一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层及其制备的催化剂制造技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，具体涉及一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层及其制备的催化剂。涂层，包括改性组分和主催化组分；改性组分包括非金属元素改性的γ

【技术实现步骤摘要】
一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层及其制备的催化剂


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层及其制备的催化剂。

技术介绍

[0002]整体式催化剂由于结构可控，流体动力学性能优良等优点广泛应用于有机废气处理，水污染净化、光催化等领域，其主要组成为多孔整体式载体和活性涂层。目前对活性涂层的添加主要为直接喷涂或者浸渍涂料后焙烧。其中直接喷涂不仅均匀度控制困难，而且用料大，可能需要多次喷涂。使用浸渍
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焙烧的方法也需要面临着对载体预处理，提前沉积粘结剂涂层，多次沉积、多次焙烧等繁杂工艺的考验。如CN114985937A对载体喷砂预处理后再喷涂制备好的氧化物粉末，所获涂层较厚；CN115025778A、CN113969069A等均需要添加粘结涂层或在涂料中添加粘结剂以保证涂层粘附；CN11222149613A、CN102133537A沉积的涂层包括多孔基础涂层和主要催化涂层，需要多次焙烧。基于焙烧次数的优化，专利CN108889309A实现了单次涂覆、单次焙烧，但涂料混合使部分活性相易被其他氧化物包覆，且仍需要添加粘结剂辅助粘结。
[0003]最重要的是，现有涂层普遍具有颗粒高度团聚的现象，造成活性位点大量损失，孔径结构分散不均，气体通道堵塞不通，活性相利用率低下，显著降低涂层优势。其次，上述工艺都是类似CN113584417A直接以目标氧化物为原料，或者和RU2017117114220类似用金属盐、金属碱提前制备好的氧化物、金属颗粒为涂料，也即涂料的制备和涂层沉积为两个过程。这意味着涂料所需要的经济、时间成本较高，用量大。

技术实现思路

[0004]针对现阶段存在的三个问题，(1)由于涂层颗粒高度团聚，缺少气体流通通道，孔径结构随机不均，比表面积较小，活性位点大量损失的问题。(2)涂料的合成和涂层沉积过程分离，导致活性氧化物涂层原料成本高，涂料制备步骤繁复，涂层沉积工艺复杂、沉积涂层过厚的问题。(3)载体预处理要求高，多次焙烧能耗高、耗时长，需要额外喷涂粘结涂层或者在涂料中添加粘结剂的问题。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层，包括改性组分和主催化组分；
[0007]所述改性组分包括改性多孔组分和助催化组分；
[0008]所述改性多孔组分为非金属元素改性的γ
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Al2O3；
[0009]所述助催化组分为可变价金属氧化物或其他具备丰富氧空位、活性位点的碱土金属、稀土金属氧化物；
[0010]所述主催化组分为对某种反应具有高效催化作用的金属氧化物。
[0011]优选地，非金属元素改性的γ
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Al2O3的非金属元素为P、B或Si；和/或所述的助催化组分为CeO2，MgO，BaO；和/或所述主催化组分为Pd、Pt、Ru、Cu或Ni。
[0012]优选地，包括上述具有花状团簇的介孔催化剂涂层和多孔载体。
[0013]优选地，所述的多孔载体为多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷为蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷。
[0014]优选地，具有花状团簇的介孔催化剂涂层占催化剂整体的1
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6wt％。
[0015]本专利技术的另一个目的，保护上述具有花状团簇的介孔催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)将硝酸铝和助催化组分对应的硝酸盐配置成70
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90℃的热硝酸盐溶液，为浸渍液L1；
[0017](2)将非金属元素对应的弱酸滴加到50
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90℃的氨水中超声配置成溶解有弱酸铵盐的氨水浸渍液L2；
[0018](3)将主催化组分对应硝酸盐滴加到氨水中，超声配置成浸渍液L3；
[0019](4)将多孔陶瓷清洗后置于浸渍液L1中，鼓风去除残余浸渍液，干燥；此时获得硝酸盐涂层；再置于浸渍液L2中密封静置，干燥；此时硝酸盐涂层转变为吸附有氨根离子、弱酸根离子的碱涂层；最后置于浸渍液L3中；水浴加热，烘干；此时碱涂层结合了主催化元素对应的硝酸铵盐；
[0020](5)将完成浸渍步骤的多孔陶瓷于300
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700℃焙烧3
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6h合成多元氧化物催化涂层。
[0021]优选地，所述步骤(1)中助催化组分对应的硝酸盐含量为5％
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30wt％；硝酸铝含量30
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60wt％。
[0022]优选地，所述步骤(1)、(2)所用氨水浓度在22wt％以上；
[0023]优选地，所述步骤(2)中非金属元素对应的弱酸的质量占溶解有弱酸铵盐的氨水浸渍液L2的质量比为：0.1
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5wt％。
[0024]优选地，所述步骤(3)中主催化组分对应硝酸盐的质量由主催化元素占多孔陶瓷质量的0.01％
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1％换算。
[0025]本专利技术利用浸渍L1后的硝酸盐涂层主要是硝酸铝，浸渍L2后硝酸铝变成氢氧化铝，并结合有铵根和弱酸根(改性非金属元素)，铵根和弱酸根此时起到调节形貌作用。最后一步焙烧，氢氧化铝变成γ
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氧化铝，铵根变成氨气，弱酸根留下起改性作用；本申请制备的具有花状团簇的介孔催化涂层具备三维网状孔径结构，涂层表面部分纳米氧化铝团聚为松针状花叶，花叶一端聚集，组装为具有径向结构的花状团簇。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027](1)经过多次成分转变，涂层最终获得均匀分散的网状孔径和介孔结构，且弱酸盐和氨水调节纳米氧化铝表面能形成花状团簇，这些特殊形貌为反应气体提供大量流通通道，将气体运送到涂层各个角落，充分发挥出涂层优势，提高传质效率。涂层的特殊结构使比表面积增大，活性位点得到释放，活性相利用率提高，催化性能得到改善。
[0028](2)利用多元金属氧化物对应的硝酸盐和氨水等，同时完成多孔氧化物、助催化氧化物和催化活性相的制备，实现了涂料合成和涂层沉积过程的结合。相对于直接用氧化物涂覆，原料成本降低，无需考虑喷涂固化，合成的涂层更薄。且由于采用多步浸渍、一次焙烧的方法，时间和经济成本较低，耗能减少。
[0029](3)不需要对载体提前进行额外处理，不需要喷涂粘性物质辅助涂层粘结，也不需要在涂料中额外添加粘结剂，且稳定不易脱落。
[0030](4)本技术操作简捷，原料简单，适合工业化生产。
附图说明
[0031]图1为涂层表面纳米氧化铝颗粒形成的三维网状孔和花状团簇(左图)；花状团簇在涂层中的广泛分布(右图)；
[0032]图2为由氮气物理吸脱附测试得到的本工艺涂层(左图)和普通涂层(右图)的孔径对比；
[0033]图3为实施例3制备的催化剂的XRD图。
[0034]实施例1
[0035]一种具有花状团簇的介孔催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0036](1)将6Kg硝酸铝和2Kg硝酸铈溶于10L去离子水中，水浴加热到80℃；为浸渍液L1；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有花状团簇的介孔催化剂涂层，其特征在于，包括改性组分和主催化组分；所述改性组分包括改性多孔组分和助催化组分；所述改性多孔组分为非金属元素改性的γ
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Al2O3；所述助催化组分为可变价金属氧化物或其他具备丰富氧空位、活性位点的碱土金属、稀土金属氧化物；所述主催化组分为对某种反应具有高效催化作用的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的具有花状团簇的介孔催化剂涂层，其特征在于，非金属元素改性的γ
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Al2O3的非金属元素为P、B或Si；和/或所述的助催化组分为CeO2，MgO，BaO；和/或所述主催化组分为Pd、Pt、Ru、Cu或Ni。3.一种具有花状团簇的介孔催化剂，其特征在于，包括权利要求1或2所述的具有花状团簇的介孔催化剂涂层和多孔载体。4.根据权利要求3所述的具有花状团簇的介孔催化剂，其特征在于，所述的多孔载体为多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷为蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷。5.根据权利要求3所述的具有花状团簇的介孔催化剂，其特征在于，具有花状团簇的介孔催化剂涂层占催化剂整体的1
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6wt％。6.权利要求3
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5任一所述的具有花状团簇的介孔催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸铝和助催化组分对应的硝酸盐配置成70
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90℃的热硝酸盐溶液，为浸渍液L1；(2)将非金...

【专利技术属性】
技术研发人员：史国普，魏郁林，冀珺，王志，李庆刚，梁福鑫，王红磊，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：