催化剂载体制造技术

一种多孔的载体材料，它含有至少９０％（重量）的至少９５％纯的α－氧化铝。它用作处理发动机排气的催化剂的载体是十分有效的，并且能显著地比常规载体更好地经受极端条件（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能用于载持催化剂的催化剂载体，它能满足各种不同的用途，如处理来自烃类燃料燃烧或不完全燃烧产生的含有一氧化碳、烃类和氮的氧化物(NOx)的废气产物。来自燃料燃烧的废气产物产生了严重的卫生和环境问题。从烃类燃料燃烧源，如电站发动机，工业锅炉，工业加工中释放的气体，导致了明显的空气污染，并且业已发现汽车内燃发动机所排出的气体是主要的空气污染源。近年来，由于我们道路上尤其是市区行驶的大量车辆，对于控制汽车排气产物的数量已不断引起关注。含有排气催化剂的汽车催化转化器(converter)多少都能使汽车符合由政府部门制定的现行标准，将大量的烃类和一氧化碳转化成水和二氧化碳，将NOx气体转化成氮气及氧气和/或水。大量不同的金属和金属氧化物，或是单独或是组合，被载持于不同的基材上，已得到应用。近年来，大多数的排气催化剂已使用了稀有金属的组合，特别是铂，铑和/或钯，作为催化剂的活性物质。典型地，排气催化剂含有一种相对低孔隙率的陶瓷载体，载持有一层具高表面积的过渡氧化铝涂层。下层的陶瓷载体的制备通常是通过高温烧结一模粘土或其它陶瓷材料以使其具有密度和强度。然而，这通常导致载体具有很低的表面积。因而，该陶瓷载体必须涂有其它具有大得多的表面积的材料以包容催化组分。在低表面积陶瓷载体上涂覆具有高表面积“洗气涂层”(washcoat)的步骤，正如通常所知的这些涂层，被揭示于例如美国专利2，742，437和3，824，196中。所提供的陶瓷载体可以是任何形态，但典型地它们是丸状或通常是整块的蜂窝型外形。在这些排气催化剂中γ-氧化铝通常被用作洗气涂层。虽然γ-氧化铝洗气涂层使排气催化剂具有了相对高的表面积，它导致了一些不理想的后果。通常在强热压下该洗气涂层不能很好地粘附于下层的陶瓷载体上，或者与陶瓷载体具有一定程度不一致的热膨胀。另外，γ-氧化铝或过渡氧化铝洗气涂层是热力学上不稳定的氧化铝相。最终该不稳定的γ-氧化铝相转化成热力学上稳定的α-氧化铝相;然而，在转化的过程中，该氧化铝损失了表面积并将催化金属夹在其中而甚至可能改变它们的氧化态，使其减效或失效。传统的涂有洗气涂层的排气催化剂也需要一个耗时，冗长，昂贵，多步骤的制备过程。该过程包括载体的制备，洗气涂层的制备，将洗气涂层施涂在载体上，以及分别地或集合地在载持着的洗气涂层上浸渍所有催化及助催化的组分。虽然涂有洗气涂层的排气催化剂具有可以接受的初始点火(light-off)温度，但随着时间它们的点火温度通常上升，有时会很快。点火温度(“T50”)是指一种排气催化剂开始将50%排气废物转化成二氧化碳，水，氮气和氧气时的温度。因此，当汽车起动直到催化剂达到其点火温度的一段时间内，大多数排气未能得到催化处理而仅简单地排入大气。稳定的催化活性正开始成为汽车排气催化剂的重要需求。传统的排气催化剂相对快地失去其约一半活性。即，在最初12，000英里使用期间。通常涂有洗气涂层的排气催化剂其实有形耗损。对含有排气催化剂的催化转化器所制定的新的政府标准具有严格得多的耐久要求，其中催化转化器必须在长得多的时间内，即50，000-100，000里的使用中有效地工作。本专利技术的催化剂载体不需要洗气涂层。而且，一种多孔的，基本上为纯α-氧化铝载体得到使用，在其中催化组分能直接被浸渍。这些催化剂载体通常能使用比常规载体更少的催化剂，却能达到比已知催化剂更好的总的催化活性。本专利技术的载体也以一种简便而节俭的方式便于催化剂的再生，使其几乎所有可以回收并进一步再循环使用。重要地，虽然该催化剂载体显示了与传统的涂有洗气涂层催化剂相似的初始点火温度，但在整个使用期间这些催化剂比涂有洗气涂层催化剂更稳定，并具有极好的高温强度及理想的高热冲击强度(无需考虑α-氧化铝相对于传统洗气涂层催化剂中用作载体的陶瓷而具有的更高的热膨胀性质)。因此，当将排气催化剂放于离排气源更近的地方。能得到改进的点火作用而无需耗损排气催化剂的长期作用。本专利技术的载体是高纯度的α-氧化铝，即优选含有少于约5%(重量)杂质的α-氧化铝。载体中杂质的极低浓度导致了高温时稳定的催化活性，例如当在常规情况，尤其在瞬变工况下操作汽车催化转化器。催化剂载体可用于氮氧化物气体的还原以及含有一氧化碳和烃类的氧化，例如，从内燃发动机或电站工业排放源中放出的气体。一种典型的排气催化剂包括多孔的，基本纯净的α-氧化铝载体，以及浸渍入载体中的催化有效量的稀有金属。载体可以具不同外形;然而，优选整体材料，尤其是作为汽车催化转化器使用时。作为汽车催化转化器的整体载体可以是圆柱形，球形，正方形，卵形，跑道形或椭球形，按所需的最终用途而定。对于用于处理电站工业排放源的排气催化剂，可以使用丸形载体并将其装入一合适的催化室。挑选载体外形的一个基本考虑是在指定的催化室中所被使用的能力。对于具有限定的气体通道的载体，例如，一种载体结构，其中排放气体直接穿过限定的通道而非围绕载体，通常优选使用大量的限定气体通道，同时使压降减至最小并且可供扩散进和出载体孔的可得到的表面积达到最大。因此，在大多数时候这种载体的至少约25%，优选40%，更优选60-70%的开放正面区域(即当载体使用时朝向气流的表面)含有限定气体通道。通常，催化剂载体的开放的气室(cell)密度约为100-400气室/吋2(“cpi”)，优选约200-400cpi。载体的开放正面面积越大，压降越低。然而，载体中的高几何表面积对增大废气产物与催化剂接触是理想的。因此，更高的开放气室密度结合有相对薄的壁是理想的。通常保持每个限定气体通道的最小横截直径大于约1.0毫米是理想的。通常，这些限定气体通道间的壁厚低于约5毫米，并且使用壁厚低于约3毫米，如0.2，0.4，1或2毫米，能得到有利的效果。限定气体通道的横截面的外形可以是任何方便的形状。通常，可以使用方形，圆形，三角形，或六角形。一般优选限定气体通道是均一间隔的，从而增加流动，热产生和形状稳定性。限定气体通道的路径可以是直的，弯曲的，或如海棉结构中的扭曲状。对用于处理不含颗粒物质的排放气体的排气催化剂来说，笔直的限定气体通道是优选的。对于处理含有颗粒物质的排放气体，如来自柴油发动机，弯曲或扭曲的气体通道是优选的，以捕住颗粒物质而不显著地减少气相转化或增加压降。载体的大小通常决定于其所设定起作用的催化器外壳大小。必须防止过量的排放气体绕过限定气体通道。因此，对于汽车排气催化剂，其载体是，例如，具有直径相当于一个典型汽车催化转化器外壳内径的圆柱体，例如约10-20厘米。该载体的长度能各不相同，对于汽车排气催化剂优选小于典型的市场有售的汽车催化转化器外壳的长度，即，约10-30厘米。通常，本专利技术载体侧面(averageside)及二端(end-on)平均挤压强度至少约10磅，优选20磅。更优选地，该载体的平均侧面和二端挤压强度在50-100磅范围内或更多。丸形载体的磨损优选小于约每小时25%，更优选地，少于约每小时15%。多孔的，基本上纯净的α-氧化铝载体优选具有下列特征。载体的孔隙率，(或总体孔体积)，优选约0.2-0.6cm3/g载体;表面积约为0.2-10m2/g α-氧化铝载体，优选约0.3-4m2/g;载体中孔的平均孔径约0.1-100微米，大部分孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂载体，其特征在于：它包括至少９０％（重量）的至少９５％纯的α－氧化铝，和约１０％（重量）氧助催化剂，载体的孔隙率为约０．２－０．６厘米↑［３］／克载体，表面积为约０．２－１０米↑［２］／克，平均孔径为约０．１－１００微米。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：PB科拉迪亚，DC舍曼，CM多德托，WH耶兹，
申请(专利权)人：诺顿化学工艺产品有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]