摘要：介绍了近年来金属载体催化剂在表面处理和活性组分负载方面的研究进展，讨论了各种方法的优缺点，并对金属载体催化剂的应用发展进行了综述。
关键词：金属载体催化剂;表面处理;负载
中图分类号：O64文献标识码：A
0前言
同传统载体催化剂相比，金属载体催化剂由于具有以下的优良性能而受到广大研究人员的注意：(1)金属载体的壁厚可以降低到0.04mm左右，大大增加其有效截面，从而减低阻力;(2)金属载体具有较大的几何表面积，在获得相同净化性能的条件下可节约贵金属的用量;(3)金属载体具有良好的延展性，可以按照任意形状加工制造;(4)金属载体具有良好的热传导性，可以快速地将热量传递，从而达到启动温度或将热量散发。自20世纪80年代以来，世界各国对金属载体催化剂在理论上和应用上进行了大量的研究，并取得了重大进展。本文现对其研究和应用进展作一综述。
1载体的表面处理
到目前为止，Ti、Al、Ni、Fe-Cr-Al、不锈钢等几种金属和合金被广泛地研究，从加工性能和未来发展等综合考虑，Ti和Fe-Cr-Al合金的应用前景最为广泛，已有的金属载体研究也多是围绕Ti和Fe-Cr-Al合金进行。以下主要对Ti和Fe-Cr-Al合金的表面处理加以介绍。
1.1Ti合金的表面处理
Ti合金在使用前，一般进行超声震荡、酸洗、喷砂等表面处理。超声震荡主要消除载体表面的油污，酸洗和喷砂是为了在表面形成大量的新增孔，用于提
高金属载体与涂覆层的结合力。酸洗的溶液主要有CH3COOH、H2SO4、HF-HCl和HF-HNO3等。在酸洗过程中，需要增强酸洗液的流动性，以防形成点腐蚀。钛表面的喷砂处理一般选用白刚玉进行，压力控制在0.45MPa以下，否则容易在钛表面形成氧化铝的二次污染。
1.2Fe-Cr-Al合金的表面处理
Fe-Cr-Al合金在使用前，通常进行高温氧化。经高温氧化后，会在表面形成一层厚度约为1μm～2μm的α-Al2O3晶须(见图1)，为下一步的负载活性溶液涂覆提供了大量的机械锚接点，大大改善了涂覆层与金属载体的结合性[1]。为了进一步提高活性组分的分散度和利用率，通常在Fe-Cr-Al合金表面负载一层大约厚度为50μm的γ-Al2O3，然后再将活性组分负载在γ-Al2O3内。γ-Al2O3在金属载体表面的负载方法主要有浸渍、等离子喷涂、磷化、电泳沉积等多种。
1.2.1浸渍
刘烜等[2]采用浸渍法在Fe-Cr-Al合金表面负载了γ-Al2O3涂层。经过超声震荡和热冲击等测试了Fe-Cr-Al合金的表面结构、γ-Al2O3涂层的性能及与合金的结合能力，结果表明，经过预处理的Fe-Cr-Al合金对γ-Al2O3涂层得一次负载率≥11%，在500℃和900℃下，涂层的比表面积分别为166.0m2/g和71.05m2/g;在59kHz、30min超声波作用下，涂层脱落率为1.5%～2.5%;800℃至室温热冲击涂层损失率为0.1449%。
Su等[3]先在经过高温氧化后的Fe-Cr-Al合金表面负载一层γ-AlOOH凝胶，然后再负载γ-Al2O3涂层。测试结果表明，在超声震荡下，最小的涂层脱落率为2.79%，热冲击下的脱落率为0.02%。为了进一步提高涂层与金属载体的结合，王家明等[4]采用浸渍方法先在Fe-Cr-Al合金表面涂覆一层MgAl2O4/Al2O3过渡层，然后再负载γ-Al2O3涂层，获得了高结合强度的涂层结构。
采用浸渍法制备γ-Al2O3涂层工艺简单，易于大批量生产，但由于在烘干、煅烧过程中水分的蒸发，不可避免地会在涂层中产生大量裂缝，这些裂缝会影响到涂层与载体的结合，如何避免或减少裂缝的产生还处于研究过程之中。
1.2.2等离子处理
在高能等离子喷涂机的作用下，具有很大动能的浆料与金属载体接触后，会强烈结合在金属载体的表面，从而具有较高的抗剥落性。
吴晓东等[5]采用等离子喷涂技术在0Cr20Al17Y合金表面制备了γ-Al2O3涂层。同浸渍法相比，氧化铝喷涂层由熔融的多孔骨架及堆积其上的氧化铝微粒组成复合结构，保证了涂层与金属载体牢固的结合强度，而且稀土添加剂体提高了涂层内部的互锁效应及涂层与金属载体之间的锚接效应，其抗剥落性有了极大的提高。
采用等离子喷涂技术在金属载体上制备γ-Al2O3涂层简单易得，但目前对等离子喷涂的机理还处于未完全掌握之中，且等离子喷涂只适用于金属板、箔。在金属丝网上或其他复杂形状载体进行喷涂不但会造成活性组分的浪费，而且涂层不能深度喷涂。
1.2.3磷化
闫惠忠等[6]采用铁系和低锌系磷化液在Fe-Cr-Al合金载体上制备磷化膜作为中间过渡层，然后再负载γ-Al2O3涂层。对未磷化和铁系磷化载体上制备的涂
层试样采用850℃的热冲击测试其脱落率，对低锌系磷化载体上制备的涂层试样采用600℃的热冲击测试其脱落率。测试结果表明，在合金载体表面建立磷化膜中间过渡层可以减低涂层的热应力。
另一方面，金属载体表面经磷化处理后会含有磷，这将容易引起活性中心的降低，从而导致催化剂中毒。而且磷化工艺对环境会造成污染，所以对金属载体表面进行磷化处理，仍需要进一步的研究。
1.2.4电泳沉积
Vorob’eva等[7]采用电泳沉积的方法在不锈钢丝网上制备了Al2O3涂层(见图2)，并通过SEM研究发现，Al/Al2O3涂层具有粗糙的多孔表面。谢晶等[8]以316L不锈钢丝网为载体，采用电泳沉积法和热处理技术在丝网表面包覆一层具有高粘结强度和较高比表面积的表面Al2O3/Al粘合层，再利用湿浸涂技术在丝网表面负载纳米钙钛矿型稀土复合氧化物La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3催化剂。以甲苯、二甲苯和丙酮的催化燃烧反应为模型反应，考察了催化剂的催化性能和反应特性。结果表明，La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3催化剂在丝网表面具有较强的粘结强度，在强放热反应中具有传热速率快，催化剂床层整体均温性好的特性，具有较好的催化燃烧活性和稳定性。
2活性组分的负载方法
2.1浸渍
作为一种传统的负载方法，采用浸渍法在金属载体表面直接负载活性组分仍是研究的常用工艺。张丽等[9]将处理过的Ti载体浸渍在配制好的TiO2溶胶中，通过多次浸渍、烘干、煅烧制备出性能良好的光催化剂。该催化剂在水中浸泡280天后，其光催化剂活性仍不低于新制备样品活性的70%，而且在35天的活
性艳红完全脱色连续流试验中，该催化剂基本未发生失活现象。
2.2电镀
电镀法是采用在外加电压的作用下，金属溶液中的金属离子还原成原子状态，在金属载体表面析出或沉积，从而得到渡层。郭益群等[10]以不锈钢为载体，采用电镀法将钯镀到不绣钢带上制备了金属载体催化剂，该催化剂在350℃下，于空气流中将二甲苯催化氧化，催化活性可达50%左右。
郑菁英等[11]研究了采用电镀法在耐热合金载体表面镀钯的最佳工艺条件，研制成功了具有活性高、风阻小、导热性能好的低温点火催化剂。采用电镀法制备金属载体催化剂主要受电压、溶液中的金属离子浓度、镀液的温度、pH值和镀覆时间等多种因素的影响，目前该方法还处于深入研究之中。
2.3等离子喷涂
Pranevicius等[12]采用等离子喷涂和后续退火处理技术，将掺有10%CuO和5%Cr2O3的Al-Al2O3层喷涂在低碳钢箔片上，制备具有良好性能的燃烧催化剂。利用该催化剂可以在大约350℃左右将丙烷催化燃烧。
