將催化劑涂覆在基材上的方法
【專利摘要】公開了一種利用聚合物膠乳用催化活性材料涂覆基材的方法。制備包含催化活性材料和水的漿料，該催化活性材料包括活性碳，并且制備包含玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為10℃至30℃的聚合物膠乳的粘結(jié)劑。將漿料與粘結(jié)劑混合以形成混合物，然后可以將該混合物涂覆到基材上從而實(shí)現(xiàn)20至30wt％的在載體上的混合物負(fù)載量。膠乳聚合物粘結(jié)劑可以使活性碳粉上具催化活性的鉑結(jié)合到堇青石蜂窩體上同時(shí)不影響其催化活性（例如用于加氫)。
【專利說明】將催化劑涂覆在基材上的方法
[0001]根據(jù)35U.S.C.§ 119，本申請要求于2011年2月28日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61 / 447257的優(yōu)先權(quán)，本申請是基于該臨時(shí)專利申請的內(nèi)容并且其全部內(nèi)容以參考的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及一種利用聚合物膠乳用催化活性材料涂覆基材的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]已知的碳涂層是使熱固性樹脂前驅(qū)體發(fā)生交聯(lián)并在惰性氣氛中在通常>800°C的溫度下碳化而制備?？商娲?，可以將碳制成細(xì)粉，對其進(jìn)行加熱活化以增加表面積，再經(jīng)化學(xué)處理而形成被部分氧化的表面。然后，將以這種方式制備的碳粉用金屬鹽類浸潰，以提升催化和選擇性吸附性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]我們發(fā)現(xiàn)，膠乳聚合物粘結(jié)劑足以使活性碳粉上具催化活性的鉬結(jié)合在堇青石蜂窩體上同時(shí)不影響其催化活性(例如用于加氫)。在涂覆步驟后或者在使用處理下，聚合物粘結(jié)劑不被去除或被分解。在一些實(shí)施方式中，精細(xì)化學(xué)合成中的加氫反應(yīng)(特別是基于液體的加氫反應(yīng))是在低于聚合物分解溫度的溫度下進(jìn)行。另外，在基于液體或溶液的反應(yīng)中，粘結(jié)劑可以抑制磨耗。在將催化劑更好地制成用于一些用途的粉末的情況下，本發(fā)明涂覆方法將催化劑制備與涂布步驟分離。
[0005]本文中所述方法將在固化后保持催化活性的攜帶催化劑的活性碳(例如Pt / C)涂覆在基材上。該方法使用分散的聚合物(尤其合適的是膠乳)作為粘結(jié)劑。膠乳通常被定義為聚合物在水性介質(zhì)中的穩(wěn)定分散體(通常是膠狀)。該方法還公開了將聚合物Tg和膠乳PH值用作影響漿料流變性能和粘結(jié)劑(附著力)質(zhì)量的決定因素。
[0006]本文中公開了一種用催化活性材料涂覆基材的方法，該方法包括制備包含催化活性材料和水的漿料；其中催化活性材料包括活性碳；制備包含玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為10°c至30°C的聚合物膠乳的粘結(jié)劑；將漿料與粘結(jié)劑混合以形成混合物；以及將該混合物涂覆在基材上以實(shí)現(xiàn)20至30wt%的混合物負(fù)載量。
[0007]將在后面的詳細(xì)說明中說明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，基于該說明本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解其它特征和優(yōu)點(diǎn)或者通過實(shí)施如書面描述和其權(quán)利要求中所描述的實(shí)施方式而認(rèn)定。
[0008]應(yīng)該理解的是，前面的概述以及下面的詳細(xì)描述都只是示例性的，旨在提供便于理解權(quán)利要求的本質(zhì)和特征的概述或框架。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的將NO轉(zhuǎn)化成NH3的圖。[0010]圖2示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的將NO轉(zhuǎn)化成NH3的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本文中公開了一種用催化活性材料涂覆基材的方法，該方法包括:制備包含催化活性材料和水的漿料(其中催化活性材料包括活性碳)；制備包含玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為10°c至30°C的聚合物膠乳的粘結(jié)劑；將漿料與粘結(jié)劑混合以形成混合物；以及將該混合物涂覆在基材上以實(shí)現(xiàn)20至30被％的混合物負(fù)載量。
[0012]示例性的基材包括:玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷、聚合物、或金屬,包括其組合。一些示例性的基材材料包括:堇青石、莫來石、粘土、氧化鎂、金屬氧化物、滑石、鋯石、氧化鋯、鋯酸鹽、氧化鋯-尖晶石、硅酸鎂鋁、尖晶石、沸石、氧化鋁、二氧化硅、硅酸鹽、硼化物、氧化鋁-鈦酸鹽、鋁-硅酸鹽，例如陶瓷、鋁硅酸鋰、氧化鋁-二氧化硅、長石、二氧化鈦、熔融石英、氮化物(例如氮化硅)、硼化物、碳化物(例如碳化硅)、氮化硅、金屬碳酸鹽類、金屬磷酸鹽類，其中金屬可以是例如Ca、Mg、Al、B、Fe、T1、Zn、或者這些的組合。
[0013]在各實(shí)施方式中，基材呈蜂窩形狀，包括進(jìn)口端、出口端、和從進(jìn)口端延伸到出口端的多個(gè)小室，這些小室是由交叉的壁所限定。
[0014]在一些實(shí)施方式中，催化活性材料是活性碳。通過加熱或者化學(xué)方法使活性碳活化。本文中公開的一些實(shí)施方式包括活性碳，該活性碳的孔徑為0.001微米至100微米。在一些實(shí)施方式中，活性碳中至少50%、至少60%、至少70%或至少80%的孔具有在0.01微米至1.0微米范圍內(nèi)的直徑。在一些實(shí)施方式中，活性碳中至少10%、至少15%或至少20%的孔具有在5.0微米至50微米范圍內(nèi)的直徑。在一些實(shí)施方式中，活性碳包含微孔、中孔、和大孔。如本文中的定義，微孔具有2納米或小于2納米的孔徑，中孔具有在2至50納米范圍內(nèi)的孔徑，大孔具有大于50納米的孔徑。示例性的活性碳包括美國專利第6，024，899和6，248，691號中所公開的活性碳，這兩個(gè)專利的內(nèi)容均以參考的方式并入本文中。
[0015]在一些實(shí)施方式中，活性碳具有分布在該活性碳上的金屬催化劑，例如活性碳上的鉬(Pt / C)。其它示例性的催化劑包括:金、銀、銠、鐵、過渡金屬、過渡金屬的氧化物、鹽類、及其組合。在一些實(shí)施方式中，催化活性材料的等電點(diǎn)(iep)為大約pH5至大約pHll,例如活性碳的等電點(diǎn)為大約pHll。活性碳上鉬的等電點(diǎn)為大約pH5至大約pH6。
[0016]在一些實(shí)施方式中，通過將催化活性材料與水混合而制備漿料，其中固體含量為20 至 90wt%、20 至 80wt%、20 至 70wt%、20 至 60wt%、20 至 50wt%、20 至 40wt%、20 至30wt% >30 至 SOwt1^JO 至 TOwt1^JO 至 GOwt1^JO 至 SOwt1^JO 至 4(^1:5^40 至 90wt%、40 至 80wt %、40 至 70wt %、40 至 60wt %、40 至 50wt %、50 至 90wt %、50 至 80wt %、50 至70wt% >50 至 60wt%、60 至 9(^1:5^60 至 SOwt1^JO 至 TOwt1^JO 至 9(^1:5^70 至 80wt%、或者80至90wt%。任選地,可將分散劑(例如Darvan? C)、和/或表面活性劑(例如Tween? 20)添加到該漿料中。添加到漿料中的分散劑的量通常是在0.2被％和4被％之間。在一些實(shí)施方式中，利用研磨介質(zhì)對漿料進(jìn)行數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)的球磨，以使顆粒解凝聚并促進(jìn)分散。
[0017]在一些實(shí)施方式中，制備一種包括聚合物膠乳的粘結(jié)劑，該聚合物具有10°C至30°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。在一些實(shí)施方式中，該聚合物的！；為10°C、15°C、16°C、17°C、18°C、19°C、20°C、21°C、22°C、23°C、24°C、25°C、或30°C。示例性的聚合物膠乳可以是天然的或者合成的聚合物膠乳，包括丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯、苯乙烯、以及共聚物類(例如丙烯酸類-苯乙烯膠乳)。在一些實(shí)施方式中，聚合物膠乳是丙烯酸類膠乳。
[0018]在一些實(shí)施方式中，聚合物膠乳包含20至60?七％的固體、20至50?七％的固體、20至4(^七％的固體、2O至3(^七％的固體、30至6(^七％的固體、30至5(^七％的固體、30至40wt%的固體、40至60wt%的固體、40至50wt%的固體、或者50至60wt%的固體。將膠乳的量選擇成使得在干燥和固化后混合物中存在大約2wt%至大約20wt%的聚合物。
[0019]在一些實(shí)施方式中，粘結(jié)劑的pH值為大約pH2至大約pH4，例如大約2.5、3、或
3.5o
[0020]在本文所公開的方法中，在對基材進(jìn)行涂覆之前將漿料與粘結(jié)劑混合以形成混合物。該混合物可以在混合后立即使用，或者可以攪拌I至24小時(shí)以促進(jìn)分散。粘結(jié)劑的PH值和聚合物的Tg應(yīng)當(dāng)適合于分散的催化活性材料的等電點(diǎn)。粘結(jié)劑的pH值和聚合物的Tg會影響該混合物的流變性質(zhì)。例如，如果聚合物過軟(即，Tg遠(yuǎn)低于使用溫度)，那么催化活性材料會引起漿料絮凝。如表1中的例子所示，在Tg為-26°C的duramax?biooo膠乳(陶氏(D0w)化學(xué)公司)中觀察到絮凝。當(dāng)使用具有較高Tg的膠乳(例如DURAMAX?B1022 (Tg=39°C ))時(shí)，混合物變稠但不發(fā)生絮凝。雖然DURAMAXtmB1000和DURAMAX?B1022粘結(jié)劑具有堿性的pH值，但Pt / C的等電點(diǎn)為酸性。
[0021]用DURAMAX?B1022粘結(jié)劑涂覆的Pt/ C不提供最佳的附著力；應(yīng)將涂層材料研磨成粉狀。當(dāng)使用具有適合于催化活性材料的pH值和足夠低Tg(足夠軟以便具有良好附著力)的粘結(jié)劑時(shí)，如同DURAMAX?HA12粘結(jié)劑，涂覆質(zhì)量良好且有良好的耐磨損性。
[0022]表1
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種將催化活性材料涂覆在基材上的方法，所述方法包括: 制備包含所述催化活性材料和水的漿料，其中所述催化活性材料包括活性碳； 制備包含玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為10°c至30°C的聚合物膠乳的粘結(jié)劑； 將所述漿料與所述粘結(jié)劑混合以形成混合物；以及 將所述混合物涂覆在所述基材上以實(shí)現(xiàn)20至30重量％的在所述基材上的混合物負(fù)載量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基材包括玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷、或金屬、及其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基材包括堇青石。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基材呈蜂窩形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述漿料包含20至90重量％的固體。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述漿料包含分散劑和/或表面活性劑。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化活性材料包括在活性碳上的鉬。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化活性材料的等電點(diǎn)為PH5至pHll。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化活性材料的等電點(diǎn)為PH5至pH6。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物膠乳是丙烯酸類膠乳。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物膠乳包含20至60重量％的固體。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為2°C至4°C。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)劑的pH值為從大約pH2至pH4。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)劑包括天然或合成的聚合物膠乳。
【文檔編號】C09D151/00GK103476497SQ201280010716
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】W·P·安迪葛, M·J·貝內(nèi)特 申請人:康寧股份有限公司