CN101062868A - 一种多相功能陶瓷蜂窝支撑体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多相功能性蜂窝陶瓷支撑体及其制备方法。采用钛白粉、二氧化硅、氧化铝为主要原料，通过稀土掺杂，添加适量的促烧剂氧化镁与添加剂，经混练并挤出成型，干燥后，在1200～1350℃下煅烧2～3小时，生成以钛酸铝和金红石为主晶相的陶瓷蜂窝载体。本发明制备的蜂窝陶瓷在50～1000℃之间热膨胀系数为3.6～7.5×10－6/℃，耐热冲击、耐酸碱腐蚀、强度高，显固体酸性，与载体涂层结合良好。本蜂窝陶瓷，可有多种用途，尤其适用于工业烟气整装脱硝催化剂支撑体、汽车尾气净化催化剂的载体以及光催化剂的载体反应器。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷蜂窝支撑体及其制备方法，尤其涉及一种ATS多相功能性蜂窝陶瓷支撑体及其制备方法。该支撑体用于工业烟气整装脱硝催化剂支撑体、汽车尾气净化催化剂的载体以及光催化剂的载体反应器。属于特殊工业陶瓷制备或环保技术领域。
背景技术
目前，工业烟气脱硝催化剂陶瓷载体多采用堇青石质，如公开号为CN140141416A的发明书所介绍的，堇青石载体成本低，有利于降低脱氮工艺的操作费用，且强度高，热膨胀系数小。但与活性组分相容性较差，易出现粉化现象。另外，用于汽车尾气处理催化剂多采用堇青石质、锂辉石质及莫来石质等蜂窝陶瓷为支撑体，如公开号为CN1033455A的发明书所介绍的，堇青石载体抗热震性能良好，但生成温度在窄，仅有30℃，因而烧结过程难以控制，烧结过程有大批的水排出，对强度有影响。公开号为CN 1276260A的发明书介绍了β-锂辉石结构的蜂窝陶瓷热膨胀系数小，耐酸腐蚀，强度好。但是含有大量碱金属Li，易使脱硝催化剂中毒。另外，公开号为CN 1264620A的发明书介绍了莫来石质蜂窝陶瓷烧结温度宽，坯体强度好。但其热膨胀系数较大。以上几种陶瓷仅仅是立足于结构陶瓷，在功能性助催化方面均不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种成本低廉，机械强度高，热膨胀系数小，且具有功能性助催化性能的新型蜂窝陶瓷支撑体，本明的另一目的是提供一种上述蜂窝陶瓷支撑体的制备方法。
本发明在技术方案为：采用钛白粉、氧化铝及二氧化硅为主要原料，通过稀土掺杂，添加适量的氧化镁和添加剂等，经成型、干燥后煅烧生成以钛酸铝和金红石为主晶相的载体。钛酸铝是目前低热膨胀系数最小的材料之一。另外，通过掺杂稀土可以克服钛酸铝在500～1300℃降温过程中易分解为刚玉和金红石而失去其低热膨胀性的缺点。同时，稀土也能起到增强、细化晶粒的作用。ATS蜂窝陶瓷机械强度高，吸水率比较大，烧成温度比较宽，抗热冲击性能良好，抗化学腐蚀性能强，最重要的是显固体酸性，与锐钛矿型TiO2和γ-Al2O3具有良好的相容性，是工业烟气脱硝、汽车尾气除氮和光催化降解有机物催化剂的良好助催化功能支撑体和反应器。
本发明的具体技术方案为：一种ATS多相陶瓷蜂窝支撑体，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比如下：钛白粉55～65％，氧化铝20～30％，二氧化硅8～12％，氧化镁1～5％，稀土氧化物1～2％。其中所述的稀土氧化物至少为氧化铈、氧化铒、氧化钴、氧化镧、氧化钇中的一种。其原料化学配方包括能实现上述配方的所有矿物组成或金属盐类。煅烧后支撑体生成的主晶相为钛酸铝和金红石。
本发明还提供了上述ATS多相陶瓷蜂窝支撑体的制备方法，主要工艺流程如图1所示，其具体制备步骤为：将钛白粉、氧化铝、二氧化硅、氧化镁与稀土氧化物按上述比例混料球磨，直到混合干料粒度完全过60目标准筛后，加入占原料总量的重量百分比分别为22～31％的添加剂，经混练、陈腐并挤出成型，经干燥箱干燥，并煅烧成型得陶瓷支撑体。
其中所述的添加剂的组分及组分占原料总量的质量百分比分别为：水12～16％，桐油或蜡乳液3～5％，羧甲基纤维素或聚乙烯醇7～10％。
其中所述的球磨时间为18～30小时，干燥温度为100～120℃，干燥时间为12～24小时，煅烧温度为1200～1350℃，煅烧时间为2～3小时。
经X-ray衍射物相分析鉴定其主晶相为金红石和钛酸铝(如图4所示)，孔密度50～100/cm2，热膨胀系数为3.6～7.5×10-6/℃(如图5所示)，机械抗弯强度最达到120MPa以上，显固体酸性，与锐钛矿型TiO2和γ-Al2O3载体涂层结合良好。
有益效果：
1、ATS蜂窝陶瓷制备方法简单易控，原料成本低廉。使之制备工艺过程容易控制，稳定可靠。
2、ATS蜂窝陶瓷机械强度高，热膨胀系数小，吸水率比较大，烧成温度比较宽，抗热冲击性能良好，抗化学腐蚀性能强。
3、ATS蜂窝陶瓷显固体酸性，与锐钛矿型TiO2和γ-Al2O3具有良好的相容性。
4、ATS蜂窝陶瓷是工业烟气脱硝、汽车尾气除氮和光催化降解有机物催化剂的良好助催化功能支撑体和反应器。
附图说明
图1为ATS多相陶瓷蜂窝支撑体制备的工艺流程图。
图2是ATS蜂窝陶瓷制品的外观新貌图。
图3是ATS蜂窝陶瓷扫描电镜图。
图4是ATS蜂窝陶瓷的X射线衍射图。
图5是ATS蜂窝陶瓷的热膨胀系数图。其中横轴代表烧成温度，纵轴代表各烧成温度下陶瓷制品的热膨胀系数。
具体实施方式
实施例1
将2400克钛白粉、1000克氧化铝、400克二氧化硅、120克氧化镁、40克稀土氧化铈混合(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧甲基纤维素，进行混炼、挤出成型，经干燥箱110℃干燥12小时，再升温至1250℃煅烧3小时即得产品。该产品图如图2所示，其微观形貌如图3所示。
实施例2
将2200克钛白粉、1200克氧化铝、400克二氧化硅、40克氧化镁、40克稀土氧化铒混合后(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克蜡乳液、408.45克聚乙烯醇，进行混炼、挤出成型，经干燥箱110℃干燥12小时，再升温至1300℃煅烧2小时即得产品。
实施例3
将2600克钛白粉、800克氧化铝、480克二氧化硅、200克氧化镁、40克稀土氧化铈、40克稀土氧化铒混合(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧聚乙烯醇，进行混炼、挤出成型，经干燥箱120℃干燥12小时，再升温至1280℃煅烧3小时即得产品。
实施例4
将2600克钛白粉、800克氧化铝、320克二氧化硅、40克氧化镁、40克稀土氧化钇混合后(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克蜡乳液、408.45克羧甲基纤维素，进行混炼、挤出成型，经干燥箱110℃干燥14小时，再升温至1250℃煅烧3小时即得产品。
实施例5
将2200克钛白粉、1200克氧化铝、480克二氧化硅、200克氧化镁、80克稀土氧化镧混合后(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧甲基纤维素，进行混炼、挤出成型，经干燥箱120℃干燥12小时，再升温至1280℃煅烧2.5小时即得产品。
实施例6
将2200克钛白粉、800克氧化铝、320克二氧化硅、40克氧化镁、20克稀土氧化铒、20克稀土氧化钴混合后(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克蜡乳液、408.45克聚乙烯醇，进行混炼、挤出成型，经干燥箱110℃干燥18小时，再升温至1250℃煅烧3小时即得产品。
实施例7
将2600克钛白粉、1200克氧化铝、480克二氧化硅、200克氧化镁、20克氧化铈、20克氧化镧、15克氧化铒、15克氧化钴、10克氧化钇混合(混合干料粒度完全过60目标准筛)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克聚乙烯醇，进行混炼、挤出成型，经干燥箱110℃干燥24小时，再升温至1350℃煅烧2小时即得产品。
Claims (5)
1、一种多相功能陶瓷蜂窝支撑体，其特征在于其原料的组分及各组分占原料总量的质量百分比如下：
钛白粉 55～65％
氧化铝 20～30％
二氧化硅 8～12％
氧化镁 1～5％
稀土氧化物 1～2％。
2、根据权利要求1所述的支撑体，其特征在于所述的稀土氧化物至少为氧化铈、氧化铒、氧化钴、氧化镧、氧化钇中的一种。
3、一种如权利要求1所示的陶瓷支撑体的制备方法，其具体步骤为：将钛白粉、氧化铝、二氧化硅、氧化镁与稀土氧化物按上述比例混料球磨，直到混合干料粒度完全过60目标准筛后，加入占原料总量的重量百分比为22～31％的添加剂，经混练、陈腐并挤出成型，经干燥箱干燥，并煅烧成型得陶瓷支撑体。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的添加剂的组分及组分占原料总量的质量百分比分别为：
水 12～16％
桐油或蜡乳液 3～5％
羧甲基纤维素或聚乙烯醇 7～10％。
5、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的球磨时间为18～30小时，干燥温度为100～120℃，干燥时间为12～24小时，煅烧温度为1200～1350℃，煅烧时间为2～3小时。
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