以钙铝石为涂层的蜂窝陶瓷型整体催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号:3865380 阅读:252 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种以钙铝石为涂层的蜂窝陶瓷型整体催化剂及其制备方法和应用。所述蜂窝陶瓷型整体催化剂是以蜂窝陶瓷为载体,在蜂窝陶瓷表面包覆钙铝石涂层,然后在钙铝石涂层表面负载复合金属氧化物;所述复合金属氧化物为钙钛矿型氧化物或尖晶石型氧化物,所述整体催化剂中,钙铝石涂层与蜂窝陶瓷的质量比为0.02~0.2∶1,复合金属氧化物与蜂窝陶瓷的质量比为0.02~0.2∶1。以钙铝石为涂层的蜂窝陶瓷型整体催化剂可用作催化燃烧催化剂,具备良好黏附性、高热稳定性和高催化活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种催化燃烧催化剂,具体涉及一种蜂窝陶瓷型整体催化剂及其 制备方法和应用。
技术介绍
.催化燃烧作为一种废气处理技术,可有效地除去废气中含有的小分子挥发性 的有机物,将它们在较低温度下完全氧化为C02和H20。近年来,这一技术随 着人们对环境问题的重视,在国内外得到了很多的研究。催化燃烧的关键在于催化剂的效率,开发出高效的催化剂是催化燃烧技术的 关键,目前所研究的催化剂按照活性组分种类可以分为贵金属催化剂和非贵金属 氧化物催化剂等。后前在实际中,为了增加燃烧催化剂的机械强度和降低压降, 一般要把这些活性组分涂敷到骨架材料如堇青石蜂窝陶瓷上,制成整体催化剂来 使用。而为了增加活性组分与堇青石之间的粘附性,还需要在进青石表面先涂上 一层涂层作为载体,然后再负载活性组分。Y-A1203因具有良好的粘附性和较大的比表面积,成为最常用的涂层材料之一,但?Al203的热稳定性比较差,高温下会与活性组分作用,从而影响催化剂的性能,因此为提高其热稳定性,还需要 对,A1203的表面进行修饰,或者使用其它的涂层。添加其它助剂如Zr02、 MgO、 La203、 Ce02等碱土金属及稀土元素'氧化物等是常用的手段,例如中国专利 CN1488435采用碱土金属和二氧化硅作为助剂,中国专利CN1415410,则采取 Ti02, Zr02等作为助剂,均具有比较好的效果,中国专利CN1903428A则制备 了 Ce02氧化物,作为新的涂层材料,而此前专利技术人所在课题组所制备的具有六 铝酸盐晶体结构的Sro.3Bao.5Lao.2MnAlnCh9涂层,也取得了比较好的结果(高校化4学工程学报,22(2008):954-959),但六铝酸盐的缺点之一是制备需要经过1200°C 以上的高温焙烧,经过这一处理之后比表面积会非常小。中国专利申请CN 101439290A公开了一种蜂窝陶瓷型钙钛矿催化燃烧催化 剂及其制备和应用,该催化剂是以带金属氧化物涂层的蜂窝陶瓷为载体,负载有 组成为La^SrxCoyMm.yCb (x=0 0.7, y=0 0.7)的催化活性组份,所述的带金 属氧化物涂层的蜂窝陶瓷是在堇青石材质的蜂窝陶瓷表面负载有Y-Al203、 CemZri.m02 (m=0.1~0.8)、 LaMnAlu019、 BaMnAlu019或Sr12Al14021 (结构为 12SrO7Al203)的金属氧化物涂层。然而这些涂层或者会在高温下结构被破坏 (12SrO7Al203,其分解温度为900°C ,如图1),或者会与活性组分发生反应 (Y-A1203),导致催化剂失活,或者在制备过程中需要较高的温度(>1200°C) (LaMnAlnCh9、 BaMnAln019),因此在一定程度上限制了这些涂层的使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是针对目前燃烧催化剂所需涂层材料需具 备良好黏附性和高热稳定性的现状,提供一种具备良好黏附性和高热稳定性的以 钙铝石12CaO7Al203为涂层的蜂窝陶瓷型整体催化剂。为解决上述技术问题,本专利技术采用如下技术方案一种蜂窝陶瓷型整体催化剂,是以蜂窝陶瓷为载体,在蜂窝陶瓷表面包覆钙 铝石涂层,然后在钙铝石涂层表面负载复合金属氧化物;所述复合金属氧化物为 钙钛矿型氧化物或尖晶石型氧化物,所述钙铝石的化学式为12CaO7Al203;所 述的钙钛矿型氧化物的化学式为AB03,其中A为La和Sr元素中的一种或者两 种,B为Co、 Fe和Mn元素中的一种或者几种;所述的尖晶石型氧化物的化学 式为AB204,其中A为Cu, B为Mn、 Ce、 Cr中的一种或几种;所述整体催化 剂中,钙铝石涂层与蜂窝陶瓷的质量比为0.02 0.2: 1,优选0.05 0.1;复合金属氧化物与蜂窝陶瓷的质量比为0.02 0.2: 1,优选0.05~0.1。本专利技术以蜂窝陶瓷作为载体,所述的蜂窝陶瓷优选使用堇青石蜂窝陶瓷。 本专利技术使用钙铝石作为涂层,钙铝石类氧化物的通式为12MO7Al203,是一 种由A104和M^结合而成的晶体,每个晶胞含有两个通式单位的元素 (4+' 202—),其中的,24八128064]4+组成内径约为0.4 nm的12个笼, 并构成钙铝石的主要骨架结构,而剩佘的两个02—则成为自由氧。12MO7Al203 在相对较低的温度(800 110(TC)下即可生成,而其本身热稳定性又比较高, 不仅如此,其骨架结构外的两个自由氧,还可以在反应时提供给催化剂作为氧源, 因此选取该物质作为涂层,不但可以在高温下稳定活性组分结构,还可以促进整 体催化剂活性的提高。本专利技术中的钙铝石12CaO7Al203,其制备采用固相反应法,具体制备 12CaO7Al203的方法推荐如下将CaO经适量去离子水羟化后,和Al(OH) 3按 钙铝石化学计量比混合,球磨后在适当温度下(1000 110(TC)焙烧一定时间(6 1S h)获得;或者直接将CaO、 Ca(OH)2与A1(0H) 3或A1203按化学计量比经球磨 混合后于适当温度下(1000 1150°C)焙烧一定时间后(4 10h)获得。本专利技术可以钙钛矿型氧化物为整体催化剂的活性组分,所谓钙钛矿型氧化物 即为具有钙钛矿晶体结构的复合金属氧化物,其化学组成可用AB03来表达,晶体结构为立方晶系,它是一种具有独特物理性和化学性质的新型无机非金属材 料。A位一般是稀土或碱土元素离子,B位为过渡元素离子,A位和B位皆可被 '半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。具有钙钛矿晶体 结构的复合金属氧化物催化剂具有多种制备方法,如机械混合法、共沉淀法、溶 胶-凝胶法、燃烧法等,本领域技术人员可以根据不同的要求进行选择。本专利技术 使用的钙钛矿型氧化物的化学式为AB03,其中A为La和Sr元素中的一种或者 两种,B为Co、 Fe和Mn元素中的一种或者几种,优选使用LaxSn.xMnCb,其中x取值在0~1。本专利技术还可以尖晶石型氧化物作为整体催化剂的活性组分,尖晶石型氧化物 的结构通式为AB204。尖晶石的晶格为面心立方,结构中A原子与氧的关系为 正四面体,B原子和氧原子的关系是B在正八面体的中心,上下、前后、左右共 有6个氧原子与其配位。若其中的A、 B离子被半径相近的其他金属离子所取代, 则可形成混合尖晶石,如LiAl50s、 CuFe508、 LiAlTi04等。主要的尖晶石型催化 剂体系有Cu-Cr-O、 Cu-Mn-O、 Mn-Co-0及Cr-Co-0等,即以Cu、 Cr、 Mn、 Co 为主要活性组分的催化剂。本专利技术使用的尖晶石型氧化物的化学式为AB204,其 中A为Cu, B为Mn、 Ce、 Cr中的一种或几种,优选使用CuMn204。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种上述以钙铝石为涂层的蜂窝陶 瓷型整体催化剂的制备方法。对于活性组分复合金属氧化物为钙钛矿型氧化物的蜂窝陶瓷型整体催化剂, 其制备方法可采用如下技术方案一种蜂窝陶瓷型整体催化剂的制备方法,当活性组分复合金属氧化物为钙钛 矿型氧化物AB03,其中A为La和Sr元素中的一种或者两种,B为Co、 Fe和 Mn元素中的一种或者几种时,其制备方法包括如下步骤(1) 先将钙铝石12CaO本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种蜂窝陶瓷型整体催化剂,其特征在于所述整体催化剂是以蜂窝陶瓷为载体,在蜂窝陶瓷表面包覆钙铝石涂层,然后在钙铝石涂层表面负载复合金属氧化物;所述复合金属氧化物为钙钛矿型氧化物或尖晶石型氧化物,所述钙铝石的化学式为12CaO.7Al↓[2]O↓[3];所述的钙钛矿型氧化物的化学式为ABO↓[3],其中A为La和Sr元素中的一种或者两种,B为Co、Fe和Mn元素中的一种或者几种;所述的尖晶石型氧化物的化学式为AB↓[2]O↓[4],其中A为Cu,B为Mn、Ce、Cr中的一种或几种;所述整体催化剂中,钙铝石涂层与蜂窝陶瓷的质量比为0.02~0.2∶1,复合金属氧化物与蜂窝陶瓷的质量比为0.02~0.2∶1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张泽凯王占龙刘华彦卢晗锋陈银飞
申请(专利权)人:浙江工业大学
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利