氧化铝涂层浆液制备:按比例称取活性氧化铝粉、拟薄水铝石粉、表面活性剂、硝酸胶溶剂和去离子水, 球磨后得到氧化铝涂层浆液。

涂层及催化剂制备:采用预先涂覆氧化硅涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍上述涂层液, 干燥、焙烧后得到具有双涂层结构的载体; 采用空白堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍上述涂层液, 干燥、焙烧后得到仅有氧化铝的单涂层载体。用制得的不同涂层结构的载体浸渍含贵金属Pd和稀土氧化物助剂的混合溶液, 干燥、焙烧、还原后, 得到具有单、双涂层结构的Pd基整体式催化剂。

涂层负载量的计算:(已涂覆氧化铝涂层的载体质量-空白载体质量)/空白载体质量× 100%。

采用KQ-500DE型超声波清洗机测定涂层与载体结合能力:脱落率=(超声前载体质量-超声后载体质量)/(超声前载体质量-空白载体质量)× 100%;

在固定床反应器中评价制备的整体式Pd催化剂乙烷催化燃烧活性。原料气为乙烷体积分数0.8%的空气, 反应空速10 000 h^-1, 常压; 采用气相色谱仪在线分析气体成分。

在氧化铝涂层浆液中分别添加1#和2#表面活性剂, 按照1.1方法制备具有双涂层结构的Pd基整体式催化剂A和B, 其中A含1#表面活性剂, B含2#表面活性剂, 在反应温度350 ℃时, 考察表面活性剂种类对乙烷催化燃烧活性的影响, 结果如图1所示。从图1可以看出, 表面活性剂种类对整体式Pd催化剂性能影响较大。与含1#表面活性剂的A催化剂相比, 含2#表面活性剂的B催化剂乙烷脱除活性明显提高。这主要是由于加入适宜的表面活性剂, 可以改善涂层浆液的粘度, 有利于涂层组分在载体孔道内的均匀分布, 从而提高催化剂的反应活性。

图1

Figure 1

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	图1 表面活性剂对整体式Pd催化剂活性的影响Figure 1 Effects of surfactant on catalytic activity of monolithic Pd catalyst

作为整体式催化剂的真实载体, 涂层的负载量、牢固度等影响催化剂性能。因此测定添加2#表面活性剂制备的单、双涂层载体涂层负载量及脱落率, 结果见表1。从表1可以看出, 与仅涂覆氧化铝的单涂层载体相比, 双涂层结构的载体涂层脱落率低、涂层负载量高, 表明堇青石蜂窝陶瓷载体预先涂覆的氧化硅涂层起到了很好的过渡和粘结效果, 使Al₂O₃载体涂层的牢固度及负载量提高。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 单、双涂层载体负载量及脱落率 Table 1 Load and stripping rate of single and double coating carriers 载体 负载量/% 脱落率/% 单涂层 37.65% 2.21 双涂层 42.52% 0.89

表1 单、双涂层载体负载量及脱落率 Table 1 Load and stripping rate of single and double coating carriers

用上述单、双涂层载体负载活性组分所制备的Pd基整体式催化剂分别为C和B, 在反应温度350 ℃时, 考察了涂层对催化剂乙烷催化燃烧活性的影响, 结果见图2。从图2可以看出, 具有双涂层结构的B催化剂具有更好的乙烷脱除活性, 表明与载体结合能力强及负载量高的双涂层对提高整体式Pd催化剂的乙烷催化燃烧性能有利。

图2

Figure 2

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	图2 涂层对整体式Pd催化剂活性的影响Figure 2 Effects of coating on catalytic activity of monolithic Pd catalyst

在反应温度350 ℃条件下, 考察空速对B催化剂乙烷催化燃烧活性的影响, 结果见图3。从图3可以看出, 随着空速的提高, 整体式Pd催化剂的乙烷脱除率降低。这主要是由于空速增加, 反应接触时间减少, 催化燃烧反应不充分。

图3

Figure 3

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	图3 空速对整体式Pd催化剂活性的影响Figure 3 Effects of space velocity on catalytic activity of monolithic Pd catalyst

在反应温度350 ℃时, 考察B催化剂的稳定性, 结果见图4。

图4

Figure 4

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	图4 B催化剂稳定性Figure 4 Stability of B catalyst

从图4可以看出, B催化剂连续反应310 h后, 乙烷脱除率仍保持在99.9%以上, 活性衰减不明显, 表明该催化剂具有良好的活性和稳定性。