专利名称：烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化 剂及其制备方法。
背景技术：
尾气净化原理是将N0X，CO及HC颗粒物在含有催化剂载体内充分燃烧生成NO2, C02，H2O等对环境无害的物质。因此需要载体快速升至400 500°C温度下，使有毒气体完全 燃烧，载体在超负荷运作时工作温度甚至可达900 ΙΟΟΟ 。因此要求载体具有高孔隙率 和通孔率及高热传导系数，即载体材料需拥有以下性能1、高几何表面积；2、具有耐高温、 耐腐蚀、优良的导电、导热性能；3、抗高温氧化性能优良。烧结!^eCrAl金属纤维多孔材料为一种新型的金属载体材料，以其卓越的渗透性 能.极大的比表面积和孔隙度(可达80%以上)，极高的固体粒子捕集率和容尘量；具有较 长的使用寿命、良好的机械加工性能和韧、塑性以及优良的焊接性能受到人们的普遍青睐， 特别是i^eCrAl金属纤维材料在900°C以上仍具有良好的抗高温氧化性能。随着金属纤维制 造技术的改进及新工艺的发展，使得i^eCrAl金属纤维的大规模工业生产成为可能，纤维成 本极大地降低，从而有效促进了 i^eCrAl金属纤维多孔材料的生产和在应用领域的扩展。目前，国际上发展出若干种极具代表性的金属载体催化剂。到目前为止，共有 NiCr, FeMoff和!^eCrAl等三类合金是可用于汽车尾气净化器的金属载体材料，但从加工性 能和经济价值等方面综合考虑，FeCrAl是最具应用前景的合金。同时，FeCrAl金属纤维多 孔材料采用高温烧结技术，纤维网中搭接点通过高温烧结扩散焊接在一起，搭接点形成了 冶金结合，使纤维网成为完整的多孔体材料结构，结合牢固，具有更高的强度。且在相同净 化性能的情况下使用的活性组分较少，可节约活性金属，可以有效降低金属载体整体催化 剂的成本，促进其推广应用。但是由于!^eCrAl金属纤维载体表面光滑以及表面的氧化铝层过薄，导致其抗高 温氧化能力差，且催化剂结合牢固性差，这严重地限制了 i^eCrAl金属纤维载体的应用及推
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种加工性好， 便于安装，使用寿命长的烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种烧结!^eCrAl金属纤维多孔 载体催化剂，其特征在于，该催化剂由烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体、α -Al2O3层和活性组 分层组成。上述的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂，所述烧结i^eCrAl金属纤维多孔载 体的孔隙率为83% 97% ；所述α-Al2O3层由亚微米及纳米Al2O3层组成，晶型为α相； 所述活性组分层为铈锆混合氧化物。
本发明还提供了一种制备过程简单的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂的制 备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将!^eCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金 属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200°C 1500°C烧结Ih 5h，随炉冷却得到 FeCrAl金属纤维多孔载体；(2)将步骤⑴中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体置于Al (OH)3溶胶中浸渍;3min IOmin后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900°C 1200°C条件下 烧结1 72h，得到具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体；(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸 辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中&0C12 -SH2O与Ce (NO3) 3 ·6Η20的质量比为0. 3 1.1 1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L;所述去离子水和乙醇的体积比为1 3;(4)将步骤O)中所述的具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制 备的涂层溶液中浸泡Imin lOmin，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300°C 600°C条件下烧结0. Ih 0.池，得到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体；(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体 重量的2. 0% 5. 2%，得到负载铈锆的!^eCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的!^eCrAl纤维 载体在300°C 600°C烧结Ih 证，得到烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。上述步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83% 97%。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明的制备过程简单，易于实现，适合工业化生产。2、本发明所用的!^eCrAl金属纤维制备的载体催化剂性能与其他载体催化剂相 比，具有更高的孔隙率(> 80% )、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械 性能、较高的净化效果和可靠性。该催化剂还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对 尾气中颗粒含量排放的要求。3、本发明的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂涂覆Al2O3溶胶，获得具有极大 表面积的Al2O3层；在细微结构Al2O3层上分解获得的活性氧化物附着力好，结合牢固；催化 剂由铈锆混合氧化物和i^eCrAl纤维组成，原料价格相对便宜；制得的催化剂加工性好，便 于安装，使用寿命长。下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施例方式一种烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂，该催化剂由烧结!^eCrAl金属纤维多 孔载体、α -Al2O3层和活性组分层组成；所述烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为 83% 97%;所述α-Al2O3层由亚微米及纳米Al2O3层组成，晶型为α相；所述活性组分层 为铈锆混合氧化物。实施例1(1)将!^eCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金 属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200°C烧结5h，随炉冷却得到孔隙率为83% 的!^eCrAl金属纤维多孔载体；
(2)将步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体置于Al (OH)3溶胶中浸渍;3min 后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900°C条件下烧结72h，得到具 有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体；(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬 酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中^OCl2 · SH2O与Ce(NO3)3 · 6H20的质量比为 0.3 1，涂层溶液中柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L;所述去离子水和乙醇的体积比为 1:3;(4)将步骤O)中所述的具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制 备的涂层溶液中浸泡lmin，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300°C条件下烧 结0.池，得到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体；(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载 体重量的2. 0%，得到负载铈锆的!^eCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的!^eCrAl纤维载体在 300°C烧结lh，得到烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。本实施例制备的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比， 具有更高的孔隙率(> 80% )、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性 能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒 含量排放的要求。实施例2(1)将!^eCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金 属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1500°C烧结lh，随炉冷却得到孔隙率为97% 的!^eCrAl金属纤维多孔载体；(2)将步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体置于Al (OH) 3溶胶中浸渍IOmin 后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为1200°C条件下烧结15h，得到 具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体；(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬 酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中^OCl2 · SH2O与Ce(NO3)3 · 6H20的质量比为 1.1 1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L;所述去离子水和乙醇的体积比为1 3;(4)将步骤O)中所述的具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制 备的涂层溶液中浸泡lOmin，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为600°C条件下烧 结0. lh，得到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体；(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载 体重量的5. 2%，得到负载铈锆的!^eCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的!^eCrAl纤维载体在 600°C烧结lh，得到烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。本实施例制备的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比， 具有更高的孔隙率(> 80% )、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性 能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒 含量排放的要求。实施例3(1)将!^eCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1350°C烧结3h，随炉冷却得到孔隙率为90% 的!^eCrAl金属纤维多孔载体；(2)将步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体置于Al (OH)3溶胶中浸渍6min 后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为1050°C条件下烧结43h，得到 具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体；(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬 酸辅助试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中^OCl2 · SH2O与Ce(NO3)3 · 6H20的质量比为 0.7 1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L;所述去离子水和乙醇的体积比为1 3;(4)将步骤O)中所述的具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体置于步骤(3)中制 备的涂层溶液中浸泡5min，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为450°C条件下烧 结0.池，得到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体；(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载 体重量的3. 6%，得到负载铈锆的!^eCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的!^eCrAl纤维载体在 450°C烧结池，得到烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。本实施例制备的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂与其他载体催化剂相比， 具有更高的孔隙率(> 80% )、较大的比表面积以及较长的使用寿命、优异的综合机械性 能、较高的净化效果和可靠性，还具有消音、防尘的作用，可以应对欧5标准对尾气中颗粒 含量排放的要求。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方 案的保护范围内。
权利要求
1.一种烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂，其特征在于，该催化剂由烧结!^eCrAl金 属纤维多孔载体、α -Al2O3层和活性组分层组成。
2.根据权利要求1所述的烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂，其特征在于，所述 烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83% 97% ；所述α -Al2O3层由亚微米及纳米 Al2O3层组成，晶型为α相；所述活性组分层为铈锆混合氧化物。
3.制备如权利要求1所述烧结i^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂的方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤(1)将!^eCrAl金属纤维依次用丙酮和乙醇清洗干净，然后在钢制模具中铺制成金属 纤维柱体；将金属纤维柱体在真空条件下，1200°C 1500°C烧结Ih 5h，随炉冷却得到 FeCrAl金属纤维多孔载体；(2)将步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体置于Al(OH)3溶胶中浸渍;3min IOmin后取出，在红外灯照射下干燥，然后置于马弗炉中，在温度为900°C 1200°C条件下 烧结1 72h，得到具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体；(3)将氯氧化锆和硝酸铈溶于去离子水和乙醇中形成溶液，向溶液中加入柠檬酸辅助 试剂获得涂层溶液；所述涂层溶液中^OCl2 · SH2O与Ce(NO3)3 · 6H20的质量比为0. 3 1.1 1，柠檬酸辅助试剂的浓度为0.2mol/L;所述去离子水和乙醇的体积比为1 3;(4)将步骤( 中所述的具有Al2O3层的!^eCrAl金属纤维载体置于步骤( 中制备的涂 层溶液中浸泡Imin lOmin，取出后置于红外灯下照射干燥，然后在温度为300°C 600°C 条件下烧结0. Ih 0.池，得到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体；(5)重复步骤(4)直至活性涂层的重量达到具有活性涂层的!^eCrAl金属纤维载体重量 的2. 0% 5. 2%，得到负载铈锆的!^eCrAl纤维载体，然后将负载铈锆的!^eCrAl纤维载体 在300°C 600°C烧结Ih 证，得到烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂。
4.根据权利要求3所述的烧结!^eCrAl金属纤维多孔载体催化剂的制备方法，其特征在 于，步骤(1)中所述!^eCrAl金属纤维多孔载体的孔隙率为83% 97%。
全文摘要
本发明公开了一种烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法，该催化剂由烧结FeCrAl金属纤维多孔载体、α-Al2O3层和活性组分层组成。其制备方法包括以下步骤一、制备FeCrAl金属纤维多孔载体；二、浸渍Al(OH)3溶胶，制备具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体；三、制备涂层溶液；四、将具有Al2O3层的FeCrAl金属纤维载体置于涂层溶液中浸泡，然后干燥烧结得到具有活性涂层的FeCrAl金属纤维载体；五、重复(四)，制备载体催化剂。本发明的制备过程简单，易于实现，适合工业化生产。制备的烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂加工性好，便于安装，使用寿命长。
文档编号B01J23/86GK102059123SQ20101058365
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月12日 优先权日2010年12月12日
发明者康新婷, 张健, 李广忠, 汤慧萍, 迟煜頔 申请人:西北有色金属研究院