[发明专利]一种整体式簇状氧化铝负载催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种整体式簇状氧化铝负载催化剂及其应用。所述载体包括分级结构氧化铝涂层和整体式多孔陶瓷基体；所述分级结构氧化铝涂层是有厚度为纳米的叶片堆积成的微米级簇状物，呈花状结构。

技术领域

本发明涉及材料制造和化工应用领域，具体涉及整体式簇状氧化铝负载催化剂及其催化应用。

背景技术

整体式结构载体是一类具有宏观尺寸、结构规整的块体式催化剂载体，内部均匀分布着一定尺寸的流体通道，具有传质阻力小，传质效率高，便于组装拆卸等优点。其负载催化活性组分后制成的整体式结构催化剂已被广泛应用于汽车尾气与工业废气的净化处理、催化燃烧等领域。然而整体式结构载体多为高温烧结体，如堇青石蜂窝陶瓷、α-Al₂O₃泡沫陶瓷等，存在比表面积小的弊端，非常不利于催化活性组分的分散。

分级结构活性氧化铝具有纳米尺度的结构单元和微米及以上尺度的整体形貌，能在微-纳米尺度上发生耦合效应和协同效应，能使活性氧化铝具有大比表面积的同时，还会产生一些特殊的性能。然而当将分级结构活性氧化铝作为整体式结构载体的一种涂层时，往往无法保持其原有形貌，从而无法使分级结构与整体式结构发挥各自的优势。

因此，本领域迫切需要提供具有优异的耐高温性能，且比表面积大的可负载催化剂的整体式结构载体。

发明内容

本发明旨在提供一种具有整体式结构的催化剂。

在本发明的第一方面，提供了一种整体式簇状氧化铝载体，所述载体包括分级结构氧化铝涂层和整体式多孔陶瓷基体；所述分级结构氧化铝涂层是有厚度为纳米的叶片堆积成的微米级簇状物，呈花状结构。

在另一优选例中，所述分级结构氧化铝涂层是原位生长于整体式多孔陶瓷基体上的涂层。

在另一优选例中，所述涂层的比表面积为50-150m²/g；所述涂层的曲折因子为1.0-3.5，优选为1.0-3.0。

在另一优选例中，所述整体式多孔陶瓷基体选自堇青石蜂窝陶瓷、α-Al₂O₃泡沫陶瓷、莫来石蜂窝陶瓷。

在另一优选例中，所述分级结构氧化铝涂层和整体式多孔陶瓷基体的重量比为1∶100－1∶3；优选为1∶50-1∶5。

在本发明的第二方面，提供了一种如上所述的本发明提供的整体式簇状氧化铝载体的制备方法，所述方法包括步骤：

(1)将整体式多孔陶瓷基体在酸性溶液中进行预处理后在高温炉中处理、冷却、待用；所述酸性溶液为硝酸、盐酸或草酸；

(2)将步骤(1)获得的待用的整体式多孔陶瓷基体放入硝酸铝与尿素的乙醇-水混合溶液中，160-180℃下保持1-24小时，冷却、洗涤、干燥后得到结合有簇状氧化铝前驱体(即勃姆石)涂层的整体式多孔陶瓷材料；和

(3)将步骤(2)得到的材料在浓硫酸(重量浓度为98％)中浸泡1-10分钟后，在800-1200℃焙烧1-24小时，冷却后得到如上所述的本发明提供的整体式簇状氧化铝载体。

在另一优选例中，步骤(1)中所述酸性溶液重量浓度为20％-50％；所述预处理温度为30-95℃。

在另一优选例中，步骤(2)所述混合溶液中铝离子的摩尔浓度为0.1-10mol/L；所述混合溶液与整体式多孔陶瓷基体的体积比为5:1-50:1。

在本发明的第三方面，提供了一种如上所述的本发明提供的整体式簇状氧化铝载体的用途，用作整体式结构催化剂的载体或用于获得整体式结构催化剂。

在本发明的第四方面，提供了一种整体式结构催化剂，所述催化剂是由如上所述的本发明提供的整体式簇状氧化铝载体负载催化活性组分。