CN104492416A - 一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法，采用蜂窝陶瓷板作为载体，在蜂窝陶瓷板上涂覆纳米氧化铈以制成催化涂层。本发明的制备方法使用价格较低的复合稀土材料低纯度纳米级氧化铈作为催化剂，以蜂窝陶瓷板为载体，降低燃气燃烧反应的起燃温度，增大稳定燃烧范围，提高燃烧效率，同时降低离焰、回火现象的产生，延长陶瓷炉片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及红外线燃气灶具催化燃烧技术，特别是一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法。
背景技术
目前，公知的远红外灶具燃烧器，燃气与空气预混合后在由特殊耐火材料制成的红外线辐射陶瓷板中进行完全预混合无焰催化燃烧，燃烧产生的能量转变成红外线，辐射传递给炊具。催化燃烧技术在节约能源，消除污染，环境保护方面有独特的优势。选用合适的催化剂可以提高催化效果，进而提高燃烧效率，节省燃气，降低有害气体排放。
在天然气催化燃烧催化剂中,贵金属催化剂尤其是Pd基催化剂有比较深入的研究。但贵金属价格昂贵，在家用燃气灶具上不具备经济可行性。过渡金属耐高温性能达不到实际要求。
发明内容
为克服现有的缺陷，本发明提出了一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法，所述制备方法采用蜂窝陶瓷板作为载体，在所述蜂窝陶瓷板上涂覆纳米氧化铈以制成催化涂层。
进一步地，所述涂覆包括以下步骤：将纳米氧化铈水悬浮液加热至80至90摄氏度；将干燥的蜂窝陶瓷板在加热后的纳米氧化铈水悬浮液中浸渍3至5分钟；将浸渍过的蜂窝陶瓷板脱水，以除去蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液；和将脱水后的蜂窝陶瓷板在120摄氏度的气体中烘干60分钟，以使纳米氧化铈颗粒与蜂窝陶瓷板表面结合生成铝硅酸盐，从而在蜂窝陶瓷板上形成铝硅酸盐催化涂层。这使得纳米氧化铈涂层与陶瓷片结合牢固，不脱落。
优选地，纳米氧化铈水悬浮液的重量比配为2:100。
进一步地，所述脱水步骤包括将浸渍过的蜂窝陶瓷板用高速气流抽吸法，除去蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液,并且采用离心分离器回收氧化铈水悬浮液。
用于烘干的气体含有10％以上的二氧化碳。
根据本发明的远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法使用价格较低的复合稀土材料低纯度纳米级氧化铈作为催化剂，以蜂窝陶瓷板为载体，降低燃气燃烧反应的起燃温度，增大稳定燃烧范围，提高燃烧效率，同时降低离焰、回火现象的产生，延长陶瓷炉片的使用寿命。
在红外线辐射陶瓷板上涂覆低纯度纳米级氧化铈作为催化剂的关键是涂层薄且涂布均匀，与陶瓷表面结合形成结合牢固、不易脱落的铝硅酸盐催化剂涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明提供的一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法进行详细描述。
实施例1
根据本发明的一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法采用蜂窝陶瓷板作为载体，在蜂窝陶瓷板上涂覆纳米氧化铈以制成催化涂层。本发明的制备方法使用价格较低的复合稀土材料低纯度纳米级氧化铈作为催化剂，以蜂窝陶瓷板为载体，降低燃气燃烧反应的起燃温度，增大稳定燃烧范围，提高燃烧效率，同时降低离焰、回火现象的产生，延长陶瓷炉片的使用寿命。
具体地，在蜂窝陶瓷板上涂覆纳米氧化铈包括：将纳米氧化铈水悬浮液加热至80至90摄氏度；将干燥的蜂窝陶瓷板在加热后的纳米氧化铈水悬浮液中浸渍3至5分钟；将浸渍过的蜂窝陶瓷板脱水，以除去蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液；和将脱水后的蜂窝陶瓷板在120摄氏度的气体中烘干60分钟，以使纳米氧化铈颗粒与蜂窝陶瓷板表面结合生成铝硅酸盐，从而在蜂窝陶瓷板上形成铝硅酸盐催化涂层。这样使得催化涂层与陶瓷片结合牢固，不脱落。
通过1:100至1:10多组不同比例的氧化铈水悬浮液，从室温至加热到80摄氏度多种温度，用优选法设计实验方案，进行多次实验筛选。悬浮液浓度低不能使蜂窝陶瓷板表面覆盖均匀的氧化铈涂层，浓度高于2:100可能堵塞蜂窝陶瓷板中的微孔。悬浮液浸渍温度低，蜂窝陶瓷板表面覆盖不均匀。因此，优选地是将纳米氧化铈水悬浮液加热至80至90摄氏度，然后将干燥的陶瓷板在氧化铈水悬浮液中浸渍3至5分钟，以使氧化铈充分均匀地分布在陶瓷板表面。另外，纳米氧化铈水悬浮液的重量比配优选地为2:100。
在本发明中，根据一个可选实施例，所述脱水步骤包括将浸渍过的蜂窝陶瓷板用高速气流抽吸法，除去蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液,并且采用离心分离器回收氧化铈水悬浮液。此外，用于烘干的气体优选含有10％以上的二氧化碳气体。
稀土元素铈是周期系第ΙΙΙ族副族镧系元素，原子序数58。活泼的银灰色金属，常见化合价：+3,+4，电子层结构为[Xe]4f15d16s2，核外电子排布：2,8,18,19,9,2。铈的氧化物常见有三氧化二铈(Ce2O3)和二氧化铈(CeO2)。在三氧化二铈与二氧化铈之间存在多种氧化物物相，均不稳定。三氧化二铈具有稀土倍半氧化物的六方结构，熔点2210℃，沸点3730℃，对空气敏感。二氧化铈，具有萤石结构，熔点2400℃，沸点3500℃。二氧化铈在低温、低压下形成缺氧物相，例如CenO2n-2(n＝4，6，7，9，10，11)。二氧化铈可由三氧化二铈氧化而制得：2Ce2O3+O2→4CeO2。二氧化铈高温下和一氧化碳发生氧化还原反应生成三氧化二铈：4CeO2+2CO→2Ce2O3+2CO2↑。低纯度纳米氧化铈是含有多种金属氧化物的二氧化铈和三氧化二铈的混合物，颗粒尺寸小，表面原子配位不全，表面活性位置增加，而且随着粒径的减小，表面光滑度变差，形成凹凸不平的原子台阶，从而增加反应接触面，同时铈元素具有正三价与正四价的价态转换，因此具有很强的催化性能。
燃烧效率对比测试方法：
燃烧效率对比测试使用相同燃气、相同炉头底壳、相同测试器材和测试环境进行测试。根据测量数据计算单位燃气燃烧热量(KJ/L)。用未做催化涂层处理的蜂窝陶瓷炉盘作为基准，涂覆氧化铈催化剂涂层的蜂窝陶瓷炉盘作为样本，对样本和基准燃烧时单位燃气燃烧热量进行对比计算。
测试器材：
1.气体质量流量计，量程0-25L/min，显示分辨率0.01L/min，精度2.5％，重复性0.5％。
2.热电偶数字温度计，量程0-100C,精确度：±2C，分辨率：0.1C
3.秒表
4.标准锅，直径22cm铝锅
5.电子秤，量程0-3000g，分辨率0.1g，精度0.5％。
6.燃气，广东液化石油气。
7.实验灶具：嵌入式双头炉，电子点火，等离子熄火保护，燃气喷嘴参数0.8+0.32mm。155mm蜂窝陶瓷炉盘。163mm铸铁炉头、搪瓷炉头。
试验炉头分别安装基准炉盘和样本炉盘各2个，每个试验样本作2次测试，取测试数据的平均值。
测试方法：
1.测量水的重量,温度计探头置于水高度的中间，记录初始水温，流量计初始流量。
2.点火并开始计时，当水温达到93C时关闭炉头，停止计时，读取流量计结束流量，测量结束时水的重量。
3.每次测试时更换炉头，以减少炉头余热对测试结果的影响。
计算方法：
1.燃烧效率对比计算
2.燃气用量(L)＝结束流量(L)-开始流量(L)
3.水热量(KJ)＝结束水量(g)*(结束水温-开始水温(C))*水热容量(KJ/g/C)
4.水蒸发热量(KJ)＝(初始水量(g)-结束水量(g))*2.35(KJ/g)。水的潜热按照标准大气压下60C时的值计算。
5.铝锅热量(KJ)＝(结束水温-开始水温(C))*铝锅质量(g)*铝热容量(KJ/g/C)
6.总热量(KJ)＝水热量(KJ)+水蒸发热量(KJ)+铝锅热量(KJ)
7.单位燃气燃烧热量(KJ/L)＝总热量(KJ)/燃气用量(L)
燃烧效率对比(％)＝样本单位燃气燃烧热量平均值/基准单位燃气燃烧热量平均值。
样本实验数据
对照基准实验数据
通过上述实验结果，没有催化剂涂层的炉片单位燃气燃烧热量平均值为12.31(KJ/L)，均方差为0.087，带有低纯度纳米氧化铈催化涂层的炉片单位燃气燃烧热量平均值为12.81(KJ/L)，均方差为0.15，对比提高4％。从实验数据说明使用复合稀土材料低纯度纳米级氧化铈作为催化剂，对提高红外线燃气灶具燃烧效率有显著提高。
本发明通过不大幅度增加红外线辐射陶瓷板成本的条件下，降低燃气在红外线辐射陶瓷板中的起燃温度，提高催化燃烧效果，进而提高燃烧效率，提高红外线辐射陶瓷板使用寿命。涂覆低纯度纳米级氧化铈涂层的红外线辐射蜂窝陶瓷板，比没有氧化铈涂层的红外线辐射蜂窝陶瓷板，可提高燃烧效率4％以上。对红外线辐射蜂窝陶瓷板提高燃烧效率效果明显，对普通红外线辐射陶瓷板提高燃烧效率也有效。
Claims (5)
1.一种远红外燃烧器蜂窝陶瓷板稀土催化涂层制备方法，其中，所述制备方法采用蜂窝陶瓷板作为载体，在所述蜂窝陶瓷板上涂覆纳米氧化铈以制成催化涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述涂覆包括以下步骤：
将纳米氧化铈水悬浮液加热至80至90摄氏度；
将干燥的蜂窝陶瓷板在加热后的所述纳米氧化铈水悬浮液中浸渍3至5分钟；
将浸渍过的蜂窝陶瓷板脱水，以除去所述蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液；和
将脱水后的蜂窝陶瓷板在120摄氏度的气体中烘干60分钟，以使纳米氧化铈颗粒与蜂窝陶瓷板表面结合生成铝硅酸盐，从而在蜂窝陶瓷板上形成铝硅酸盐催化涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述纳米氧化铈水悬浮液的重量比配为2:100。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述脱水步骤包括将浸渍过的蜂窝陶瓷板用高速气流抽吸法，除去蜂窝陶瓷板的微孔中多余的氧化铈水悬浮液,并且采用离心分离器回收氧化铈水悬浮液。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，用于烘干的所述气体含有10％以上的二氧化碳。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170922 |