而，这些催化剂载体的高表面积修补基面涂层在使用期间因高温(例如汽车排气的高温)常使其表面积受损。最近，把高表面积相掺合在陶瓷结构相本身内的整体载体有了发展，在这些载体(公开在1985年3月18日提交申请并且共同转让待批的美国专利流水号712，875和712，886上)中高表面积材料与可烧结的陶瓷材料一起以一步法共同挤出，而且在该整体焙烧后所述的高表面积材料在陶瓷基体内保持为分散相，这类催化剂载体虽然消除了那些具有外部高表面积“修补基面涂层”催化剂载体的若干机械上和物理上的问题，但是可能因受到高的使用温度影响使其高表面积相易于热降解。此外，由于与陶瓷材料一起共挤出，在陶瓷焙烧期间出现高表面积氧化物相，为此也同样受到此过程中所涉及的高温的影响。因而希望采用一种在焙烧期间或在使用时尽管受到高温影响也能保持高表面积的氧化物载体材料。氧化铝和二氧化硅混合物已用作催化剂载体材料，英国专利1，591，628大致公开了氧化铝-二氧化硅混合物作为用于催化剂的外部修补基面涂层载体的用途，但没有公开其特定的组分及特殊的制备方法。美国专利4，129，522公开了含27-75重量%氧化铝和75-25重量%二氧化硅的水凝胶球体的制备，这些球体被认为是适于用作催化剂载体，但是该专利所公开的既不是制备方法又不是使用温度超过760℃，该专利也未公开所述球体在整体载体结构中的应用。美国专利4，151，121公开了用凝胶法制得的含5-40重量%氧化铝的氧化铝-二氧化硅混合物作为掺合在粒化的催化剂载体内的催化剂载体相的用途。美国专利3，637，525公开了一种氧化铝-二氧化硅混合物与磷酸硼结合形成用于催化剂载体的奇特结构/载体相的整体催化剂载体。氧化铝/二氧化硅混合物是用氧化铝和二氧化硅按1.5∶1到9/∶1的重量比进行共沉淀或共凝胶来加以制备。本专利技术的一个目的是提供一种具有烧结陶瓷材料的坚固结构相和高表面积整体化载体材料第二相的改进的整体催化剂载体，它在使用时防止了热降解。本专利技术的另一目的是提供即使遭受到在陶瓷焙烧过程中所使用的高温，载体相也能保持高表面积的这类整体催化剂载体。待描述的本专利技术会满足这些目的和其他目的。本专利技术提供一种包含了烧结陶瓷结构相和与该结构相整体化的多孔性氧化物高表面积载体相的改进的整体催化剂载体结构，其中多孔性氧化物载体基本上由50-93重量%氧化铝和7-50重量%二氧化硅组成。本专利技术的氧化铝-二氧化硅相尽管遭受到陶瓷焙烧和催化剂使用时的高温，仍保持了高的高表面积，今人惊讶地发现，如果分别在同样地遭受到上述高温条件下用作本专利技术载体相的氧化铝和二氧化硅的物理混合物要比组分中的任何一个保持更高的表面积。因而，取决于表面积的催化活性可保持到超过在相似条件下迄今所能达到的程度。像汽车催化转换器这样的催化剂载体结构中催化活性效能的提高可获得提高燃料效率这样一些好处。包含在本专利技术中的所述改进涉及到发现氧化铝和二氧化硅的物理混合物可用作催化剂载体系统的高表面积相，以及尽管遭受到通常会导致热解降的条件，所述混合物要比单独任何一个组分保持更高的单位重量的表面积。通过使得细散的氧化铝和二氧化硅粉末的均匀拌和，已知二者中任何一个组分的烧结要受到另一个组分的阻碍，而且二氧化硅的存在使氧化铝实质上保持在更符合要求的、高表面积的过渡状态。根据本专利技术，如同一个整体那样的催化剂-载体系统的高表面积催化剂载体相，基本上由50-93重量%氧化铝和7-50重量%二氧化硅(即氧化铝∶二氧化硅的摩尔比约为1∶1.7到7.8∶1)组成，其重量和摩尔比按照干的、烧结后的氧化铝和二氧化硅计算确定之。优先使用的二氧化硅和二氧化硅材料是在干燥和烧结后，其表面积至少达40平方米/克，更好的是至少达100平方米/克，以及最好的是至少达200平方米/克的那些材料。氧化铝和二氧化硅材料的最大晶粒大小以0.5微米为宜(本文所用的“烧结”一词，其含意是把一结晶材料加热到足以能去除晶格内水份的温度，但又低于使该材料开始显著地损失多孔性或表面积的温度)。用于制备本专利技术高表面积相的氧化铝是烧结过程中可提供γ-氧化铝或具有特定表面积的其它过渡氧化铝，可直接使用胶态γ-氧化铝，或者也可使用诸如α-氧化铝-水化物那样的“氧化铝前体”。胶态γ-氧化铝一般呈不超过一微米的颗粒形态。当使用α-氧化铝-水化物时，其粒子大小可从小于1微米直至100微米左右，不过粒子大小以不超过50微米为佳。市场上有售的这类合适材料是凯瑟(Kaiser)氧化铝公司凯瑟(Kaiser)化学部出品的凯瑟(Kaiser)SA基质氧化铝;科诺克(Conoco)公司化学部出品的卡塔普尔(CATAPAL)氧化铝和迪斯普尔(DISPAL)氧化铝;以及阿尔考阿(Alcoa)公司出口的哈德罗尔(HYDRAL)和“F”系列活性氧化铝。可用于本专利技术的高表面积二氧化硅是晶粒大小为亚微米级的无定形二氧化硅，例如卡鲍脱(Cabot)公司出品的卡鲍雪尔(CABOSIL)胶态二氧化硅，以及PQ公司出品的QUSO G-761二氧化硅。使用的最佳的氧化铝是凯瑟(Kaiser)SA基质氧化铝，使用的最佳的二氧化硅的卡鲍雪尔(CABOSIL)EH-5二氧化硅。根据本专利技术，催化剂-载体整体的高表面积相是通过使氧化铝和二氧化硅按上述所指比例(以干的烧结后材料为基准)混合来制备，较佳的氧化铝/二氧化硅混合物具有氧化铝比二氧化硅的摩尔比从3∶1到3∶4(大约55-85重量%的氧化铝)，最好是其摩尔比为3∶2左右(大约72重量%的氧化铝，而更一般地说是大约65-75重量%)。正如上述，氧化铝和二氧化硅组分最好是呈细散的微粒状态，而且，如下所作的更充分说明，或者干燥或者以分散体使其混合达到基本上均匀性。本专利技术的氧化铝/二氧化硅高表面积载体相用任何一种传统方法使其与整体载体的陶瓷结构相结合，而成为整体化的载体相和结构相。在最为众所周知的方法中，所述的载体材料作为一种外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经改进的整体催化剂载体，其特征在于：所述的经改进的整体催化剂载体结构包含了一烧结陶瓷材料的结构相和与该结构相整体化的多孔性氧化物的高表面积载体相，其中所述的多孔性氧化物载体相基本上由５０—９３重量％氧化铝和７—５０重量％二氧化硅组成。

【技术特征摘要】
US 1985-3-18 712875;US 1985-3-18 712886;US 1985-5-1.一种经改进的整体催化剂载体，其特征在于所述的经改进的整体催化剂载体结构包含了一烧结陶瓷材料的结构相和与该结构相整体化的多孔性氧化物的高表面积载体相，其中所述的多孔性氧化物载体相基本上由50-93重量%氧化铝和7-50重量%二氧化硅组成。2.根据权利要求1所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的烧结陶瓷相基本上是连续的，而其中的高表面积载体相基本上是嵌埋在陶瓷相内的不连续的、分散的、可辨别的相。3.根据权利要求2所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的整体所具有的表面积至少达15平方米/克。4.根据权利要求3所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于它是呈蜂窝状的成形物。5.根据权利要求1所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的载体相基本上由55-85重量%的氧化铝和15-45重量%的二氧化硅所组成。6.根据权利要求5所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的烧结陶瓷相基本上是连续的，而其中的高表面积载体相基本上是嵌埋在陶瓷相内的不连续的、分散的、可辨别的相。7.根据权利要求6所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的整体所具有的表面积至少达15平方米/克。8.根据权利要求7所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于它是呈蜂窝状的成形物。9.根据权利要求1所述的经改进的整体催化剂载体，其特征在于其中的载体相基本上...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧文莫里斯拉契曼，劳伦斯安德烈诺德莱，
申请(专利权)人：康宁玻璃厂，
类型：发明
国别省市：US[美国]