CN109779724A - 一种汽车尾气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车尾气处理装置，包括本体、过滤催化部件和连接部件，所述本体包括外壳及分别设置在外壳两端的进气口和出气口，过滤催化部件固定在外壳内部；连接部件分别设置在出气口和进气口处，用于将所述处理装置与前后管道分别进行固定连接。其中，过滤催化部件包括由聚酰亚胺纳米纤维与贵金属团簇催化剂结合加工而成的过滤网；聚酰亚胺纳米纤维由聚酰亚胺溶液通过静电纺丝工艺加工而成。本发明的装置，能够高效吸收、净化尾气中的有害气体、含铅颗粒及其他固体颗粒物，同时相对于现有技术，减少了贵金属用量，降低了成本。另外，采用聚酰亚胺纳米纤维制备的过滤网具有很好的强度，不易破碎。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染治理领域，尤其涉及一种汽车尾气处理装置。
背景技术
近年来，随着经济飞速发展，机动车的生产和使用量急剧增长，机动车排气对环境的污染日趋严重。许多大城市的空气污染已经由燃煤型污染转向燃煤和机动车混合型污染，机动车排气污染对环境和人们身体健康的危害已经相当严重。
现如今解决汽车尾气的方法主要是通过汽车尾部的三元催化器进行尾气净化。在三元催化剂内部网状隔板中间装有净化剂。净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由陶瓷(三氧化二铝)制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等，而载体为了增加与尾气的接触表面积通常采用蜂窝结构，在蜂窝表面涂有催化剂(铂、铑、钯等贵金属)，这就构成了净化器。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。
但是，采用陶瓷蜂窝结构结合贵金属催化剂的汽车尾气处理装置，存在以下缺陷：
1、蜂窝结构在受到碰撞后极易破碎，会使催化器堵塞，影响发动机工作，降低其使用寿命；
2、当使用含铅汽油时，铅颗粒随着废气经过三元催化器，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用表面积减少，大大降低催化剂的转化效率；同时，由于蜂窝结构中间空隙较大，其他颗粒物不易被附着，从而排入空气，造成空气污染；
3、在我国，由于很多燃油质量不过关，当这些燃油被燃烧后，尾气经过三元催化器时，很容易造成蜂窝状的陶瓷载体积碳，被污垢糊死；有时也会造成高温烧结熔化，堵塞通道，造成使用寿命短；
4、贵金属催化剂涂敷在载体表面，由于贵金属价格昂贵，提高了催化器的制作成本，目前更换催化器的价格为1500-1800元/次。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种汽车尾气处理装置，在高效吸收、净化尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、铅颗粒及其他固体颗粒物等有毒有害污染物的同时，不易破碎，还能减少贵金属用量，降低了成本。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在提升尾气净化效果的前提下提高过滤材料的强度，延长使用寿命，降低制造成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种汽车尾气处理装置，包括本体、过滤催化部件和连接部件；所述本体包括外壳及分别设置于外壳两端的进气口和出气口；所述过滤催化部件固定在所述外壳内部；在所述进气口和所述出气口处还设置有连接部件，用于将所述处理装置分别与前后管道进行固定连接；
所述过滤催化部件包括由聚酰亚胺纳米纤维与贵金属团簇催化剂一起加工而成的过滤网。
进一步地，所述聚酰亚胺纳米纤维由聚酰亚胺溶液通过静电纺丝工艺加工而成。
进一步地，所述贵金属团簇催化剂涂敷在所述聚酰亚胺纳米纤维表面。
进一步地，将所述贵金属团簇催化剂与所述聚酰亚胺溶液结合后，通过静电纺丝工艺加工得到所述聚酰亚胺纳米纤维。
进一步地，所述处理装置还包括隔热层，所述隔热层由隔热材料制成，用于维持所述处理装置内部的反应温度。
进一步地，所述隔热层为铝热夹层。
进一步地，所述连接部件为法兰盘。
进一步地，所述处理装置还包括固定载体，设置在所述外壳内部，用于将所述过滤催化部件保持固定。
进一步地，所述固定载体采用陶瓷材料制造。
进一步地，所述外壳是由不锈钢或合金钢加工而成的圆形或椭圆形套管。
本发明提供的汽车尾气处理装置，具有以下有益的技术效果：
1、采用纳米结构结合贵金属团簇催化剂作为过滤网，可高效吸收、净化汽车工作时尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳，同时去除含铅颗粒物及其他固体颗粒物等有毒有害污染物，可大幅度减少尾气空气污染；
2、采用静电纺丝材料，贵金属可直接与原材料即聚酰亚胺溶液结合，所需贵金属材料更少，降低了成本；同时，静电纺丝材料价格低，制作方便，进一步降低了制造成本；
3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度在100MPa以上，如均苯型聚酰亚胺的薄膜为170Mpa以上，联苯型聚酰亚胺达到400Mpa。采用其为原料制成纳米纤维，具有很好的强度，不易破碎。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的静电纺丝工艺装置图。
其中，1-外壳，2-法兰盘，3-隔热层，4-过滤网，5-陶瓷载体，6-注射器，7-聚合物溶液，8-泰勒锥，9-拉伸的聚合物，10-接地目标物，11-高压电源。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本实施例提供的汽车尾气处理装置，包括本体、过滤催化部件和连接部件；其中，本体包括外壳1，外壳1为不锈钢或合金钢加工而成的圆形或椭圆形套管，值得注意的是，外壳1的形状不影响本实施例中的尾气净化效果，并不仅限于本实施例中的圆形或椭圆形，其他与实际运用场景相匹配的形状均可适用。在外壳1的两端设置有进气口和出气口。
过滤催化部件为过滤网4，固定在外壳1内部，并位于进气口和出气口之间。过滤网4由聚酰亚胺纳米纤维构成。聚酰亚胺纳米纤维的耐温特性在500℃左右。由联苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。聚酰亚胺还具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺(Upilex S)达到400Mpa。使用聚酰亚胺纳米纤维构成过滤网4，使过滤网4具有很好的强度，克服了现有技术中蜂窝状陶瓷载体易破碎的缺点，大大提高了本实施例提供的汽车尾气处理装置的使用寿命。
过滤网4所使用的聚酰亚胺纳米纤维，是由聚酰亚胺溶液通过静电纺丝工艺加工而成。将聚酰亚胺溶液在强电场中进行喷射纺丝，由此加工而成的电纺丝纳米纤维具有比表面积大、渗透性好、孔径小、孔隙的连通性好以及具有将活性化学或功能性物质转变成纳米尺寸物质的潜力，非常适合做净化用的过滤材料。本实施例中的过滤网4可用于过滤粒径在0.3μm以下的微粒和吸附性有害气体(直径大于1μm的微粒物过滤达到100％，直径小于0.3μm的微粒物过滤达到99.97％)。
为了能够催化尾气中的有害气体，常用贵金属作为汽车尾气处理的催化剂。在现有技术中，贵金属价格昂贵，只是涂覆在蜂窝状陶瓷载体表面，制作成本高。在本实施例中，在制造聚酰亚胺纳米纤维的过程中，将贵金属团簇催化剂直接与聚酰亚胺溶液结合，然后再采用静电纺丝工艺制造聚酰亚胺纳米纤维，此种方式，可减少贵金属材料的用量，降低了成本。当然，如果为了进一步提高催化效果，也可以在过滤网4的表面涂覆贵金属团簇催化剂。本实施例中，贵金属团簇催化剂可以是常见的贵金属，包括但不限于铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rn)等具有催化剂特性的稀有金属。
为了让本实施例的汽车尾气处理装置方便安装，还包括连接部件，用于将所述处理装置与前后的管道进行固定连接，连接方式包括但不限于法兰盘、螺纹、卡扣等连接方式，其连接方式由实际使用时汽车尾气处理装置的前后管道特性决定。在本实施例中，采用与外壳1一体成型的法兰盘2，通过法兰盘2与前后的管道进行固定连接。
为了维持本实施例的汽车尾气处理装置内部的反应温度，在外壳内部设置有隔热层3，隔热层3采用隔热材料制成。在本实施例中，采用铝热夹层，应当注意的是，其他隔热材料也可以用于制作本实施例中的隔热层3。
本实施例的汽车尾气处理装置中还包括陶瓷载体5，用于固定过滤网4，其内部结构可以为任意模型，也可换成其他可固定过滤网4的产品。
本实施例的汽车尾气处理装置工作原理为：该装置可直接替换三元催化器，当有气体通过时，会有大量的热，静电纺丝纳米过滤网4上的贵金属会与尾气产生催化作用，催化尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氢氧化合物生成二氧化碳、水和氮气等无害气体，而尾气中的碳颗粒和铅颗粒会通过滤网4过滤，直径大于1μm的微粒物过滤达到100％，直径小于0.3μm的微粒物过滤达到99.97％，实现了对尾气的完全净化。此外，附着在过滤网4上的颗粒物可通过等压水气进行清洗，实现过滤网重复使用。
图2显示了本实施例中的聚酰亚胺纳米纤维的制作装置。在注射器6中注入聚合物溶液7，本实施例中的聚合物溶液为聚酰亚胺溶液，聚合物溶液7在高压电源11的强电场作用下，在注射器6的针头处的液滴由球形变为圆锥形，即泰勒锥8，并从圆锥尖端延展得到拉伸的聚合物9，拉伸的聚合物9为丝状，并收集在接地目标物10中。采用这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。为了减少贵金属用量，在聚酰亚胺溶液中，加入贵金属团簇催化剂，然后通过静电纺丝工艺制造，由此实现将纳米纤维与贵金属团簇催化剂进行结合。
本实施例中的汽车尾气装置，能够高效吸收、净化尾气中的有害气体、含铅颗粒及其他固体颗粒物，同时相对于现有技术，减少了贵金属用量，降低了成本。另外，采用聚酰亚胺纳米纤维制备的过滤网具有很好的强度，不易破碎。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种汽车尾气处理装置，其特征在于，包括本体、过滤催化部件和连接部件；所述本体包括外壳及分别设置于外壳两端的进气口和出气口；所述过滤催化部件固定在所述外壳内部；在所述进气口和所述出气口处还设置有连接部件，用于将所述处理装置分别与前后管道进行固定连接；
所述过滤催化部件包括由聚酰亚胺纳米纤维与贵金属团簇催化剂一起加工而成的过滤网。
2.如权利要求1所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述聚酰亚胺纳米纤维由聚酰亚胺溶液通过静电纺丝工艺加工而成。
3.如权利要求2所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述贵金属团簇催化剂涂敷在所述聚酰亚胺纳米纤维表面。
4.如权利要求2所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，将所述贵金属团簇催化剂与所述聚酰亚胺溶液结合后，通过静电纺丝工艺加工得到所述聚酰亚胺纳米纤维。
5.如权利要求1所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括隔热层，所述隔热层由隔热材料制成，用于维持所述处理装置内部的反应温度。
6.如权利要求5所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述隔热层为铝热夹层。
7.如权利要求1所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述连接部件为法兰盘。
8.如权利要求1所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括固定载体，设置在所述外壳内部，用于将所述过滤催化部件保持固定。
9.如权利要求8所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述固定载体采用陶瓷材料制造。
10.如权利要求1-9任一项所述的汽车尾气处理装置，其特征在于，所述外壳是由不锈钢或合金钢加工而成的圆形或椭圆形套管。
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2019
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