[发明专利]表面生长硅钛氧化物的堇青石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面生长硅钛氧化物的堇青石载体及其制备方法。

背景技术

整体式蜂窝状堇青石与一般的块状陶瓷相比，由于其性能稳定、低膨胀系数、高空隙比、低压力降和高几何表面积等特点，特别适合各种用途的催化剂载体，在化工、环境保护、冶金、电子、汽车等领域具有广阔的应用前景。由于堇青石蜂窝陶瓷载体表面比较光滑，比表面积很小(<1m²/g)，活性组分难以均匀地分散在载体表面上。为了提高载体的比表面积，通常在堇青石表面涂敷比表面积较高的氧化铝溶胶，以增加载体的比表面积。为了增加氧化铝涂层的负载量以及涂层与基体之间的牢固程度，在氧化铝溶胶涂敷之前经常对堇青石载体表面进行处理，目前堇青石载体表面处理方法主要有酸浸泡和酸煮沸两种。

《工业催化》（2003年，11卷，第3期，16~20页）“整体式高温水煤气变换催化剂的初步研制”中介绍了堇青石载体表面的处理方法，文献中采用50%草酸溶液沸煮堇青石载体，经沸煮后载体的比表面积最大可达200m²/g，但由于处理时间过长，导致堇青石的机械强度严重下降，失去了作为催化剂载体的意义，而处理时间短效果不明显，超过1小时则需要重新配制新鲜的草酸溶液，操作繁琐，增加了处理成本，不利于实际应用。

《福州大学学报》（2006年，34卷，第6期，898~902页）“载体的酸处理条件对整体式钌-堇青石催化剂性能的影响”中采用硝酸处理堇青石载体，分别研究了50%的酸常温处理和10%的酸煮沸处理对堇青石载体的影响。常温处理时间长而且处理效果不明显，煮沸处理3小时，比表面积为191m²/g，但长时间的煮沸处理会使处理单位质量载体的用酸量显著增加，污染环境的同时增加了处理成本。

    CN101695672A公开了一种蜂窝陶瓷载体涂层的制备方法，该方法以堇青石为载体，聚乙二醇或聚乙烯醇或甲基纤维素为造孔剂，尿素为分散剂，拟薄水铝石浆液为原料，将造孔剂、分散剂、原料按一地比例混合后制得铝溶胶，再将预处理好的蜂窝陶瓷堇青石浸渍于铝溶胶中，得到改性后的蜂窝陶瓷载体。该方法蜂窝陶瓷堇青石的预处理采用硝酸浸泡处理，该方法处理效果较差，所得堇青石载体比表面积较小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种表面生长硅钛氧化物的堇青石及其制备方法。该堇青石具有优良的比表面积和机械强度，作为催化剂载体与涂层之间结合牢固，负载量大，制备过程简单，有利于实际应用。

本发明表面生长硅钛氧化物的蜂窝状堇青石，蜂窝状堇青石孔道表面分布硅钛氧化物，按质量百分比计，硅钛氧化物的含量为0.1%~3%，硅钛氧化物中SiO₂与TiO₂的质量比为0.8:1~2:1。

本发明蜂窝状堇青石的比表面积为190~240m²/g；蜂窝状堇青石的机械强度不低于2.6kN/cm²。

本发明蜂窝状堇青石中还可以根据实际需要负载金属活性组分，如Ti、Ni、Co、Mo、Cu、Mn、Pt、Rh、Pd、La等。

本发明表面生长硅钛氧化物的蜂窝状堇青石的制备方法，包括如下内容：将整体式蜂窝状堇青石在酸性溶液中进行水热处理，然后洗涤、干燥、焙烧得到产物。

本发明方法中所述的整体式蜂窝状堇青石，按质量百分比计包括SiO₂45wt%-55wt%，Al₂O₃25wt%-35wt%，MgO5wt%-15wt %，TiO₂1wt%-5wt%，还含有微量的Na₂O、K₂O、CaO等。

本发明方法中所述的酸性溶液为盐酸、硝酸或硫酸中的一种或几种的水溶液，其中酸性溶液的质量百分比浓度为5%~20%。

本发明方法中所述的酸性溶液的用量应至少浸没蜂窝状堇青石。

本发明方法中所述的水热处理是指在高压釜中进行的密闭热处理，水热处理的温度为100~250℃，优选为150~230℃，水热处理的时间为0.5~4小时。水热处理压力为处理过程的自生压力，与处理温度有关，温度为100℃时，压力值（表压）一般0.1MPa，150℃时，压力值一般为0.43MPa，250℃时，压力值一般为1.95 MPa。

本发明方法中所述的干燥条件为90~120℃干燥5~10小时，焙烧条件为450~650℃焙烧1~6小时。