[发明专利]涂覆有包含纤维质材料的活化涂层的催化剂载体基材

说明书

本发明涉及一种涂覆有提高表面积的活化涂层(washcoat)组合 物的催化剂载体基材，并且特别地涉及具有针对工业应用，包括用于 车辆排气系统，的提高的机械强度的这种活化涂层组合物。

将氧化物活化涂层施加在陶瓷流通型(flow-through)蜂窝状整 料上以提高其的表面积并且将产品催化的技术已经非常良好地确立 了大约30年。每年制造了千万个使用该技术的汽车催化转化器。传 统上，将活化涂层的浆料沉积在基材上，并且将涂覆的基材干燥以形 成未经后续处理的(green)涂覆基材，然后将其焙烧。然后用来自铂 组的一种或多种催化金属浸渍焙烧的、涂覆有活化涂层的整料。然 而，当尝试将该技术用于要求更高的情形中，例如用金属基材代替车 辆催化转化器用的陶瓷基材和用于工艺催化剂系统(即，大规模催化 工艺，包括硫酸和硝酸工艺、蒸汽重整、纯化工艺等)中时，开始出 现问题。涂层耐久性正变成一个重要的问题，尤其是在涉及到流体系 统的催化处理(其中流体中具有磨损性污染物)的工艺中或者其中催 化设备或反应器经历热和/或机械冲击的工艺中。

已知的是使用纤维增强物以增强较弱的基质，例如在塑料的玻璃 纤维或碳纤维增强物中，和碳化硅或氮化硅纤维增强物用于金属或陶 瓷。当然，在《圣经》中就提及了制备带有稻草的日晒干燥的粘土砖。 在这些复合材料中，纤维添加物的大多数水平为30-90wt％范围。在 这些材料中，由于当增强纤维在基质中桥接了推进的裂纹时获得了应 变容限(这是因为纤维的破坏应变显著大于基质)，所以产生了韧性。 有许多方式增强基质，这包括但不石英或氧化铝纤维或SiC晶须。然 而，还没有在固体催化剂载体基材上使用微米级纤维或晶须的活化涂 层的任何建议，并且看起来少量纤维不可能提供任何有益的效果，这 些纤维可以具有与至少部分基质活化涂层材料相同的组成。并且从催 化剂化学工作者的观点出发，将基本惰性的材料混合到催化剂组合物 中似乎没有好处。

Ahn等(“Fabrication of Silicon carbide whiskers and whisker containing composite coatings without using a metallic catalyst”， Surface and Coatings Technology，2002，154(2-3)，276-281)描述 了如何通过交替的晶须生长条件和基质填充工艺制备复合涂料。

Zwinkels等(“Preparation of combustion catalysts by washcoating alumina whisker-covered metal monoliths using the sol-gel method”，Studies in Surface Science and Catalysis，1995，91，85- 94)描述了如何将用氧化铝晶须覆盖的金属整料在含二氧化硅的浆料 中浸涂。将Pd浸渍在由此制备的涂层上以得到催化燃烧用的合适催 化剂。

美国专利No.5,326,735(NE Chemcat Corp.)描述了通过将铱沉积 在金属碳化物或氮化物载体上而制备催化剂，该载体的来源是不重要 的，但在该专利中建议是廉价的来源例如使用直径0.1-100微米的晶 须或粉末。通常将该Ir/晶须催化剂与粘合剂一起球磨16小时，以制 得整料涂层用的合适活化涂层。没有在权利要求或实施例中提及产生 了提高的涂层耐久性，并且晶须不可能经受得住剧烈的研磨过程。

JP2001252574(Babcock-Hitachi K.K.)描述了用于烟道后处理 应用的催化的纤维增强基材的制备。该基材是由用粘合剂例如硅胶或 PVA喷涂的金属板条和玻璃纤维非织造布制成的多层结构，随后将其 用催化剂涂覆。在该情况下，纤维层形成了基材的一部分并且有效地 提供了对于随后沉积的催化剂涂层而言有利的关键性表面。