[发明专利]一种整体式催化剂小样的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种整体式催化剂小样的制备方法，本发明涉及的另外一个方面是小体积蜂窝陶瓷载体的制备方法。

 

背景技术

整体式催化剂是由许多狭窄的平行通道整齐排列的一体化催化剂。由于早期开发的陶瓷载体催化剂的横截面呈蜂窝状结构，故又称之为蜂窝状催化剂。它的基本特性是通道内存在有限的径向混合，而相邻通道间一般无任何的传质作用。催化活性组分被制成极薄的涂层（10-50μm），反应的气体或流体通过这些孔道并进行反应。相对于传统的颗粒催化剂床层，整体式催化剂具有低的压降，适用于高空速的反应；其活性组分都附着于孔道的表面，其利用率较高；催化剂具有较高的机械强度。整体式催化剂所具有的优异特点使它在高空速、高温汽车尾气净化反应中得到了广泛的应用。蜂窝陶瓷整体式催化剂是汽车尾气催化净化器的主体，以堇青石为主晶相的陶瓷具有较低的热膨胀性能，一直是蜂窝陶瓷催化剂载体的首选材料。

尾气净化催化剂的开发过程中需要进行小样性能评价、台架性能评价和整车性能评价。台架性能评价和整车性能评价可以较真实地评价催化剂性能，但其成本较高、耗时较长，所以进行有效的小样性能评价，可以显著地降低催化剂开发成本、缩短研发周期。

催化剂小样又可以分成粉末和整体两类。粉末催化剂小样可以是只含有活性成分和助剂的粉末，也可以是活性成分和助剂涂覆到载体上后压片筛分得到的粉末。然而，这两种粉末催化剂小样的成分、形状或结构都与实际运用的整体式催化剂存在差异，因而其评价的催化性能结果及关联性都比较差。但是由于现有评价技术和开发成本所限制，目前催化剂小样评价大都采用粉末催化剂。

用于催化剂小样性能评价的整体式催化剂小样的体积一般是0.5-10.0mL，但是由于其成分、形状或结构都与实际运用的大整体式催化剂相同，所以其催化性能结果接近真实情况。整体式催化剂体积较大，不能直接用于催化剂小样性能评价。因此寻找合适的方法制备整体式催化剂小样非常重要。目前除了缺少相应的技术直接将整体式催化剂制备成催化剂小样外，另一个方面是市场上销售的蜂窝陶瓷载体体积都大于100 mL，无法直接用于制备整体式催化剂小样，而用蜂窝陶瓷载体制备的整体式催化剂也缺少相应的技术，将其制备成整体式催化剂小样。因此，选用合适的方法，从整体式催化剂或大体积的蜂窝陶瓷制备出适用于固定床微反应器的整体式催化剂小样对于节约研发成本、缩短研发周期尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体式催化剂小样的制备方法，并将制成的整体式催化剂小样用于催化剂小样性能评价；本发明的另一个目的是提供一种小体积蜂窝陶瓷载体的制备方法。

整体式催化剂体积一般都大于100mL。整体式催化剂小样是将活性成分和助剂涂覆到体积为0.5-10mL的小体积载体上，其成分、形状或结构都与实际运用的整体式催化剂相同，所以其催化性能结果更接近真实情况。

一种整体式催化剂小样的制备方法，包括如下步骤：（1）根据实际反应条件及反应器直径计算所需的整体式催化剂小样的直径、长度；（2）制备小体积蜂窝陶瓷：将钻头安装到工作稳定的工业台钻上；再将蜂窝陶瓷放置在台钻平台上，用钻头对蜂窝陶瓷钻取一定深度并尽可能多的小圆柱体；然后在切割机上调整到计算得到的所需长度，并用去离子水将其冲洗干净；挑选出上下底面平整，侧面没有大的破损的蜂窝陶瓷，将其干燥、焙烧后即可得到小体积蜂窝陶瓷载体；（3）负载催化剂活性成分：将焙烧后的小体积蜂窝陶瓷称重；称重后将其浸于催化剂涂覆液中，5-8min后取出，吹干残液，室温下老化7-10小时后对催化剂干燥、焙烧，即可得到整体式催化剂小样；对焙烧后的整体式催化剂小样再次进行称重。

所述的制备方法，步骤（2）、（3）中所述的干燥条件是指温度为100-120℃，时间为3-5小时；步骤（2）、（3）中所述的焙烧条件是指温度为500-600℃，时间为3-5小时。

所述的制备方法，步骤（2）、（3）中所述的干燥条件是指温度为100-120℃，时间为3-5小时；步骤（2）、（3）中所述的焙烧条件是指温度为540-560℃，时间为3-5小时。

所述的制备方法，步骤（2）、（3）中焙烧时所用的设备是加热炉；将载体或催化剂放入加热炉焙烧时加热炉以2-5℃/min的程序升温。

所述的加热炉为马弗炉。

所述的制备方法，步骤（2）中所述的钻头为薄壁空心金刚钻头，其内径和长度可按反应器直径和实际反应条件选取。

所述的对蜂窝陶瓷钻取的一定深度是根据实际反应条件而定，其数值大于计算所得长度的2-5mm。