化工開(kāi)題報(bào)告文獻(xiàn)綜述(編輯修改稿)
2025-04-20 23:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及硅酸鋁鹽等。陶瓷蜂窩載體的大致制備工藝流程是：粉碎→混合→捏合→成型→干燥→休整→焙燒。堇青石蜂窩陶瓷(Cordierite,2MgO2A12O35SiO2)主要由高嶺土(A12O32SiO22H2O)、滑石(3MgO4SiO2H2O)和有機(jī)粘合劑擠壓成型,干燥后再經(jīng)過(guò)高溫焙燒制成。 金屬合金載體金屬合金載體是70年代末出現(xiàn)的，主要有FeCrAl、NiCr和FeMow等三類(lèi)合金。金屬載體具有規(guī)則上的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，因金屬合金載體制成的催化劑具有較小的壓力降而在氣相反應(yīng)中應(yīng)用比較多。金屬合金載體還有很好的耐熱和機(jī)械沖擊性，這些優(yōu)點(diǎn)使它在催化燃燒催化劑中占有越來(lái)越優(yōu)越的地位。與陶瓷載體相比，金屬合金載體具有好的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱率比陶瓷基質(zhì)大約高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，而陶瓷載體幾乎是不導(dǎo)熱的，金屬合金載體的機(jī)械強(qiáng)度比陶瓷載體大。但是金屬合金載體也有缺點(diǎn)，金屬合金載體載體與涂層材料的膨脹系數(shù)差異較大，在使用的過(guò)程中，由于溫度的不斷變化使二者之間將產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而造成涂層脫落，縮短催化劑的使用壽命。金屬合金載體有較差的抗高溫氧化性，與催化劑或者載體之間的粘附性差，所以能進(jìn)入實(shí)用的貴金屬只有小部分。 一般的情況下，在制備堇青石蜂窩陶瓷載體時(shí)，由于高溫鍛燒會(huì)導(dǎo)致載體材料燒結(jié)，造成其比表面積減小小。因此，在載體表面涂覆一層高比表面積的涂層不僅能增大堇青石的比表面積而且還能使催化活性組分與載體有效牢固的結(jié)合起來(lái)，并能極大地發(fā)揮活性組分的作用。在整體催化劑中，蜂窩陶瓷載體只是支撐體，涂層才是催化活性組分的真實(shí)載體，故涂層稱(chēng)為整體催化劑的“第二載體”，涂層和第一載體體結(jié)合的好壞在很大程度上決定了催化劑的活性和壽命，所以涂層在催化劑的制備中占有舉足輕重的地位。在選擇涂層是，必須考慮以下三個(gè)條件：1)與陶瓷蜂窩載體之間的粘結(jié)強(qiáng)度高；2)對(duì)活性組分的吸附性能好：3)熱穩(wěn)定性好。常見(jiàn)的涂層有γAl2O碳、沸石等。近年來(lái)，人們研究開(kāi)發(fā)了許多新的催化劑涂層材料，如La2OZrOTiO炭涂層等等，下面就其中的幾種詳細(xì)闡述。 γAl2O3涂層 傳統(tǒng)的γAl2O3涂層 由于γAl2O3具有比表面大，易吸附活性組分(H2PdClH2PtCl6等)等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了普遍的應(yīng)用，是最常用的蜂窩陶瓷涂層。但是由于γAl2O3在高溫環(huán)境下容易發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變成熱力學(xué)上穩(wěn)定的αA1203，引起比表面積的大幅度減小，使得催化劑的活性降低；如果溫度在1200℃以上，涂層容易發(fā)生燒結(jié)，并且出現(xiàn)裂縫和脫落現(xiàn)象，使氣體阻力增多，從而造成催化劑活性降低。因此，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)蜂窩陶瓷涂層提出了新的要求。Al2O3涂層的制備方法主要有以下三種方法： （1）溶膠凝膠法制備鋁溶膠：典型的步驟是先制備溶膠，假勃姆石(AlOOH)︰氨水︰ mol/L硝酸=2︰1︰5。干燥的規(guī)整載體在溶膠中蘸濕，空氣排空，旋轉(zhuǎn)干燥，然后在高溫下焙燒成γA12O3涂層。 （2）以活性氧化鋁粉體為原料制備涂層漿液，具體為：將擬薄水鋁石粉在600 ℃焙燒，得到活性Al2O3粉，與去離子水混合，滴加濃硝酸調(diào)節(jié)，球磨機(jī)球磨，得到Al2O3漿料。 （3）以擬薄水鋁石為原料制備鋁溶膠，然后在載體上涂覆以形成氧化鋁涂層的溶膠凝膠方法。具體操作為：在擬薄水鋁石干膠粉中加入一定量的HNO3進(jìn)行膠溶，并加入少量的尿素作為分散劑，高速攪拌，即得到鋁溶膠。將堇青石蜂窩陶瓷載體樣浸沒(méi)在上述鋁溶膠中，取出吹掉載體孔道中的多余溶膠，干燥，焙燒，即得到具有氧化鋁涂層的蜂窩陶瓷載體。 添加助劑的γAl2O3涂層 為改善γAl2O3的熱穩(wěn)定性，需要添加CeOLa2O3和BaO等助劑來(lái)抑制A1203的燒結(jié)及相變。γAl2O3涂層加入CeO2經(jīng)過(guò)高溫處理之后，Ce3+進(jìn)入A12O3晶格，阻礙了晶體的生長(zhǎng)和γAl2O3轉(zhuǎn)變，使活化的涂層在高溫下保持穩(wěn)定，抑制活性的損失。γAl2O3:涂層加入La2O3之后，在亞穩(wěn)型氧化鋁表面上形成了LaAlO3，起到了穩(wěn)定γAl2O3的作用。在γAl2O3中加入BaO后，高溫下二者發(fā)生固相反應(yīng)生成具有各向異性的層狀結(jié)構(gòu)的BaOA12O3，強(qiáng)烈地抑制了高溫下Al2O3的相轉(zhuǎn)變。但是，大量的研究亦表明，當(dāng)活性組分為鈣欽礦復(fù)合氧化物時(shí)，在一定的溫度下，氧化鋁會(huì)與許多金屬氧化物發(fā)生固相反應(yīng)生成活性較低的鋁酸鹽而導(dǎo)致失活。Fabbrini等以堇青石陶瓷作為第一載體，Al2O3作為第二載體。作為活性組分，制備了整體催化劑。研究結(jié)果表明，活性組分與涂層A12O3發(fā)生固相反應(yīng)，生成LaAlO3或CoA12O4導(dǎo)致活性組分的破壞。作為涂層的代表，碳涂層的研究一直引起研究者的極大興趣。碳涂層的主要優(yōu)點(diǎn)為：在酸性和堿性條件下很穩(wěn)定；碳材料本身是相對(duì)惰性的化學(xué)物質(zhì)；可調(diào)控的表面積、孔結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)。碳涂層可以功能化，對(duì)許多催化反應(yīng)具有潛在的用途；大的比表面積。主要缺點(diǎn)是在空氣下，熱穩(wěn)定性差。 其他涂層研究開(kāi)發(fā)新VOCs催化劑涂層材料上是人們關(guān)注點(diǎn)之一,目前開(kāi)發(fā)的新的涂層材料有La2OZrOTiOSnOY2O3及CeO2—Y2O3等。 第三章 結(jié)論 本文主要介紹了制備整體結(jié)構(gòu)型催化劑所需的活性中心體，基體以及涂層。通過(guò)比較不同活性中心體，不同載體，不同涂層的優(yōu)缺點(diǎn)，論述了對(duì)整體式催化劑的組成以及栽體的分類(lèi)和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，比較了整體式催化荊和粒狀催化劑的特點(diǎn)，重點(diǎn)論述了整體式催化劑的種類(lèi)，包括貴金屬、非貴金屬和鈣鈦礦型等幾種主要類(lèi)型整體式催化劑，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)所選擇的活性組分，試圖找到一種適合本實(shí)驗(yàn)的方法。 從文中的論述可以得出，相對(duì)于其他處理技術(shù)，催化燃燒法是消除VOCs污染的有效方法，其核心技術(shù)是開(kāi)發(fā)高效、高穩(wěn)定性的高效催化燃燒催化劑。高效催化燃燒催化劑是催化燃燒技術(shù)的關(guān)鍵核心，以塊狀載體作為骨架基體的催化劑稱(chēng)為規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑，也稱(chēng)為整體式催化劑。與傳統(tǒng)粒狀催化劑相比，整體式催化劑有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性，汽車(chē)尾氣和工業(yè)廢氣的處理仍然是整體式催化劑的主要應(yīng)用方向，開(kāi)發(fā)適合更多領(lǐng)域的整體式催化劑具有廣闊的發(fā)展前景。由于具有特殊孔道結(jié)構(gòu)，這類(lèi)催化劑改善了催化反應(yīng)床層上的物質(zhì)傳遞，提高了催化效率，降低了壓力降，減少了操作費(fèi)用，在石油化工、精細(xì)化工等多相催化反應(yīng)。 整體式催化劑主要由活性組分、助催化劑、分散擔(dān)體和骨架基體四部分構(gòu)成。整體式催化劑獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)具有大量宏觀尺度上的中空孔道，內(nèi)部的孔道全是從一端到另一端直通，骨架
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