[发明专利]一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，包括：采用等离子体对堇青石蜂窝陶瓷进行预处理；经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，维持储罐在负压状态，先对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，获得具有涂层的整体式催化剂堇青石载体；采用浸渍处理，在整体式催化剂堇青石载体负载锰铈氧化物，获得堇青石整体式催化剂。本发明通过升温负压过程有效的去除了堇青石孔道中残存的空气和吸附物，使更多的浆料进入孔道内填充孔道增加涂覆负载量，同时提高了涂层与堇青石的接触面，提高了涂层的稳定性。本发明堇青石整体式催化剂在催化活性与稳定性方面具有明显的优势。

技术领域

本发明涉及一种新型功能材料制备技术，具体涉及一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)常见于石油化工行业的废气。催化燃烧技术因处理对象多、效率高、工艺简单等优点，是末端治理VOCs的有效手段之一。整体式催化剂因具有床层压降损失小、传质效率高、结构规整、机械强度和抗热性好等特点，常被石油化工行业用于VOCs净化。然而，作为支撑载体的堇青石(2MgO·Al₂O₃·5SiO₂)蜂窝陶瓷表面光滑且比表面积较低(约0.7m²·g^-1)，限制了活性物种负载量。涂覆一层高比表面积的氧化物或活性炭等作为支撑载体的涂层，分散催化剂的活性组分，是整体式催化剂性能提升的有效途径，制备出均匀分布且结构稳定的高比表面积涂层备受人们的关注。

使用不同涂覆方式制备堇青石整体催化剂涂层，对涂层的负载率、涂层厚度的均匀性、涂层抗龟裂和稳定性起着不同影响。传统涂层涂覆的方法，一般先通过溶胶凝胶法制备出涂覆浆料，再将预处理后的堇青石支撑载体浸渍在浆料中，而后取出用压缩空气吹扫去除孔道中残余浆料，干燥焙烧制得涂层。然而堇青石蜂窝陶瓷支撑载体内存在丰富的大孔，直接将其浸渍在浆料中，会导致孔道内气体无法排除被压缩在孔道中，然后再高温焙烧过程气体因受热膨胀导致涂层出现密集龟裂现象，甚至部分涂层直接脱落，直接影响涂层的均匀性、稳定性和涂覆率。近些年，有研究者在支撑载体涂覆涂层时利用超声波辅助浸渍技术制备涂层，与将较支撑载体直接浸渍在浆料中相比，超声波辅助浸渍浆料制得的涂层涂覆率更高，比表面积也更大且形成较多介孔结构，同时涂层的均匀性也得到改善，稳定性和涂层龟裂得到了缓解。

此外，也有研究者通过水热合成法在堇青石蜂窝陶瓷支撑载体表面生长一层氧化物作为过渡涂层负载催化活性组分。虽然水热法合成氧化物涂层在晶体形貌可控且涂层稳定性也更好，但实际工业规模化生产中依然存在合成工艺复杂、能耗高、合成过程时间长等诸多问题。

因此使用浆料浸渍制备涂层是目前最可行的策略，但是在浸渍制备涂层的具体方法依然存在很大的争议。

发明内容

本发明的目的是针对现有堇青石蜂窝陶瓷涂覆方式的不足，提供一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，在采用浸渍方式涂覆浆料之前，采用负压升温方式去除堇青石支撑载体孔道中残存的空气和吸附物种，使得更多的浆料进入孔道内填充孔道以增加涂覆负载量，同时提高了涂层与堇青石支撑载体的接触面，进而提高涂层的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，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；经过等离子体预处理的堇青石蜂窝陶瓷放入储罐中，密闭，维持储罐在负压状态，先对堇青石蜂窝陶瓷进行加热处理，再对堇青石蜂窝陶瓷进行浸渍处理，在堇青石蜂窝陶瓷上涂覆浆料，依次进行阴干、干燥、焙烧，获得具有稳定的、均匀的涂层的整体式催化剂堇青石载体；采用浸渍处理，在整体式催化剂堇青石载体负载锰铈氧化物，获得堇青石整体式催化剂。

所述的变温真空涂覆方式制备堇青石整体式催化剂的方法，包括如下步骤：