论文部分内容阅读
整体式催化剂由于其床层压降低、传质效率高、放大效应小、催化剂与产品易分离等特点,已成为当今催化领域研究的热点,在许多反应中都表现出独特的优势。整体式催化剂表面的涂层是反应过程中主要活性载体,因此涂层的制备工艺是整体式催化剂应用的关键。本文围绕目前研究中存在的开裂以及涂层与载体之间结合力等问题,考察了不同制备工艺对涂层性能的影响,采用高温氧化法对FeCrAl金属载体进行预处理,分别利用溶胶凝胶法、浆液法和原位生长法制备了γ-Al2O3涂层,对三种涂层的表观形貌、晶型结构、孔结构性质以及涂层与金属载体的结合力进行了研究,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、氮气物理吸附仪(BET)与大功率超声清洗仪等仪器对涂层进行表征,结果表明:(1)FeCrAl金属载体经过酸碱处理后,在950℃条件下高温氧化10 h,表面生成一层致密的α-Al2O3晶须层,增大了金属载体的比表面积与粗糙度,有利于改善FeCrAl金属载体与氧化铝涂层之间的结合力。(2)溶胶涂层发生开裂的临界负载量为3wt.%,临界开裂厚度为7.7 μm,小于此负载量,涂层表面平整光滑,没有裂纹,厚度均匀,涂层与载体之间的结合力较强;当负载量在3-8 wt.%之间时,涂层表面开裂,但是结合力依旧良好;当负载量超过8wt.%时,溶胶涂层在干燥后会直接发生大块脱落,因此溶胶涂层作为催化剂活性载体,适合涂层厚度需求较低的体系。(3)浆液涂层无法避免开裂的发生,且随着负载量的提高,开裂程度加剧,涂层与金属载体的结合力也更差,但是当负载量超过8wt.%时,浆液涂层不会发生翘起并大块脱落,因此浆液涂层作为催化剂载体涂层可以应用于对涂层厚度要求较高的体系。此外,未经过焙烧的溶胶层作为中间层可以显著提高涂层与金属载体之间的结合力,此时涂层的脱落率与低负载量的溶胶涂层相当,而且能提供比溶胶涂层更高的负载量,具有良好的应用前景。(4)利用两段式溶剂热法在FeCrAl金属载体表面原位生长簇状氧化铝涂层,此氧化铝涂层厚度均匀,可达9-10 μm。对氧化铝涂层的生长机理进行推测,认为合成过程中第一段溶剂热过程是在基体表面形成连续均匀氧化铝涂层的关键,其主要通过均相成核和异相成核相互结合的方式在基体表面成核进而生长成膜,该方法为氧化铝涂层的制备提供一种新思路。