一种互嵌合氮氧化物还原载体涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种互嵌合氮氧化物还原载体涂层的制备方法，应用于汽车尾气的 SCR、POC、D0C和DPF等后处理行业。
【背景技术】
[0002] 当前，全球面临能源和环境的综合挑战。在传统汽车的排放达标的技术手段选择 方面，人们仍然面临不少的难题，例如，如何选择后处理的载体和催化剂等方面。
[0003] 后处理载体是构成车用后处理平台的关键因素，截止到目前为止，在后处理载体 方面绝大多数是进口的陶瓷载体，这种陶瓷载体的机械强度稍差，不太适应于中国的实际 情况；同样，成熟的金属载体也是被国外的技术和专利垄断，成为制约中国后处理产业发展 的关键因素。
[0004] 与陶瓷载体相比，金属载体的优点主要有：（1)比表面积大，孔壁更薄、孔隙率更 高；（2)抗震性能好，金属具有一定的延展性，具有更高的抗热冲击性和机械强度，与壳体 热膨胀情况相当，容易匹配和安装，使用寿命长。（3)起燃速度更快，金属载体热容小、热导 率高、能确保催化剂的快速启动。
[0005] 然而，金属载体由于本身材质的原因，其热膨胀系数等理化性质与催化剂、活化剂 等无机固体材料具有较大的差异，这就导致金属载体在负载活性层和催化层时难以达到比 拟陶瓷载体的结合强度。尤其在后处理载体的使用过程中，在高温恶劣环境下以及冷热冲 击情况下，无机涂层与金属载体本身非常容易发生分离、脱落的情况。造成涂覆困难、工艺 复杂、费料较多、易脱落、后处理性能不稳定、处理器寿命短等诸多问题。
[0006] 经过检索发现有很多与金属载体、涂层相关的专利存在，例如，专利申请号为 200810218986. 4的'摩托车尾气催化剂金属载体过渡层的涂覆方法'中，使用水铝石和硝酸 镁配制成一种过渡层处理液，然后将经过预处理的金属载体浸入处理液中涂覆、高温烧结 得到一种过渡层；专利申请号为200610165094. 3的'一种高比表面积三氧化二铝涂层制备 方法及用该方法制备的涂层和金属载体三效催化器'中，采用三氧化二铝研磨后加入醇类 配制成浆料，涂覆在金属载体表面，后经过干燥、焙烧、老化处理得到三氧化二铝涂层；申请 号为201210120731.0的'一种用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及其制备方法'中，采 用溶胶凝胶法在铁铬铝合金载体上制备了Ti02-Al203涂层；等等。没有与本专利申请项相 同或者近似的专利存在。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种互嵌合氮氧化物还原载体涂层的制备方法，其针对现 有的金属载体应用过程中存在的难涂覆和易脱落的问题，采用水性铝银浆材料和无机涂 层浆料参与到中间过渡层的制备之中，一方面铝银浆材料与金属载体表面结合紧密，水性 体系环保、无污染；另一方面氧化铝凝胶浆料含有大量的氧化铝活性材料，具有高比表面 积，催化剂负载其上与之结合能够提升催化活性。金属的铝的热膨胀系数为23.8 (单位为 10 6/°C，下同)，氧化铝的热膨胀系数为8. 8,采用铝银浆材料作为过渡层，在经过热处理后， 可以使铝银浆层转变成铝和氧化铝的复合材料，进而使该层的热膨胀系数接近于不锈钢材 料的11，使铝银浆涂层，此外，采用该方法制备的载体涂层能够显著改善金属载体与无机涂 层之间的热失配问题，提升了涂层在经受冷热冲击时的抗脱落能力，增加了使用寿命，具有 很高的实用价值；改善金属纤维载体和活性催化涂层之间的粘接强度和结合力，提高催化 剂涂层的活性，减少脱落，提高后处理器的使用寿命，从而降低维护和更换成本。
[0008]本发明的技术方案是这样实现的：一种互嵌合氮氧化物还原载体涂层的制备方 法，其特征在于具体步骤如下：通过对金属纤维载体进行①预处理②涂覆铝银浆层③喷氧 化铝+钛钨粉④烧结⑤涂覆钒催化剂⑥烧结工艺过程制备一种能够用于氮氧化物还原的 载体互嵌合涂层； 其中载体预处理是指通过物理、化学、电化学手段除去金属载体表面的氧化层、钝化 层、油脂、污渍等的制备方法，前处理工艺包括打磨，抛丸，电化学除油、抛光，酸洗，脱脂等。
[0009] 其中所用铝银浆可在市场中采购，以非浮型铝银浆为佳，如S-5035型号铝银浆， 其粒径应在100~400目之间。
[0010] 其中氧化铝+钛钨粉是指质量分数为70~80%的三氧化二铝粉末与质量分数为 20~30%的市售P3016型号钛钨粉混合后经过球磨和300目过筛处理得到的混合粉末。④ 烧结条件为在高温炉中600~680°C烧结2~5h，之后随炉冷却至室温。所用钒液催化剂由 10~20%wt的偏钒酸铵和0. 5~l%wt的蔗糖构成，其涂覆方式采用浸涂，浸涂次数为1次。⑥ 烧结是指涂覆钒液催化剂后，将载体烘干，在400~480°C通入空气10~15L/h的条件下，烧结 2~5h，使钒盐分解成V205颗粒，之后，随炉冷却至室温，即得到一种具有较高粘接强度的互 嵌合催化剂载体涂层，该涂层可用于还原型氮氧化物处理装置。
[0011] 本发明的积极效果在于：（1)该复合涂层抗冷热冲击能力强，抗脱落能力强，环 保、有效；采用水性铝银浆涂层作为过渡层底层，一方面由于该材料与金属载体结合力很 强，进而增加了金属载体与整体涂层的结合强度；另一方面，铝银浆涂层经过烧结之后成为 一种金属和金属氧化物的复合材料，其热膨胀系数介于金属载体和无机涂层之间，这使得 无机涂层在遭受冷热冲击时由于热失配导致的脱落情况减少；此外，使用水性铝银浆更加 环保、无污染、能够可持续发展。（2)本发明制备的复合涂层具有较高的催化活性，所使用 的三氧化二铝粉和钛钨粉能够均匀地分布在铝银浆涂层之上，为后续涂覆的钒催化剂提供 了更丰富的活性负载面积，使得涂覆其上的催化剂能够发挥出优秀的催化活性，在钒液催 化剂中添加一定比例的蔗糖能够减少和避免在烧结过程中钒催化剂颗粒发生团聚凝固成 大颗粒，保证了活性物质的比表面积。（3)本发明多采用简单的浸涂工艺，操作方便，容易实 施，且能够减少涂覆过程中的浆料损失，从而降低了工艺成本。（4)具有材料成本优势，所用 的铝银浆材料可以在市面上购买，选用铝粉颗粒粒径在100-400目之间的铝银浆是由于粒 径过小会导致涂层的铝封闭效应差，反之，粒径过大则容易引起涂层表面薄厚不均，所采用 的材料来源广泛，价格低廉，具有成本优势。（5)本发明制备的互嵌合结构涂层具有更高的 比表面积，增强后续氧化铝以及催化剂涂层的结合强度。用于喷洒的氧化铝粉末颗粒尺