[发明专利]一种在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆涂层的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种在堇青石蜂窝陶瓷上均匀涂覆氧化铝涂层的方法及其应用。

背景技术

堇青石蜂窝陶瓷由于具有规整的孔道结构、热稳定性好、价格低廉、加工成型方便等优 点，目前是VOCs(如甲苯等)催化燃烧净化使用的负载型贵金属整体式催化剂的主要骨架 基体之一。与负载型贵金属粒状催化剂相比，该类整体式催化剂由于独特的骨架结构具有大 量的宏观尺度上的中空孔道，且平行孔道间无流体的径向主体传输，所以压力降比粒状催化 剂低2～3个数量级、传热传质性能好，工业放大简单。但由于蜂窝陶瓷比表面积较小 (＜1m²/g)，贵金属Pt、Pd等与陶瓷的热膨胀系数不同，为了更好的均匀牢固负载贵金属， 必须首先在蜂窝陶瓷孔道表面上涂覆一层高比表面且热膨胀系数相似的氧化铝涂层。

目前在蜂窝陶瓷上涂覆氧化铝涂层，采用的都是普通浸渍法，即把蜂窝陶瓷直接浸入预 先配制好的铝溶胶中，一段时间后取出干燥和高温焙烧即可。而且为了提高每次浸渍时氧化 铝的涂覆率，多选用高浓度的铝溶胶作为浸渍液。但铝溶胶的浓度较高时，粘度增大，溶胶 流变性变差，使得浸渍过程中铝溶胶很难进入蜂窝陶瓷孔道内部，造成无法涂覆或涂层涂覆 不均匀的现象。所以为了改善高浓度铝溶胶的流变性，目前的报道多是采用在铝溶胶中添加 各种类型的表面活性剂作为分散剂的方法。但这类方法需要添加较大量的额外试剂，且对铝 溶胶的浓度有严格限制，过高浓度的铝溶胶也无法改性；同时为了避免对涂层造成污染，添 加的额外试剂需焙烧除去，这也造成了较大的浪费。因此探究在堇青石蜂窝陶瓷上均匀涂覆 涂层的新方法意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种在堇青石蜂窝陶瓷的孔道表面均匀涂覆氧化铝涂层的方法，进 而用于负载Pd等贵金属制备VOCs催化燃烧净化用整体式催化剂。

本发明从改善浸渍涂覆工艺入手，采用真空抽提浸渍法在蜂窝陶瓷上均匀涂覆氧化铝涂 层。即在浸渍过程中，通过添加额外的真空抽提力，使铝溶胶强制进入蜂窝陶瓷孔道内部， 然后每隔一定时间，暂停抽真空而反向鼓风，使陶瓷孔道中的铝溶胶回流浸渍液中混合均匀 后，再抽真空重复浸渍，进而使铝溶胶能更好地沉积在陶瓷孔道内表面上，达到涂层涂覆均 匀的目的。该发明具体制备方法步骤如下：

(1)高浓度铝溶胶的配制：以固含量为10～14wt％的拟薄水铝石浆液为原料，加入硝酸， 酸铝摩尔比为0.1，在80℃水浴中搅拌回流4～8小时，陈化过夜即可；

(2)真空抽提浸渍工艺涂覆氧化铝涂层：将预处理过的堇青石蜂窝陶瓷一端浸入带磁力 搅拌的高浓度铝溶胶浸渍液中，另一端通过硬质胶管与真空装置相连，控制真空度为0.02～ 0.07MPa；然后每隔3分钟，暂停真空装置，反向鼓风10～30秒，再抽真空重复浸渍；真空 抽提浸渍6～12分钟后，关闭真空装置，取出蜂窝陶瓷，吹净孔道内部残液后，于100～120 ℃干燥1～3h，500℃焙烧4h。

(3)为了提高氧化铝涂层的涂覆率，可以重复上述步骤(2)再涂覆1～3次。

所述堇青石蜂窝陶瓷采用孔密度为400孔/英寸²的商业产品；拟薄水铝石也采用商业产 品。

步骤20)中所述堇青石蜂窝陶瓷的预处理：将堇青石蜂窝陶瓷在12wt％的硝酸溶液中 加热煮沸20分钟，取出用蒸馏水冲洗干净后干燥；将处理后的蜂窝陶瓷切割成15mm×15mm ×25mm。

所述高浓度铝溶胶的固含量为10～14wt％，粘度为28～60mPa·s。

使用所述的方法涂覆了氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷，进一步负载贵金属制备的整体式 催化剂，应用于甲苯催化燃烧净化处理。

本发明的有益效果在于：通过真空抽提改善高浓度铝溶胶浸渍涂覆工艺，在堇青石蜂窝 陶瓷孔道表面上涂覆薄而致密、分布均匀、涂覆率和比表面积更高的的氧化铝涂层。特别是 在铝溶胶固含量大于12wt％、溶胶粘度大于等于35mPa·s时，采用普通浸渍法铝溶胶难以 进入蜂窝陶瓷孔道内部，无法正常涂覆涂层；而采用本发明改进的真空抽提浸渍工艺却没有 这个限制，依然可高涂覆率的均匀涂覆氧化铝涂层。而且用本发明的方法涂覆了氧化铝涂层 的蜂窝陶瓷，进一步负载Pd贵金属制备的整体式催化剂，用于甲苯催化燃烧净化处理时， 在215℃的较低温度下，即可使甲苯转化率达到99％，甲苯浓度降到40mg/m³以下，达到国 家限制排放标准。

附图说明