一种整体式金属基催化剂、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种整体式金属基催化剂、制备方法及其用途。本发明专利技术采用火焰喷雾热解沉积方法，以Fe-Cr-Al合金网或者Fe-Cr-Al合金片为载体，一步沉积Al2O3及贵金属活性组分，其中贵金属活性组分为，其占Al2O3的质量分数为0.1～10％。本发明专利技术采用火焰喷雾热解沉积方法将Al2O3及贵金属活性组分一步沉积在载体上，Al2O3及贵金属活性组分在载体上的薄层厚度均匀，极大地降低了贵金属活性组分用量，降低了催化剂的制造成本。同时采用火焰喷雾热解沉积的方法，加强了Al2O3及贵金属活性组分与金属基载体之间的结合强度，在提高催化剂的抗热震性的同时，使催化剂具有良好的催化活性及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种整体式金属基催化剂、制备方法及其用途
本专利技术涉及一种可方便加热的整体式金属基催化剂、制备方法及其用途。具体地，本专利技术涉及一种采用火焰喷雾热解沉积技术，在以电加热、电磁加热、远红外加热或者直接传热等方式加热的Fe-Cr-Al合金网及Fe-Cr-Al合金片上一步沉积Al2O3及贵金属活性组分的催化剂、制备方法及其用途。
技术介绍
贵金属整体式催化剂是涉及气态污染物催化净化领域中的一类重要催化剂，广泛地应用于VOCs催化净化、工业烟气脱硫脱硝脱汞、汽车尾气的净化以及室内空气的净化。整体式催化剂一般由活性组分、结构载体和涂层组成。根据常用的结构载体基质的不同整体式催化剂一般可分为陶瓷基催化剂和金属基催化剂。催化反应需要提供额外的能量以保证催化反应的进行，如加热、O3或者等离子体协同催化等技术，其中加热是给催化体系提供能量的最直接也是最常规的方法。由于苯系物含有较稳定的苯环结构，采用加热方式的苯系物的催化净化过程不能在室温下进行。与陶瓷基载体材料(如堇青石蜂窝陶瓷)相比，金属基载体材料(如金属丝或者金属片)的加热方式选择更为多样，除直接传热外，还有远红外加热，电热加热以及电磁加热等方式。以堇青石为代表的陶瓷基结构载体催化剂，由于载体材料本身热导系数小，在放热类型的催化氧化反应中随着反应的进行，往往造成局部温度过高，长期使用后催化剂的催化活性及寿命下降很快，同时由于堇青石孔道堵塞等原因造成的气阻过大，容易导致催化氧化过程的传递过程受阻，催化效果亦受影响。以金属丝或者金属片为代表的金属基催化剂结构载体具有较高的导热系数，在放热类型的催化氧化反应中，传递过程未受阻，同时气阻较小，使之对于工业催化氧化反应而言成为一种实用的载体材料。与陶瓷基催化剂载体材料相同，金属基催化剂的大规模生产大都采用液相浸渍的方式制备，即在金属基载体上反复涂覆一层或者若干层起粘结作用及辅助催化作用的涂层，再在涂层上通过浸渍的方式将活性组分分散于结构材料之上。此制备过程繁冗，不仅会浪费很大一部分活性组分及涂层，而且由于金属基载体材料的表面积一般较小，涂层及活性组分与结构载体之间的结合强度低也是造成催化活性不稳定因素之一。较低的结合强度往往容易造成催化剂的涂层及活性组分的脱落，从而降低催化剂使用寿命。而且，在加热与冷却的频繁切换过程中，催化剂的抗热震性能也是催化剂能否成功工业应用的重要指标之一。
技术实现思路
针对已有技术的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种整体式金属基催化剂，其具有优异的结合强度以及抗热震性能。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种整体式金属基催化剂，所述催化剂的载体为Fe-Cr-Al合金网或Fe-Cr-Al合金片，在该载体的至少一侧均匀沉积有Al2O3和贵金属活性组分的混合物。在本专利技术中，所述贵金属活性组分为Pt、Pd、Ru、Rh、Au或Ag中的任意一种或至少两种的组合。示例性的贵金属活性组分例如为Pt和Pd，Pt和Ru，Pt和Rh，Pd和Ru，Pd和Au，Ru和Rh，Ru和Au，Pt、Pd和Au，Pt、Pd和Ag。在本专利技术中，贵金属活性组分的负载量为Al2O3质量的0.1～10％，例如0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％。活性组分贵金属负载量在所述负载量范围内具有最佳活性，同时成本最低。本专利技术的目的之二在于提供一种如上所述的整体式金属基催化剂的制备方法，采用火焰喷雾热解沉积方法，包括如下步骤：(1)将溶解有铝源和贵金属源的可燃性溶剂供给到火焰喷雾热解装置中，经点火，雾化，燃烧，然后冷却，凝聚，得到Al2O3和贵金属活性组分颗粒；(2)在火焰喷雾热解装置的火焰区域，Al2O3和贵金属活性组分颗粒在热泳力的作用下，沉积到置于火焰喷雾热解装置的喷嘴上方的金属基载体上，得到整体式金属基催化剂。本专利技术采用火焰喷雾热解沉积的方法，实现了在载体上一次沉积Al2O3和贵金属活性组分，加强了Al2O3和贵金属活性组分与金属基载体之间的结合强度，在提高催化剂的抗热震性的同时，使催化剂具有良好的催化活性及稳定性。此外，本专利技术通过火焰喷雾热解方法实现一次沉积Al2O3和贵金属活性组分，Al2O3和贵金属活性组分形成的薄层在载体上的厚度均匀，贵金属活性组分颗粒分散度高，极大地降低了贵金属活性组分的用量，降低了催化剂的制造成本。此外，本专利技术采用了金属基载体，使得所述催化剂在催化过程中可以采用直接传热、电磁加热、电热加热以及远红外加热等方式实现加热。本专利技术所述火焰喷雾热解装置为已有的技术(CN103372430A，PCT/CN2012/074466，CN103785487A，PCT/CN2012/084944)。优选地，在步骤(1)前，对金属基载体进行如下预处理：将用丙酮浸泡30min的金属基载体置于1mol/L的NaOH溶液中超声30min，洗涤后浸泡在1mol/L的HNO3溶液中直至有气泡产生为止，再次洗涤后干燥。优选地，在步骤(1)前，在空气气氛中对金属基载体进行热处理：热处理温度为850～1200℃。在所述热处理温度下能够使Fe-Cr-Al载体中铝成分富集到表面，加强了Al2O3和贵金属活性组分与金属基载体之间的结合强度，同时催化剂保持良好机械及热稳定性，提高了催化剂的抗热震性、催化活性及稳定性。所述热处理温度例如为870℃、890℃、910℃、930℃、950℃、970℃、990℃、1010℃、1030℃、1050℃、1070℃、1090℃、1110℃、1130℃、1150℃、1170℃或1190℃。优选地，所述可燃性溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、汽油、柴油或正己烷的任意一种或至少两种的混合溶剂。示例性的可燃性溶剂例如为乙醇和丙酮的混合溶剂，乙醇和苯的混合溶剂，乙醇和甲苯的混合溶剂，丙酮和苯的混合溶剂，苯和甲苯的混合溶剂，苯和二甲苯的混合溶剂，汽油和柴油的混合溶剂，汽油和正己烷的混合溶剂。优选地，所述铝源为异丙醇铝或/和硝酸铝。优选地，所述贵金属源为乙酰丙酮钯、乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铑、硝酸银、乙酸银或氯酸金中的任意一种或者至少两种的组合。所述组合例如为乙酰丙酮钯和乙酰丙酮铂，乙酰丙酮钌和乙酰丙酮铑，硝酸银、乙酸银和氯酸金，乙酰丙酮钯、乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钌和乙酰丙酮铑，硝酸银、乙酸银、氯酸金、乙酰丙酮钯和乙酰丙酮铂的组合，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铑、硝酸银和乙酸银的组合。优选地，所述金属基载体垂直置于火焰喷雾热解装置的喷嘴上方的5～25cm处，例如6cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm、17cm、19cm、21cm或23cm。所述垂直距离保证较多的活性组分沉积在Fe-Cr-Al载体上，同时保证Fe-Cr-Al载体的机械及热稳定性。优选地，溶解有铝源和贵金属源的可燃性溶剂的供给速度为2～15mL/min，例如3mL/min、4mL/min、5mL/min、6mL/min、7mL/min、8mL/min、9mL/min、10mL/min、11mL/min、12mL/min、13mL/min或14mL/min。所述供给速度保证贵金属活性组分的高度分散性。优选地，所述沉积时间为5～60mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体式金属基催化剂，所述催化剂的载体为Fe‑Cr‑Al合金网或Fe‑Cr‑Al合金片，在该载体的至少一侧均匀沉积有Al2O3和贵金属活性组分的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种整体式金属基催化剂，所述催化剂的载体为Fe-Cr-Al合金网或Fe-Cr-Al合金片，在该载体的至少一侧均匀沉积有Al2O3和贵金属活性组分的混合物；所述催化剂用于实现苯系物的转化；所述整体式金属基催化剂的制备方法为采用火焰喷雾热解沉积方法，包括如下步骤：(1)将溶解有铝源和贵金属源的可燃性溶剂供给到火焰喷雾热解装置中，经点火，雾化，燃烧，然后冷却，凝聚，得到Al2O3和贵金属活性组分颗粒；(2)在火焰喷雾热解装置的火焰区域，Al2O3和贵金属活性组分颗粒在热泳力的作用下，沉积到置于火焰喷雾热解装置的喷嘴上方的金属基载体上，得到整体式金属基催化剂；在步骤(1)前，在空气气氛中对金属基载体进行热处理：热处理温度为850～1200℃；所述金属基载体垂直置于火焰喷雾热解装置的喷嘴上方的5～25cm处；溶解有铝源和贵金属源的可燃性溶剂的供给速度为2～15mL/min；所述沉积时间为5～60min。2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述贵金属活性组分为Pt、Pd、Ru、Rh、Au或Ag中的任意一种或至少两种的组合。3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述贵金属活性组分的负载量为Al2O3质量的0.1～10％。4.一种如权利要求1-3之一所述的整体式金属基催化剂的制备方法，采用火焰喷雾热解沉积方法，包括如下步骤：(1)将溶解有铝源和贵金属源的可燃性溶剂供给到火焰喷雾热解装置中，经点火，雾化，燃烧，然后冷却，凝聚，得到Al2O3和贵金属活性组分颗粒；(2)在火焰喷雾热解装置的火焰区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运法，岳仁亮，刘刚，刘海弟，赵峰，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11