[发明专利]一种采用等离子体制备整体式催化剂堇青石载体的方法

说明书

本发明公开了一种采用等离子体制备整体式催化剂堇青石载体的方法，包括：将堇青石蜂窝陶瓷放入等离子发生设备中，采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；将经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入密闭储罐中，对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，维持储罐在负压状态，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，再堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料，依次进行阴干、干燥、焙烧，获得具有涂层的整体式催化剂堇青石载体。本发明利用等离子体具有活泼化学性质的特点，清洗堇青石表面的颗粒和吸附物种，刻蚀其表面增加粗糙度和比表面积，与传统使用水超声清洗或酸、碱溶液处理对比，该方法避免生成大量酸碱化学废液，同时单次涂覆量增加，涂层具有很好稳定性。

技术领域

本发明涉及一种新型功能材料制备技术，具体涉及一种采用等离子体制备整体式催化剂堇青石载体的方法。

背景技术

近年来，等离子体在制备催化剂材料方面得到广泛关注。等离子体本质上是一种气体放电过程，其由电子、离子、原子、分子和自由基等粒子组成。等离子体的状态主要取决于粒子的组成、密度和温度，依据体系的能量状态、电子温度和粒子密度可以分为低温等离子体和高温等离子体。高温等离子体也被称作热力学平衡等离子体，其电子、离子以及气体温度完全相同；介质阻挡放电也是低温等离子体的一种，介质可以阻挡贯穿气体的放电通道，形成高温高压，促进晶核的形成和生长。

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)常见于装修材料、机动车尾气、电子、制鞋、机械加工、油漆、石油化工等行业产生的挥发性气体，且大部分VOCs有毒性，恶臭气味，甚至有致癌性，对人体和环境产生严重的危害。目前治理VOCs 的处理技术主要有吸附、吸收、冷凝分离、直接燃烧、催化燃烧、生物分解、光催化氧化等，其中催化燃烧技术因处理对象多、效率高、工艺简单等优点最为常见。催化燃烧技术的开发应用的重点主要集中在催化剂的研发与制备，要求开发出具备高催化活性和稳定性的整体式催化剂符合市场需求。

堇青石蜂窝陶瓷(2MgO·Al₂O₃·5SiO₂)因其具备结构规整、机械强度和抗热性好、热膨胀系数小和气流压降损失小等优势常被用于整体式催化剂支撑载体。不幸地，堇青石蜂窝陶瓷表面光滑且比表面积低(约0.7m²·g^-1)，若直接将催化剂或者活性组分涂覆在堇青石蜂窝陶瓷支撑载体上，常出现催化剂涂层不均匀，稳定性差等问题，直接导致制备的整体式催化剂效果差。为了提高堇青石蜂窝陶瓷的比表面积，表面粗糙度和涂层的均匀稳定性，多样的预处理方式被用于处理堇青石蜂窝陶瓷，主要方法有：

1.室温酸泡预处理：通过酸性溶液预处理堇青石，去除其表面灰尘及微量的碱性镁离子及两性铝，增加堇青石表面的裂隙，降低堇青石正向伸长，降低热膨胀系数。

2.高温酸煮预处理：主要是在高温环境下，利用酸性溶液快速大量去除碱性金属镁离子及两性铝(增加内部微孔，进而形成介孔达到直接增加堇青石比表面积)，同时降低热膨胀系数。

3.室温碱泡预处理：利用碱性溶液去除微量的酸性硅离子，同时让堇青石表面呈现碱性，进而增加在酸性浆中涂覆量。

4.高温碱煮预处理：类似方法2、3的原理，同时加快剥离酸性离子的速度。

5.水超声预处理：清洗去除堇青石蜂窝陶瓷表面的灰尘。

上述酸性溶液(盐酸、硝酸、草酸等)和碱性溶液(氨水、氢氧化钠等)，都会导致大量酸性和碱性废液的生成，污染环境，且堇青石蜂窝陶瓷的酸碱性离子在预处理过程中被剥夺容易导致其机械强度变差。

发明内容