CN102584315B - 汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，包括以下步骤：1)、以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，混合后，得蜂窝陶瓷粉料；2)、将水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇混合，得溶液，将溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100∶65～80的重量比混合，经混练、陈腐，得泥料；3)、将泥料挤出成型；4)、所得的素坯进行干燥；5)、将步骤4)干燥后所得的产物在常压下于1800℃～2200℃烧制1～6小时，然后于1000～1200℃保温1～2小时，得汽车尾气净化器用催化剂载体。由该方法生产的汽车尾气净化器用催化剂载体具有比表面积高、强度满足要求等特点。

Description

汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法

技术领域

本发明涉及一种汽车尾气净化器用催化剂载体的制备方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，交通运输业所带来的环境污染日益严重，对国内外大城市大气质量的测试结果表明：汽车尾气是空气污染的主要污染源。汽车尾气中含有CO、NOx和碳氢化合物，这些成分虽然占的比例不大，但都是有害的，并有强烈的刺激性气味及致癌作用。为了解决这一问题，目前世界各国都趋向于使用尾气净化器。汽车运行的工况是非常复杂的，因此，尾气净化器的工作环境也是复杂多变的。一般尾气净化器首先要经受短时间内从环境温度升高到一般排气温度的冷热交换冲击，还需承受1000℃以上的高温，以及由汽车振动而引起的振动和磨损。所以载体材料应具有较高的抗热冲击性能和较高的机械强度。据报道，汽车排放污染物的60％～80％来自冷启动后的前120秒，因此，载体材料只有具备低热容量、高热导率时，才能使催化剂在短时间内发挥效用，有效减少冷启动后1～3分钟的排放污染物。众所周知，载体的比表面积越大可以负载的催化剂就越多，所以载体还要有较大的比表面积。此外，还应避免载体与催化剂间的化学反应导致的催化剂中毒。

蜂窝陶瓷由于其发达的比表面本身具有催化功能，而涂覆特定的催化后则可实现对目标反应的选择性催化，大幅度地提高通过其孔道流体的转换效率和反应速率。所以，蜂窝陶瓷成为当前尾气净化器的主要载体。目前，蜂窝陶瓷材料采用堇青石，但存在催化剂中毒的情况，所以选择新的蜂窝陶瓷材料已成为尾气净化器载体的主要发展方向。

现有一种制备方法是：采用羟基乙基纤维素作为粘结剂，甘油作为增塑剂，羟基乙基纤维素∶甘油∶水按10％～13％∶10％～12％∶80％～75％混合，再与陶瓷粉料(陶瓷粉料占70％～80％)混练，陈腐，过滤杂质后挤出在2200℃以上烧成。该方法不仅反应温度高，而且孔洞相对较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种烧结温度低、降低烧结成本的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，由该方法生产的汽车尾气净化器用催化剂载体(即碳化硅蜂窝陶瓷)具有比表面积高、强度满足要求等特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，包括以下步骤：

1)、蜂窝陶瓷粉料的制备：

以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，将微米碳化硅、碳化硼、碳化硅纤维和聚碳硅烷按照80∶1～5∶5～10∶5～10重量比混合，得蜂窝陶瓷粉料；

2)、混合练泥：

将水、乙烯丙烯聚合物(即乙烯丙烯共聚物)和乙二醇混合，得溶液，水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇的重量比为70∶10～20∶10～20；

将上述溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100∶65～80的重量比混合充分，然后在常温常压下于混炼机中充分混练0.5～1小时，于常温常压下陈腐2～3小时，得泥料；

3)、挤出成型：

将泥料通过挤出成型设备挤出素坯，所述素坯的形状和尺寸由挤出成型设备中的模具进行控制；

4)、干燥：

将素坯先采用微波加热(目的是为了排出水分)，再于100～120℃加热0.5～1小时(目的是为了排除乙烯丙烯聚合物和乙二醇等有机物)；

5)、烧成：

将步骤4)干燥后所得的产物在常压下于1800℃～2200℃烧制1～6小时，然后于1000～1200℃保温1～2小时，得汽车尾气净化器用催化剂载体。

作为本发明的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法的改进：微米碳化硅是指粒径为20～100微米的碳化硅。碳化硼的粒径为100～200微米，碳化硅纤维的粒径为100～400微米、聚碳硅烷的粒径为200～400微米。

作为本发明的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法的进一步改进：步骤3)中先对泥料进行过滤净化处理(目的是为了过滤杂质，从而防止挤出成型时泥料造成产品堵孔，割裂和变形等缺陷，此过滤同现有技术)，再将泥料通过挤出成型设备挤出素坯。

作为本发明的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法的进一步改进：步骤4)中：素坯先采用450～480瓦微波加热13～15分钟，以排出水分。

作为本发明的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法的进一步改进：步骤5)中：烧制过程在由室温开始升至作为低温的500～600时，升温速度为30～50℃/h(目的是为了防止升温过快易引起的坯体开裂)。

在本发明中，碳化硅具有强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高比表面积、高比强等一系列优点；因此选用微米碳化硅作为基料，微米碳化硅是指粒径为20～100微米的碳化硅。本发明以碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，碳化硼、碳化硅纤维、聚碳硅烷的粒径分别为100～200微米、100～400微米、200～400微米。聚碳硅烷高温分解合成碳化硅，可以增加微小孔洞，提高比表面积。将所得的碳化硅蜂窝陶瓷作为汽车尾气净化器用催化剂载体，可以改善尾气净化器的耐高温、耐冲击等性能。

在本发明所限定的范围值内，通过改变烧结温度，烧结助剂含量和造孔剂含量可控制比表面积和强度值。具体而言：增加烧结助剂含量能降低烧结温度，从而降低生产成本，有助于实现产业化；增加造孔剂含量能增加比表面积，提高净化能力。

本发明所得的汽车尾气净化器用催化剂载体的各项性能数据如下：对所得样品进行压汞测试，测得的气孔率为55％～75％，气孔平均直径为12～15微米，体密度为1.7～2.0g/cm³，电镜观察，产品中存在微小孔洞，大大提高比表面积，强度符合要求。

具体实施方式

以下实施例中所用的微米碳化硅是指粒径为20～100微米的碳化硅；碳化硼的粒径为100～200微米，碳化硅纤维的粒径为100～400微米、聚碳硅烷的粒径为200～400微米。

实施例1、一种汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，依次进行以下步骤：

1)、蜂窝陶瓷粉料的制备：

以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，微米碳化硅、碳化硼、碳化硅纤维和聚碳硅烷的重量比为80∶5∶5∶10混合后，得蜂窝陶瓷粉料；

2)、混合练泥：

将水、乙烯丙烯聚合物(即乙烯丙烯共聚物)和乙二醇混合，得溶液，水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇的重量比为70∶15∶15；

将上述混合溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100∶70的重量比混合充分，然后在常温常压下于混炼机中充分混练0.5小时，同样的常温常压的条件下陈腐2小时，得泥料。

再对泥料进行常规的过滤净化处理，从而防止挤出成型时泥料造成产品堵孔，割裂和变形等缺陷。

3)、挤出成型：

步骤2)的所得物通过挤出成型设备挤出素坯，所述素坯形状和尺寸由挤出成型设备中的模具进行控制(此步骤同常规技术)。

4)、干燥：

将素坯先采用450瓦微波加热13分钟以排出水分，100℃常规加热0.5小时以排除乙烯丙烯聚合物和乙二醇等有机物。

5)、烧成：

将步骤4)干燥后所得的产物在常压下于2000℃烧制4小时，然后在1000℃保温1小时。

注意：烧结时在由室温开始升至500～600℃的低温时，升温速度为30℃/h，如升温过快易引起坯体开裂。由500～600℃升温至2000℃的烧制温度时，可快速升温，从而节省时间。

所得的碳化硅蜂窝陶瓷作为汽车尾气净化器用催化剂载体，其各项性能指标如下：

对所得的汽车尾气净化器用催化剂载体进行压汞测试，测得的气孔率为60％，气孔平均值经为12微米，体密度为1.8g/cm³，电镜观察，产品中存在微小孔洞，大大提高比表面积，强度符合要求，抗压强度≥35MPa。

实施例2、一种汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，依次进行以下步骤：

1)、蜂窝陶瓷粉料的制备：

以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，微米碳化硅、碳化硼、碳化硅纤维和聚碳硅烷的重量比为80∶4∶6∶10混合后，得蜂窝陶瓷粉料；

2)、混合练泥：

将水、乙烯丙烯聚合物(即乙烯丙烯共聚物)和乙二醇混合，得溶液，水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇的重量比为70∶15∶15；

将上述混合溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100∶75的重量比混合充分，然后在常温常压下于混炼机中充分混练40分钟，同样的常温常压的条件下陈腐2.5小时，得泥料。

再对泥料进行常规的过滤净化处理，从而防止挤出成型时泥料造成产品堵孔，割裂和变形等缺陷。

3)、挤出成型：

步骤2)的所得物通过挤出成型设备挤出素坯，所述素坯形状和尺寸由挤出成型设备中的模具进行控制(此步骤同常规技术)。

4)、干燥：

将素坯先采用460瓦微波加热13分钟以排出水分，100℃常规加热40分钟以排除乙烯丙烯聚合物和乙二醇等有机物。

5)、烧成：

将步骤4)干燥后所得的产物在常压下于2100℃烧制3.5小时，然后在1100℃保温1小时。

注意：烧结时在由室温开始升至500～600℃的低温时，升温速度为35℃/h，如升温过快易引起坯体开裂。由500～600℃升温至2100℃的烧制温度时，可快速升温，从而节省时间。

所得的碳化硅蜂窝陶瓷作为汽车尾气净化器用催化剂载体，其各项性能指标如下：

对所得的汽车尾气净化器用催化剂载体进行压汞测试，测得的气孔率为62％，气孔平均值经为12微米，体密度为1.75g/cm³，电镜观察，产品中存在微小孔洞，大大提高比表面积，强度符合要求，抗压强度≥35MPa。

实施例3、一种汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，依次进行以下步骤：

1)、蜂窝陶瓷粉料的制备：

以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，微米碳化硅、碳化硼、碳化硅纤维和聚碳硅烷的重量比为80∶5∶6∶9混合后，得蜂窝陶瓷粉料；

2)、混合练泥：

将水、乙烯丙烯聚合物(即乙烯丙烯共聚物)和乙二醇混合，得溶液，水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇的重量比为70∶15∶15；

将上述混合溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100∶75的重量比混合充分，然后在常温常压下于混炼机中充分混练50分钟，同样的常温常压的条件下陈腐2.5小时，得泥料。

再对泥料进行常规的过滤净化处理，从而防止挤出成型时泥料造成产品堵孔，割裂和变形等缺陷。

3)、挤出成型：

步骤2)的所得物通过挤出成型设备挤出素坯，所述素坯形状和尺寸由挤出成型设备中的模具进行控制(此步骤同常规技术)。

4)、干燥：

将素坯先采用450瓦微波加热13分钟以排出水分，100℃常规加热0.5小时以排除乙烯丙烯聚合物和乙二醇等有机物。

5)、烧成：

将步骤4)干燥后所得的产物在常压下于2000℃烧制4小时，然后在1000℃保温1小时。

注意：烧结时在由室温开始升至500～600℃的低温时，升温速度为40℃/h，如升温过快易引起坯体开裂。由500～600℃升温至2000℃的烧制温度时，可快速升温，从而节省时间。

所得的碳化硅蜂窝陶瓷作为汽车尾气净化器用催化剂载体，其各项性能指标如下：

对所得汽车尾气净化器用催化剂载体进行压汞测试，测得的气孔率为58％，气孔平均值经为11.3微米，体密度为1.87g/cm³，电镜观察，产品中存在微小孔洞，大大提高比表面积，强度符合要求，抗压强度≥35MPa。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，其特征是包括以下步骤：

1）、蜂窝陶瓷粉料的制备：

以微米碳化硅为基料，碳化硼为烧结助剂，碳化硅纤维为增强相，聚碳硅烷为造孔剂，将微米碳化硅、碳化硼、碳化硅纤维和聚碳硅烷按照80：1~5：5~10：5~10重量比混合，得蜂窝陶瓷粉料；

2）、混合练泥：

将水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇混合，得溶液，所述水、乙烯丙烯聚合物和乙二醇的重量比为70：10~20：10~20；

将上述溶液与蜂窝陶瓷粉料按照100：65~80的重量比混合充分，然后在常温常压下于混炼机中充分混练0.5~1小时，于常温常压下陈腐2~3小时，得泥料；

3）、挤出成型：

将泥料通过挤出成型设备挤出素坯，所述素坯的形状和尺寸由挤出成型设备中的模具进行控制；

4）、干燥：

将素坯先采用微波加热，再于100~120℃加热0.5~1小时；

5）、烧成：

将步骤4）干燥后所得的产物在常压下于1800℃~2200℃烧制1~6小时，然后于1000~1200℃保温1~2小时，得汽车尾气净化器用催化剂载体。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，其特征是：所述微米碳化硅是指粒径为20~100微米的碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，其特征是：所述步骤3）中先对泥料进行过滤净化处理，再将泥料通过挤出成型设备挤出素坯。

4.根据权利要求3所述的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，其特征是：所述步骤4）中：素坯先采用450~480瓦微波加热13~15分钟，以排出水分。

5.根据权利要求4所述的汽车尾气净化器用催化剂载体的合成方法，其特征是：所述步骤5）中：烧制过程在由室温开始升至作为低温的500~600时，升温速度为30~50℃/h。