一种整体式催化剂活性涂层的涂敷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种整体式催化剂活性涂层的涂敷方法，具体地说涉及堇青石蜂窝载体上涂覆大比表面积活性涂层γ -AI2O3的涂覆方法。
【背景技术】
[0002]整体式催化剂是指那些具有很多狭窄、直的、或是弯曲的平行通道的整体式结构催化剂，因具有效率高、能耗低、机械强度大等优点已广泛应用在汽车尾气、能量生产、汽车制造、污染控制和化工过程等领域。整体式催化剂一般由载体、涂层和活性组分等三个部分组成。一般选用耐高温的陶瓷和金属合金为载体。金属载体由于其抗高温氧化性能、高温水热稳定性等问题还有待进一步提高，目前更多的使用蜂窝陶瓷作为载体。陶瓷类载体材料主要有刚玉、堇青石、富铝红柱石、Zr02、Ti02、SiC、钛酸铝以及硅酸镁等。其中，堇青石(2Mg0.2A1203.5Si02)是使用最多的一种整体式催化剂载体材料。尽管堇青石具有丰富的孔道结构，较高的机械强度、耐冲击、热稳定性能好等优点，但由于其孔道内表面的比表面积较小、附着力较小，因此，在实际应用中，为保证能够均匀稳定的涂覆更多活性组分，常需要将堇青石载体表面均匀涂覆高表面积的活性涂层。γ -Al2O3因其具有比表面积大、孔道结构丰富，以及更易于附着活性组分的表面等优点，是最常用的活性涂层。
[0003]将氧化铝制备成合适的浆料涂覆到蜂窝载体上是现阶段应用最广泛的涂覆氧化铝活性涂层的方法。为保证涂覆均匀及涂覆率高，需要将浆料制备成分散均匀、具有合适粘度和流动性的胶体。但目前已有涂覆技术中制备涂层的原料复杂，需引入更多粘结剂或者分散剂，制备的浆料往往存在粘度和流动性较差，涂覆不均匀，涂覆量少等缺点，在涂覆之前还需对蜂窝陶瓷载体进行预处理等。如专利CN1954916A公开了一种整体式催化剂活性涂层的制备方法，选用拟薄水铝石、氧化铝、氧化硅、稀土氧化物、碱土氧化物和过渡金属氧化物等为原料，采用真空喷涂技术涂覆到预处理后的载体上，经真空抽提、干燥和焙烧处理等多部步骤后得到活性涂层。不难看出，上述工艺操作复杂，大大增加制备成本。专利CN102989524 A中公开了其浆料组分为氧化铝、拟薄水铝石、丙三醇、硝酸和去离子水。其中氧化铝和拟薄水铝石的质量比为1:4?1:7，总固含量与水的质量比为1:1.5?1:2，丙三醇与水的质量比为0.6:15?0.6:20。所得浆料经反复浸渍载体(浸渍时间为10分钟)、高压空气吹扫蜂窝陶瓷表面多余的涂层浆料，后经烘干焙烧处理即制得蜂窝陶瓷表面活性涂层。该专利中引入了更多的黏结剂，同时引入有机添加剂丙三醇，经更长的浸渍时间(10分钟)所得活性涂层的负载量均低于22%。
【发明内容】
[0004]针对目前技术中浆料粘度及流动性难以控制、涂覆不均匀、涂覆率低的诸多问题，本发明提供一种制备简单、均匀、高担载率的涂覆技术，可将活性涂层Y-Al2O3成功涂覆到菁青石载体上，该技术并能应用到大载体(比如10cm*10cm*10cm)的均勾涂覆上。通过涂覆前后质量对比和SEM表征发现，本专利中活性涂层负载量高，且涂覆均匀。本发明仅采用拟薄水铝石作为原料，采用焙烧处理后，通过简单的调配浆料，搅拌一定时间，并经两次短时间浸渍、空压机吹等步骤即可得到涂覆均匀的菁青石载体材料。
[0005]—种整体式催化剂活性涂层的涂敷方法，其特征在于，浆料制备过程中不引入有机粘结剂和分散剂，利用去离子水为分散剂，加入少量拟薄水铝石，通过控制酸碱度调节浆料粘度和流动性；所述方法包括以下步骤:
第一步，将拟薄水铝石在马弗炉中焙烧，焙烧温度为550°C，焙烧时间为4-6 h，即为T "Al2O3;
第二步，称取一定量的拟薄水铝石和Y-Al2O3分散于一定量的去离子水中，使用浓硝酸调节pH值，硝酸质量分数为65%，搅拌一段时间；
第三步，取部分上述浆料于蒸发皿中，将堇青石载体一半浸渍于该浆料中，浸渍5-10S，取出，沿着浸渍方向使用空压机吹扫，将多余的浆料吹出，之后继续将另一半继续浸渍浆料，使用空压机吹扫，至多余的浆料全部吹出，室温下搁置数分钟；
第四步，将上述涂覆好的载体置于50°C鼓风干燥箱中，烘干；
第五步，烘干后的载体，放置于马弗炉中焙烧，焙烧温度为550°C，焙烧时间为4 h，升温速率为2°C /min,即得涂覆活性涂层的堇青石载体材料。
[0006]第二步中所述拟薄水铝石与γ_Α1203的质量比为1:20-3:20，固含量即固体占总的分散液中的质量比为35%-50%，pH值为3.5-3.9。
[0007]为保证均匀、高担载量的涂覆活性涂层，所制得浆料必须含有一定的粘性和流动性。保持浆料拥有一定的粘性，为使活性涂层更易附着在堇青石载体上，而保持浆料的流动性，则要保证浆料中含有一定的自由水含量，便于孔道内能够均匀涂覆。
[0008]本发明具有以下优点:
(I)制备浆料所用的原料简单、无需引入有机粘结剂和分散剂，仅采用去离子水为分散剂。
[0009](2)涂覆工艺简单，只用简单的两次短时间浸渍和吹扫，不需要涂敷机，适合实验室基础研究的少量制备。
[0010](3)活性涂层涂覆均匀，负载量高，不易脱落，无烧结现象发生。
【附图说明】
[0011]图1是制备浆料所用原料拟薄水铝石及焙烧后得到γ -Al2O3的XRD图。
[0012]图2是实施例1涂覆活性涂层后的SEM图。
[0013]图3是应用实施例得到的活性结果。
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0015]在以下实施例中，均先对拟薄水铝石进行焙烧处理，处理条件为550 °C，4 h，得到T —Al2O3O
[0016]实施例1:首先称取200 g去离子水置于500 mL烧杯中，搅拌状态下分别加入190 g γ-AI2O3和10 g拟薄水铝石，加入浓硝酸(质量分数为65%)调节浆料pH值为3.9，继续搅拌15分钟。
[0017]量取200 mL楽料于内径为7 cm的蒸发皿中，将规格为5 cm*5 cm*5 cm的堇青石载体的一半置于上述蒸发皿中，浸渍5~10 S，取出，用空压机将孔道口的浆料吹至孔道内，并将多余的浆料吹出，待所有的孔道不再有多余的浆料后，将未浸渍浆料的载体的另一半再浸没于浆料中，浸渍5~10 S，取出，用空压机吹扫浆料至孔道内，并将多余的浆料吹出，置于室温下干燥几分钟。转移至50°C烘箱中干燥12 h