制备催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备催化剂的方法，该催化剂具有在惰性载体结构物上的催化活性涂层，所述涂层由高表面积的细分散的材料以及催化活性组分组成。细分散的材料的粉末混合物用催化活性组分的前体化合物的溶液浸渍。通过适当混合细分散的材料和前体化合物，以及适当调节浸渍过程，能保证催化活性组分高度分散沉积和吸附在细分散的材料上。然后，用浸渍过的粉末混合物生产含水涂布分散体，用其涂布载体结构物。此后，再干燥和烧结涂层。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该催化剂具有在惰性载体结构物上的催化活性涂层，所述涂层由高表面积的细分散的材料以及催化活性组分组成，所述方法包括，将催化活性组分施加到细分散的材料上，由这些材料生产一种涂布用分散体，用该分散体涂布载体物。这种类型的催化剂能用于许多化工领域中。它们被称之为负载型催化剂，为保证尽可能以最少量的活性组分得到高的催化活性，在这种催化剂中，催化活性组分以高度分散的形式涂布在载体材料上。为了这一目的，使用具有大比表面积的载体来负载催化活性组分。它们通常是细分散的热稳定金属氧化物，也就是说是粉末的。在汽车废气催化剂这一情况下，载体材料以涂层的形式涂布在催化惰性的载体结构物上。适合于处理汽车废气的载体结构物具有所谓的蜂窝状结构，由陶瓷或金属制成，具有让气体通过的平行流动通道。为了用载体材料涂布蜂窝状结构物，载体材料通常被分散在水中，并通过研磨方法进行均化。通过研磨，将载体材料的平均粒径调节到1-10μm。通过将蜂窝状结构物一次或多次浸没到涂布分散体中，对流道壁进行涂布，然后干燥并烧结。最终涂层也叫分散体涂层。在这一过程中，催化活性组分可以在不同的时间被涂布到载体材料的特定表面上。例如，我们已知，只有在用分散体涂层涂布蜂窝状结构物后，通过将已涂布的蜂窝状结构物浸没在催化活性组分的可溶性前体的水溶液中，催化活性组分才沉积。此外，可以在生产涂层分散体之前，将催化活性组分涂布到粉末载体材料上。本专利技术涉及沉积催化活性组分的第二种方法。为了得到高的催化活性，这种沉积方式必须保证组分被尽可能细分散地沉积在载体材料的特定表面上。此外，这种沉积方法还必须使得成品催化剂具有高的热稳定性和老化稳定性，也就是说，催化活性组分的颗粒必须牢固地固定在载体材料的表面上，以防止催化剂经受高温时相邻颗粒的聚集。为了将催化活性组分沉积在粉末载体上，已公开了多种方法。例如，包括用过量的浸渍溶液浸渍。催化活性组分的水溶液被添加到粉末载体材料上，其中溶液的体积远大于载体材料的吸水容量。这样得到了糊状粘稠材料，这一材料在烘箱中、在如80-150℃的温度下脱水，然后在更高的温度下烧结，以固定催化活性组分。在这一脱水过程中，会发生色谱效应，从而使得催化活性组分非均匀地分布在载体材料上。在所谓的孔容积浸渍中，向催化活性组分的溶液中加入这样的溶剂量，它相当于载体材料对该溶剂吸收容量的70-100％。溶剂通常是水。例如，通过将溶液喷洒在容器中旋转的载体材料上，以使溶液尽可能均匀地分布。在所有溶液都分布到载体材料上以后，尽管载体材料中存在水，载体材料还是能自由流动的。最后，将浸渍过的材料干燥，然后，在升高的温度下烧结，以将催化活性组分固定在载体材料上。当使用孔容积浸渍时，能大量避免色谱效应。与上述用过量溶剂浸渍相比，这种方法能得到较好的结果。用催化活性组分浸渍载体材料的这些已知方法的缺点是为了防止这些组分在载体材料的再分散过程中从载体材料上解吸，必须在浸渍过程之后，通过干燥和烧结来固定催化活性组分，这消耗大量的能量，而这种再分散在生产涂布分散体时是必须的。本专利技术的目的是，提供一种，该方法能保证催化活性组分高度分散地分布在载体材料上，并能避免高成本的干燥和烧结步骤。高度分散的催化活性组分是指晶体尺寸小于10 nm的活性组分，优选在2-7 nm之间。本专利技术的目的是通过一种实现的，该催化剂具有在惰性载体结构物上的催化活性涂层，所述涂层由高表面积的、细分散的材料以及催化活性组分组成，所述方法包括，将催化活性组分施加到细分散的材料上，由这些材料生产涂布用分散体，用该分散体涂布载体。该方法的特征在于包括以下步骤(a)通过孔容积浸渍方法，用催化活性组分的前体化合物的溶液浸渍指定细分散的材料的粉末混合物，其中前体化合物被吸附在材料的至少一部分上，(b)用浸渍过的粉末混合物生产含水的涂布分散体，(c)用以这种方式获得的分散体涂布载体结构物，和(d)干燥并烧结涂层。在本专利技术中，具有高表面积的材料应理解为比表面积(按DIN66132测定)大于10m2/g的材料。对于处理汽车废气，元素周期表中的铂族贵金属优选用作催化活性组分。这些元素包括钌、铑、钯、锇、铱和铂。前体化合物在载体材料上的吸附取决于载体材料的表面性质，也取决于前体化合物和浸渍溶液的pH值。例如，我们已知铂族金属的硝酸盐能强烈地吸附在氧化铝上，而在浸渍溶液的酸度相同时，其氯化物吸附则很弱。在制备粒状催化剂时，为使催化活性元素在颗粒上具有一定的分布效果，使用这一差别。例如，当使用硝酸盐时，获得特定的外壳轮廓，而使用氯化物则可以使活性组分穿透整个颗粒。现已表明，不论是很强或很弱的吸附都不能使催化活性贵金属在粉末材料上优化分布。当吸附很强时，前体化合物不能充分穿透载体材料中的粉末颗粒，前体化合物仅沉积在粉末颗粒的比表面的外层部分。在这些区域的高浓度使得活性贵金属晶体变粗。然而，当前体化合物的吸附很较弱时，前体化合物在长时间内是可移动的。当干燥浸渍了的载体材料时，会发生色谱效应，从而导致在浸渍材料的不同部分催化活性贵金属很不均匀。因此，贵金属的晶体尺寸会在很宽的范围内变化。除非常小的晶体外，还有相当大一部分贵金属的晶体尺寸大于10nm。现已发现，通过适当混合载体材料和贵金属的前体化合物，可以使贵金属均匀且高度分散地沉积。例如，当至少一部分细分散的材料的等电点在6-10之间，和当铂族金属的阴离子盐用作前体化合物时是这样的。这种方式的混合能均匀地穿透特定材料的粉末颗粒，并得到良好的吸附。在这种情况下，吸附主要是由于载体材料的表面正电荷与带负电的阴离子之间的等电作用引起的。在浸渍后，前体化合物被热固定在载体材料上。为了这一目的，浸渍过的粉末材料首先在高达180℃的温度下干燥，然后，在高于300℃的温度下烧结。在烧结过程中前体化合物被分解。根据所选择的温度和前体化合物的类型，形成了贵金属的不同氧化态的混合物，在生产含水涂布分散体的后续过程中，它们不再进入溶液中。按照本专利技术方法的一个特定的有利变通方案，前体化合物可以不进行热固定。当来自浸渍过程的粉末材料还是湿的时候，就直接处理，制成涂布分散体。通过将pH值调节到低于上述等电点1-3个单位，优选在4-8之间，以防止前体化合物返回溶液中。通过这种操作方法，可以节约大量热固定前体化合物所需的能量，而且整个催化剂生产过程变得有效。为了实现孔容积浸渍，当用喷嘴将前体化合物溶液喷洒到粉末材料上时，所选择的载体材料混合物应均匀地旋转，例如，放在容器中。按照本专利技术，所使用的溶剂体积的最大值限制为粉末混合物吸收容量的90％。使用少量的溶剂可以防止前体化合物吸附后再解吸，从而防止了它们聚集成较大的晶体。使用的溶剂量越少，越易于防止不必要的解吸。然而，溶剂体积的下限由溶解待负载到载体材料上的前体化合物的量所需体积所限定。这样，根据前体化合物的溶解度，导致了溶剂体积的不同下限。通常不使用小于40％的溶剂体积。按照本专利技术，溶剂体积为粉末混合物吸收容量的50％-70％是特别有利的。如果使用占水吸收容量90％的溶剂体积，由于前体化合物的溶解度较低，进行一次浸渍不能将所需量的催化活性组分施加到载体材料上，因此，可以用较少量的溶剂重复浸渍数次，同时进行适当的中间干燥。不管溶剂体积是多么少，浸渍过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂的制备方法，其中将一种催化活性涂层涂敷到一种惰性载体结构物上，所述涂层由高表面积的、细分散的材料以及催化活性组分组成，所述方法包括，将催化活性组分施加到细分散的材料上，由这些材料生产一种涂布用分散体，用该分散体涂布载体结构物，该方法的特征在于包括以下步骤： （ａ）通过孔容积浸渍方法，用催化活性组分的前体化合物的溶液浸渍预定细分散的材料的粉末混合物，其中前体化合物被吸附在该材料的至少一部分上， （ｂ）用浸渍过的粉末混合物生产含水涂布分散体， （ｃ）用以这种方式获得的分散体涂布载体结构物，和 （ｄ）干燥并烧结涂层。

【技术特征摘要】
DE 1997-12-4 19753738.31．一种催化剂的制备方法，其中将一种催化活性涂层涂敷到一种惰性载体结构物上，所述涂层由高表面积的、细分散的材料以及催化活性组分组成，所述方法包括，将催化活性组分施加到细分散的材料上，由这些材料生产一种涂布用分散体，用该分散体涂布载体结构物，该方法的特征在于包括以下步骤(a)通过孔容积浸渍方法，用催化活性组分的前体化合物的溶液浸渍预定细分散的材料的粉末混合物，其中前体化合物被吸附在该材料的至少一部分上，(b)用浸渍过的粉末混合物生产含水涂布分散体，(c)用以这种方式获得的分散体涂布载体结构物，和(d)干燥并烧结涂层。2．权利要求1的方法，其特征在于至少一部分细分散的材料的等电点在6-10之间，催化活性组分的前体化合物是元素周期表中铂族金属的阴离子盐，浸渍后，它被热固定在载体材料上。3．权利要求1的方法，其特征在于至少一部分细分散的材料的等电点在6-10之间，催化活性组分的前体化合物是元素周期表中铂族金属的阴离子复合物，浸渍过的载体材料不进行热固定，而是直接处理，得到一种涂布分散体，该涂布分散体的pH值低于所述等电点1-3个单位，优选在4-8之间。4．权利要求2或3的方法，其特征在于用于孔容积浸渍的溶剂体积为粉末水吸收容量的40-90％，优选为50-70％。5．权利要求4的方法，其特征在于所用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H克雷恩，J莱耶尔，R德迈斯勒，E洛克斯，T克雷泽，
申请(专利权)人：底古萨股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]