CN106555660A - 一种带脱氮作用的汽车排气管及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管，其由碳纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到，在其内表面上附着有催化剂颗粒，所述催化剂为二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型。本发明的制备方法制备得到的碳纤维汽车排气管，能够使得所述排气管兼具催化尾气中氮氧化物的作用，从而减少雾霾的产生。

Description

一种带脱氮作用的汽车排气管及其生产方法
技术领域
本发明涉及汽车配件技术领域，尤其涉及一种带脱氮作用的汽车排气管及其生产方法。
背景技术
现有的交通工具，主要还是以内燃机作为动力，其燃料是汽油和柴油。而汽油和柴油主要是来自于原油。国内原油相较于中东轻质油，其含氮量明显较高。因此国内原油生产的汽油、柴油中氮含量较高，在内燃机中燃烧后，会产出氮氧化物NOx。
氮氧化物(NOx)是化学工业、国防工业、电力工业以及锅炉和内燃机等排放气体中有毒物质之一，是造成大气污染的主要污染源之一，也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。
目前，内燃机汽车主要通过在尾气排放系统中加载单独的尾气净化器，尾气净化器一般结构是涂有贵金属催化剂的金属蜂窝载体。工作原理是当高温尾气通过净化器时，HC、CO和NOx和颗粒物在催化剂和高温的作用下和氧气发生化学反应成为无毒的水和二氧化碳和二氧化氮。
在内燃机的尾气排放系统中，尾气净化器只是单独的一个部件，其尺寸相对较小，占尾气排放系统大部分的，是汽车排气管。
汽车排气管是汽车，特别是内燃机汽车，中重要的配件之一。其对汽车机身的作用而言，起到减震降噪，延长排气消声系统寿命的作用。对于一般的汽车而言，由于汽车的废气离开引擎时压力很大，其产生的噪音可能会让人感觉到发狂，这时起到主要消音的作用就是汽车的排气管，在其内部安装消音器，大大的降低了汽车的噪音。而其主要工作原理是通过多通道使气流分流，这些分流只见互相摩擦撞击使得气流的流速逐渐降低，如此反复循环，最终使得废气通过汽车的排气管排放流出，使得噪音降低，从而达到日常汽车降低噪音的效果。
纵观现有的汽车排气管，尽管其尺寸很大，但其作用单一，只是单一的排气作用。其大量的面积被闲置，不能有效利用从而起到催化废气中氮氧化物的作用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种汽车排气管及其制备方法，能够使得所述排气管兼具催化尾气中氮氧化物的作用，从而减少雾霾的产生。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种汽车排气管，其由碳纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到，在其内表面上附着有催化剂颗粒，所述催化剂为二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型。
燃油(汽油、柴油)在内燃机中燃烧后，排出进入尾气净化器，一般是三元催化器。在三元催化器中，尾气中的低价态的CO、SOx和NOx在催化剂作用下，与尾气中的O2在高温下被氧化为CO2、SO2和NO2等高价形态。但由于其接触时间短，事实上尾气中的CO、SOx和NOx并不能够全部被氧化成高价态，还有部分未被氧化的CO、SOx和NOx进入排气管。所述尾气在排气管中流动时，与排气管内壁上负载的催化剂颗粒接触，由于所述尾气仍然是高温气体，其在所述催化剂颗粒的催化作用下，低价态的CO、SOx和NOx在催化剂作用下，与尾气中的O2在高温下被氧化为CO2、SO2和NO2等高价形态。由于汽油、柴油均是烃类等碳氢化合物，其燃烧后会生成水，所述水在高温下以气态存在。在尾气沿排气管排出时，尾气的温度逐渐降低，所述水汽逐渐冷凝，吸收被氧化至高价态的CO2、SO2和NO2，排出至路面被土壤吸收，从而减少氮氧化物等进入大气，减少了雾霾的发生。
在现有技术中，目前主流的排气管均是铁素体不锈钢材质，其表面是难以负载催化剂颗粒的。因此本发明的催化剂颗粒应用于铁素体不锈钢排气管时，存在难以克服的技术困难。
本发明采用碳纤维湿法缠绕工艺，在湿法缠绕采用的胶液中，掺杂本发明的上述催化剂颗粒，并使其在胶液中分散均匀。当缠绕成型时，碳纤维集束浸胶，催化剂颗粒随胶液附着于碳纤维表面，缠绕成型后，在碳纤维排气管的内表面自然产生催化剂颗粒层。
本发明典型但非限制性的制备方法如下：
一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，碳纤维集束浸胶，所述胶液中均匀分散有二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型；然后，在张力控制下将浸胶后的碳纤维集束直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100-120℃之间的恒温加热，直至缠绕的碳纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，采用不含有催化剂的胶液浸胶，以5-10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140-160℃之间进行恒温加热，直至完成碳纤维排气管的固化成型。
本发明中，所述催化剂颗粒在碳纤维排气管内壁上的负载量没有特别规定，只要能够有效催化尾气中的氮氧化物即可，即其是有效量，本领域技术人员能够根据负载条件及催化要求，自由决定负载量。
本发明的制备方法制备得到的碳纤维汽车排气管，能够使得所述排气管兼具催化尾气中氮氧化物的作用，从而减少雾霾的产生。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，碳纤维集束浸胶，所述胶液中均匀分散有二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型；然后，在张力控制下将浸胶后的碳纤维集束直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100℃的恒温加热，直至缠绕的碳纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，采用不含有催化剂的胶液浸胶，以5℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在160℃进行恒温加热，直至完成碳纤维排气管的固化成型。得到内表面负载有催化剂颗粒的碳纤维汽车排气管。
实施例2
一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，碳纤维集束浸胶，所述胶液中均匀分散有二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型；然后，在张力控制下将浸胶后的碳纤维集束直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行120℃之间的恒温加热，直至缠绕的碳纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，采用不含有催化剂的胶液浸胶，以10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140℃进行恒温加热，直至完成碳纤维排气管的固化成型。
实施例3
一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，碳纤维集束浸胶，所述胶液中均匀分散有二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型；然后，在张力控制下将浸胶后的碳纤维集束直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行110℃的恒温加热，直至缠绕的碳纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，采用不含有催化剂的胶液浸胶，以8℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在150℃进行恒温加热，直至完成碳纤维排气管的固化成型。
经试验验证，实施例1-3内表面负载有催化剂颗粒的碳纤维排气管，对尾气中的氮氧化物有催化作用，可以将尾气中的部分氮氧化物催化为NO2，进而溶于尾气中产生的水汽，从而从尾气中脱除。

Claims (2)

1.一种带脱氮作用的汽车碳纤维排气管，其由碳纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到，在其内表面上附着有催化剂颗粒，所述催化剂为二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型。
2.如权利要求1所述的带脱氮作用的汽车碳纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，碳纤维集束浸胶，所述胶液中均匀分散有二氧化钛和氧化铈的混合物，Ti与Ce的摩尔比为4:3，且所述二氧化钛为锐钛矿晶型；然后，在张力控制下将浸胶后的碳纤维集束直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100-120℃之间的恒温加热，直至缠绕的碳纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，采用不含有催化剂的胶液浸胶，以5-10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140-160℃之间进行恒温加热，直至完成碳纤维排气管的固化成型。
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