CN109534804A - 蜂窝陶瓷载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保领域，尤其涉及蜂窝陶瓷载体及其制备方法。蜂窝陶瓷载体，由以下重量份的组分经过烧制而成：5～30份的伊利石功能粉；35～50份的Al2O3；10～30份的MgO；0～5份的造孔剂；0～5份的粘结剂；0～0.5份的表面活性剂；0～2份的润滑剂；0～1份的增塑剂；20～35份的水。本发明通过各组分之间的配合作用，改变了烧制温度范围狭窄的缺点，降低了烧制温度、热膨胀系数，提高了蜂窝陶瓷载体的抗热震能力，达到质量轻强度高的效果。而且增强脱硝催化剂的强度，提高催化剂的催化性能，减少催化剂的使用量，延长催化剂的使用寿命，降低脱硝处理的成本。

Description

蜂窝陶瓷载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及蜂窝陶瓷载体及其制备方法。
背景技术
随着国家对于烟气排放标准的提高及严格控制，排放的烟气必须进行脱硝处理。目前，脱硝系统普遍使用钒-钛体系的催化剂，该材料有剧毒，因此在生成使用及废弃产品处理上均会带来二次污染。因此，出现了以稀有元素为催化剂的脱硝产品，该产品需要涂覆在载体上。载体质量的提高，可以最大程度地保证催化的长期有效性。
这就对承载催化剂的载体提出了较高的要求，例如：正向抗压强度高，涂覆效果好以及使用寿命较长等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种蜂窝陶瓷载体，其用于承载脱硝催化剂，提高催化剂的催化性能，减少催化剂使用量，延长催化剂使用寿命。
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体，由以下重量份的组分经过烧制而成：
5～30份的伊利石功能粉；
35～50份的Al2O3；
10～30份的MgO；
0～5份的造孔剂；
0～5份的粘结剂；
0～0.5份的表面活性剂；
0～2份的润滑剂；
0～1份的增塑剂；
20～35份的水。
优选地，所述伊利石功能粉体按照质量百分含量计，包括：
SiO2，60～80％；
Al2O3，10～25％；
K2O，4～10％；
Na2O,0.5～1.5％；
CaO，≤1％；
MgO，≤1％；
其他成分，≤1.5％；所述其他成分为二氧化钛和功能元素。
优选地，所述伊利石功能粉体的制备方法为：
将天然伊利石矿物经过破碎及粉磨处理，得到粉体；
所述粉体在300～500℃的条件下活化，将含有功能元素的溶液附着在所述活化后的粉体上，得到伊利石功能粉体。
优选地，所述功能元素为Ce、Pt和Pd中的一种或多种。
优选地，所述粘结剂为纤维素和水的混合物，所述纤维素和水的质量比为90～100:1～5。
优选地，所述伊利石功能粉体的粒径为1000～1500目，所述Al2O3的粒径为800～1200目，所述MgO的粒径为800～1200目。
本发明还提供了一种蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
将伊利石功能粉体，Al2O3、MgO和水混合均匀，然后加入造孔剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂和粘结剂，形成匀浆；
对所述匀浆进行压制，形成具有蜂窝孔的坯体；
所述坯体干燥后，进行烧制，得到蜂窝陶瓷载体。
优选地，所述烧制具体为：
以3～5℃/min的速度升温至1300℃～1500℃，并在1300℃～1500℃下保温1～5小时。
优选地，所述压制的压力为80～150MPa。
优选地，所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为30～60分钟。
与现有技术相比，本发明利用伊利石功能粉体、Al2O3、MgO和水作为基本组分，还可以配合造孔剂、粘结剂、表面活性剂、润滑剂、和增塑剂等添加剂，经过烧制形成蜂窝陶瓷载体。本发明通过各组分之间的配合作用，改变了烧制温度范围狭窄的缺点，降低了烧制温度、热膨胀系数，提高了蜂窝陶瓷载体的抗热震能力，达到质量轻强度高的效果。所述伊利石功能粉体中的稀土元素不仅能够提高蜂窝陶瓷载体的力学性能，还能够利用稀土元素配合伊利石的有效点位以增强脱硝催化剂的强度，提高催化剂的催化性能，减少催化剂的使用量，延长催化剂的使用寿命，降低脱硝处理的成本。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
本发明的实施例公开了一种蜂窝陶瓷载体，由以下重量份的组分经过烧制而成：
5～30份的伊利石功能粉；
35～50份的Al2O3；
10～30份的MgO；
0～5份的造孔剂；
0～5份的粘结剂；
0～0.5份的表面活性剂；
0～2份的润滑剂；
0～1份的增塑剂；
20～30份的水。
按照本发明，以伊利石功能粉体、Al2O3、MgO和水作为基本组分，配合添加剂，经过烧制形成蜂窝陶瓷载体。所述添加剂为造孔剂、粘结剂、表面活性剂、润滑剂、和增塑剂中的任意一种或多种。
优选地，所述伊利石功能粉体按照质量百分含量计，包括：
SiO2，60～80％；
Al2O3，10～25％；
K2O，4～10％；
Na2O,0.5～1.5％；
CaO，≤1％；
MgO，≤1％；
其他成分，≤1.5％；所述其他成分为二氧化钛和稀土元素。
优选地，选用伊利石作为主要组分，并且通过处理，获得了适合用于蜂窝陶瓷载体的伊利石功能粉体。所述的伊利石功能粉体由天然伊利石矿物依次经过破碎、高温活化及改性处理得到。进一步优选地，所述伊利石功能粉体的制备方法为：
将天然伊利石矿物经过破碎及粉磨处理，得到粉体；
所述粉体在300～500℃的条件下活化，将含有功能元素的溶液附着在所述活化后的粉体上，得到伊利石功能粉体。
在所述伊利石粉体的制备方法中，以天然伊利石矿物为原料，首先经过破碎及粉磨处理，得到粉体。优选地，所述粉体的粒径分布D97为40μm～500μm。
优选地，所述天然伊利石矿物中的伊利石质量百分含量大于等于20％。
得到所述粉体后，将所述粉体在300～500℃的条件下活化，优选地，在410～500℃的条件下活化；然后，将含有功能元素的溶液附着在活化后的粉体上，得到伊利石功能粉体。含有功能元素的溶液附着在活化后的粉体的表面或者内部。
优选地，含有功能元素的溶液通过使用喷淋、或者喷雾的方法附着于活化后的粉体上。所述功能元素为选自Ce、Pt和Pd中的一种或多种。所述功能元素的质量为伊利石功能粉体质量的0.05％～0.1％。
经过高温活化，在不破坏伊利石晶体结构的情况下，去除了层间的水及阳离子，增加了其吸水性和吸附性。层间阳离子的交换可激发空气负离子的产生，且可以负载铈等功能离子而具备释放远红外线的作用。
按照本发明，优选地包括：10～15份的伊利石功能粉；40～43份的Al2O3；15～19份的MgO；22～25份的水。
优选地，所述伊利石功能粉体的粒径为1000～1500目，所述Al2O3的粒径为800～1200目，所述MgO的粒径为800～1200目。
本发明中，还包括添加剂，所述添加剂为造孔剂、粘结剂、表面活性剂、润滑剂和增塑剂。
所述造孔剂优选为木屑粉碳粉或者核桃壳份。所述粘结剂优选为纤维素和水的混合物，所述纤维素和水的质量比为90～100:1～5。所述纤维素优选为甲基纤维素或者羟丙基甲基纤维素。所述表面活性剂优选为油酸、硬脂酸、硬脂酸钠或者硬脂酸铝。所述润滑剂优选为航空柴油、液化石蜡、桐油、玉米油或聚α烯烃。所述增塑剂优选为甘油。
上述组分经过烧制，形成以堇青石晶相为主的蜂窝陶瓷载体。所述蜂窝陶瓷载体可用于承载脱硝用的催化剂。所述催化剂包括：La2O3、Ce2O3和/或Ln2O3。
本发明实施例还公开了一种蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
将伊利石功能粉体，Al2O3、MgO和水混合均匀，然后加入造孔剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂和粘结剂，形成匀浆；
对所述匀浆进行压制，形成具有蜂窝孔的坯体；
所述坯体干燥后，进行烧制，得到蜂窝陶瓷载体。
本发明选用的组分及其用量在上述技术方案中已经进行了描述。在此不再赘述。
按照本发明，首先形成浆料，将伊利石功能粉体，Al2O3、MgO和水混合均匀，然后加入造孔剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂和粘结剂，形成匀浆；
所述造孔剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂和粘结剂可以添加或者不添加，当不添加上述添加剂时，将伊利石功能粉体，Al2O3、MgO和水混合均匀，即可得打浆料。
得到浆料后，对所述匀浆进行压制，形成具有蜂窝孔的坯体。所述压制的压力优选为80～150MPa，更优选为100MPa。
得到坯体后，所述坯体干燥后，进行烧制，得到蜂窝陶瓷载体。所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为30～60分钟。
优选地，所述烧制具体为：
以3～5℃/min的速度升温至1300℃～1500℃，并在1300℃～1500℃下保温1～5小时。优选地，在1440℃-1500℃下保温3～5小时。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的蜂窝陶瓷载体及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
配置粘结剂：将水和甲基纤维素按照质量比为97:3混合，得到粘结剂。放置24h后使用。
制作坯体：称取伊利石功能粉10份、Al2O343份、MgO19份和22份水混合均匀，粒径为5-11μm。然后加入1份木屑粉、0.1份硬脂酸铝、0.5份桐油、0.1份甘油、1份粘结剂搅拌均匀，于100MPa下压制成圆柱状，其中蜂窝孔为400孔/平方英寸，壁厚0.15mm。将成型后的坯体于70℃下微波干燥箱内干燥，干燥时间40min。
坯体烧成：升温速度控制在3-5℃/min，升温至1345～1355℃并在1345～1355℃下保温4小时，得到蜂窝陶瓷载体。
实施例2
配置粘结剂：将水和甲基纤维素按照质量比为95:3混合，得到粘结剂。放置24h后使用。
制作坯体：称取伊利石功能粉13份、Al2O340份、MgO17份和25份水混合均匀，粒径为5-11μm。然后加入3份木屑粉、0.3份硬脂酸铝、1份桐油、0.5份甘油、3份粘结剂搅拌均匀，于90MPa下压制成圆柱状，其中蜂窝孔为400孔/平方英寸，壁厚0.15mm。将成型后的坯体于80℃下微波干燥箱内干燥，干燥时间45min。
坯体烧成：升温速度控制在3-5℃/min，升温至1395～1405℃，并在1395～1405℃下保温3小时，得到蜂窝陶瓷载体。
实施例3
配置粘结剂：将水和甲基纤维素按照质量比为90:5混合，得到粘结剂。放置24h后使用。
制作坯体：称取伊利石功能粉15份、Al2O338份、MgO14份和30份水混合均匀，粒径为5-11μm。然后加入5份木屑粉、0.5份硬脂酸铝、2份桐油、1份甘油、5份粘结剂搅拌均匀，于90MPa下压制成圆柱状，其中蜂窝孔为400孔/平方英寸，壁厚0.15mm。将成型后的坯体于60℃下微波干燥箱内干燥，干燥时间60min。
坯体烧成：升温速度控制在3-5℃/min，升温至1445～1455℃，并在1445～1455℃下保温3小时，得到蜂窝陶瓷载体。
实施例4
配置粘结剂：将水和甲基纤维素按照质量比为90:5混合，得到粘结剂。放置24h后使用。
制作坯体：称取伊利石功能粉15份、Al2O338份、MgO14份和30份水混合均匀，粒径为5-11μm。于90MPa下压制成圆柱状，其中蜂窝孔为400孔/平方英寸，壁厚0.15mm。将成型后的坯体于60℃下微波干燥箱内干燥，干燥时间60min。
坯体烧成：升温速度控制在3-5℃/min，升温至1495～1505℃，并在1495～1505℃下保温3小时，得到蜂窝陶瓷载体。
实施例5
配置粘结剂：将水和甲基纤维素按照质量比为95:3混合，得到粘结剂。放置24h后使用。
制作坯体：称取伊利石功能粉13份、Al2O340份、MgO17份和25份水混合均匀，粒径为5-11μm。然后加入3份木屑粉、0.3份硬脂酸铝、1份桐油、3份粘结剂搅拌均匀，于90MPa下压制成圆柱状，其中蜂窝孔为400孔/平方英寸，壁厚0.15mm。将成型后的坯体于80℃下微波干燥箱内干燥，干燥时间45min。
坯体烧成：升温速度控制在3-5℃/min，升温至1445～1455℃，并在1445～1455℃下保温3小时，得到蜂窝陶瓷载体。
由实施例1～5制得的堇青石蜂窝陶瓷载体的性能如下表
涂覆稀有元素类脱销催化剂后脱销效果
市售蜂窝陶瓷载体的成分TiO2、V2O5和WO3。
稀有元素催化剂采用的是La2O3、Ce2O3、和/或Ln2O3。
以上实施例所制蜂窝陶瓷载体均符合JC/T686-1998《蜂窝陶瓷》、GB/T25994-2010《蜂窝陶瓷》标准中的各项标准值。并且对比普通蜂窝陶瓷涂覆稀有元素催化剂的使用寿命大大延长。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.蜂窝陶瓷载体，由以下重量份的组分经过烧制而成：
5～30份的伊利石功能粉；
35～50份的Al2O3；
10～30份的MgO；
0～5份的造孔剂；
0～5份的粘结剂；
0～0.5份的表面活性剂；
0～2份的润滑剂；
0～1份的增塑剂；
20～35份的水。
2.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述伊利石功能粉体按照质量百分含量计，包括：
SiO2，60～80％；
Al2O3，10～25％；
K2O，4～10％；
Na2O,0.5～1.5％；
CaO，≤1％；
MgO，≤1％；
其他成分，≤1.5％；所述其他成分为二氧化钛和功能元素。
3.根据权利要求2所述的蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述伊利石功能粉体的制备方法为：
将天然伊利石矿物经过破碎及粉磨处理，得到粉体；
所述粉体在300～500℃的条件下活化，将含有功能元素的溶液附着在所述活化后的粉体上，得到伊利石功能粉体。
4.根据权利要求3所述的蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述功能元素为Ce、Pt和Pd中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述粘结剂为纤维素和水的混合物，所述纤维素和水的质量比为90～100:1～5。
6.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述伊利石功能粉体的粒径为1000～1500目，所述Al2O3的粒径为800～1200目，所述MgO的粒径为800～1200目。
7.一种蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
将伊利石功能粉体，Al2O3、MgO和水混合均匀，然后加入造孔剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂和粘结剂，形成匀浆；
对所述匀浆进行压制，形成具有蜂窝孔的坯体；
所述坯体干燥后，进行烧制，得到蜂窝陶瓷载体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧制具体为：
以3～5℃/min的速度升温至1300℃～1500℃，并在1300℃～1500℃下保温1～5小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为80～150MPa。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为30～60分钟。
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