CN101612499A

CN101612499A - 一种壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法

Info

Publication number: CN101612499A
Application number: CN200910181742A
Authority: CN
Inventors: 孔德双; 谷昌军; 孔秋明; 李建国; 郑南; 孔令仁
Original assignee: NANJING KERUI SPECIAL CERAMICS CO Ltd; JIANGSU GAOCHUN CERAMICS CO Ltd
Current assignee: Jiangsu Gaochun Ceramics Co., Ltd.; Nanjing Kerui Special Ceramics Co., Ltd.
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: CN101612499B

Abstract

壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，采用堇青石质蜂窝陶瓷材质与专用造孔剂相结合，原料的成分、质量份和粒径如下：高岭土35～45份、平均粒径≤5μm；滑石20～30份、平均粒径为15μm；α－氧化铝4～9份、平均粒径≤2μm；碳颗粒或/与有机高分子颗粒构成的造孔剂共5～15份、平均粒径为10～20μm；粘结剂3～7份；将上述成分和水20～30份经均匀混合制备坯料；真空脱气练制2～3次后完成向塑性泥料转变，塑性泥料陈腐24±8h后通过挤压机的模具挤出，微波干燥后得到干坯体，再对干坯体交叉堵孔、干燥、植皮和修边，最后经烧成工序制成产品。

Description

一种壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于捕集柴油机尾气微粒的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法。

背景技术

壁流式蜂窝陶瓷过滤体是目前最常用的柴油机颗粒捕集器(简称DPF)，其原理为采用过滤体孔道的进口与相邻出口前后交替封堵技术，使排气从壁面穿过而达到过滤颗粒的目的(工作原理见图2)，过滤效率可以超过90％。柴油机尾气中含有大量微粒，其粒径小、重量轻，能长时间悬浮在大气中，容易被人体吸人并沉积在肺泡中，是城镇的一个重要的污染源。但由于柴油车经济、动力强、性能好、寿命长，因此柴油车已作为国内外未来重点发展的交通工具。为了提高柴油车环的保性能，国内外有关壁流式蜂窝陶瓷过滤体的研发以开展了不少工作。

CN2460187公开了一种壁流式蜂窝陶瓷过滤体对气体进行过滤，陶瓷体轴向有平行的蜂窝孔道，相邻的蜂窝孔道两端交替堵孔，在蜂窝孔道的蜂窝壁上均布微孔，蜂窝孔道为14～18孔/平方厘米，蜂窝壁厚度0.31～0.5mm，微孔的孔隙率大于35％。污染气体通过蜂窝孔道蜂窝壁上的微孔才能排放出去，过滤效率可达到98％以上，改变微孔的大小则直接影响过滤效果及捕集量，抗压强度达到1.4千克/平方厘米，是对污染气体进行过滤的极佳产品。

CN101116831公开了一种用于捕集柴油机尾气微粒的壁流式蜂窝陶瓷载体泥坯的堵孔方法。用薄膜包住壁流式蜂窝陶瓷载体坯的两个截面，并且在与两截面孔相对的薄膜上交叉开孔且两截面上的薄膜孔互不导通，用挤压的方式将堵孔泥料挤入与两截面薄膜孔相对的壁流式蜂窝陶瓷载体坯的孔内，放置12～36小时后，放入微波炉里进行微波烘干，将堵孔料中的水分烘干。优点：壁流式蜂窝陶瓷载体截面微孔交叉封堵方法及封堵配方构成，不仅从根本上实现了壁流式蜂窝陶瓷载体对柴油机尾气微粒的捕集，而且解决了壁流式蜂窝陶瓷载体截面微孔与封堵泥料的有效亲合，确保了被封堵的微孔密封。

CN101117288公开了一种用于捕集柴油机尾气微粒的壁流式蜂窝陶瓷载体坯配料及拌泥的方法。①拌匀纯碳化硅和甲基纤维素混合粉末，将纯碳化硅和甲基纤维素倒入搅拌机里面后进行搅拌，使碳化硅粉末和甲基纤维素粉末能混合均匀；②搅拌纯碳化硅和甲基纤维素混合粉数分钟，将面粉和水混合的面粉水溶液拌匀后边搅拌边倒入搅拌机里面，待全部的面粉水溶液倒入搅拌机后搅拌且使泥料充分拌匀；③在拌好的泥料中加入桐油，搅拌数分钟后，泥料有黏性、容易黏结在一起时，泥料拌好，将泥料放到一个容器里装起来，将其密封起来，确保泥料中的水分不会蒸发掉，陈腐时间为若天。

CN101117289公开了一种用于捕集柴油机尾气微粒的壁流式蜂窝陶瓷载体坯的成形方法。拌匀纯碳化硅和甲基纤维素混合粉末，将纯碳化硅和重量为甲基纤维素倒入搅拌机里面后进行搅拌，使碳化硅粉末和甲基纤维素粉末能混合均匀；将面粉和水混合的面粉水溶液拌匀后边搅拌边倒入搅拌机里面且使泥料充分拌匀；在拌好的泥料中加入桐油且搅拌数分钟，使泥料有黏性、容易黏结在一起且将泥料放到一个容器里装起来，将其密封起来，确保泥料中的水分不会蒸发掉，陈腐1天；然后炼泥、挤出成形后用微波炉烘干，最后堵孔烘干、干燥、烧制即得。

CN101117291公开了一种用于捕集柴油机尾气微粒的壁流式蜂窝陶瓷载体泥坯的堵孔方法。用薄膜包住壁流式蜂窝陶瓷载体坯的两个截面，并且在与两截面孔相对的薄膜上交叉开孔且两截面上的薄膜孔互不导通，用挤压的方式将堵孔泥料挤入与两截面薄膜孔相对的壁流式蜂窝陶瓷载体坯的孔内，放置12～36小时后，放入微波炉里进行微波烘干，将堵孔料中的水分烘干。优点：壁流式蜂窝陶瓷载体截面微孔交叉封堵方法及封堵配方构成，不仅从根本上实现了壁流式蜂窝陶瓷载体对柴油机尾气微粒的捕集，而且解决了壁流式蜂窝陶瓷载体截面微孔与封堵泥料的有效亲合，确保了被封堵的微孔密封。

CN2805886公开了一种用壁流式蜂窝陶瓷作为过滤体对气体中所含固体颗粒进行脱除的除尘装置，它包括壳体1、进气管道4、排气管道5、反吹管道8、收尘箱17、以及必要的防爆装置，其特征是在壳体1内自下而上设有至少二层蜂窝孔道轴向垂直安装的陶瓷过滤体组件2，在层与层之间设有倾斜的落灰板6。它既可以大量处理含粉尘气体，又具有良好的反冲洗效果，并解决了粉尘收集的难题。该装置可广泛应用于钢铁冶炼，磨料、水泥等行业中的粉尘回收与治理，尤其适用于对高温烟气的净化。

但现有壁流式蜂窝陶瓷热膨胀系数较大、机械强度需要提高、尤其是用于大尺寸的壁流式蜂窝陶瓷要求更高，壁流式蜂窝陶瓷过滤体有改进的必要。

发明内容

本发明的目的是：提出一种壁流式蜂窝陶瓷过滤体制备，尤其是一种通过采用堇青石质(2MgO·2A1₂O₃·5SiO₂)蜂窝陶瓷材质制作的壁流式蜂窝陶瓷过滤体及制备方法，使之具有孔隙率高、产生的气孔均匀、良好的微孔分布和碳烟过滤率高等特点，同时也能保持堇青石蜂质窝陶瓷的热膨胀系数小、机械强度大、价格低廉等优点，为提高柴油车环的保性能提供一种性能理想的壁流式蜂窝陶瓷过滤体。尤其是根据堇青石质蜂窝陶瓷材料的特点，提出一种一种热膨胀系数小、且用于大尺寸的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的方法。

本发明的目的是这样实现的：壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，采用堇青石质(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)蜂窝陶瓷材质与专用造孔剂相结合，其原料的成分、质量份和粒径如下：高岭土(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)35～45份、平均粒径≤5μm；滑石(3MgO·4SiO₂·H2O)20～30份、平均粒径为15μm；α-氧化铝4～9份、平均粒径≤2μm；碳颗粒或/与有机高分子颗粒构成的造孔剂5～15份、平均粒径为10～20μm；粘结剂3～7份；将上述成分和水20～30份经均匀混合制备坯料；坯料真空脱气练制2～3次(真空度为0.09MPa以下)后完成向塑性泥料转变，塑性泥料在陈腐24±8h后通过挤压机的模具挤出，模具孔密度为100～250孔/平方英寸；泥料挤出后切割成一定长度的湿坯体，经微波干燥后得到干坯体，对干坯体的交叉堵孔、干燥、干坯体的修边和植皮、最后经烧成工序制成。粘结剂为羟基甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基淀粉或羧乙基淀粉。

本发明另添加石英砂(SiO₂)3～5份可有效增大微孔孔径1～2μm，过滤黑烟的效果更好。造孔剂采用碳颗粒/有机高分子颗粒配制成专用造孔剂，该造孔剂经高温烧成后消失，能使蜂窝陶瓷内壁形成大小、分布适度的微孔，实现对烟尘过滤。

对干坯体的交叉堵孔工艺如下：用薄膜粘贴于干坯体两端的截面上，使蜂窝陶瓷孔道的出口封闭；接着用多根细电热棒组成的开孔器分别在两端的截面薄膜上交替开孔，使同一孔道的一端打通，另一端仍封闭，孔与孔间互不导通；然后将上述(不加造孔剂的成分)高岭土35～45份、平均粒径≤5μm，滑石20～30份、平均粒径为15μm，氧化铝4～9份、平均粒径≤2μm，粘结剂(羟基甲基或乙基纤维素、羧甲基或乙基淀粉)3～7份，水20～30份经均匀混合后制备成塑性泥料饼(直径略大于坯体截面、厚度为5～12mm)，平铺在坯体两端的截面上；在挤压机作用下泥料被压入开孔内，堵孔层厚度为3～9mm，微波干燥。

造孔剂采用碳颗粒或/和有机高分子颗粒配制专用造孔剂，该造孔剂经高温烧成后消失，能使蜂窝陶瓷内壁形成大小、分布适度的微孔，实现对烟尘过滤。

干坯体的修边和植皮工艺如下：将交叉堵孔的干坯体用专用车床剥除外圈层1～2mm后，尤其是1.4～1.6mm后，清除外圈层粉末，在坯体外壁刷涂一层粘结剂溶液，并将调好泥料塑性泥料(同制备的塑性泥料饼平铺在坯体两端的截面成分，不含造孔剂)用机械方法紧密、均匀地贴载在坯体外壁上，使负着层厚度为1～2.5mm，坯体再次微波干燥；然后将干坯体用专用车床对外层厚度进行刮边修整，确保坯体的圆整度，经刮边处理后的壁厚为1mm～1.5mm，圆整度偏差小于0.5mm；经干燥后烧成。刮边可采用车削或铣削或磨削。

本发明的目的特点是：原料主体采用堇青石蜂窝陶瓷材料，使壁流式蜂窝陶瓷过滤体具有堇青石质骨架，因而具有热稳定性好、热膨胀系数低、价廉等优点；采用的专用造孔剂使产生的微孔大小、孔密度适度，对烟气的过滤效率高；采用的干坯体的交叉堵孔工艺是壁流式蜂窝陶瓷过滤体的一种新工艺且简便易行；干坯体的植皮和修边能确保坯体的圆整度，同时外壁材料由于不含造孔剂而加大过滤体的强度、也能防止过滤时颗粒物泄露；采用慢速程序升温烧成有利于水汽和有机粘结剂挥发，防止产品在窑炉中自燃而导致开裂，也有利于提高过滤体的孔隙率、增大微孔的孔径和降低热膨胀系数。

附图说明

图1壁流式蜂窝陶瓷过滤体结构(1a为横切面，1b为纵面)

图2壁流式蜂窝陶瓷过滤体工作原理

图3壁流式蜂窝陶瓷过滤体制备流程

具体实施方式

壁流式蜂窝陶瓷过滤体如图1、图2所示：1为最外层壁，2为端部的闭孔，3为端部的开孔，4为过滤壁。

壁流式蜂窝陶瓷过滤体的实施方案包括原料处理、成型和烧成，具体的技术路线如下(见图3)：

先将高岭土35～45份、平均粒径≤5μm，滑石20～30份、平均粒径为15μm，α-氧化铝4～9份、平均粒径≤2μm，造孔剂(包括碳颗粒或有机高聚物分子颗粒，亦可以是二者混和，二者混和的重量比2～8∶8～2；碳颗粒包括煤粉，有机高分子颗粒包括多种高分子颗粒或纤维状聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚酯均可，高温烧成时均被烧掉)5～15份、平均粒径为10～20μm，粘结剂(羟基甲基或乙基纤维素、羧甲基或乙基淀粉、聚乙烯醇等，粘结剂可以混和使用)3～7份，水20～30份等原料均匀混和成坯料。然后经过真空脱气炼制3次(真空度为-0.09MPa)后完成向塑性泥料转变，塑性泥料在陈腐24h后通过挤压机的模具挤出。模具(自制)横截面为圆形，直径为160mm～200mm、分布有均匀小孔，孔为方孔或圆孔(图中为方孔)，孔密度为200孔/平方英寸。泥料挤出后切割成一定长度的湿坯体，经微波干燥后得到干坯体。

表1典型的蜂窝陶瓷过滤体原料的成分(符合粒径的要求，均为质量份)

组成(编号)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
组成(编号)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	高岭土	35	35	35	35	40	40	40	40	45	45	45
滑石	20	25	30	25	30	30	25	20	20	25	30	高岭土	35	35	35	35	40	40	40	40	45	45	45
滑石	20	25	30	25	30	30	25	20	20	25	30	氧化铝	4	6	6	4	8	7	7	4	9	9	6
粘结剂	3	7	7	5	5	5	7	7	5	5	3	氧化铝	4	6	6	4	8	7	7	4	9	9	6
粘结剂	3	7	7	5	5	5	7	7	5	5	3	造孔剂	5	10	15	15	15	15	9	8	10	10	15
水	20	25	30	30	30	30	30	30	30	25	30	造孔剂	5	10	15	15	15	15	9	8	10	10	15

在上述1～5号组成的基础上另分别添加石英砂(SiO₂)2.5、3、3.5、4、4.5、5份，可有效增大微孔孔径1～2μm，

薄膜采用透明塑料粘胶薄膜粘贴于干坯体两端的截面上，使蜂窝陶瓷孔道的出口封闭；接着用多根细电热棒组成的开孔器先在干坯体一个端面的粘胶薄膜上进行隔位交替开孔(参见图1)，开孔器上的细电热棒可排列成一排，也可排成多排；当一端面完成开孔后对另一端面进行隔位交替开孔，需做到同一条孔道的一端开孔，另一端封闭；然后将高岭土、滑石、氧化铝、粘结剂和水(见表1中1～11的组成，但不含造孔剂)制成的塑性泥料饼(直径略大于坯体截面、厚度为5～12mm)平铺在坯体两端的截面上，在挤压机作用下泥料被压入开孔内，堵孔层厚度为3～9mm，微波干燥，实现干坯体的交叉堵孔工艺。

将交叉堵孔的干坯体用专用车床剥除外圈层1.4～1.6mm后，清除外壁粉末，在坯体外壁刷涂一层粘结剂溶液。把调好泥料塑性泥料(见表1中1～11的组成，但不含造孔剂)用机械方法紧密、均匀地贴载在坯体外壁上，使负着层厚度为1～2.5mm，坯体再次微波干燥。然后将干坯体用专用车床对外层厚度进行刮边修整，确保坯体的圆整度，经刮边处理后的壁厚为1mm～1.5mm，圆整度偏差小于0.5mm，实现干坯体的植皮和修边工艺。

烧成工艺：将植皮和修边后的干坯体置于梭式窑炉中，干坯体的程序升温烧成工艺如下：将植皮和修边后的干坯体置于梭式窑炉中，窑炉起始压力为0.03Mpa以下，以6～12℃/h升温至300℃，再以0.2～1℃/min升温至400℃，再以0.5～1℃/min升温至600℃，再以1～2℃/min升温至1100℃，再以0.6～1.2℃/min升温至1410℃时，保温4～7h后自然冷却至100℃以下，产品出窑。在升温过程中窑炉内压力不断增加，升温至1410℃时窑内压力为0.1～0.4Mpa。烧制过程中窑内坯体摆放时确保坯体受热均匀。

制得的壁流式蜂窝陶瓷过滤体检测：孔径和孔隙率采用压汞法测定；除尘效率测试参照国家标准GB/T 13931-2002《电除尘器性能测试方法》执行；热膨胀系数采用NETZSCH

D11-402PC型热膨胀系数检测仪测定；抗压强度采用YA-300型电液式压力测试机测定，抗热冲击利用马弗炉测定，壁厚和通道宽度用游标卡尺测量。

利用本发明方法得到典型实施例：按照上述方法制得的一种圆柱型壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其各项性能指标如下：

平均孔径8～13μm

孔隙率50％～52％

碳烟过滤率大于90％

热膨胀系数(室温～800℃)1.5×10^-6/℃

抗压强度轴向大于11.0Mpa，径向大于2.0Mpa

抗热冲击500℃

单位面积上的孔数(由)31孔/cm²(相当于每平方英寸上200孔)

壁厚0.25mm

孔的通道宽度0.5～4.0mm

圆柱体直径180mm

圆柱体高210mm。经测定，过滤体的孔隙率为50％～52％，微孔平均孔径为8～13μm，烟气中颗粒物的去除率大于90％。

Claims

1、壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征是采用堇青石质(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)蜂窝陶瓷材质与专用造孔剂相结合，蜂窝陶瓷过滤体坯料原料的成分、质量份和粒径如下：高岭土(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)35～45份、平均粒径≤5μm；滑石(3MgO·4SiO₂·H2O)20～30份、平均粒径为15μm；α-氧化铝4～9份、平均粒径≤2μm；碳颗粒或/与有机高分子颗粒构成的造孔剂共5～15份、平均粒径为10～20μm；粘结剂3～7份；将上述成分和水20～30份经均匀混合制备坯料；坯料在真空度为0.09MPa以下真空脱气练制2～3次后完成向塑性泥料转变，塑性泥料陈腐24±8h后通过挤压机的模具挤出，模具孔密度为100～250孔/平方英寸；泥料挤出后切割成一定长度的湿坯体，经微波干燥后得到干坯体，再对干坯体交叉堵孔、干燥、植皮和修边，最后经烧成工序制成产品。

2、根据权利要求1所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体中另添加石英砂(SiO₂)3～5份可有效增大微孔孔径1～2μm，过滤黑烟的效果更好。

3、根据权利要求1所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征是干坯体的修边和植皮工艺如下：将交叉堵孔的干坯体用专用车床剥除外圈层1.4～1.6mm后，清除外圈层粉末，在坯体外壁刷涂一层粘结剂溶液；将不含造孔剂的塑性泥料用机械方法紧密、均匀地贴载在坯体外壁上，使负着层厚度为1～2.5mm，坯体再次微波干燥；然后将干坯体用专用车床对外层厚度进行刮边修整，确保坯体的圆整度，经刮边处理后的壁厚为1mm～1.5mm，圆整度偏差小于0.5mm，经干燥后烧成。

4、根据权利要求3所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征是剥除壳体的外圈层1.4～1.6mm。

5、根据权利要求3所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征是负着层厚度1.6～1.8mm。

6.根据权利1所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体成型方法，其特征是坯体的烧成工艺：将修边的壁流式蜂窝陶瓷载体坯放入梭式窑炉中，窑炉起始压力为0.03Mpa以下，以6～12℃/h升温至300℃，再以0.2～1℃/min升温至400℃，再以0.5～1℃/min升温至600℃，再以1～2℃/min升温至1100℃，再以0.6～1.2℃/min升温至1410℃时，保温4～7h后自然冷却至100℃以下，产品出窑。在升温过程中窑炉内压力不断增加，升温至1410℃时窑内压力为0.1～0.4Mpa；烧制过程中窑内坯体摆放受热均匀。

7、根据权利要求1所述的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征是粘结剂为羟基甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基淀粉或羧乙基淀粉。