CN1772382A - 汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法，解决现有金属载体成型工艺复杂和生产成本较高的技术问题。汽车尾气净化器催化剂金属载体，其特征是，为三维网状结构，骨架基体为金属镍或芯部采用金属铜，外层包覆金属镍的骨架基体，孔隙率为30－98％，孔数为20～60PPI，孔径为0.5～3mm。制备方法包括以下步骤：a.聚氨脂或聚醚泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理可采用化学镀法或真空气相沉积法，涂覆碳基导电涂料；b.电沉积基体金属，常用镍或铜包覆镍；c.在热解炉中将泡沫塑料基体燃烧、去除。主要用作汽车尾气净化器催化剂的载体。

Description

汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型高效汽车尾气净化器金属载体材料及其制备方法，具体涉及一种可用作高效汽车尾气净化器用新型泡沫金属载体材料及其制备方法，该泡沫金属载体材料具有独特的三维网状蜂窝结构，具有孔隙率高，比表面积大，风阻小、耐高温、耐氧化、热容小、热导率高、寿命长的特点。属于汽车尾气净化领域。
背景技术：
随着汽车持有量的快速增长，汽车尾气对城市环境污染日趋严重，解决这一问题行之有效的措施就是装上汽车尾气净化消声器，汽车尾气催化净化器中，催化剂载体是人们研究的热点之一，目前广泛应用的蜂窝结构陶瓷载体存在热容量大，热导率低、机械强度低等缺点，因此人们专注对金属载体的研究，但金属载体还存在成型工艺过于复杂等问题而阻碍其广泛应用，在解决金属载体材料性能方面，国外有人采用快速凝固的方法，应用单辊铸造技术制备厚度20～60μm的Fe-Cr-Al金属箔材，其寿命比一般方法制的长，还有报道通过轧制结合的方法在Fe-Cr-Al合金两侧覆盖一层含有稀土La和Le的金属Al薄层而得到新的合金箔材，具有较好的抗高温氧化性和加工性能；近年来出现用金属丝制成刷子状蜂窝结构金属载体的方法，并在表面深覆Al，Zn或Sn等金属涂层，总的来说，金属载体的成型方法比陶瓷复杂得多，生产成型工艺较为复杂，生产成本居高不下，因此开发出一种合理、简单、经济的金属载体成型方法，目前正成为汽车净化器催化载体领域研究的热点。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种净化率高、低风阻、热容量小、高活性、使用寿命长、成本低的高效汽车尾气净化器催化剂泡沫金属载体及其制备方法。
本实用新型的技术方案：
1.三维网状泡沫金属骨架材料作为催化剂载体，具有以下技术特征：
1.1高孔隙率
孔隙率高是泡沫金属载体最独特的性能，相比于其它载体可最大限度容纳活性物质，同时高比表面积有利于活性物质与要净化气体的接触，提高汽车尾气净化效果。通常泡沫金属载体的孔隙率可调，可调范围为：30～98％，常用的孔隙率为90～98％，采用GB/T5164可渗性烧结金属材料开孔率测定最高可达98％，用BET方法测量了不同型号泡沫金属载体的比表面积见下表：
  Foam   Adsorbed specific Surface(m2，g-1)   Sperifc Surface are(m2，m-3)
  G100   0.155   41000
  G60   0.125   30000
  G45   0.095   19000
结果表明真实表面积是表观表面积的数十倍。
2.2优异的结构
泡沫金属载体是由具有五边形窗的十二面体结构单元组成的，具有三维网状结构，它的孔隙全面连通，具有良好的延伸率和柔韧性，较好抗拉强度，这种结构特点使泡沫金属载体具有风阻小、热容量小、热导率高、机械强度好的特点，表征泡沫金属载体三维网状结构的方式有每英寸长度上孔的个数(PPI，Pores per inch)和孔径(mean cell diametar)。孔数和孔径均可调，本载体常用20～60PPI，孔径0.5～3mm，孔径测试可采用金相法，PPI测试采用光学显微镜，组织结构采用SEM技术手段。
2.泡沫金属载体可根据需要选择不同的金属或多种金属作骨架基体，在汽车尾车净化上常用金属镍，因为经烧结还原的金属镍载体可耐1000℃以上的高温，在高温中几乎不氧化，耐热冲击，使用寿命长，机械强度好，为了降低成本也可芯部采用金属铜，外层包覆金属镍的骨架基体。
3.沫镍金属载体可根据净化需要涂覆或沉积不同的催化剂。
所述的三维网状泡沫金属载体的制备过程如下：
1.聚氨脂(或聚醚)泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理可采用化学镀法或真空气相沉积法(PVD)，涂覆碳基导电涂料。
1.1化学镀法
工艺过程是：化学除油→化学粗化→敏化→活化→化学镀镍，其化学
反应如下：
敏化、活化采用一步进行，胶体钯溶液配方为：PdCl20.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O 5～10g/L，
NaCl 180g/L，NaSnO30.5g/L，HCl 10ml/L，反应温度15～25℃，PH 0.7～0.8；
化学镀镍溶液配方为：NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O 20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反应温度45～60℃，PH 8～9。
1.2真空气相沉积
真空气相沉积导电化是用泡沫塑料在专用设备真空蒸镀或阴极溅射获得导电层，其厚度为0.05～1μm，最佳值为0.1μm。
1.3涂覆碳基导电涂料
采用碳基导电涂料，其中碳含量为8-12％，粒经一般为0.05～3μm，最好为0.05～1μm。2.电沉积基体金属，常用镍或铜包覆镍，最常采用的镀液配方为：NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO320～40g/L，反应温度45～55℃，PH 3.5～5。
3.热解与还原
在热解炉中将泡沫塑料基体燃烧、去除，温度500～700℃，时间10～30min，还原在还原性气氛(氢气或氨分解气)保护进行处理，从而消除镀层应力，还原表面氧化层，然后加热熔合结晶颗粒间隙，消除和降低残余有机成份和某些有害杂质，温度850～1000℃，时间20～50min。
本发明的有益效果是：本发明针对陶瓷载体存在热容量大，热导率低，机械强度低等缺点，采用泡沫金属载体，针对现有金属载体成型工艺过于复杂、成本高的缺点，开发出适合大规模生产的特有的泡沫状三维网状金属载体，该金属载体孔隙率可在30～98％范围内可调，汽车尾气通过性好，风阻小，该金属载体比表面积大、催化反应界面大，净化率高。
具体实施方式：
实施例1，三维网状泡沫金属载体的制备过程：
1.聚氨脂泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理采用化学镀法。
化学镀法工艺过程是：化学除油→化学粗化→敏化→活化→化学镀镍，
其化学反应如下：
化学除油、化学粗化采用常规的酸碱处理方法，敏化、活化采用一步进行，胶体钯溶液配方为：PdCl20.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O 5～10g/L，NaCl 180g/L，NaSnO30.5g/L，HCl 10ml/L，反应温度15～25℃，PH 0.7～0.8；
化学镀镍溶液配方为：NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O 20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反应温度45～60℃，PH 8～9。
2.电沉积基体金属，常用镍或铜包覆镍，最常采用的镀液配方为：NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO320～40g/L，反应温度45～55℃，PH 3.5～5。
3.热解与还原
在热解炉中将泡沫塑料基体燃烧、去除，温度500～700℃，时间10～30min，还原在氢气保护中进行处理，从而消除镀层应力，还原表面氧化层，然后加热熔合结晶颗粒间隙，消除和降低残余有机成份和某些有害杂质，温度850～1000℃，时间20～50min。
实施例2，三维网状泡沫金属载体的制备过程：
1.聚氨脂泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理采用涂覆碳基导电涂料，采用市购常规的碳基导电涂料，其中碳含量为8-12％左右，粒经一般为0.05～3μm，最好为0.05～1μm。
2.电沉积同实施例1.步骤2
3.热解与还原同实施例1.步骤3
实施例3，三维网状泡沫金属载体的制备过程：
1.聚氨脂泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理采用真空气相沉积法(PVD)获得导电层，其厚度为0.05～1μm，最佳值为0.1μm。
2.电沉积同实施例1.步骤2
3.热解与还原同实施例1.步骤3

Claims (10)

1、汽车尾气净化器催化剂金属载体，其特征是，为三维网状结构，骨架基体为金属镍或芯部采用金属铜，外层包覆金属镍的骨架基体，孔隙率为30-98％，孔数为20～60PPI，孔径为0.5～3mm。
2、根据权利要求1所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体，其特征是，孔隙率为90-98％。
3、权利要求1所述汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，制备方法包括以下步骤：
a、聚氨脂或聚醚泡沫塑料表面作导电化处理，导电化处理可采用化学镀法或真空气相沉积法或涂覆碳基导电涂料；
b、电沉积基体金属，常用镍或铜包覆镍；
c、在热解炉中将泡沫塑料基体燃烧、去除。
4、根据权利要求3所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，化学镀法包括以下步骤：首先进行化学除油和化学粗化，然后进行敏化和活化，最后进行化学镀镍，敏化、活化采用一步进行，胶体钯溶液配方为：PdCl2 0.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O，5～10g/L，NaCl 180g/L，NaSnO3 0.5g/L，HCl 10ml/L，反应温度15～25℃，PH0.7～0.8；化学镀镍溶液配方为：NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反应温度45～60℃，PH8～9。
5、根据权利要求3所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，真空气相沉积导电化是用泡沫塑料在专用设备真空蒸镀或阴极溅射获得导电层，其厚度为0.05～1μm。
6、根据权利要求5所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，厚度为0.1μm。
7、根据权利要求3所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，涂覆碳基涂料的碳含量为8-12％，粒经为0.05～3μm。
8、根据权利要求7所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，粒径为0.05～1μm。
9、根据权利要求3所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，电沉积基体金属镀液配方为：NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO3 20～40g/L，反应温度45～55℃，PH3.5～5。
10、根据权利要求3所述的汽车尾气净化器催化剂金属载体的制备方法，其特征是，步骤c的温度500～700℃，时间10～30min，还原在还原性气氛氢气或氨分解气保护进行处理，从而消除镀层应力，还原表面氧化层，然后加热熔合结晶颗粒间隙，消除和降低残余有机成份和某些有害杂质，温度850～1000℃，时间20～50min。
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