CN104556032A - Co净化器及设有该co净化器的燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气净化领域，具体涉及一种CO净化器，所述净化器包括蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层，所述催化剂层包括催化剂载体和分散于载体内的活性组分颗粒；所述的活性组分由贵金属中一种或多种构成。所述的CO净化器具有机械强度高、热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、净化一氧化碳的效果好、使用寿命长等优点。本发明还提供了一种设置有该CO净化器的燃气热水器。

Description

CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器

技术领域

本发明属于燃气净化领域，具体涉及一种CO净化器，以及设置有该CO净化器的燃气热水器。

背景技术

随着时代的进步及生活形态的转变，热水器已是目前一般居家生活不可或缺的必要装置，就使用的能源而言，可分为燃气热水器、电热水器及太阳能热水器等，基于使用方便性及能源成本等因素考量，燃气热水器最广为一般大众所采用。

可是在天冷的天气，大家习惯把门窗紧闭以隔绝冻人的寒意，此时室内若使用燃气热水器，容易因紧闭的屋内氧气量不够，使得燃气不完全燃烧释放出一氧化碳而造成中毒。因为一氧化碳是一种无色、无味、无臭、无刺激性的气体，它的产生并没有特殊警示讯号，进入人体后与血红蛋白的亲和力比氧高300倍，使血红蛋白丧失了携带氧的能力和作用，对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重，当人们意识到已一氧化碳中毒时，往往已为时已晚，因为支配人体运动的大脑皮质最先受到麻痹损害，使人无法实现有目的的自主运动，此时中毒者头脑中仍有清醒的意识，可手脚已不听使唤，所以，一氧化碳中毒者往往无法进行有效的自救；每年都有因中毒太深而丧失生命或产生脑部永久的损伤的新闻报导，另外有部分病人在恢复意识后，经过一段时间(一周至一月)，却又发生迟发性脑病变，而有智慧减退、大小便失禁、步态不稳、行为退化等症状出现。发生时间全年都有，但以每年冬天的12、1、2月、雨天或台风天为好发的时间。

燃气热水器中一般都装有一氧化碳净化器，但是，热水器在使用时CO净化器处于一个高温的环境中，热水器在高温时发生热胀，稳定性差，容易出现裂纹，随着使用时间的增长净化一氧化碳的效果差，另外，还存在净化器的寿命短等问题，安全系数不够高，尤其在密闭的室内环境下，当一氧化碳的排放超标时，用户的生命安全完全无保障。

为了克服现有技术的不足，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种CO净化器，所述的CO净化器具有机械强度高、热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、净化一氧化碳的效果好、使用寿命长等优点。

本发明的第二个目的在于提供一种设有所述CO净化器的燃气热水器。

为了实现本发明的目的，特采用以下技术方案：

一种CO净化器，其特征在于，所述净化器包括蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层，所述催化剂层包括催化剂载体和分散于载体内的活性组分颗粒；所述的活性组分由贵金属中一种或多种构成。

本发明提供的CO净化器由蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层构成，蜂窝陶瓷基体作为CO净化器的骨架，赋予了CO净化器优良的抗压强度和耐高温性能，并且蜂窝陶瓷基体的热膨胀系数小，在高温的环境中稳定性强，极大地提高了CO净化器的使用寿命；另外，燃气在不完全燃烧释的过程中放出一氧化碳，一氧化碳在通过CO净化器的过程中在活性成分贵金属的作用下与O₂发生氧化还原反应，生成CO₂并释放出热量，从而达到净化CO的目的，本发明采用贵金属为催化剂的活性成分，具有使用温度低，脱除率高的特点，本发明提供的CO净化器出口处CO浓度小于50ppm，净化一氧化碳的效果非常好。

所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括堇青石、Al₂O₃、尖晶石、和富铝红柱石和粘结剂。优选的，按重量份计，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括85-95份堇青石、1-5份Al₂O₃、1-5份的尖晶石、1-5份的富铝红柱石、3-10份粘结剂。

所述的粘合剂为本领域制备蜂窝陶瓷中常用的粘合剂，其选用不需要付出创造性的劳动。

本发明提供的蜂窝陶瓷基体以堇青石为主要组分，以Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石为辅加组分，该陶瓷的基本配方为以堇青石为主的Al₂O₃-MgO-SiO₂体系，并含有微量的Na、K、Ca、Fe、Mn元素，该体系具有较低的烧结温度，并能赋予陶瓷材料优异的烧结性能和显微结构，使得该蜂窝陶瓷基体具有优良的抗热震性能、良好的吸附性能、较高的耐火度和理想的机械强度，特别是热膨胀吸收小，是一种性能优异的一氧化碳净化气基体材料。

优选的，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分还包括氧化钠、氧化钾、和氧化钙。更优选的，按重量份计，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括85-95份堇青石、1-5份Al₂O₃、1-5份的尖晶石、1-5份的富铝红柱石、3-10份粘结剂、0.1-0.5份氧化钠、0.1-0.5份氧化钾、和0.1-0.5份氧化钙。

本发明提供的陶瓷的配方中添加了氧化钠、氧化钾、和氧化钙，氧化钠、氧化钾、和氧化钙一是能降低烧结温度，二是能赋予陶瓷材料优异的烧结性能和显微结构，使蜂窝陶瓷基体具有优异的理化综合性能。

所述蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.3～1.8mm×1.3～1.8mm方孔或边长为1.3-1.8mm的六边形孔。

所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.2-0.8mm，优选的，所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.3-0.4mm。

所述催化剂载体的组分包括γ-Al₂O₃和稀土氧化物。优选的，按重量份计，所述催化剂载体的组分包括90-99份的γ-Al₂O₃和1-10份的稀土氧化物。γ-Al₂O₃具有高比表面、耐高温的惰性，高活性、和多孔性，并且硬度高、尺寸稳定性好，吸附能力强，能够牢固地负载更多的活性组分，提高催化一氧化碳的效率，提高催化剂层的耐磨性能和使用寿命。催化剂载体γ-Al₂O₃中掺杂稀土氧化物，起提高活性组分分散度以及助催化的作用，使活性组分分布均匀，催化效率更高。

优选的，所述的稀土氧化物包括CeO₂、ZrO₂、Ga₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃中的一种或多种混合。

优选的，所述的稀土氧化物的粒径不超过50μm，优选不超过20μm。当稀土氧化物的粒径不超过50μm时，稀土氧化物的表面效应增强了其分散作用和助催化作用，制备的催化剂层活性成分分布非常均匀，净化效率显著提高。

所述的贵金属为金、银或铂族金属中的一种或多种混合，所述的铂族金属为钌、铑、钯、锇、铱或铂；优选的，所述的贵金属为铂和钯中的一种或多种混合。

所述贵金属颗粒的粒径不超过50μm，优选为不超过10μm，更优选为不超过1μm。当贵金属颗粒的粒径不超过50μm时，CO净化器出口出的CO浓度小于30ppm，当贵金属颗粒的粒径不超过10μm时，CO净化器出口出的CO浓度小于15ppm，当贵金属颗粒的粒径为不超过1μm时，CO净化器出口出的CO浓度小于8ppm，净化一氧化碳的效果非常好。

所述活性组分的含量占催化剂层总质量的1-15%，优选为5-10%。

所述的蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.0～1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.2～1.44×10⁷N／m²、横向抗压强度为1.3～3.87×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.0～1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

本发明提供的CO净化器，其蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层的热膨胀系数均较小，随着温度的大范围变化其体积变化非常微小，在使用过程中不会出现裂纹等情况，稳定性好，另外二者的热膨胀系数非常接近，即随着温度的变化，二者的膨胀幅度几乎相同，这就保证了催化剂层可以牢固地附着在蜂窝陶瓷基体表面，二者的结合度高，并且在温度的变化过程中不会出现裂纹、剥离、脱落等现象，热稳定性好，极大地提高了CO净化器的使用寿命。

本发明还提供了一种燃气热水器，所述的燃气热水器设置有所述的CO净化器。

本发明提供的燃气热水器排放的一氧化碳浓度非常低、稳定性好、安全系数高，可在密闭的家庭环境中使用。

与现有技术相比，本发明提供的CO净化器及设置该CO净化器的热水器的优势为：

（1）所述CO净化器具有机械强度高、热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、净化一氧化碳的效果好、使用寿命长等优点。

（2）燃气热水器的一氧化碳排放浓度非常低、稳定性好、极大地提高了用户的使用安全。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明作更具体的解释，但本发明并不仅仅局限于这些实施例，同样这些实施例也不以任何方式限制本发明。

实施例1

将堇青石、Al2O3、尖晶石、富铝红柱石、粘结剂分别打磨，过筛，备用。

取85份堇青石、5份Al2O3、1份的尖晶石、5份的富铝红柱石、3份羧甲基纤维素粘结剂，加入适量的水，混合均匀，得到混合的泥料，将泥料放入真空炼泥机中进行炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型，干燥成干坯，将蜂窝陶瓷体干坯装入锻烧炉中，升温至1500℃温度下并保温4小时进行锻烧，空冷至常温出炉，得蜂窝陶瓷基体。蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.3mm×1.3mm的方孔，壁厚为0.2mm。蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.2×10⁷N／m2、横向抗压强度为1.3×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

取γ-Al₂O₃90份、Ga₂O₃10份、Au粉1.01份，其中Ga₂O₃的粒径不超过50μm，Au粉的粒径不超过100μm；再添加适量的水混合均匀后得涂覆液，涂覆在蜂窝陶瓷基体表面，干燥，400℃焙烧，得CO净化器。所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

将该CO净化器设置于燃气热水器的集烟罩内。

实施例2

将堇青石、Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石、粘结剂分别打磨，过筛，备用。

取95份堇青石、1份Al₂O₃、5份的尖晶石、1份的富铝红柱石、7份羧甲基纤维素粘结剂，加入适量的水，混合均匀，得到混合的泥料，将泥料放入真空炼泥机中进行炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型，干燥成干坯，将蜂窝陶瓷体干坯装入锻烧炉中，升温至1500℃温度下并保温4小时进行锻烧，空冷至常温出炉，得蜂窝陶瓷基体。蜂窝陶瓷基体的孔洞为边长为1.3mm的六边形孔，壁厚为0.3mm。蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.44×10⁷N／m2、横向抗压强度为3.87×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

取γ-Al₂O₃99份、La₂O₃1份、铑粉17.65份，其中La₂O₃的粒径不超过20μm，铑粉的粒径不超过50μm；再添加适量的水混合均匀后得涂覆液，涂覆在蜂窝陶瓷基体表面，干燥，400℃焙烧，得CO净化器。所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

将该CO净化器设置于燃气热水器的集烟罩内。

实施例3

将堇青石、Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石、粘结剂、氧化钠、氧化钾和氧化钙分别打磨，过筛，备用。

取90份堇青石、3份Al₂O₃、2份尖晶石、3份富铝红柱石、0.5份氧化钠、0.1份氧化钾、0.5份氧化钙和7份羧甲基纤维素粘结剂，加入适量的水，混合均匀，得到混合的泥料，将泥料放入真空炼泥机中进行炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型，干燥成干坯，将蜂窝陶瓷体干坯装入锻烧炉中，升温至1500℃温度下并保温4小时进行锻烧，空冷至常温出炉，得蜂窝陶瓷基体。蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.5mm×1.5mm的方孔，壁厚为0.4mm。蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.1×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.30×10⁷N／m2、横向抗压强度为3.15×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

取γ-Al₂O₃95份、CeO₂5份、钯粉5.26份，其中CeO₂的粒径不超过20μm，钯粉的粒径不超过10μm；再添加适量的水混合均匀后得涂覆液，涂覆在蜂窝陶瓷基体表面，干燥，400℃焙烧，得CO净化器。所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

将该CO净化器设置于燃气热水器的集烟罩内。

实施例4

将堇青石、Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石、粘结剂、氧化钠、氧化钾和氧化钙分别打磨，过筛，备用。

取90份堇青石、3份Al₂O₃、2份尖晶石、3份富铝红柱石、0.1份氧化钠、0.5份氧化钾、0.1份氧化钙和7份羧甲基纤维素粘结剂，加入适量的水，混合均匀，得到混合的泥料，将泥料放入真空炼泥机中进行炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型，干燥成干坯，将蜂窝陶瓷体干坯装入锻烧炉中，升温至1500℃温度下并保温4小时进行锻烧，空冷至常温出炉，得蜂窝陶瓷基体。蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.8mm×1.8mm的方孔，壁厚为0.8mm。蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.40×10⁷N／m2、横向抗压强度为3.80×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

取γ-Al₂O₃95份、CeO₂2份、ZrO₂3份、铂粉11.11份，其中ZrO₂的粒径不超过20μm，铂粉的粒径不超过1μm；再添加适量的水混合均匀后得涂覆液，涂覆在蜂窝陶瓷基体表面，干燥，400℃焙烧，得CO净化器。所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.1×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

将该CO净化器设置于燃气热水器的集烟罩内。

实施例5

将堇青石、Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石、粘结剂、氧化钠、氧化钾和氧化钙分别打磨，过筛，备用。

取90份堇青石、3份Al₂O₃、2份尖晶石、3份富铝红柱石、0.1份氧化钠、0.5份氧化钾、0.1份氧化钙和7份羧甲基纤维素粘结剂，加入适量的水，混合均匀，得到混合的泥料，将泥料放入真空炼泥机中进行炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型，干燥成干坯，将蜂窝陶瓷体干坯装入锻烧炉中，升温至1500℃温度下并保温4小时进行锻烧，空冷至常温出炉，得蜂窝陶瓷基体。蜂窝陶瓷基体的孔洞为边长1.8mm的六边形孔，壁厚为0.35mm。蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6g／cm³；热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.40×10⁷N／m2、横向抗压强度为3.88×10⁶N／m²、阻力降不超过600Pa。

取γ-Al₂O₃95份、Sm₂O₃5份、钯粉5份、铂粉6.11份，其中Sm₂O₃的粒径不超过20μm，铂粉和钯粉的粒径不超过1μm；再添加适量的水混合均匀后得涂覆液，涂覆在蜂窝陶瓷基体表面，干燥，400℃焙烧，得CO净化器。所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.0×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

将该CO净化器设置于燃气热水器的集烟罩内。

实验例1

本实验例的目的在于检测本发明提供的CO净化器的除CO的效果。

将实施例1-5提供的燃气热水器与燃气接通，点火，通过CO净化器的烟气的温度为150℃，空速为54.9×10⁴h^-1，燃气热水器的烟气出口处的CO的浓度分别为50ppm、30ppm、15ppm、8ppm、8ppm，净化CO的效果非常好。

实验例2

本实验例检测了本发明制备的CO净化器的热稳定性。

将实施例1-5制备的CO净化器加热至1000℃，自然冷却至室温，并重复上述加热-冷却的过程50次，检查CO净化器的外观。

上述结果表面，本发明制备的CO净化器的催化剂层和蜂窝陶瓷基体的结合度高、二者的热膨胀系数非常接近，在温度大幅度变化时能以几乎相同的幅度变化，热稳定性非常好，使用寿命长。

Claims (10)

1.一种CO净化器，其特征在于，所述净化器包括蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层，所述催化剂层包括催化剂载体和分散于载体内的活性组分颗粒；所述的活性组分由贵金属中一种或多种构成。

2.根据权利要求1所述的CO净化器，其特征在于，按质量百分含量计，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括堇青石、Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石和粘结剂；优选的，还包括氧化钠、氧化钾、和氧化钙。

3.根据权利要求1或2所述的CO净化器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.3～1.8mm×1.3～1.8mm方孔或边长为1.3-1.8mm的六边形孔。

4.根据权利要求1或2所述的CO净化器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.2-0.8mm，优选的，所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.3-0.4mm。

5.根据权利要求1所述的CO净化器，其特征在于，所述催化剂载体的组分包括γ-Al₂O₃和稀土氧化物；优选的，按质量百分含量计，所述催化剂载体的组分包括90%-99%的γ-Al₂O₃和1-10%稀土氧化物。

6.根据权利要求5所述的CO净化器，其特征在于，所述的稀土氧化物包括CeO₂、ZrO₂、Ga₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃中的一种或多种混合。

7.根据权利要求1所述的CO净化器，其特征在于，所述的贵金属为金、银或铂族金属中的一种或多种混合，所述的铂族金属为钌、铑、钯、锇、铱或铂；优选的，所述的贵金属为铂和钯中的一种或多种混合。

8.根据权利要求1或7所述的CO净化器，其特征在于，所述贵金属颗粒的粒径不超过50μm，优选为不超过10μm，更优选为不超过1μm。

9.根据权利要求1所述的CO净化器，其特征在于，所述活性组分的含量占催化剂层总质量的1-15%，优选为5-10%。

10.一种燃气热水器，设有权1-9任一项所述的CO净化器。