制备含有金属纳米粒子的非均相催化剂的方法技术

将单体加入含有金属盐和多孔载体材料的溶剂中，然后将溶剂搅拌一段时间从而使所述金属分布并固定在所述载体材料的多孔上。然后将分散在所述溶剂中的固体从液体中分离出来，将其干燥并烧结，从而形成非均相催化剂。所添加的单体是这样类型的单体，其可以在所述溶剂中聚合形成低聚物、聚合物或二者。当形成含有铂的非均相催化剂时，丙烯酸被选作优选的单体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性地涉及一种用于制备担载型催化剂(supported catalyst) 的方法，更具体地，本专利技术涉及一种用于制备含有金属纳米粒子的非均相 催化剂的方法，所述金属纳米粒子分散在整个非均相催化剂用载体材料 上。
技术介绍
许多工业品，诸如燃料、润滑剂、聚合物、纤维、药品和其它化学品 在未使用催化剂的情况下是不可制造的。催化剂对于减少污染物也是必要 的，特别用于减少在能源生产过程中产生的空气污染物以及汽车产生的空 气污染物。许多工业催化剂由具有高表面积的载体材料组成，所述载体材 料上分散有化学活性金属纳米粒子(即纳米尺寸的金属粒子)。载体材料 通常是惰性、陶瓷型材料，其表面积为数百平方米/克。这种高比表面积通 常需要复杂的内部孔系。金属纳米粒子沉积在所述载体上并分散在整个内 部孔系上，其尺寸通常介于1和100纳米之间。用于制备担载型催化剂的方法追溯到许多年以前。其中一种用于制备钼催化剂的方法例如包括使诸如氧化铝的载体材料与诸如氯铂酸的金属 盐溶液接触。在这个过程中，所述盐溶液"注入"或充满载体的孔洞。注 入以后，将含有盐溶液的载体空气干燥，从而使所述金属盐沉淀到孔洞 中。然后，将含有结晶金属盐的载体暴露于氢气气氛或一氧化碳气氛中， 从而将所述固体金属盐还原成金属粒子。另一种用于制备担载型催化剂的方法包括如下步骤使载体材料与金 属盐溶液接触，然后采用适当的还原剂将金属离子原位还原成金属粒子。以下是这种方法的实例。英国专利1,282,138教导了一种采用不同还原剂制备金属催化剂的方法，所述还原剂包括葡萄糖、羟胺盐酸盐和肼。美国专利4,086,275教导了一种用于制备铜催化剂的方法，其使用硼氢化钠作 为原位还原剂。美国专利4,835,131教导了一种用于制备在硅石上的钼催 化剂、在7-氧化铝上的铜催化剂、在硅石上的银催化剂以及在7-氧化铝上 的银催化剂的方法。用于制备这些催化剂的还原剂包括肼、氢氧化铵和甲 醛。美国专利5,275,998和5，275,999教导了一种用于制备在碳载体和在氧 化铝载体上的金属催化剂的方法，所述方法使用不同还原剂，其包括水合 肼、抗坏血酸和硼氢化钠。如果在乙烯和/或乙炔的存在下(美国专利 5，275，998)或在一氧化碳的存在下(美国专利5,275,998)实施制备步骤， 那么根据这些专利可以制成金属粒子尺寸非常小(平均尺寸不超过2纳 米)的担载型催化剂。美国专利6,686,308教导了一种用于制备在硅石上 的金属催化剂的方法，所述方法使用柠檬酸钠或柠檬酸钾作为还原剂。该 专利还教导了使用胶体稳定剂(包括磺胺酸钠)，并且公开了优选使用也 可作为还原剂的胶体稳定剂，即拧檬酸铵、拧檬酸钾和柠檬酸钠。
技术实现思路
本专利技术提供了另一种用于制备担载型金属催化剂的方法。根据本专利技术 的实施方式，将单体加入含有金属盐和多孔载体材料的溶剂中，然后将溶 剂搅拌一段时间，从而使所述金属盐在所述载体材料的孔洞中沉积以及/或 者还原。接着将分散在溶剂中的固体从液体中分离出来、干燥并烧结，从 而形成所述担载型催化剂。被添加到溶剂中的单体是如下类型的单体其 可以在溶剂中聚合形成低聚物、聚合物或二者的单体。丙烯酸可被用作这 种单体。根据本专利技术的另一实施方式，担载型催化剂通过如下制备首先通过 还原或沉积形成中间担载型金属催化剂(interim supported metal catalyst);然后实施进一步的步骤将中间担载型金属催化剂与具有同一 金属类型的金属盐在溶剂中混合，将固定剂(fixing agent)加入所述溶剂 中，接着搅拌所述溶剂，从而使所述金属盐在催化剂的载体材料的孔洞中 沉积或还原；将溶剂中的固体分离出来；干燥分离出的固体并烧结该固 体。基于所使用的具体的金属-载体组合，对在形成中间担载型金属催化剂的工艺期间引起还原或沉积的固定剂进行选择。同样地，基于所使用的具体金属-载体组合，对添加到溶剂中的固定剂进行选择。根据本专利技术的另一实施方式，担载型催化剂通过如下制备首先通过还原或沉积形成中间担载型金属催化剂；然后实施进一步的步骤将中间担载型金属催化剂与具有不同金属类型的金属盐在溶剂中混合，将固定剂加入所述溶剂中，搅拌所述溶剂，将溶剂中的固体分离出来，干燥分离出的固体并烧结该固体。在形成中间担载型金属催化剂的工艺期间引起还原或沉积的固定剂和被添加到溶剂中的固定剂中的至少一种是如下类型的单体其可以在溶剂中聚合形成低聚物、聚合物或二者的单体。丙烯酸可被 用作这种单体。附图说明为了可以详细地理解本专利技术的上述技术特征，可以参照各种实施方式 对以上简要概述的本专利技术进行更详细地描述，实施方式中的一些在附图中 进行了描述。然而，应当注意到附图仅仅阐述了本专利技术的典型实施方 式，因而不应被认为限定本专利技术的范围，因为允许本专利技术涵盖其它具有等 同效果的实施方式。图1是根据本专利技术的第一实施方式的制备催化剂的方法的流程框图。 图2是根据本专利技术的第二实施方式的制备催化剂的方法的流程框图。 图3是根据本专利技术的第三实施方式的制备催化剂的方法的流程框图。图4A-4D是不同发动机排气系统的示意图，其中使用根据本专利技术的各种实施方式制成的催化剂。图5是催化转化器(catalytic converter)的视图，其中剖视部分表示其 上涂布有根据本专利技术的各种实施方式制成的催化剂的基板。 图6是阐明发动机排气催化剂的制备步骤的流程图。具体实施例方式图1表示根据本专利技术的第一实施方式的制备催化剂的方法的流程框 图。在步骤10中，将单体加入含有金属盐和载体材料的溶剂中。被添加到溶剂中的单体是这样类型的单体，其具有一定的与溶剂中的金属相互作 用的能力，并且可以在溶剂中聚合形成低聚物、聚合物或二者。原位形成 低聚物和/或聚合物(即在游离溶剂中并且/或者在载体材料的孔洞中)是 理想的，因为它们有助于稳定纳米粒子的生长。丙烯酸可被用作上述单 体，并且是用于制备在氧化铝载体上的铂催化剂的优选单体。根据具体的 金属-载体组合，可以使用的其它类型的单体包括乙烯基吡咯烷酮、乙酸乙 烯基酯、丙烯酰胺、丙烯酸酐、丙烯酸钠、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基 丙烯酸、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸2-氨基乙酯盐酸 盐、1-乙烯基咪唑、烯丙基胺、二烯丙基胺、4-乙烯基苯甲酸、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅垸、丙烯酸2-羟乙酯、4-乙酰氧基苯乙烯及其混合物。除了单体以外，还可以将固定剂(其可以是还原剂)、沉淀剂或混杂的还原-沉淀剂在步骤10中加入含有金属盐和载体材料的溶剂中。适当的 固定剂包括抗坏血酸、富马酸、乙酸、马来酸、H2、 CO、 N2H4、 NH2OH、醇、柠檬酸盐(诸如柠檬酸钠、柠檬酸钾和柠檬酸铵)、碱金属 硼氢化物(诸如硼氢化钠和硼氢化钾)、二醇及其混合物。溶剂可以是任何金属盐适于溶于其中且纯度足够高的液体，并且可以 通过蒸发、过滤、泵抽(pump evacuation)、离心或其他类型的方式从载 体材料中除去。这种溶剂包括但不限于，水、醇和其它有机溶剂。优选 地，使用水或二次去离子水。适当的醇包括但不限于，含水以及不含水的 甲醇、乙醇或其混合物。其它有机溶剂包括含水以及不含水的四氢呋喃、 乙酸、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备担载型催化剂的方法，所述方法包括：　将单体加入含有金属盐和载体材料的溶剂中，所述单体是如下类型的单体：其在所述溶剂中可以聚合形成低聚物、聚合物或二者；　搅拌含有所述金属盐、所述载体材料和所述单体的所述溶剂；　使 所述溶剂中的液体和固体分离；然后　烧结所述分离出的固体，从而制成所述担载型催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾吉菲，王建，凯尔L福基达拉，
申请(专利权)人：纳米星公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]