DE3625330C2

DE3625330C2 -

Info

Publication number: DE3625330C2
Application number: DE3625330A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. Brandis; Guenter Dr.-Ing. Lehnert; Peter Dr.-Ing. 4150 Krefeld De Schueler
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1986-07-26
Publication date: 1988-08-18
Also published as: DE3625330A1; EP0254818A3; US4783436A; JPS6339638A; EP0254818A2

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallträgers zur Herstellung von Katalysatoren.

Katalysatoren werden u. a. zur Oxidation von unvollständig verbrannten Abgasbestandteilen sowie zur Reduktion von Stickstoffoxiden in Abgasen durch Abscheiden von katalytisch wirksamen Komponenten aus einer auf einem Trägermaterial abgeschiedenen Phase mit möglichst großer aktiver Oberfläche eingesetzt. Als katalytisch wirksame Komponente verwendet man z. B. Platinmetalle. Die zur Aufnahme der katalytisch wirksamen Komponente erforderliche große Oberfläche wird nach dem Stand der Technik dadurch erzeugt, daß Metalloxid, z. B. in Form von Gamma-Al₂O₃, aufgebracht wird (DE-OS 32 23 500). Es ist ferner bekannt, auf ebenen Metallträgerfolien Oxidwhisker zu erzeugen (GB-PS 20 63 723), die eine vergrößerte Oberfläche bilden zur Verankerung einer oxidischen Zwischenschicht, auf der die katalytisch wirksame Komponente abgeschieden wird.

Die bekannten Verfahren erfordern jedoch einen verhältnismäßig hohen Aufwand. Die Züchtung der Whisker bedingt besondere Maßnahmen beim Gießen zur raschen Erstarrung, um Stengelkristalle anzukeimen, und ferner eine anschließende Glühung, um die Stengel wachsen zu lassen. Diese Verfahren erfordern auch entsprechende Werkstoffe, auf deren Oberfläche Stengelkristalle erzeugt werden können, wie Fe-Al-Cr-Legierungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metallträger in flacher oder beliebig profilierter Form zur Herstellung von Katalysatoren zu schaffen, welcher in einfacher Weise aufgebaut ist, eine möglichst große Oberfläche für die weitere anhaftende Schicht besitzt sowie als Massenprodukt kostengünstig herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Metallträgers mit einer porös angesinterten aus aluminiumhaltigen Metallpulverteilchen gebildeten Oberflächenschicht, gegebenenfalls nach einem oxidierenden Glühen, zur Herstellung von Katalysatoren vorgeschlagen.

Die makroskopischen Poren werden in der Weise erzeugt, daß dem Metallpulver eine verdampfbare Substanz in Pulverform zugemischt wird, die nach dem Auftragen des Metallpulvergemenges in fester Form oder als Aufschlämmung auf die Oberfläche des Trägers und Erhitzen bis auf Sintertemperatur zum Verbinden der Metallpulverteilchen untereinander und mit dem Träger rückstandslos verdampft. Danach weist die Beschichtung mikro- und makroskopische Poren auf. Um die Haftung beim Auftragen des Metallpulvers auf den metallenen Träger zu verbessern, kann dem Metallpulver auch ein temporärer Binder beigegeben werden.

Wenn die Metallpulverteilchen Aluminium enthalten oder wenn die Beschichtung alitiert wird, können durch eine oxidierende Glühbehandlung Aluminiumoxid-Whisker erzeugt werden. Besteht die Beschichtung z. B. aus FeAl, so können durch eine oxidierende Glühung Eisenoxidplättchen und Aluminiumoxid-Whisker erzeugt werden, die für eine erhebliche Vergrößerung der Oberfläche der Beschichtung sorgen.

Das Verfahren zur Herstellung eines metallenen Trägers mit einer Beschichtung für die Verankerung einer reaktiven Oxidschicht oder des katalytisch wirkenden Materials besteht darin, daß Metallpulver mit einer bei erhöhter Temperatur rückstandslos verdampfenden Substanz in Pulverform vermengt wird. Mit diesem Gemenge, bevorzugt in Form einer alkoholischen Aufschlämmung, gegebenenfalls nach Zusatz eines Klebers, z. B. Kunstharz, Schellack, wird der Metallträger beschichtet. Der beschichtete Träger wird dann auf Sintertemperatur erhitzt.

Der Vorteil der Erfindung liegt einmal in der wesentlich verbesserten Haftung der porösen Metallschicht an dem Träger, dann in der Ausbildung einer wesentlich vergrößerten Oberfläche der Beschichtung, an der die katalytisch wirksame Komponente optimal angelagert werden kann. Der Träger läßt sich außerdem in einfacher Weise mit dem Metallpulver beschichten durch Auftragen einer Aufschlämmung, unmittelbar anschließenden Trocknung derselben, durch nachfolgendes Sintern sowie gegebenenfalls darauffolgendes oxidierendes Glühen sowie Anlagern des katalytisch wirksamen Materials. Diese aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte können praktisch während eines einzigen Banddurchlaufs vorgenommen werden.

Beispiel

Eine Metallfolie als Träger zur Herstellung eines strukturell verstärkten wabenförmigen Katalysatorkörpers besteht aus einer Fe-20Cr-5Al-Legierung. Der Träger wird mit einer Aufschlämmung versehen, die aus 56 Masse-% FeAl, 37 Masse-% gesättigter alkoholischer Schellacklösung und 7 Masse-% eines verdampfbaren Polyacrylharzes.

Das verwendete FeAl-Pulver besteht aus rd. 50% Fe und 50% Al und liegt in einer Korngrößenverteilung zwischen 36 und 45 µm vor. Die Schellacklösung dient als Bindemittel während der Auftragung. Das Polyacrylharz wird in Form von feinem Pulver zugesetzt.

Die alkoholische Komponente verflüchtigt sich nach dem Aufbringen der Aufschlämmung auf den Metallträger in kurzer Zeit an der Luft. Anschließend werden Metallträger und Auflageschicht in reduzierender Schutzgasatmosphäre, z. B. H₂, auf 950°C aufgeheizt und dort etwa 15 min gehalten. Während des Aufheizens mit etwa 8°C/min entweichen sowohl Schellack als Polyacrylharz bei Temperaturen unterhalb 650°C gasförmig aus der Beschichtung, ohne Rückstände zu hinterlassen. Dabei bilden sich durch das Ausgasen des Polyacrylharzes makroskopische Poren gleichmäßiger Verteilung in der Schicht, zusätzlich zu den feineren Hohlräumen zwischen den Metallpulverteilchen (Bild 1). Durch weiteres Aufheizen auf 950°C und Halten auf dieser Temperatur sintern die Metallpulverteilchen aneinander und an dem Träger.

Der gesamte Vorgang läßt sich auch durch Tauchbeschichten am fertigen Strukturkörper durchführen. Soll die Metallträgerfolie vor der Fertigung des Strukturkörpers z. B. am Band beschichtet werden, erfolgt die Formgebung der beschichteten Trägerfolie zweckmäßigerweise nach dem Trocknen der Aufschlämmung an der Luft.

Die von Makro- und Mikroporen durchsetzte metallene Auflageschicht kann aufgrund ihrer großen Oberfläche direkt mit z. B. Platinmetallabscheidungen versehen werden. Sie kann aber auch zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche einer Whisker-Glühung unterzogen werden, z. B. bei 900°C 1 min in trockenem CO₂ und 925°C 16 h in Luft. Dabei wachsen dünne Oxidnadeln aus Al₂O₃ (Bild 2) sowie feine Eisenoxidplättchen auf den einzelnen Metallkörnern (Bild 3) bei Verwendung von z. B. FeAl.

Bei Verwendung von Al-freien Metallpulvern, z. B. FeCr, kann die poröse Metallauflageschicht auf dem Diffusionsweg mit Al angereichert werden.

Schließlich kann die poröse Metallauflage auch zur Aufnahme einer reaktiven Oxidschicht dienen, um deren Haftung auf dem Trägermaterial entscheidend zu verbessern.

Claims

Verwendung eines Metallträgers mit einer porös angesinterten aus aluminiumhaltigen Metallpulverteilchen gebildeten Oberflächenschicht, gegebenenfalls nach einem oxidierenden Glühen, zur Herstellung von Katalysatoren.