CN112138727A - 一种无机纤维蜂窝载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机纤维蜂窝载体及其制备方法，包括以下步骤：A、将无机纤维纸浸入成型液中，经干燥后压制成瓦楞状维纸，与平面无机纤维纸辊压粘结成瓦楞单元；B、将瓦楞单元导入配成的浆液中，浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除多余浆液后进行烘干；C、将烘干后的瓦楞单元经裁切后依次层叠制成块状无机纤维蜂窝坯体或经收卷至圆柱状无机纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间用无机胶和粘结剂粘结牢固；D、用无机纤维纸或金属箔包覆步骤C中的纤维蜂窝坯体除孔道面的四周，或将植皮料贴附于步骤C中的纤维蜂窝坯体四周，室温下阴干制得无机纤维蜂窝载体。本发明成型效果好、生产效率显著提高、负载量大、载体的结构强度大大提高。

Description

一种无机纤维蜂窝载体及其制备方法

技术领域

本发明属于环保催化材料领域，涉及一种催化剂载体，尤其是一种无机纤维蜂窝载体及其制备方法。

背景技术

催化剂载体是负载型催化剂必不可少的一部分，是催化剂活性组分的骨架，用于担载支撑活性组分，使活性组分得到分散，同时增加催化剂强度。为了增加比表面积，提高催化剂活性组分的负载量，载体一般设计成蜂窝状结构，传统的催化剂载体以多孔蜂窝陶瓷为主。多孔陶瓷载体比重大，比表面积较小，活性组分的担载量较少，催化效率较低，此外，由于陶瓷载体表面平整，活性组分负载后容易脱落，严重影响使用性能。无机纤维纸是以无机纤维为主要原料，经抄纸工艺制备而成，质轻，耐高温，抗腐蚀，纤维纸表面具有丰富的孔隙结构，通过适当的成型工艺将其制成蜂窝状结构应用于催化剂载体，可以显著增加载体的比表面积，提高催化剂活性组分的担载量和负载牢固度，而且无机纤维纸比重远小于多孔陶瓷，能大大降低装载设备的负荷。目前，无机纤维蜂窝载体通常选用超薄无机纤维纸为基材，单独将平面纤维纸压制成瓦楞结构，再利用粘结剂将平面纤维纸和瓦楞纤维纸一层一层交替叠加粘结制备，成型效果差、生产效率低。此外，纤维纸壁厚越薄，成型后载体担载的活性组分的量越少，只用无机纤维纸作基材制备的载体比表面积也难以进一步提高，接触反应面积有限，无法给催化剂提供更多的催化活性位点，而且超薄纤维纸抗张强度差，结构强度不足，使用过程中整体保持性差，容易出现解体和坍塌问题。现有技术中有以玻璃纤维毡为基材，制备的壁厚＜0.2mm的波纹式蜂窝体材料压损低、比重小，但是薄壁纤维纸基材对活性组分的担载量不足，且由于纤维纸壁厚太薄，粘结剂涂覆量也少，纤维纸层间粘结力差，支撑能力不足，载体的结构强度太低易解体；也有以玻璃纤维薄毡为骨架材料，一层平板一层波纹板叠装制备波纹式载体，制备工艺复杂，效率低，载体未进行强化，抗压强度差，使用过程中容易解体，造成系统整体崩塌。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术无机纤维蜂窝载体中的缺点，提供一种成型效果好、生产效率显著提高、负载量大、载体结构强度提高的无机纤维蜂窝载体及其制备方法。

本发明提供了一种无机纤维蜂窝载体制备方法，它包括以下步骤：

A、将无机纤维纸浸入成型液中，经干燥后压制成瓦楞状，瓦楞状纤维纸与另一涂覆粘结剂的平面无机纤维纸辊压粘结成瓦楞单元；

B、将步骤A成型的瓦楞单元经导向辊导入由多孔材料和无机胶配成的浆液中，浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除表面多余浆液后进行烘干；

C、将步骤B烘干后的瓦楞单元经裁切后依次层叠制成所需尺寸的块状无机纤维蜂窝坯体或经收卷装置收卷至所需尺寸的圆柱状无机纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间用无机胶和粘结剂粘结牢固；

D、用无机纤维纸或金属箔包覆步骤C中的纤维蜂窝坯体除孔道面的四周，或将植皮料贴附于步骤C中的纤维蜂窝坯体四周，室温下阴干12～24小时制得无机纤维蜂窝载体。

进一步地，步骤A中所述成型液包括10～30wt%的无机胶，0～5wt%的粘结剂，0～5wt%的十二烷基硫酸钠，60～90wt%的水组成混合液。

进一步地，所述无机胶为硅溶胶、铝溶胶、磷酸铝胶中的一种。

进一步地，步骤A中所述瓦楞单元的楞高为1～10mm，楞宽为2～20mm。

进一步地，步骤A中，浸渍时间5～60s，干燥温度为100～200℃，干燥时间为1～5min；步骤B中，浸渍时间5～60s，干燥温度为100～200℃，干燥时间为5～30min。

本发明还提供了一种无机纤维蜂窝载体，它包括无机纤维纸、瓦楞单元、粘结剂、多孔材料和强化外皮；所述瓦楞单元由无机纤维纸一次压制粘结成型，再依次层叠成无机纤维蜂窝坯体；所述多孔材料附着在瓦楞单元表面；所述强化外皮为包覆在纤维蜂窝坯体四周的加厚纤维纸或金属箔，或贴附于纤维蜂窝坯体四周的植皮料，所述植皮料由10～30wt%无机胶、30～50wt%多孔材料、5～10wt%无机纤维短丝、0～5wt%粘结剂、5～55wt%水组成。

进一步地，所述无机纤维纸为陶瓷纤维纸、玻璃纤维纸、碳纤维纸、岩棉纤维纸中的一种，厚度0.2～1mm。

进一步地，所述粘结剂为树脂型粘结剂、苯丙乳液粘结剂、羧甲基纤维素溶液、聚乙烯醇溶液中的一种。

进一步地，所述多孔材料为多孔氧化铝粉、分子筛、活性炭粉、硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒土中的一种或几种。

进一步地，所述金属箔为铝箔、铜箔、钢箔、合金箔中的一种。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

1.采用一次压制粘结成型瓦楞单元再叠加的方式，相比一层波纹纤维纸一层平面纤维纸交替叠加方式，成型效果好，生产效率显著提高；

2.在纤维纸基材上再涂覆一层多孔材料，制备成纤维蜂窝载体，进一步增加了载体的比表面积，催化剂接触反应面积也相应增加，可以给催化剂提供更多的催化活性位点，同时增加了活性组分的担载量，催化效率提高；

3.利用无机纤维纸为基材，制备的无机纤维蜂窝载体结构强度高，多孔材料的负载量大；

4.在瓦楞单元成型的同时浸涂多孔材料，材料附着均匀、充分，简化了工艺流程，提高了生产效率，避免了浆液的淤积堵孔；

5.通过对无机纤维蜂窝坯体四周进行包覆或植皮，有效提高载体的结构强度，解决其在运输、安装及使用过程中的松散解体和坍塌问题。

附图说明

图1为本发明所述的无机纤维蜂窝载体成型工艺示意图，

图2为本发明所述的无机纤维蜂窝载体结构示意图，

图3为本发明所述的瓦楞单元的结构示意图。

在图中，1、无机纤维纸 2、浸渍池 3、导向辊 4、瓦楞辊 5、压紧辊 6、浸涂辊7、烘道 8、甩刀横切 9、收卷装置 10、瓦楞单元 101、瓦楞状无机纤维纸 102、平面无机纤维纸 103、多孔材料 11、强化外皮。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例1

本发明提供一种无机纤维蜂窝载体，包括无机纤维纸1、瓦楞单元10、粘结剂、多孔材料103和强化外皮11。所述瓦楞单元由无机纤维纸一次压制粘结成型（无机纤维纸包括瓦楞状无机纤维纸101、平面无机纤维纸 102），再依次层叠成无机纤维蜂窝坯体，所述多孔材料附着在瓦楞单元表面，所述强化外皮为包覆在纤维蜂窝坯体四周的加厚纤维纸或金属箔，或贴附于纤维蜂窝坯体四周的植皮料。

本发明还提供一种无机纤维蜂窝载体的制备方法，通过以下步骤实现：

（1）将0.5mm厚度的陶瓷纤维纸浸入浸渍池2成型液中10s，所述成型液配比为：20wt%的硅溶胶，2wt%的十二烷基硫酸钠，78wt%的水。

（2）设置烘道7的温度150℃，将浸过成型液的陶瓷纤维纸送入烘道干燥5min；

（3）设置瓦楞辊4的成型温度为200℃，成型速度5m/min，将干燥后的陶瓷纤维纸送入瓦楞辊压制成瓦楞状，与另一涂覆5wt%羧甲基纤维素作粘结剂的平面陶瓷纤维纸辊压粘结成瓦楞单元。平面陶瓷纤维纸通过压紧辊5与瓦楞状陶瓷纤维纸压制粘结在一起；

（4）步骤（3）成型的瓦楞单元经导向辊3和浸渍辊6导入由多孔氧化铝粉和20wt%硅溶胶配成的浆液中，浸渍10s，多孔氧化铝粉和硅溶胶浆液的重量配比为多孔氧化铝粉：硅溶胶=1：5，其中，多孔氧化铝粉的粒径为2μm（D50）；

（5）经步骤（4）浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除表面多余浆液后送入烘道干燥10min，烘道温度150℃；

（6）经步骤（5）烘干后的瓦楞单元经甩刀横切8裁切成500mm×500mm的瓦楞板，依次层叠至100mm高度，再经裁切制成100mm×100mm×100mm的块状陶瓷纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间用20wt%的硅溶胶和树脂型粘结剂粘结牢固；

（7）将厚度为1mm的加厚陶瓷纤维纸包覆于步骤（6）制备的陶瓷纤维蜂窝坯体除孔道面外的四周制得陶瓷纤维蜂窝载体。

实施例2

本发明还提供一种无机纤维蜂窝载体的制备方法，通过以下步骤实现：

（1）将0.3mm厚度的玻璃纤维纸浸入成型液中5s，所述成型液配比为：10wt%的铝溶胶，1wt%的十二烷基硫酸钠，1wt%的聚乙烯醇，88wt%的水。

（2）设置烘道温度120℃，将浸过成型液的纤维纸送入烘道干燥2min；

（3）设置瓦楞辊的成型温度为150℃，成型速度8m/min，将干燥后的玻璃纤维纸送入瓦楞辊压制成瓦楞状，与另一涂覆5wt%聚乙烯醇作粘结剂的平面玻璃纤维纸辊压粘结成瓦楞单元。平面玻璃纤维纸通过压紧辊与瓦楞状玻璃纤维纸压制粘结在一起；

（4）步骤（3）成型的瓦楞单元经导向辊导入由分子筛和10wt%铝溶胶配成的浆液中，浸渍5s，分子筛和铝溶胶浆液的重量配比为分子筛：铝溶胶=1：4，其中，分子筛的粒径为5μm（D50）；

（5）经步骤（4）浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除表面多余浆液后送入烘道干燥5min，烘道温度120℃；

（6）经步骤（5）烘干后的瓦楞单元裁切成500mm×500mm的瓦楞板，依次层叠至100mm高度，再经裁切制成100mm×100mm×100mm的块状玻璃纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间用10wt%的铝溶胶和苯丙乳液粘结剂粘结牢固；

（7）将5wt %长度2mm的玻璃纤维短切丝、60wt%粒径2μm（D50）的膨润土，10wt%的铝溶胶、5wt%的聚乙烯醇和20wt%的水均匀混合成植皮料，将植皮料贴附于步骤（6）制备的玻璃纤维蜂窝坯体除孔道面外的四周，植皮后的坯体在室温下阴干24小时制得玻璃纤维蜂窝载体。

实施例3

本发明还提供一种无机纤维蜂窝载体的制备方法，通过以下步骤实现：

（1）将0.3mm厚度的碳纤维纸浸入成型液中10s，所述成型液配比为：15wt%的硅溶胶，1wt%的十二烷基硫酸钠，84wt%的水。

（2）设置烘道温度150℃，将浸过成型液的纤维纸送入烘道干燥3min；

（3）设置瓦楞辊的成型温度为200℃，成型速度5m/min，将干燥后的碳纤维纸送入瓦楞辊压制成瓦楞状，与另一涂覆5wt%聚乙烯醇作粘结剂的平面碳纤维纸辊压粘结成瓦楞单元。平面碳纤维纸通过压紧辊与瓦楞状碳纤维纸压制粘结在一起；

（4）步骤（3）成型的瓦楞单元经导向辊导入由活性炭粉和15wt%硅溶胶配成的浆液中，浸渍10s，活性炭粉和硅溶胶浆液的重量配比为活性炭粉：硅溶胶=1：3，其中，活性炭粉的粒径为2μm（D50）；

（5）经步骤（4）浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除表面多余浆液后送入烘道干燥10min，烘道温度150℃；

（6）经步骤（5）烘干后的瓦楞单元经收卷装置9收卷成直径150mm，高度200mm的圆柱状碳纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间涂覆15wt%的硅溶胶和树脂型粘结剂；

（7）将厚度为0.1mm的铝箔包覆于步骤（6）制备的碳纤维蜂窝坯体除孔道面外的四周制得碳纤维蜂窝载体。

Claims (10)

1.一种无机纤维蜂窝载体制备方法，其特征在于:它包括以下步骤：

A、将无机纤维纸浸入成型液中，经干燥后压制成瓦楞状，瓦楞状纤维纸与另一涂覆粘结剂的平面无机纤维纸辊压粘结成瓦楞单元；

B、将步骤A成型的瓦楞单元经导向辊导入由多孔材料和无机胶配成的浆液中，浸渍负载浆液的瓦楞单元吹除表面多余浆液后进行烘干；

C、将步骤B烘干后的瓦楞单元经裁切后依次层叠制成所需尺寸的块状无机纤维蜂窝坯体或经收卷装置收卷至所需尺寸的圆柱状无机纤维蜂窝坯体，瓦楞单元层间用无机胶和粘结剂粘结牢固；

D、用无机纤维纸或金属箔包覆步骤C中的纤维蜂窝坯体除孔道面的四周，或将植皮料贴附于步骤C中的纤维蜂窝坯体四周，室温下阴干12～24小时制得无机纤维蜂窝载体。

2.根据权利要求1所述的一种无机纤维蜂窝载体制备方法，其特征是：步骤A中所述成型液包括10～30wt%的无机胶，0～5wt%的粘结剂，0～5wt%的十二烷基硫酸钠，60～90wt%的水组成混合液。

3.根据权利要求2所述的一种无机纤维蜂窝载体制备方法，其特征是：所述无机胶为硅溶胶、铝溶胶、磷酸铝胶中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种无机纤维蜂窝载体制备方法，其特征是：步骤A中所述瓦楞单元的楞高为1～10mm，楞宽为2～20mm。

5.根据权利要求1所述的一种无机纤维蜂窝载体制备方法，其特征是：步骤A中，浸渍时间5～60s，干燥温度为100～200℃，干燥时间为1～5min；步骤B中，浸渍时间5～60s，干燥温度为100～200℃，干燥时间为5～30min。

6.一种用权利要求1所述的一种无机纤维蜂窝载体制备方法制成的无机纤维蜂窝载体，其特征是：它包括无机纤维纸、瓦楞单元、粘结剂、多孔材料和强化外皮；所述瓦楞单元由无机纤维纸一次压制粘结成型，再依次层叠成无机纤维蜂窝坯体；所述多孔材料附着在瓦楞单元表面；所述强化外皮为包覆在纤维蜂窝坯体四周的加厚纤维纸或金属箔，或贴附于纤维蜂窝坯体四周的植皮料，所述植皮料由10～30wt%无机胶、30～50wt%多孔材料、5～10wt%无机纤维短丝、0～5wt%粘结剂、5～55wt%水组成。

7.根据权利要求6所述的无机纤维蜂窝载体，其特征是：所述无机纤维纸为陶瓷纤维纸、玻璃纤维纸、碳纤维纸、岩棉纤维纸中的一种，厚度0.2～1mm。

8.根据权利要求6所述的无机纤维蜂窝载体，其特征是：所述粘结剂为树脂型粘结剂、苯丙乳液粘结剂、羧甲基纤维素溶液、聚乙烯醇溶液中的一种。

9.根据权利要求6所述的无机纤维蜂窝载体，其特征是：所述多孔材料为多孔氧化铝粉、分子筛、活性炭粉、硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒土中的一种或几种。

10.根据权利要求6所述的无机纤维蜂窝载体，其特征是：所述金属箔为铝箔、铜箔、钢箔、合金箔中的一种。

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