專利名稱：陶瓷蜂窩狀催化劑載體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及用于凈化汽車等排出的廢氣的陶瓷蜂窩狀催化劑載體及其制備方法。
然而，如果將所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的隔墻制成薄得如上所述，則降低了所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的機械強度。為了消除這樣的問題，例如在日本專利公開公布號10-174885(JP-A-10-174885)中公開了一項技術，該技術通過控制原材料滑石的尺寸和CaO的量獲得了具有高強度和孔隙率為18％或更低的緊密堇青石。然而，如果降低了孔隙率，雖然可以提高強度，但這將出現新的問題，如劣化了具有高比表面積的γ-氧化鋁及催化劑的可涂布性。
本發明的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的特征在于孔隙率為20％或更低、載體隔墻的平均表面糙度Ra為0.5μm或更高。
并且，本發明第一方面涉及一種制備方法，一種制備上述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含以下步驟將陶瓷原材料成形以得到陶瓷蜂窩狀坯體；干燥所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀干縮坯體；通過將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末的氣流中，使其隔離墻粗糙化；以及在表面處理后燒結所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體。
此外，本發明第二方面涉及一種制備方法，一種制備上述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含以下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥并燒結所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀燒結體；通過將所述陶瓷蜂窩狀燒結體暴露在含有拋光粉末的氣流或水流中，使其隔墻粗糙化。
在本發明中，通過在成形和干燥陶瓷原料之后或進一步在燒結成形的坯體之后對隔墻的表面進行表面處理，優選用拋光粉末(如氧化鋁和金剛石)的方式進行處理可得到具有孔隙率為20％或更低和載體隔墻經過粗糙化后具有平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。如此，發現可獲得具有高強度和優異的γ-氧化鋁或催化劑可涂布性的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
在本發明中，規定平均表面糙度為0.5μm或更高的原因是如果小于0.5μm，則γ-氧化鋁和催化劑無法充分涂布在其上面。此外，規定孔隙率為20％或更低的原因是如果大于20％，則不能獲得足夠的強度。此外，上述表面處理可通過用泵的方式循環其中分散有拋光粉末(如氧化鋁和金鋼石)的液體來實施，或通過將陶瓷蜂窩暴露在其中包含有拋光粉末的空氣流中一段規定的時間來實施。而且，作為所述陶瓷蜂窩狀催化劑載體的原材料除了堇青石外，通常還采用普通陶瓷如局部穩定的氧化鋯、四氮化三硅、氧化鋁、碳化硅和磷酸鋯。
附圖的簡要描述

圖1是解釋本發明第一方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖；圖2是解釋本發明第二方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖。
圖2是解釋本發明第二方面的制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法的流程圖。下文將參考圖2進行說明。首先，將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體，干燥并燒結所述陶瓷蜂窩狀坯體以得到陶瓷蜂窩狀燒結體。然后，對所述陶瓷蜂窩狀燒結體進行表面處理。根據本發明第一方面的制備方法的表面處理通過用泵的方式循環其中分散有拋光粉末(如氧化鋁和金鋼石)的液體實施，或通過將陶瓷蜂窩暴露在其中包含有拋光粉末的空氣流的氣氛中一段規定的時間實施。如此，可獲得本發明的具有孔隙率為20％或更低和載體隔墻的平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
應注意的是，使用眾所周知的制備孔隙率為20％或更低的載體的方法。如可以使用日本專利公開公布號10-174885(JP-A-10-174885)中所公開的方法，該方法規定了原材料滑石的尺寸和CaO的量。此外，在如此獲得的本發明的陶瓷蜂窩狀催化劑載體中，優選隔墻的厚度為60μm或更薄和蜂窩狀坯體的開孔率(opening rate)為88％或更高。而且，優選陶瓷蜂窩狀催化劑載體具有500kPa或更高的ISO強度。此外，如果隔墻表面的平均表面糙度為1.0μm或更高，則還可獲得優異的可涂布性。因此，這也是一個優選的實施方案。
下文將對實際的實驗進行說明。
根據下面的方法，通過制備蜂窩狀載體并對所述蜂窩狀載體進行表面處理得到陶瓷蜂窩狀催化劑載體。隨后，測量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的孔隙率、彎曲強度、靜壓破裂強度、表面糙度和涂布量。本發明實施例和不在本發明范圍內的對比實施例的結果顯示在下表1中。蜂窩狀載體的制備將原材料如滑石、氧化鋁、高嶺土混合以獲得含有堇青石組分的混合物。然后，往所述混合物中加入適量用作微孔控制劑的粉碎的堇青石、水溶性纖維衍生物、表面活性劑和水以獲得一批料。然后，根據已知的制備方法，對該批料進行捏和(kneeding)、煉泥(pugging)、擠壓成形、干燥和燒結以獲得含有堇青石組分的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其隔墻厚度如表1所示。蜂窩狀載體的表面處理在一個可打開和關閉的管中安裝一個耐水風扇，以下述方式將所述陶瓷蜂窩狀燒結體置于管中使由隔墻確定的貫穿孔按風扇的水流方向排列。然后，通過風扇使水流通過所述陶瓷蜂窩狀燒結體。在這種情況下，金剛石拋光粉末分散于風扇和所述陶瓷蜂窩狀燒結體之間，從而蝕刻所述陶瓷蜂窩狀燒結體的隔墻表面。在蝕刻加工之后，將所述陶瓷蜂窩狀燒結體充分清洗和干燥以獲得陶瓷蜂窩狀催化劑載體。收集所述金剛石拋光粉末以循環使用。孔隙率根據汞注射方法測量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的總微孔量以計算孔隙率。堇青石的真密度假定為2.52g/cm3。通過微晶學的AutoPore9405進行所述測量。彎曲強度根據上述蜂窩狀載體同樣的制備方法獲得具有寬度為30mm、厚度為7mm和長度為150mm的堇青石平板。在這種情況下，在燒結和機械加工后，對所述平板進行表面處理。在完成所有加工后，根據JIS R1601測量五個樣品的四點彎曲強度。靜壓破裂強度將如此獲得的蜂窩狀催化劑載體插入到一個可彎曲的管中，對其施加水壓靜壓。然后測量發生局部斷裂的壓力(kPa)。各種樣品的數量分別為十個。表面糙度用Taylor-Hobson Company制造的FTS-S4C測量如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體隔墻的平均表面糙度(Ra)。計算方法參考JISB0601，使用2μm的圓錐形金剛石做成尖端測試部分。涂布量表明如此獲得的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的可涂布性的涂布量(g/每立方厘米陶瓷蜂窩狀催化劑載體)如下進行測量從陶瓷蜂窩狀催化劑載體中切下尺寸為100mm×100mm×100mm的樣品。同時按60∶40的比例混合5％的氧化鋁-硝酸鹽溶膠和γ-氧化鋁制備氧化鋁泥漿。然后，將所述樣品浸入所述氧化鋁泥漿中一段預定的時間。之后，將涂有所述氧化鋁泥漿的樣品干燥并在600℃下老化一小時。根據在涂布氧化鋁泥漿的前后重量的增加計算表明可涂布性的涂布量(g/每平方厘米陶瓷蜂窩狀催化劑載體)。表1

從表1顯示的結果可有如下理解首先，在本發明的實施例1中，當實施了表面處理和表面糙度為2.0μm時，可以獲得高涂布量和低孔隙率，因此可獲得高的強度。當降低表面糙度，涂布量以如下方式降低當表面糙度為0.5μm時，涂布量為0.1g/每立方厘米蜂窩狀催化劑載體(本發明的實施例3)。如對比實施例2顯示，當涂布量減少到0.05g/每立方厘米蜂窩狀催化劑載體的水平時，必須一次又一次地重復涂布過程才能獲得產品必須的足夠涂布量，因此這是不優選的。由本發明的實施例2和實施例4可看出，減少隔墻厚度和提高孔隙率導致了強度的降低。當孔隙率如對比實施例1中顯示非常高時，表面糙度提高并同時涂布量也變得很高。然而，靜壓破裂強度很低。
從上述的結果中發現從本發明的實施例1-4中可獲得足夠的彎曲強度、足夠的靜壓破裂強度和足夠的涂布量，其中載體的孔隙率為20％或更低、表面糙度為0.5μm或更高，而在對比實施例1或2中強度或涂布量是不足夠的，其中孔隙率或表面糙度二者中任一個的條件是不能令人滿意的。
在本發明的實施例1-4中，對所述陶瓷蜂窩狀燒結體進行表面處理以獲得陶瓷蜂窩狀催化劑載體，但以對陶瓷蜂窩狀的干燥坯體進行表面處理的方式可獲得同樣結果的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
工業適用性從上述說明可清楚地理解到，本發明的具有孔隙率為20％或更低、載體的隔墻經過粗糙化后具有平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高的陶瓷蜂窩狀催化劑載體可通過對所示隔墻表面進行表面處理而獲得，優選采用拋光粉末(如氧化鋁和金剛石)在成型和干燥陶瓷原材料或進一步在燒結成型的坯體之后進行表面處理。因此，可以制得具有高強度和優異γ-氧化鋁或催化劑可涂布性的陶瓷蜂窩狀催化劑載體。
權利要求
1.一種陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其特征在于所述催化劑載體的孔隙率為20％或更低、載體的隔墻的平均表面糙度(Ra)為0.5μm或更高。
2.權利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述隔墻厚度為60μm或更薄。
3.權利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述載體包括堇青石組合物作為主要成分。
4.權利要求1的陶瓷蜂窩狀催化劑載體，其中所述載體的隔墻的平均表面糙度(Ra)為1.0μm或更高。
5.一種制備權利要求1所闡述的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含如下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥所述陶瓷蜂窩狀坯體以獲得陶瓷蜂窩狀干縮坯體；通過將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末的氣流中，使其隔墻的表面粗糙化；以及在表面處理后燒結所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體。
6.一種制備權利要求1所闡述的陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法，所述方法包含如下步驟將陶瓷原材料成形以獲得陶瓷蜂窩狀坯體；干燥并燒結所述陶瓷蜂窩狀坯體以獲得陶瓷蜂窩狀燒結體；通過將所述陶瓷蜂窩狀干縮坯體暴露在含有拋光粉末氣流或水流中，使其隔墻的表面粗糙化。
全文摘要
一種陶瓷蜂窩狀催化劑載體,其特征在于:所述催化劑載體具有20%或更低的孔隙率、隔墻平均表面糙度Ra具有0.5μm或更大的較大值;一種制備陶瓷蜂窩狀催化劑載體的方法,所述方法包括通過將陶瓷材料成形并隨后干燥而提供干燥的陶瓷蜂窩,將所述干燥的陶瓷蜂窩暴露于其中含有磨料粒的氣流中,從而使其隔墻表面粗糙化,隨后將所述干燥的陶瓷蜂窩燒結,或者所述方法包括通過將陶瓷材料成形并隨后進行干燥和燒結而提供已燒結的陶瓷蜂窩,隨后將所得的已燒結的陶瓷蜂窩暴露于其中含有磨料粒的氣流或水流中,從而使已燒結的陶瓷蜂窩的隔墻表面粗糙化。
文檔編號B01J35/04GK1366469SQ01800963
公開日2002年8月28日 申請日期2001年1月26日 優先權日2000年2月21日
發明者浜中俊行, 牧野恭子, 野口康 申請人:日本礙子株式會社