一种蜂窝陶瓷载体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝陶瓷载体及其制备方法，以堇青石蜂窝陶瓷为基体，基体表面依次有氧化铝涂层和复合涂层，以蜂窝陶瓷载体总重量计，蜂窝陶瓷载体含有堇青石蜂窝陶瓷85wt%~95wt%，氧化铝涂层2wt%~7wt%，复合涂层3wt%~8wt%；其中以复合涂层总重量计，复合涂层含有二氧化钛40wt%~80wt%，二氧化硅5wt%~35wt%，氧化铝1wt%~10wt%，助剂10wt%~40wt%。制备方法如下：（1）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸入到铝溶胶中处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷基体；（2）将步骤（1）得到的载体在复合涂层浆液中浸渍处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到最终产物。本发明专利技术蜂窝陶瓷载体涂层负载量大，牢固度高，制备工艺简单，不破坏基体的机械强度，适用于工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝陶瓷载体及其制备方法
本专利技术涉及一种蜂窝陶瓷载体及其制备方法。
技术介绍
整体式催化剂是由很多狭窄的平行孔道整齐排列的一体化催化剂。相对于传统的粉状催化剂或者颗粒状催化剂，整体式催化剂有床层压降低、催化效率高、放大效应低等优点。目前主要用于汽车尾气净化处理、挥发性有机物（VOC）的催化燃烧以及烟气脱硝等领域。整体式催化剂一般由基体、涂层和活性组分组成。该类催化剂通常为蜂窝陶瓷型结构，即采用蜂窝陶瓷作为基体，涂覆载体涂层，然后再负载催化剂活性组分。催化剂的催化效果，与催化剂涂层和基体的结合强度以及负载量密切相关，如果涂层与基体的结合强低、负载量少，则涂层在高空速气流的冲刷及热冲击下容易龟裂、剥落，造成催化剂的失活。因此，涂层与基体紧密结合以及负载量是保证催化剂长期稳定运行的关键。CN1415410A公开了一种催化燃烧催化剂及其制备方法，是将Al2O3、TiO2、CeO2、ZrO2等组分加水制成浆液涂覆蜂窝陶瓷基体，再利用有机酸竞争吸附将贵金属负载在涂层上。该方法解决了贵金属分散不均匀的问题，但是载体涂层负载量比较低，在高空速气流的冲刷下易剥落。CN1488435A公开了一种催化燃烧催化剂及其制备方法。该专利技术是将硝酸铝与氨水混合调配成悬浊液，再按比例加入硅溶胶和碱金属硝酸盐的水溶液，形成涂覆液。该方法提高了载体涂层的牢固度，但是该专利技术要求浆液必须较稀，因此载体涂层的负载量比较低。CN102861594A公开了一种涂层浆液及其制备方法，该方法将拟薄水铝石、铈锆氧化物或者硝酸盐、硝酸镧、二氧化钛、硝酸铝、硝酸锰和硝酸铜球磨成均匀的浆液，之后用浓硝酸调节，制成涂层浆液。该方法需严格控制球磨浆液中颗粒的粒径，若粒径控制不当，得到的浆液涂层会发生龟裂。CN101439290A公开了一种蜂窝陶瓷型钙钛矿催化燃烧催化剂及其制备和应用，其中包括了浆液的制备，取适量的γ-Al2O3、CemZr1-mO2、LaMnAl11O19、BaMnAl11O19或Sr12Al14O21的金属氧化物和柠檬酸与去离子水混合搅拌制成稳定悬浮液，即涂层浆液。该浆液组分复杂，涂层比表面积低，需要多次涂覆，容易造成涂层脱落。CN102049312A公开了一种催化燃烧催化剂，先对蜂窝陶瓷基体进行水热处理干燥，再涂覆氧化铝涂层，之后负载稀土金属氧化物和活性组分。该方法虽然提高了涂层与基体的结合强度，但水热处理耗时较长，长时间浸泡会导致基体的机械强度下降。CN102872920A以及CN102872865A公开的方法中，都采用了对蜂窝陶瓷基体进行超声预处理的方法，预处理后的蜂窝陶瓷基体负载载体涂层，干燥和焙烧，浸渍活性金属组分，制成催化剂。该法解决了涂层容易龟裂和剥落的问题，但是严格控制超声预处理的时间及频率，以免导致微孔的孔壁过度塌陷，尤其是对于不同强度的基体，超声预处理要求较高，不利于工业化。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种蜂窝陶瓷载体及其制备方法，本专利技术蜂窝陶瓷载体涂层负载量大，牢固度高，制备工艺简单，不破坏基体的机械强度，适用于工业应用。本专利技术蜂窝陶瓷载体，以堇青石蜂窝陶瓷为基体，基体表面依次有氧化铝涂层和复合涂层，以蜂窝陶瓷载体总重量计，蜂窝陶瓷载体含有堇青石蜂窝陶瓷85wt%~95wt%，氧化铝涂层2wt%~7wt%，复合涂层3wt%~8wt%；其中以复合涂层总重量计，复合涂层含有二氧化钛40wt%~80wt%，二氧化硅5wt%~35wt%，氧化铝1wt%~10wt%，助剂10wt%~40wt%；其中助剂选自氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种。其中，二氧化钛为纳米级二氧化钛，粒度为10~200nm；二氧化硅的粒度为10~100nm；助剂为纳米级氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种，粒度为10~200nm。本专利技术蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括如下内容：（1）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸入到铝溶胶中处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷基体；（2）将步骤（1）得到的载体在复合涂层浆液中浸渍处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到最终产物。本专利技术方法中，所述的堇青石蜂窝陶瓷基体可以为经过酸处理活化或未经酸处理活化的堇青石蜂窝陶瓷基体，优选经过酸处理活化的堇青石蜂窝陶瓷基体。其中酸处理活化过程按照本领域技术人员熟知方法进行。本专利技术方法中，步骤（1）所述的铝溶胶以氧化铝计浓度为5wt%~30wt%，pH值为2~5。所述的铝溶胶可以使用市售商品，也可按本领域技术人员熟知的方法进行制备。本专利技术方法中，步骤（1）所述的浸入处理时间为1~60分钟，取出后用压缩空气吹净基体空隙中多余液体。本专利技术方法中，步骤（2）所述的浸渍处理时间为1~60分钟，取出后用压缩空气吹净基体空隙中多余液体。本专利技术方法中，步骤（1）和（2）中所述的干燥温度为60~150℃，干燥时间为3~12小时；所述的焙烧温度为400~600℃，焙烧时间为2~10小时。本专利技术方法中，步骤（2）所述的复合涂层浆液以重量百分含量计，包括二氧化钛5wt%~30wt%，白炭黑1wt%~15wt%，助剂1wt%~20wt%，铝溶胶10wt%~40wt%，酸溶液50wt%~70wt%，表面活性剂1wt%~3wt%。其中，所述的二氧化钛为纳米级二氧化钛，粒度为10~200nm；助剂为纳米级氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种，粒度为10~200nm。其中，所述的白炭黑的粒度为10~100nm，可以为粉末状气相白炭黑或者沉淀白炭黑中的一种，优选气相白炭黑，白炭黑中二氧化硅含量大于99%。其中，所述的铝溶胶可以使用市售商品，也可按本领域技术人员熟知的方法进行制备。所述的酸溶液为碳酸溶液、草酸溶液、盐酸溶液、柠檬酸溶液或硝酸溶液中的一种或几种，所述的酸溶液的浓度为0.1mol/L~0.3mol/L。其中，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚以及仲辛醇聚氧乙烯醚中的一种或几种；其中脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为RO(CH2CH2O)5H，R为C7~C9；烷基酚聚氧乙烯醚的分子式为RC6H4O(CH2CH2O)nH，R为C9~C12，n为9~12；仲辛醇聚氧乙烯醚的分子式为C8H17(CH2CH2O)nH，n为1~6。本专利技术方法中，步骤（2）中的复合涂层浆液的制备方法如下：首先将二氧化钛、白炭黑、助剂和酸溶液混合均匀，然后加入铝溶胶混合均匀，再加入表面活性剂，混合1~120分钟，即可得到浆液。其中，所述的混合过程采用搅拌、超声或高剪切等方式，优选采用高剪切方式，高剪切乳化的转速为10000~28000rpm。本专利技术蜂窝陶瓷载体在汽车尾气净化、挥发性有机废气催化燃烧以及烟气脱硝等领域有着广泛应用前景。与现有技术相比，本专利技术蜂窝陶瓷载体具有如下特点：1、本专利技术载体涂层中添加的纳米级二氧化钛和纳米级助剂，能够有效的改善涂层的结构，使涂层中各组分混合均匀；白炭黑具有粒径小、比表面积大、表面吸附能力强、分散性能好等特点，加入白炭黑后，能提高涂层的负载量，增强涂层中各组分间的相互作用以及涂层间的作用力，提高了涂层间的牢固度，同时复合涂层中TiO2-SiO2-Al2O3复合组分，能够提高负载催化剂的抗毒化性能。2、本专利技术中，所采用的复合涂层浆液中添加了表面活性剂，该类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝陶瓷载体，其特征在于：以堇青石蜂窝陶瓷为基体，基体表面依次有氧化铝涂层和复合涂层，以蜂窝陶瓷载体总重量计，蜂窝陶瓷载体含有堇青石蜂窝陶瓷85wt%~95wt%，氧化铝涂层2wt%~7wt%，复合涂层3wt%~8wt%；其中以复合涂层总重量计，复合涂层含有二氧化钛40wt%~80wt%，二氧化硅5wt%~35wt%，氧化铝1wt%~10wt%，助剂10wt%~40wt%；其中助剂选自氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝陶瓷载体，其特征在于：以堇青石蜂窝陶瓷为基体，基体表面依次有氧化铝涂层和复合涂层，以蜂窝陶瓷载体总重量计，蜂窝陶瓷载体含有堇青石蜂窝陶瓷85wt%~95wt%，氧化铝涂层2wt%~7wt%，复合涂层3wt%~8wt%；其中以复合涂层总重量计，复合涂层含有二氧化钛40wt%~80wt%，二氧化硅5wt%~35wt%，氧化铝1wt%~10wt%，助剂10wt%~40wt%；其中助剂选自氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种；所述的蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括如下内容：（1）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸入到铝溶胶中处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷基体；（2）将步骤（1）得到的载体在复合涂层浆液中浸渍处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到最终产物；步骤（2）所述的复合涂层浆液以重量百分含量计，包括二氧化钛5wt%~30wt%，白炭黑1wt%~15wt%助剂1wt%~20wt%，铝溶胶10wt%~40wt%，酸溶液50wt%~70wt%，表面活性剂1wt%~3wt%；所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚以及仲辛醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。2.按照权利要求1所述的载体，其特征在于：二氧化钛为纳米级二氧化钛，粒度为10~200nm；二氧化硅的粒度为10~100nm；助剂为纳米级氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种，粒度为10~200nm。3.一种权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸入到铝溶胶中处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷基体；（2）将步骤（1）得到的载体在复合涂层浆液中浸渍处理，取出，吹去残液，干燥，焙烧，得到最终产物。4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的铝溶胶以氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱霞，陈玉香，王学海，刘淑鹤，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11