[发明专利]稀土氧化铝颗粒生产方法和应用

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及无机复合物材料工艺学领域，更具体地说，本发明涉 及保持高热稳定性的稀土氧化铝粉末、生产方法和应用。本发明的材 料尤其可用于车辆发动机尾气转换器中的三元催化剂载体。

2.现有技术的描述

大气的污染主要来自由一氧化碳(CO)、各种氢碳化合物(HC) 和氮氧化合物(NOx)构成的车辆发动机尾气。三元催化剂可以将大 部分污染化合物改变成无害的二氧化碳CO₂、水H₂O和氮气N₂。因 此，它称作环境保护催化剂。车辆发动机尾气过滤器由催化活性的贵 金属(铂、铑和钯)、储氧材料和催化剂载体氧化铝以及担载所有粉 末的堇青石蜂窝状陶瓷组成。众所周知，催化剂的效率一般与催化剂 和反应性化合物的界面面积有关。表面(接触)面积越大，效率越高。 催化剂载体的基本功能是使催化剂颗粒能够尽可能保持分离状态并因 此使活性催化剂颗粒能够充分地接触反应性化合物而促进化学反应。 在发动机尾气的高温环境中，担载催化反应性贵金属的载体材料必须 具有优异的耐热能力。因此，在高温下，尤其是在1200℃下，该载体 材料仍可以保持高表面积。

常用的氧化铝载体具有差的耐热能力，特征在于在1200℃下形成 高温相，大多数孔隙坍塌和表面积急剧下降到10m²/g以下。

在1970年，一些美国专利公开了生产催化剂载体材料的方法，即 用在溶液中的可溶性稀土盐浸渍过渡型氧化铝接着将该液体与固体分 离并煅烧该固体以改进氧化铝热稳定性。

在1977年，美国专利号4,061,594公开了通过稀土硝酸盐、氯化 物和乙酸盐的浸渍溶液生产对高温具有高耐性的氧化铝的方法，其中 该稀土元素包括La、Pr、Nd和Th。但是效果不明显，因为随着延长 煅烧时间，在高达1200℃下的老化的SA迅速地降低。例如，在1200℃ 下煅烧4小时后的比表面积不大于32m²/g。

在1996年，美国专利号5,718,879公开了如下生产在1200℃下煅 烧4小时后具有大于40m²/g的比表面积的热稳定氧化铝颗粒的另一种 类似方法：在稳定化量的至少一种镧化合物，例如硝酸镧和/或至少一 种钕化合物存在下将氧化铝粉熟化/再水化至少部分地到勃姆石/假勃 姆石状态，接着液固分离、干燥和煅烧。但是在1200℃下煅烧24小 时后，该老化的SA仅是28m²/g。

美国专利号4,722,920公开了在高温下稳定的氧化铝催化剂载体 的生产方法，该氧化铝催化剂载体包含按1.5-6.0wt％的量用镧浸渍的 纯度至少99.95％且粒度不大于0.5微米的变换氧化铝，基于该氧化铝 的重量。对于具有99.99％的纯度的变换氧化铝，该氧化铝催化剂载体 在1200℃下加热5小时后具有至少60m²/g的表面积，但是如果该纯 度越低至99.95％，则该老化SA降低至少12％。

SASOL的商业产品高纯度的PURALOX-SCFa-140L3 (Na₂O＜20ppm)由铝醇盐的水解制备。含4％La₂O₃的氧化铝催化剂 载体在1200℃下加热24小时后具有大于40m²/g的SA。然而，这种 方法的生产成本高。

在工业生产中，可以在具有搅拌器和温度控制器的罐式反应器中 进行沉淀步骤。该方法可以是间歇或连续的。一般而言，连续方法具 有比间歇方法高的稳定性和一致性以及效率。然而，前者的均匀性低 于后者，这降低产品的性能。

发明概述

本发明在连续共沉淀法中使用静态混合器连同罐式反应器解决上 述问题，制备出具有更高稳定性、一致性和效率的氧化镧-氧化铝。

此外，本发明使用工业级原材料连同适合的表面活性剂加料制备 具有高热稳定性的稀土氧化铝颗粒。根据本发明，稀土氧化铝的生产 方法可用于工业生产。

本发明的一个目的是提供甚至在高达1200℃的高温下长期老化 之后仍具有高热稳定性的催化剂载体材料。