[发明专利]催化剂支撑体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型催化剂支撑体，还涉及所述催化剂支撑体的制备方法以及其在汽车尾气催化剂中的应用。

背景技术

汽车尾气催化剂支撑体的性能对催化剂的催化效果影响极大。理想的催化剂支撑体应具备如下特点：1)足够的机械强度，以承受调整气流的热冲击以及路面不平整和汽缸振动引起的剧烈振动；2)足够的耐热性，以适应汽车发动机较宽的排气温度范围；3)合适的孔隙结构或开孔率；4)低的热容和高的导热率，使其达到催化反应所需温度的时间缩短，提高催化净化效率；5)较大的比表面积，使活性成分(多为贵金属)分布均匀，有利于提高活性成分的利用率，降低成本；6)不含有使催化剂中毒的物质，且不与催化剂发生相互作用而影响催化剂的催化作用；7)适当的吸水率，低廉的价格。

由于堇青石(2MgO·Al₂O₃·5SiO₂)陶瓷材料具有热膨胀系较低、抗热冲击性突出等优点，目前的汽车尾气催化剂支撑体大多数由堇青石构成。但是，堇青石的比表面积较小，一般只有1m²/g左右,须涂敷一层高比表面积的涂层，比如TiO₂、Al₂O₃，该涂层为用于负载催化活性物质的载体，这时堇青石则作为基体。常规方法制备得到的催化剂支撑体中，堇青石基体与载体层之间的作用力较弱，导致催化剂的抗震能力差，难以经受住汽车的震动而使载体层脱落，从而使催化剂丧失活性。

发明内容

本发明所要解决的问题首先在于提供一种新型的催化剂支撑体，该催化剂的基体与载体层之间有较强的结合力。此外，本发明还要提供该催化剂支撑体的制备方法和应用。

本发明的催化剂支撑体包括基体和附着于基体上的载体层，所述基体主要由Ti₃SiC₂多孔材料和/或Ti₃AlC₂多孔材料构成；所述载体层由对基体进行氧化从而原位生成于载体表面的氧化物构成；所述氧化物包括TiO₂或包括Al₂O₃和SiO₂中的至少一种与TiO₂的混合物。

本发明提供的上述催化剂支撑体中的载体层的作用是负载催化活性物质。本发明的支撑体的载体层中氧化物的平均粒径为100-200nm,载体的厚度一般为50-200μm，最好是150-200μm；载体层的质量一般占支撑体质量的0.2-0.5％，最好是0.35-0.5％。

催化剂支撑体的相关性能对催化剂的催化效果影响极大，比如，催化剂需要在保持较大孔隙度和比表面的同时，仍具有较大的力学性能以及适宜的热容和导热率；本发明提供的催化剂支撑体可以很好的满是上述要求，即达到如下性能：该支撑体的孔隙度≥35％，比表面积≥25m²/g，抗拉强度≥25MPa，导热率≥26W/m·℃，热容≤600J/kg·K。

从以上数据可以看出，本发明提供的催化剂支撑体与现有的支撑体相比，相关性能具有同等的水平，这些性能主要由基体中Ti₃SiC₂多孔材料和/或Ti₃AlC₂多孔材料所决定，但是由于原位氧化过程的特殊作用，使得支撑体中基体与载体层的结合力强，载体层不易脱落，因此本发明的催化剂支撑体具有更好的抗震能力。

上述催化剂支撑体的一项重要的用途是在汽车尾气催化剂中的应用。当该催化剂支撑体作为汽车尾气催化剂支撑体时，需要在该支撑体的载体层上负载相应的催化活性物质即可。目前用于汽车尾气催化剂的催化活性物质较多，且对于所述领域技术人员而言也属于常规技术，故本申请在此不再对催化活性物质进行赘述。

上述催化剂支撑体的制备过程主要包括制备主要由Ti₃SiC₂多孔材料和/或Ti₃AlC₂多孔材料构成的基体以及通过对基体进行氧化来制备由原位生成于基体表面的氧化物构成的载体层，具体工艺路线如下：