陶瓷体和陶瓷催化剂体制造技术

一种能在其表面上直接负载催化剂成分的陶瓷体，所述的陶瓷体含有构成陶瓷基质的第一种成分和不同于所述的第一种成分的第二种成分，其中所述的第二种成分至少分散在所述的陶瓷基质的表面部分内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用作汽车发动机等的废气净化催化剂的催化剂载体的陶瓷体以及陶瓷催化剂体。相关领域描述堇青石因其较高的耐热冲击性而被广泛用作催化剂载体的陶瓷体。通过将γ-氧化铝涂层涂覆到蜂窝状的堇青石的表面上、然后在其上负载贵金属催化剂来制备催化剂。因为堇青石的比表面积太小而不能负载需要量的催化剂成分，所以需要形成涂层。因此，通过使用比表面积大的γ-氧化铝可以增加载体的表面积。但是，当载体表面涂有γ-氧化铝时，载体的热容量因质量的增加而增加。最近，为了达到催化剂的预先活化，研究人员已经尝试了通过使蜂窝状载体的胞壁变薄来减小热容量的方法。但是，这种尝试的效果因涂层的形成而减小。还存在诸如载体的热膨胀系数因存在涂层而变大以及晶胞的开孔面积的减小增加了压力损失之类的问题。研究人员已进行了各种研究以得到能负载催化剂成分的陶瓷体并避免形成涂层。例如，日本审查专利公开(Kokoku)号5-50338提出了通过在酸浸过程之后进行热处理来提高堇青石自身的比表面积的方法。但是，该方法不实用，因为酸浸过程和热处理破坏了堇青石的晶格，并因此导致其机械强度的降低。因此，本专利技术的目的是解决上述的现有技术的问题并提供能负载需要量的催化剂成分并避免形成涂层，同时也不降低诸如机械强度之类的特征，从而提供实用性和耐用性良好的高性能的陶瓷催化剂。专利技术概述本专利技术的第一方面是能在表面上直接负载催化剂成分的陶瓷体，该陶瓷体含有构成陶瓷基质的第一种成分和不同于第一种成分的第二种成分，其中第二种成分至少分散在陶瓷基质的表面部分内。在本专利技术的陶瓷体上能直接负载催化剂成分，将不同于第一种成分的第二种成分至少分散在陶瓷基质的表面部分内。因此，不会出现因晶格损坏而引起的机械强度降低的问题，不同于现有技术的通过酸浸过程等洗脱构成成分来增加陶瓷基质的比表面积的方法。结果，陶瓷体可以直接负载催化剂成分，同时保持了足够的强度并具有良好的实用性和耐用性而且不形成涂层。具体地讲，将催化剂成分负载到第二种成分上或者负载到第一种成分和第二种成分之间的界面内。例如，当将化合物(其包括与催化剂成分的键合强度大于第一种成分的元素)作为第二种成分引入时，催化剂受到强的吸附力的作用而被直接负载。第一种成分和第二种成分之间的界面包括可能产生诸如扭结或平台之类的缺陷的晶格错配。该部分包括易于与催化剂成分成键的悬空键。结果，由于催化剂的负载性能提高并且与催化金属粒子负载到孔内的常规载体的情况相比，催化剂成分能更均匀地分散到载体内，所以在较长的使用期间内催化剂成分很少可能聚集、老化。对于构成陶瓷基质的第一种成分，可以使用陶瓷材料诸如堇青石、Al2O3、SiC、TiO2、MgO、Si3N4、ZrO2、CeO2或SiO2。根据操作环境所需的陶瓷基质的应用和特征，可以使用选自上述的陶瓷材料中的一种或数种物质。总体上确定陶瓷体中第二种成分的含量，使得构成第二种成分的金属元素的原子总数是构成第一种成分和第二种成分的金属元素的原子总数的0.1至70原子％。分散在陶瓷体内的第二种成分的量在总体上位于上述范围内，并保持陶瓷基质的特征的同时可以负载需要量的催化剂成分。优选确定表面部分中第二种成分的含量，使得构成第二种成分的金属元素的原子总数是构成第一种成分和第二种成分的金属元素的原子总数的0.1至100原子％。在表面部分内第二种成分的含量升高时，可以在保持陶瓷基质的特征的同时负载更大量的催化剂成分。此外，第二种成分优选是含有一种或多种在其电子轨道内具有d或f轨道元素的化合物，或者是第一种成分包括的金属元素与一种或多种在其电子轨道内具有d或f轨道的元素的复合化合物。由于含有d或f轨道的元素的能级接近于催化剂成分，所以它们易于给出电子使得成键。第二种成分还可以是具有d或f轨道的元素与第一种成分包括的金属元素形成的化合物。此外，第二种成分还可以是一种或多种选自W、Co、Ti、Fe、Ga和Nb的元素的化合物，或者是第一种成分包括的金属元素和一种或多种选自W、Co、Ti、Fe、Ga和Nb的元素的复合化合物。上面提到的化合物或复合化合物优选是一种或多种选自下列的物质WO3、MgWO4、CoWO4、Mg2TiO5、MgTiO3、Mg2TiO4、MgSiO3、MgWO4、MgAl2O3、TiO2、FeWO4、MgFe2O4、FeAlO3、Fe2SiO4、MgAl2O4、Al2TiO5、GaAlO3、Nb2WO3和AlNbO4。第二种成分的平均粒径优选为50μm或更小。将小粒径的第二种成分浓密地分散于陶瓷体的表面部分可以增加其中负载的催化剂成分的量。陶瓷体的形状可以选自各中形状诸如蜂窝体、泡沫块、中空纤维、纤维、粉末或颗粒。在任何这样的形状上，可以通过加入第二种成分来直接负载催化剂成分。本专利技术的第二方面是通过将催化剂成分直接负载到上述的陶瓷体上来制备的陶瓷催化剂。由于陶瓷催化剂将催化剂成分直接负载于其上并不需要涂层，所以不会出现因涂层引起的热容量和热膨胀系数的增加。催化剂还可以是预先活化的并且耐用性高。此外，在本专利技术的陶瓷催化剂中，将催化剂成分负载到第二种成分上或者负载到第一种成分和第二种成分之间的界面内。例如，当第二种成分包括电子轨道内具有d或f轨道的元素时，更易于与催化剂成分成键。第一种成分和第二种成分之间的界面有可能包括其中形成的悬空键，这也使得它易于与催化剂成分成键。此外，本专利技术的陶瓷催化剂使用包括作为催化剂成分的贵金属的催化剂。具体地讲，根据目的不同可以使用一种或多种选自Pt、Rh、Pd、Ru、Au、Ag、Ir和In的元素。在本专利技术的陶瓷催化剂中，催化剂成分的平均粒径优选为100nm或更小。粒径越小，催化剂成分的分布就越紧密，从而使催化剂性能得到提高。附图简述附图说明图1(a)至1(c)表示本专利技术的陶瓷催化剂体的微观结构。图2表示研究第二种成分的含量变化对第一种成分的微观结构的影响的结果。优选实施方案的描述下面将详细地描述本专利技术。本专利技术的陶瓷体含有构成陶瓷基质的第一种成分和不同于第一种成分的第二种成分，其中第二种成分至少分散在陶瓷基质的表面部分内，从而在其表面上可以直接负载催化剂成分。催化剂成分可以通过与分散在陶瓷基质内的第二种成分成键的形式进行负载，或者通过与存在于第一种成分和第二种成分之间的界面内的悬空键之间的相互作用来进行负载。对于陶瓷体的形状没有限制，可以选自诸如蜂窝体、泡沫块、中空纤维、纤维、粉末或颗粒之类的各种形状。本专利技术的陶瓷体被用作催化剂载体，并且通过将催化剂成分直接负载到陶瓷体上所制备的陶瓷催化剂体可用作例如发动机等的废气净化催化剂。构成陶瓷基质的第一种成分可以是理论组成为2MgO2·2Al2O3·5SiO2的堇青石或陶瓷材料诸如Al2O3、SiC、TiO2、MgO、Si3N4、ZrO2、CeO2或SiO2。根据陶瓷基质的应用和所需要的特征，可以使用选自上面提到的陶瓷材料中的一种或多种物质。例如使用堇青石作为第一种成分的陶瓷基质，具有较高的耐热冲击性，并因此适于用作需要耐高温的废气净化催化剂的载体。对于第二种成分，优选其所含有的元素与陶瓷基质的第一种成分中的金属元素(在堇青石的情况下为Si、Al和/或Mg)相比，能够与所负载的催化剂成分之间形成更强的键合力。这样的元素的例子是在其电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川顺，长谷智实，小池和彦，伊藤三甫，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：