[其他]嵌埋大表面积聚结物的整体催化剂载体及其制备方法

说明书

本发明提供一种多孔的氧化物大表面积聚结物作为催化剂载体。该聚结物以粗颗粒形式结合入一种可烧结的陶瓷结构中作为一种分散的非连续相。此聚结物为陶瓷结构内的有效催化剂载体提供必要的大表面接触区，通过烧结而达到合适的密度和强度。

本发明涉及整体催化剂载体及其制备方法，特别涉及在陶瓷基体内含有一种分散不连续的大表面积相的载体及其制备方法。

现有的陶瓷整体催化剂是由具有大表面材料涂层的陶瓷载体组成的，在大表面材料的涂层上沉积了催化剂。具体耒说，陶瓷载体为了达到一定密度和强度，通常是用陶土或其它陶瓷基体材料在高温下烧结而制备的。这种工艺过程通常造成一个非常小的表面积因此这陶瓷必须涂复具有较大表面积实际上能沉积催化剂的特定化学特性的另外一种材料。在小表面积的陶瓷壁上沉积一层大表面积的“涂浆涂层”（Washcoata）的工艺过程已经公布，例如，在美国专利U.S2742437和U.S3824196中公布过。

这种催化剂载体具有如下几种缺陷：在操作中，载体常常暴露于含有灰尘或颗粒物质的气流作用中，这可能造成大表面积涂层从底层陶瓷载体上剥离。在载体经受热循环的地方这种现象也可能发生，因为这涂浆涂层和底层陶瓷材料常常具有不同的热膨胀系数。另外，沉积在大表面积涂浆涂层的催化剂对中毒是很敏感的，例如在汽车转化器操作中的铅或磷，因此必须周期地再生或调换。所以本发明的一个目的是，提供不容易磨损和以抗中毒的方式承载催化剂的大表面积整体化载体。本发明的另外一个目的是，为了在保持适当催化功能必要的多孔性和大表面积的同时，提供具有良好机械性能整体载体。以下叙述本发明怎样实现这些和其它目的。

本发明为催化剂提供制备大表面积聚结物的方法和制备整体化载体的方法，这整体化载体具有第一个基本连续高强度的陶瓷基体材料烧结相和第二个预埋在陶瓷相内大表面积材料的非连续相。通过混合：（a）具有至少20平方米/克的大表面积的一种多孔的氧化物，选自以下这个组：氧化铝、氧化硅、尖晶石、沸石、氧化钛、氧化锆、及它们的混合物和（b）该氧化物的粘合剂;加热这种混合物达到直到250℃的某个温度，以干燥和固化这混合物;再把干燥或固化物造型成具有50～250微米的中值直径的粗粒子，这样的方式首先单独地制备聚结的大表面积相。然后通过混合15～50份（重量）上述粗粒子与50～85份（重量）陶瓷基体材料;把这混合物造型成蜂窝状物;加热这成型的混合物到一定温度并在一段有效时间内使这种陶瓷烧结，这样方式来制备整体化载体。

以此方式制备的整体化载体含有一种烧结到希望强度的陶瓷基体以及为了在陶瓷基体内提供大表面积承载催化剂的聚结的多孔氧化物非连续相。已经辨明，陶瓷虽经烧结，它本身仍是多孔状的，而那聚结粒子尽管在陶瓷壁内，仍可以流通过预定的气流而提供合适的表面接触区并且延长催化剂的寿命。在此预埋的大表面积材料上沉积着催化活性的材料，这样可以防止磨损，也就是认为，陶瓷起着一个过滤器的作用，以致在毒物接触或有害地影响催化剂本身之前通过反应或吸附就消除或结合了它们。

本发明的整体化载体与目前使用的载体相比较，还有的优点就是重量轻，这是由于用了较轻的大表面积聚结物代替了密度较大的陶瓷基体材料的缘故，在那些要求催化剂是热活性化的和很快起作用的应用中，如在汽车催化转化器中，本发明的整体式载体其减小了的热质量允许“起动”（Liohtgoff）温度会很快地达到。

如本发明的一个方面，就是单独地制备一种大表面积聚结材料以便接着结合入整体催化剂载体。这是通过混合一种多孔的氧化物和一种该氧化物的粘合剂来生成一种基本均匀的混合组成的办法来进行制备的。再把这组成加热以固化和硬化粘合剂并且驱掉另外一些挥发物，然后再造型成粗粒子，这粗粒子将构成本催化剂载体陶瓷基体内的大接触表面相。

在本发明中适合使用的多孔氧化物是如下这些，这些氧化物在煅烧以后要具有至少每克20平方米的接触表面积，更好是至少每克60平方米接触表面积，最佳至少每克100平方米接触面积。（此地使用的“煅烧”是指加热一种材料到某一温度以下，该材料达到这个温度大体上开始失去它的多孔性和接触表面区域。）比较好的氧化物是氧化铝，氧化硅，尖晶石，氧化钛，氧化锆或沸石，也可以使用这些氧化物的混合物。然而，本专业的技术人员可辨别的是本发明并不限于这些特定的氧化物。本发明预期可以使用通常用作催化剂载体的并且具有以上提到性能的另外一些材料。