本发明专利技术属于柴油车尾气净化领域，具体涉及一种涂覆在合金金属载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及制备方法。催化剂涂层为TiO2与Al2O3组成的混合氧化物，混合氧化物占FeCrAl合金载体的质量为5～10％，其中Ti与Al摩尔比为4∶1～1∶3。该催化剂涂层利用溶胶凝胶法制备，先是对FeCrAl合金载体进行预处理；然后利用溶胶-凝胶法制备TiO2-Al2O3涂层；最后将TiO2-Al2O3涂层溶液涂覆在FeCrAl合金载体上。本发明专利技术制备的催化涂层具有起燃温度低、催化效率高的优点。优选的TiO2-Al2O3涂层当载体温度达150℃时，异氰酸转化率达95％以上，200℃以后转化率接近100％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柴油车尾气净化领域，具体涉及一种涂覆在合金金属载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及制备方法。
技术介绍
随着汽车产业的迅速发展，我国汽车保有量持续增加，但是，在人们享受汽车带来的便利的同时，尾气排放带来的污染问题也日趋严重。大城市中由于大量使用机动车，污染非常严重，2010年我国机动车NOx排放量达599. 4万吨，并且有增长趋势，而NOx是产生酸雨、光化学烟雾及臭氧层空洞的主要原因之一。 由于SCR技术脱硝效率高、抗硫性强等特点，适应我国国情，目前我国中重型车用柴油机为达到国IV、国V排放要求主要选择SCR技术路线。选择性催化还原(SCR)技术，通常使用氨(NH3)作为还原剂，将柴油发动机废气中的NOx进行选择催化还原成N2。考虑到液氨存储难、毒性大，一般采用尿素制氨，但是目前已投入使用的质量分数为32. 5%尿素水溶液占据空间大、不宜在寒冷地区使用，如果可用固态尿素直接制得氨气，将克服以上尿素溶液制氨的不足之处。故本专利技术旨在研制用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层。固态尿素水解制氨关键在于异氰酸的水解，固态尿素在160°C即可热分解为氨气和异氰酸(HNCO)，异氰酸再与水反应生成氨气和二氧化碳，故尿素水解即指的是异氰酸的水解，但是温度低于300°C时气态异氰酸水解效率低且容易生成聚合物。与陶瓷载体比较，金属合金载体有着良好的热传导性及较低的热容，利于催化剂快速发挥作用，并且，金属合金载体具有更好的抗震性、更高的机械强度，非常适合用来做异氰酸水解催化载体。但是，合金材料与催化剂涂层结合困难，存在催化剂负载量小及涂层易脱落等问题。Ti02、Al203对异氰酸(HNCO)水解都有很好的催化作用。Ti02、Al203为反应提供活性酸位，HNCO吸附在氧化物表面，遇水形成吸附态的氨基甲酸类物质(NH2COOH),氨基甲酸类物质随后变为氨基甲酸酯(-NH(CO)O-)，氨基甲酸酯脱CO2生成氨基团(-NH2),然后这类吸附态的氨基基团从吸附在相邻活性位的H2O中获得H，生成NH3和C02。专利CN 101708473A公开了一种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液，催化活性组合物由二氧化钛、二氧化硅和含硫化化合物组成，没有提及对Al2O3的使用。该专利需要添加有机硅化合物来增强涂层粘合性能，而SiO2对异氰酸催化效果不明显且比表面积较小，部分SiO2的加入会减少具有催化活性的TiO2负载比例。德国专利DE19734627 Cl 及欧洲专利 EP 0487886 BUEP0555746 B1U153648 BI各自都公开了尿素水解催化涂层，但是以上催化涂层的缺点在于，没有全面兼顾到涂层的高催化、抗腐蚀及粘附牢固度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种涂覆在合金金属载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及制备方法。该催化剂涂层与金属合金载体粘附牢固，催化剂负载量大，催化效果良好，能够抗异氰酸腐蚀。载体和涂层组分的选择选取FeCrAl合金作为载体，FeCrAl合金载体已由相关(CN1414892A)专利公开，FeCrAl合金兼顾了金属的传热快、机械强度高等优点，并且高温氧化后FeCrAl载体表面生成Al2O3晶须，增大了载体的比表面积，含有Al2O3的涂层更易与Al2O3晶须结合，因此，本专利技术选用由二氧化钛、三氧化二铝组成的涂层涂覆FeCrAl合金载体，从而使催化剂负载量增大。本专利技术所述的涂覆在金属合金载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层为TiO2与Al2O3组成的混合氧化物，混合氧化物占FeCrAl载体的质量为5 10%，其中Ti与Al摩尔比为4 : I I : 3(优选的比例为3 I I : 3)。当Ti与Al摩尔比为3 I时涂层性能最佳，催化效果及粘附牢固度都较好；Ti与Al摩尔比为4 I时涂层催化效果很好，但粘附牢固度稍差。本专利技术同时提供了一种利用溶胶凝胶法制备该催化剂涂层的方法，具体步骤如 下I、对FeCrAl合金载体进行预处理将FeCrAl合金载体完全浸入到体积比为I : I : 5的氨水、过氧化氢与水的混合溶液中，超声清洗20 50min ;将合金载体取出，浸入到去离子水中，超声清洗20 50min ；再次将合金载体取出，浸入到无水乙醇中，超声清洗20 50min ;最后将合金载体取出，在80 150°C下于烘箱中烘干后置于马弗炉中，在空气环境下850 950°C焙烧4 6h后备用；2、利用溶胶-凝胶法制备TiO2-Al2O3涂层取乙醇7. 8ml、乙酸5. 8ml、钛酸丁酯5. 67ml,—同放入容量为IOOml的烧杯中，在搅拌器上搅拌均匀后得到混合溶液；将九水硝酸铝溶于水中，配成质量分数为37. 5%的硝酸铝溶液，然后取2. 37 28. 43g硝酸铝溶液，用胶头滴管逐滴滴入到上述混合溶液中，继续搅拌20 50min后，即得TiO2-Al2O3涂层溶液；将TiO2-Al2O3涂层溶液静置陈化4 6小时后备用；3、将TiO2-Al2O3涂层溶液涂覆在FeCrAl合金载体上用TiO2-Al2O3涂层溶液涂覆预处理后的FeCrAl合金载体，阴干后，将涂覆的FeCrAl合金载体置于烘箱中于80 150°C下烘干，冷却后取出；再将涂覆的FeCrAl合金载体置于马弗炉中，于450 650°C下焙烧I 3h ;重复上述涂覆、烘干和焙烧步骤3 5次，直至在FeCrAl合金载体上涂层的负载量为5 10%。与现有异氰酸水解催化涂层相比，本专利技术有以下特点(I)本专利技术用来制备催化涂层的原料价格低廉，制备方法简单，适于规模化产业生产；(2)本专利技术制备的催化涂层与FeCrAl合金粘附牢固，涂层不易脱落，催化剂负载量大，且涂层组分皆为催化剂活性成分，催化活性良好；(3)本专利技术所述涂层抗异氰酸腐蚀，Al2O3的加入有助于提高抗异氰酸腐蚀性能；(4)本专利技术所述催化涂层具有起燃温度低、催化效率高的优点。优选的TiO2-Al2O3涂层当温度达150°C时，异氰酸转化率达95%以上，200°C以后转化率均接近100%。附图说明图I :不同配比的TiO2-Al2O3涂层催化HNCO水解的转化率曲线；图2 :经预处理还未涂覆涂层溶液的FeCrAl载体SEM(扫描电镜)照片；图3 :涂覆Ti与Al摩尔比为4 I (配比A)的涂层后FeCrAl载体的SEM照片；图4 :涂覆Ti与Al摩尔比为3 I (配比B)的涂层后FeCrAl载体的SEM照片；图5 :涂覆Ti与Al摩尔比为I : I (配比C)的涂层后FeCrAl载体的SEM照片；图6 :涂覆Ti与Al摩尔比为I : 3(配比D)的涂层后FeCrAl载体的SEM照片。如图I所示，A、B涂层催化效果较好，当温度达150°C时，异氰酸转化率达95%以上，200°C以后转化率均接近100% ；如图2所示，经预处理的FeCrAl载体表面积增大；如图3、4、5、6所示，图4中涂覆的涂层平整，均匀；适量Al2O3的加入使涂层表面性能变好，表面粗糙，比表面积增大，有利于催化反应的进行。具体实施例方式实施例I :载体预处理及涂层的制备首先，需对FeCrAl合金载体进行预处理将FeCrAl合金载体完全浸入氨水、过氧化氢、水体积比为I : I : 5的混本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩炜，李骏，曹雅彬，张贺，张克金，周亮，张苡铭，韩建，韩旭，林泰哲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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