CN110772903A - 一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器及其制备方法，属于蜂窝过滤器技术领域；所述过滤器为圆柱体，圆柱体内部分布有孔道(1)，孔道(1)的端口交错设有堵塞部(2)，所述孔道的孔壁(3)壁厚均匀；所述过滤器满足关系式：M参数＝0.682×D50+0.723×D90+P％/T×8+S％×12；其中：D50单位为μm；D90单位为μm；P％为孔隙率；T为壁厚度，单位为mm；S％为分隔壁表面的开孔面积率；51≤M参数≤85。本发明制备的壁流式净化过滤器具有低阻降、高耐热震性等优点。

Description

一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器及其制备方法

技术领域

本发明属于蜂窝过滤器技术领域，尤其涉及一种壁流式废气净化过滤器。

背景技术

近年来，从对全球环境的影响和资源节约的观点来看，要求降低汽车的燃料消耗。因此，具有良好热效率的内燃机如柴油机和直喷式汽油机倾向于被用作汽车的动力源。

作为用于这种目的的过滤器，广泛使用由陶瓷材料形成的蜂窝过滤器。通常蜂窝过滤器包括蜂窝状基材和封孔部分。蜂窝基材包括多孔隔壁，该多孔隔壁限定从作为端面的流入端面延伸的多个孔眼，流体流动到端面作为流体从其流动的端面的流出端面。当将每个电池单元的一端的封孔部分设置在蜂窝基板的任一端面上时，可以获得蜂窝状过滤器。

当使用这样的蜂窝过滤器来除去废气中所含的PM时，废气从蜂窝过滤器的流入端面流入到流出端面附近的端部堵塞的单元内。随后，排气通过多孔隔壁并在其流入端面处被封闭的单元内部流动。而且，在排气通过多孔隔壁时，隔壁作为过滤层发挥功能，排气中的PM被隔壁捕获，PM堆积在隔壁上。以这种方式，除去PM的排气从流出端面向外流出。

越来越需要从废气中除去包括在从汽车用发动机，用于工程机械的发动机或工业机械的发动机等内燃机排出的废气中的颗粒物，其它燃烧考虑到对环境的影响的装置等。特别是关于从柴油发动机排出的颗粒物质(也称为PM)的移除的规定往往在全世界得到加强。从这种情况来看，用于捕集和去除PM的柴油微粒过滤器(DPF)引起了人们的关注。

JP-A-2007-501353公开了一种用于将催化剂填充到壁流式废气净化过滤器的隔壁的孔中的装置利用装载有选择性还原(SCR)催化剂的壁流式废气净化过滤器的净化对净化从柴油机排出的NOx和微粒物质是有效的。但是，在将催化剂负载于两端部交替堵塞的壁流式排气净化过滤器的情况下，隔壁的透气性降低，压力损失增大。

为了抑制压力损失的增加，已经提出了一种过滤器，其中收集PM的收集层设置在隔壁的表面上，并且集尘层防止PM穿透到隔壁中，从而抑制增加压力损失(参见专利文献1：日本特开2004-216226号公报；专利文献2：JP-A-6-33734专利文献3：日本专利第2675071号)。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，本发明提供了一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器。本发明制备的壁流式净化过滤器具有低阻降、高耐热震性等优点。

本发明的技术方案如下：

一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器，所述过滤器为圆柱体，圆柱体内部分布有孔道(1)，孔道(1)的端口交错设有堵塞部(2)，所述孔道的孔壁(3)壁厚均匀；

所述过滤器满足关系式：

M参数＝0.682×D50+0.723×D90+P％T×8+S％×12

其中：D50单位为μm；D90单位为μm；P％为孔隙率；T为壁厚度，单位为mm；S％为分隔壁表面的开孔面积率；51≤M参数≤85。

M参数可以大致表征产品的背压。M参数越大产品的阻降越低，背压越低。首选M≥51，但因产品规格及其它性能的限制(如壁厚太薄造成产品强度不达标，孔径太大造成的排放不达标等因素)建议M≤85。

所述D50范围为：17μm≤D50≤30μm；所述D90范围为：40μm≤D90≤70μm；所述的孔隙率P％为：55％≤P％≤70％。所述的壁厚度为：0.406mm≤T≤0.210mm。

所述开孔面积率表示蜂窝体的垂直于多个贯通孔的蜂窝状面的开口率(％)，范围为：20％≤S％≤50％。所述孔道(1)为圆形或者方形。

一种所述蜂窝体过滤器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将无机原料混料均匀，再加入有机粘合剂、水、造孔剂、增塑剂、分散剂和表面活性剂进行混合、挤出成型、干燥、烧成、封孔、切割、磨边、植皮封孔、检测，即得蜂窝体过滤器。

所述蜂窝体过滤器为堇青石蜂窝体过滤器，其制备方法包括如下步骤：

(1)将无机原料加入水、造孔剂、增塑剂、分散剂进行调制，然后混合混练，使用该混练物进行挤压成型，制造蜂窝状的成型体；

(2)干燥，然后煅烧蜂窝状的成型体，接着向成型体规定的孔的开口部导入封闭材料，得到规定开口部封闭的蜂窝状半成品；

(3)通过研磨加工除去半成品的外周，使外径尺寸比规定尺寸小，形成多个孔，得到在外周面沿孔的通路方向形成沟槽状延伸的凹部、并含有间隔壁的蜂窝状多孔结构部；

(4)将涂敷材料涂布于多孔结构部的外周面，使产品外径尺寸达到要求，然后干燥后得到蜂窝体过滤器；

所述无机原料所含组分及各组分的质量百分数为：

以无机原料总量为100％重量计，其他有机粘合剂、造孔剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂、水用量为相对无机原料的重量百分比，所述有机粘合剂为羟丙基纤维素，用量为2-10wt％；所述造孔剂为核桃壳粉，用量为20-25wt％；所述增塑剂为PVA，用量为1-3wt％；所述分散剂为月桂酸，用量为3-8wt％；所述表面活性剂为硬脂酸，用量为2-3wt％；所述水的用量为15-30wt％。

所述蜂窝体过滤器的孔密度范围为100cps-700cps。

本发明有益的技术效果在于：

本发明结出了4个参数之间的公式关系，并给出了4个参数的合理范围。在做产品设计时更有方向性。在产品研发时就能大致的预测产品背压。或者根据已得到的产品设计要求去推导出剩余参数的数值。为后续研发提供指导意义。

附图说明

图1为本发明蜂窝体结构图；

图2为过滤器剖面图；

图中，1为孔道、2为堵塞部、3为孔壁。

图3为阻降K与D50关系图；

图4为阻降K与D90关系图；

图5为阻降K与孔隙率P％关系图；

图6为阻降K与分隔壁厚度T关系图；

图7为阻降K与S％分隔壁表面的开孔面积率关系图；

图8为阻降K与M参数关系图；

图9为实施例2制得过滤器的分隔壁表面开孔面积SEM照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

本发明中壁流式过滤器材料选用低膨胀系数的堇青石陶瓷蜂窝体，无机原料由不同粒度的滑石、高岭土、氧化铝、氢氧化铝、石英组合而成，通过混料均匀，外加有机粘合剂5wt％羟丙基纤维素进行混合均匀，加水、造孔剂和2wt％PVA、0.5wt％月桂酸和2wt％硬脂酸进行混合、挤出成型、干燥、烧成、封孔、切割、磨边、植皮封孔、检测，即得蜂窝体过滤器。

(1)将无机原料加入水、造孔剂、增塑剂、分散剂进行调制，然后混合混练，使用该混练物进行挤压成型，制造蜂窝状的成型体；

(2)干燥，然后煅烧蜂窝状的成型体，接着向成型体规定的孔的开口部导入封闭材料，得到规定开口部封闭的蜂窝状半成品；

(3)通过研磨加工除去半成品的外周，使外径尺寸比规定尺寸小，形成多个孔，得到在外周面沿孔的通路方向形成沟槽状延伸的凹部、并含有间隔壁的蜂窝状多孔结构部；

(4)将涂敷材料涂布于多孔结构部的外周面，使产品外径尺寸达到要求，然后干燥后得到蜂窝体过滤器；

具体实施方案和比较例方案见表1

表1

根据上表1数据作图，图3显示D50与阻降K成反比，D50增大，阻降K减小；图4中D90值增大，阻降K也随着减小，图5显示孔隙率P％增加，阻降K也呈下降趋势；图6分隔壁厚度T减小，阻降K也下降；图7显示壁表面开孔率S％增大，阻降也随着降低；图8阻降K与M参数关系，M参数在本发明实施例1-5范围内，51≤M参数≤85。

表1中比较例6-10，显示M参数不在本发明51≤M参数≤85范围内，故阻降也大。

工业实用性

本发明的废气净化过滤器可以用作过滤器，用于捕集从柴油机、内燃机和各种燃烧装置排出的废气中所含的颗粒物质。特别是能够适合柴油机用作微粒排出的排气净化用过滤器。

显然，上述实施例都在本发明范围内，对于所属领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它形式的变化；由此引伸出显而易见的变化或变动仍处于本发明创造保护范围中。

Claims (8)

1.一种低阻降壁流式废气净化蜂窝体过滤器，其特征在于，所述过滤器为圆柱体，圆柱体内部分布有孔道(1)，孔道(1)的端口交错设有堵塞部(2)，所述孔道的孔壁(3)壁厚均匀；

所述过滤器满足关系式：

M参数＝0.682×D50+0.723×D90+P％/T×8+S％×12

其中：D50单位为μm；D90单位为μm；P％为孔隙率；T为壁厚度，单位为mm；S％为分隔壁表面的开孔面积率；51≤M参数≤85。

2.根据权利要求1所述的蜂窝体过滤器，其特征在于，所述D50范围为：17μm≤D50≤30μm；所述D90范围为：40μm≤D90≤70μm；所述的孔隙率P％为：55％≤P％≤70％。

3.根据权利要求1所述的蜂窝体过滤器，其特征在于，所述的壁厚度为：0.406mm≤T≤0.210mm。

4.根据权利要求1所述的蜂窝体过滤器，其特征在于，所述开孔面积率表示蜂窝体的垂直于多个贯通孔的蜂窝状面的开口率(％)，范围为：20％≤S％≤50％。

5.根据权利要求1所述的蜂窝体过滤器，其特征在于，所述孔道(1)为圆形或者方形。

6.一种权利要求1所述蜂窝体过滤器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

将无机原料混料均匀，再加入有机粘合剂、水、造孔剂、增塑剂、分散剂和表面活性剂进行混合、挤出成型、干燥、烧成、封孔、切割、磨边、植皮封孔、检测，即得蜂窝体过滤器。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述蜂窝体过滤器为堇青石蜂窝体过滤器，其制备方法包括如下步骤：

(1)将无机原料加入水、造孔剂、增塑剂、分散剂进行调制，然后混合混练，使用该混练物进行挤压成型，制造蜂窝状的成型体；

(2)干燥，然后煅烧蜂窝状的成型体，接着向成型体规定的孔的开口部导入封闭材料，得到规定开口部封闭的蜂窝状半成品；

(3)通过研磨加工除去半成品的外周，使外径尺寸比规定尺寸小，形成多个孔，得到在外周面沿孔的通路方向形成沟槽状延伸的凹部、并含有间隔壁的蜂窝状多孔结构部；

(4)将涂敷材料涂布于多孔结构部的外周面，使产品外径尺寸达到要求，然后干燥后得到蜂窝体过滤器；

所述无机原料所含组分及各组分的质量百分数为：

以无机原料总量为100％重量计，其他有机粘合剂、造孔剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂、水用量为相对无机原料的重量百分比，所述有机粘合剂为羟丙基纤维素，用量为2-10wt％；所述造孔剂为核桃壳粉，用量为20-25wt％；所述增塑剂为PVA，用量为1-3wt％；所述分散剂为月桂酸，用量为3-8wt％；所述表面活性剂为硬脂酸，用量为2-3wt％；所述水的用量为15-30wt％。

8.根据权利要求1所述的蜂窝体过滤器，其特征在于，所述蜂窝体过滤器的孔密度范围为100cps-700cps。

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