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催化剂载体

催化剂载体

一种多孔的载体材料,它含有至少90%(重量)的纯度至少为95%的α-氧化铝。还用作处理发动机废气的催化剂的载体是十分有效的,并且能显著地比常规载体更好地经受极端条件。

本发明的催化剂载体不需要修补基面涂层。而且,一种多孔的,基本上为纯α-氧化铝载体得到使用,在其中催化组分能直接被浸渍。这些催化剂载体通常能使用比常规载体更少的催化剂,却能达到比已知催化剂更好的总的催化活性。本发明的载体也以一种简便而节俭的方式便于催化剂的再生,使其几乎可以全部回收并进一步再循环使用。

下列实施例的提供,其目的仅在于说明本发明的具体实施方法,具体地说,是其在转化来自汽车内燃机的废气产物过程中的应用。不能认为这些实施例是对本发明范围的限制。

虽然市场有售的Honda催化剂具有比本发明载体上的催化剂稍好一些的初始转化性能,(烃,一氧化碳和NOx),但是高温测试后,在本发明载体上的催化剂的性能仅在烃类转化方面稍微变差,而在CO和NOx转化方面实际均有改进。与此形成对比的是Honda产品在对所有组分的转化率上均显著下降,而且由于熔化而显示出整体结构有缺损的区域。

制成的产物具有表观孔隙率56.2%,吸水率32.5%,表观比重3.95,粒子密度1.73g/cc,表面积0.93m2/g,孔隙率0.35cc/g,中值孔径1.2微米。

将含有100份(重量)纯度为99.6%、平均粒径约3.5微米的α-氧化铝,5份(重量)胡桃壳粉末,2份(重量)Superloid(从Merck &Co.的Kelco分公司购得的一种海藻酸铵粘合剂),0.1份(重量)表面活性剂,及4.5份(重量)凡士林作为润滑剂的一种配方物彻底混合以形成可挤出的糊料。(所有按重量的份数均以100份氧化铝为基准)。混合工艺是将除了凡士林外的所有组分干混合,然后加入水,在加入凡士林前混合3分钟,加凡士林后再混合2-5分钟。加入足量的水使混合物可在至少1000KPa的挤出压力下从1/4吋模头(die)中挤出。

多孔的,基本上纯净的α-氧化铝载体优选具有下列特征。载体的孔隙率,(或总孔隙体积),优选约0.2-0.6cm3/g载体;表面积约为0.2-10m2/gα-氧化铝载体,优选约0.3-4m2/g;载体中孔的平均孔径约0.1-100微米,大部分孔的大小在约0.1-10微米之间,优选的平均孔径为约0.2-5微米。

来自燃料燃烧的废气产物产生了严重的卫生和环境问题。从烃类燃料燃烧源,如固定式发动机,工业锅炉,工业加工中释放的气体,导致了明显的空气污染,并且业已发现汽车内燃发动机所排出的气体是主要的空气污染源。近年来,由于我们道路上尤其是市区行驶的大量车辆,对于控制汽车废气产物的数量已不断引起关注。

限定气体通道的横截面的形状可以是任何方便的形状。通常,可以使用方形,圆形,三角形,或六角形。一般优选限定气体通道是均一间隔的,从而增加流动,放热和尺寸稳定性。限定气体通道的路径可以是直的,弯曲的,或如海棉结构中的扭曲状。对用于处理不含颗粒物质的废气的废气催化剂来说,笔直的限定气体通道是优选的。对于处理含有颗粒物质的废气,如来自柴油发动机的废气,弯曲或扭曲的气体通道是优选的,以捕获颗粒物质而不显著地减少气相转化或增加压降。

可使用的微波干燥程序是高功率5分钟,接着冷却1分钟,再高功率10分钟接着冷却1分钟,最后高功率处理15分钟。

然后将废气催化剂放在V-8,7.5升Ford发动机的排气装置中,以测试高温稳定性。通过在富油侧(rich side)运转发动机并注入补充的空气,将催化剂的温度设定在1100℃,保持40分钟。然后从发动机中移去火花塞,使过量未燃烧的燃料和空气接触到催化剂以模拟汽缸内的点火不良,造成发动机温度达到约1200℃。将废气催化剂温度在约1100℃保持1分钟后检查催化剂载体。未观察到裂纹,结构破坏或熔化区域。再次测量在相同V-8 Chevrolet发动机上催化剂/载体的转化率。

重要地,虽然该催化剂载体显示了与传统的涂有修补基面涂层催化剂相似的初始点火温度,但在整个使用期间这些催化剂比涂有修补基面涂层催化剂更稳定,并具有极好的高温强度及理想的高热冲击强度(无需考虑α-氧化铝相对于传统修补基面涂层催化剂中用作载体的陶瓷具有更高的热膨胀性质)。因此,当将废气催化剂放于离废气源更近的地方,能得到改进的点火作用而无需耗损废气催化剂的长期性能。

多孔的α-氧化铝载体具有很高的纯度,即至少含约95%(重量)α-氧化铝,优选至少约98%(重量)α-氧化铝。杂质,特别是碱或碱土金属氧化物的硅酸盐和铝硅酸盐对废气催化剂是极有害的。这些杂质优选含有不超过约4%(如不超过2%),最优选不超过载体的1%。

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