[发明专利]一种用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油车尾气净化领域，具体涉及一种涂覆在合金金属载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及制备方法。

背景技术

随着汽车产业的迅速发展，我国汽车保有量持续增加，但是，在人们享受汽车带来的便利的同时，尾气排放带来的污染问题也日趋严重。大城市中由于大量使用机动车，污染非常严重，2010年我国机动车NOx排放量达599.4万吨，并且有增长趋势，而NOx是产生酸雨、光化学烟雾及臭氧层空洞的主要原因之一。

由于SCR技术脱硝效率高、抗硫性强等特点，适应我国国情，目前我国中重型车用柴油机为达到国IV、国V排放要求主要选择SCR技术路线。选择性催化还原(SCR)技术，通常使用氨(NH₃)作为还原剂，将柴油发动机废气中的NO_x进行选择催化还原成N₂。考虑到液氨存储难、毒性大，一般采用尿素制氨，但是目前已投入使用的质量分数为32.5％尿素水溶液占据空间大、不宜在寒冷地区使用，如果可用固态尿素直接制得氨气，将克服以上尿素溶液制氨的不足之处。故本发明旨在研制用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层。

固态尿素水解制氨关键在于异氰酸的水解，固态尿素在160℃即可热分解为氨气和异氰酸(HNCO)，异氰酸再与水反应生成氨气和二氧化碳，故尿素水解即指的是异氰酸的水解，但是温度低于300℃时气态异氰酸水解效率低且容易生成聚合物。与陶瓷载体比较，金属合金载体有着良好的热传导性及较低的热容，利于催化剂快速发挥作用，并且，金属合金载体具有更好的抗震性、更高的机械强度，非常适合用来做异氰酸水解催化载体。但是，合金材料与催化剂涂层结合困难，存在催化剂负载量小及涂层易脱落等问题。

TiO₂、Al₂O₃对异氰酸(HNCO)水解都有很好的催化作用。TiO₂、Al₂O₃为反应提供活性酸位，HNCO吸附在氧化物表面，遇水形成吸附态的氨基甲酸类物质(NH₂COOH)，氨基甲酸类物质随后变为氨基甲酸酯(-NH(CO)O-)，氨基甲酸酯脱CO₂生成氨基团(-NH₂)，然后这类吸附态的氨基基团从吸附在相邻活性位的H₂O中获得H，生成NH₃和CO₂。

专利CN 101708473A公开了一种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液，催化活性组合物由二氧化钛、二氧化硅和含硫化化合物组成，没有提及对Al₂O₃的使用。该专利需要添加有机硅化合物来增强涂层粘合性能，而SiO₂对异氰酸催化效果不明显且比表面积较小，部分SiO₂的加入会减少具有催化活性的TiO₂负载比例。

德国专利DE19734627 C1及欧洲专利EP 0487886 B1、EP0555746 B1、1153648 B1各自都公开了尿素水解催化涂层，但是以上催化涂层的缺点在于，没有全面兼顾到涂层的高催化、抗腐蚀及粘附牢固度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种涂覆在合金金属载体上的用于固态尿素水解制氨的催化剂涂层及制备方法。该催化剂涂层与金属合金载体粘附牢固，催化剂负载量大，催化效果良好，能够抗异氰酸腐蚀。

载体和涂层组分的选择：选取FeCrAl合金作为载体，FeCrAl合金载体已由相关(CN1414892A)专利公开，FeCrAl合金兼顾了金属的传热快、机械强度高等优点，并且高温氧化后FeCrAl载体表面生成Al₂O₃晶须，增大了载体的比表面积，含有Al₂O₃的涂层更易与Al₂O₃晶须结合，因此，本发明选用由二氧化钛、三氧化二铝组成的涂层涂覆FeCrAl合金载体，从而使催化剂负载量增大。