[發明專利]多孔性觸媒結構及其制備方法

無效

• 申請號: 200810088352.1
• 申請日: 2008-03-27
• 公開（公告）號: CN101314140A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 雷敏宏;陳世忠;高玉玲
• 申請（專利權）人: 碧氫科技開發股份有限公司
• 主分類號: B01J35/10
• 分類號: B01J35/10;B01J23/80;B01J37/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 白益華

技術領域

本發明系關于一種具有高比表面積的多孔性觸媒結構，其包含一多孔性金屬載體及一于該載體表面的金屬觸媒層。本發明尤其關于其中該金屬觸媒層包含銅鋅氧化物(CuOZnO)且該觸媒載體包含多孔性不銹鋼的多孔性結構，該觸媒層可視需要包含Al₂O₃、ZrO₂、及其組合。

背景技術

觸媒系一種藉由參與反應而提高反應速率，但本身在反應過程中又不被消耗的物質。例如利用觸媒處理廢氣時，系透過觸媒反應降低分解廢氣的反應所需的活化能，使廢氣中的有害氣體分子能夠在較低的溫度下進行轉化反應。具體言之，觸媒通常可降低所欲進行的反應的活化能，使反應于較低的能量需求下進行，提升反應進行的可能性。

目前，已有許多無機金屬氧化物的觸媒問世，通常是經由先制備活性成分金屬氧化物的細粒，再透過黏合步驟而制得。然而，就一般使用固態觸媒的反應而言，催化反應通常是在觸媒表面進行，因此，當反應物無法進入觸媒內部時，觸媒的利用率即大幅降低，造成體積空間以及材料的浪費。此外，由于金屬氧化物一般均屬絕緣材料且導熱性不佳，通常也限制/不利于其在加熱反應的催化效能，甚至加速觸媒性能的衰退。

為改善傳統固態觸媒的效能，目前已有利用具有相對高比表面積的蜂窩型結構載體來支撐觸媒，以增加觸媒與反應物的接觸面積。舉例言之，JP5213681所揭露的觸媒結構，系混合具有高比表面積的陶瓷材料、無機纖維與無機黏合劑，透過模制或擠壓成形而后煅燒的方式，以形成經纖維補強的蜂窩狀陶瓷載體。

于上述蜂窩型觸媒中，可透過增加載體的比表面積以及降低觸媒成分的粒徑與提高其分布性，而提高觸媒的性能。惟，若欲透過增加載體(通常為陶瓷材料氧化鋁)的用量來提高其比表面積，則僅會提高陶瓷材料的厚度而未改善其接觸面積，甚而產生壓力損耗的現象。緣此，許多針對蜂窩型觸媒載體結構(例如蜂窩形狀、密度及壁厚等)的改良業已提出，例如JP10-263416。

JP2003-245547另揭露一種用以處理如低濃度一氧化碳(CO)的廢氣的蜂窩型觸媒結構，其蜂窩型載體亦系透過擠制具高比表面積的材料，再進行煅燒而制得。其中，蜂窩型結構中各穿透孔間的隔間壁的厚度、沿氣體流動方向的長度、以及開放面積比等，皆控制在特定范圍內。此外，US?2006/0292340揭露另一種蜂窩型觸媒結構，其系利用復數個分隔板在載體上分隔出復數個平行設置的通孔，以提高載體的表面積。

蜂窩型觸媒結構的一商業化產品系飛特(PHITECS)公司所生產的柴油三元觸媒轉化器(Diesel?Three?Way?Catalyst，DTWC)，其系使用每平方英寸400孔(400?cells?per?square?inch(CPSI))的蜂窩狀觸媒載體。

綜上，蜂窩型載體結構主要是利用陶瓷材料，透過模制或擠壓成形等方式，制成如蜂窩的形狀，以提高分布于載體表面上的活性觸媒成分與反應物接觸的表面積。然而，此類蜂窩型觸媒載體通常具有較龐大的體積與重量，因而產生應用上的限制，例如不易焊接至反應器等。同時，因陶瓷材料與金屬觸媒(例如選自鈀、鉑等金屬)的附著性不佳所致的耐用性不足，亦為一大隱憂。

目前，市面上已出現另一種以金屬材質為載體的蜂窩型觸媒，例如利凱特環保公司(公司網址：www.reecat.com)所生產的金屬蜂窩催化劑。一般而言，此類金屬蜂窩觸媒的制法系將浪板型的金屬薄片加工卷捆為蜂窩型圓筒載體；接著先利用浸洗鍍法將陶瓷材料(如氧化鋁、氧化硅等)覆于該載體上，以形成一陶瓷薄層，再將具觸媒活性的金屬或金屬氧化物覆于該陶瓷薄層上，最后經過干燥及煅燒程序以制得該蜂窩型觸媒，從而改善觸媒導熱性及反應物于觸媒孔隙間的氣流動力，避免壓力損耗的發生。

然而，上述金屬蜂窩型觸媒構造由于受限于其成型技術，可形成的孔密度有其上限(通常不超過100CPSI)，因此也局限了所能增加表面積的幅度；同時，因為其系利用浪板型的金屬薄片加工卷捆為蜂窩型圓筒載體，致使大部分反應物(例如有害氣體)駐留于該全通式圓筒載體內，造成與觸媒分子接觸進行反應的時間不足。此外，此類觸媒結構亦存在陶瓷材料與金屬觸媒附著性不佳的問題。

有鑒于上述問題，本發明提供一種可同時具有高比表面積、良好導熱性且能提供穩定附著性的觸媒載體，該觸媒載體甚至無需占有龐大空間，從而提供一種能展現優異催化效能且具高度應用性的多孔性觸媒結構。

發明內容

本發明的一目的在于提供一種具有高比表面積的多孔性觸媒結構，其包含：

一多孔性金屬載體；以及