RU2294317C2 - Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles - Google Patents

Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles Download PDF

Info

Publication number
RU2294317C2
RU2294317C2 RU2004129682/03A RU2004129682A RU2294317C2 RU 2294317 C2 RU2294317 C2 RU 2294317C2 RU 2004129682/03 A RU2004129682/03 A RU 2004129682/03A RU 2004129682 A RU2004129682 A RU 2004129682A RU 2294317 C2 RU2294317 C2 RU 2294317C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porosity
articles
cellular structure
products
increased
Prior art date
Application number
RU2004129682/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004129682A (en
Inventor
Александр Иванович Козлов (RU)
Александр Иванович Козлов
Андрей Федорович Куимов (RU)
Андрей Федорович Куимов
Евгений Степанович Лукин (RU)
Евгений Степанович Лукин
Николай Владимирович Ходов (RU)
Николай Владимирович Ходов
Original Assignee
ЗАО "Русский катализатор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЗАО "Русский катализатор" filed Critical ЗАО "Русский катализатор"
Priority to RU2004129682/03A priority Critical patent/RU2294317C2/en
Publication of RU2004129682A publication Critical patent/RU2004129682A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2294317C2 publication Critical patent/RU2294317C2/en

Links

Landscapes

  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemical technology of high-porous ceramic materials with screen-cellular structure used as stationary carriers of block catalysts and filters.
SUBSTANCE: articles made from polyurethane with screen-cellular structure are impregnated with slip containing inert filler-electrically molten corundum or mixture of electrically molten corundum, silicon carbide, dispersed powder of aluminum oxide with addition of oxides of metals of groups II and IV of Mendeleyev's Table and polyvinyl styrene solution. Articles are dried and are treated with alumosol or aluminum chloride solution with or without introduction of active additives at pH=4±0.2, after which articles are burnt at temperature of 1450-1500°C. Porosity is increased to 93-95% at retained high strength (1.5-2 Mpa).
EFFECT: enhanced efficiency; increased porosity at retained high strength.
2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химической технологии высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой, которые могут широко использоваться в качестве стационарных носителей блочных катализаторов для проведения конверсии природного газа, восстановления непредельных углеводородов, ароматических нитросоединений, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, гетерогенного нитрования органических соединений, а также фильтров для фильтрации металлов, насадки для массообменных процессов, высокотемпературных теплоизоляционных материалов и других целей.The invention relates to the field of chemical technology of highly porous ceramic materials with a mesh-cellular structure, which can be widely used as stationary carriers of block catalysts for the conversion of natural gas, reduction of unsaturated hydrocarbons, aromatic nitro compounds, aldehydes, ketones, carboxylic acids, heterogeneous nitration of organic compounds, as well as filters for filtering metals, nozzles for mass transfer processes, high-temperature thermal insulation tion materials and other purposes.

Изобретенные высокопористые материалы с сетчато-ячеистой структурой получаются воспроизведением структуры вспененного ретикулированного полиуретана путем нанесения керамического порошка, содержащего наполнитель и активный к спеканию порошок оксида алюминия с добавками в виде шликера на различных связках с последующим выжиганием основы и нагревом оставшегося керамического каркаса до температуры, при которой керамическое изделие приобретает заданные свойства. Общая пористость керамического изделия составляет 85-92% с размером ячеек 200-5000 мкм при открытой пористости перемычек между ячейками 20-30%, которые имеют размер пор 1-2 мкм. Для сравнения пористость сотовых материалов, получаемых экструдированием порошковых пластичных масс через фильеры с последующей сушкой и спеканием, ~50-80%, а размер каналов 800-7000 мкм.The invented highly porous materials with a mesh-cellular structure are obtained by reproducing the structure of a foamed reticulated polyurethane by applying a ceramic powder containing a filler and sintering active alumina powder with additives in the form of a slip on various bundles, followed by burning the base and heating the remaining ceramic frame to a temperature at which a ceramic product acquires the desired properties. The total porosity of the ceramic product is 85-92% with a mesh size of 200-5000 microns with an open porosity of the bridges between the cells of 20-30%, which have a pore size of 1-2 microns. For comparison, the porosity of cellular materials obtained by extruding powder plastic masses through dies with subsequent drying and sintering is ~ 50-80%, and the channel size is 800-7000 μm.

Комплекс требований, предъявляемых к блочным катализаторам, включает в первую очередь механическую прочность и высокую каталитическую активность при минимальном сопротивлении движению потока. Отмечается, что по механическим характеристикам ячеистые структуры уступают сотовым. В то же время процессы массо- и теплообмена в ячеистых структурах протекают существенно эффективнее, что приводит к росту их каталитической активности.The set of requirements for block catalysts includes primarily mechanical strength and high catalytic activity with minimal resistance to flow movement. It is noted that in terms of mechanical characteristics, cellular structures are inferior to cellular ones. At the same time, the processes of mass and heat transfer in cellular structures proceed much more efficiently, which leads to an increase in their catalytic activity.

В России разработка высокопористых материалов по вышеуказанному способу для различных целей ведется с начала 60-х годов, в том числе в Российском инженерно-техническом центре порошковой металлургии, г.Пермь под руководством Анциферова В.А.In Russia, the development of highly porous materials according to the above method for various purposes has been going on since the beginning of the 60s, including in the Russian Engineering and Technical Center for Powder Metallurgy, Perm, under the direction of V.A. Antsiferov.

Высокопористый материал на основе оксида алюминия с заданной структурой перемычек ячеек был получен на кафедре керамики и огнеупоров РХТУ им. Д.И.Менделеева проф. Лукиным Е.С. в 1999 г., из которого изготовлен ряд ячеистых катализаторов с активным компонентом из элементов VIII группы (никель, палладий) для жидкофазного гидрирования ароматических нитросоединений.A highly porous alumina-based material with a predetermined structure of cell bridges was obtained at the Department of Ceramics and Refractories, Russian Technical University. D.I. Mendeleev prof. Lukin E.S. in 1999, from which a number of cellular catalysts with the active component of Group VIII elements (nickel, palladium) for liquid-phase hydrogenation of aromatic nitro compounds were made.

Для изготовления изделий из высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой в настоящее время в основном используют алюмосиликатные материалы, шликер которых наносят на ретикулированный пенополиуретан, а изделия отжимают от избытка шликера, высушивают до постоянной массы и обжигают при температуре до 1350°С.Currently, aluminosilicate materials are mainly used for the manufacture of products from highly porous ceramic materials with a mesh-cellular structure, the slip of which is applied to the reticulated polyurethane foam, and the products are squeezed from excess slip, dried to constant weight and fired at temperatures up to 1350 ° C.

Высокопористый ячеистый керамический материал (прототип) [А.И.Козлов, Е.С.Лукин. Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, патент РФ №2233700, приоритет от 11 июня 2002 г.] получают на основе смеси инертного наполнителя и активного к спеканию порошка оксида алюминия с добавками любых оксидов II и IV группы таблицы Менделеева в любом количестве с добавкой связующего, с последующим высушиванием изделий, выжиганием органической основы и обжигом керамического каркаса при температурах 1450-1500°С.Highly porous cellular ceramic material (prototype) [A.I. Kozlov, E.S. Lukin. The composition of the charge for a highly porous material with a mesh-cellular structure for catalyst carriers, RF patent No. 2233700, priority dated June 11, 2002] is obtained on the basis of a mixture of an inert filler and sintering powder of alumina with additives of any oxides of groups II and IV of the periodic table in any quantity with the addition of a binder, followed by drying of the products, burning of the organic base and firing of the ceramic frame at temperatures of 1450-1500 ° C.

Общая пористость керамических изделий составляет 85-92% при открытой пористости перемычек между ячейками 20-30%, имеющих размер пор 1-2 мкм.The total porosity of ceramic products is 85-92% with an open porosity of the bridges between the cells of 20-30%, having a pore size of 1-2 microns.

Образцы из высокопористого ячеистого корунда выдерживают статическую нагрузку от 0,5 до 2 МПа в зависимости от состава, пористости и режимов термообработки.Samples of highly porous cellular corundum withstand a static load of 0.5 to 2 MPa, depending on the composition, porosity, and heat treatment conditions.

Используемая для формования керамическая суспензия имеет низкую вязкость и высокую текучесть, что позволяет равномерно наносить ее на структурные элементы сетчато-ячеистой заготовки. Закрепление керамического слоя на поверхности полимерной матрицы происходит в процессе сушки при удалении влаги, содержащейся в клеящем составе, и в окончательном виде заготовка имеет уже некоторую механическую прочность. Обычно такие суспензии содержат тугоплавкий порошок, имеющий размер частиц 1-5 мкм, порошки плавней и легирующих добавок такого же уровня дисперсности, 40-60% дисперсной среды, реологические вещества (чаще бентонит), а также органические клеящие добавки. Однако большой проблемой остается низкая наполненность суспензий и, как следствие, низкая прочность высокопористого материала после обжига, не превышающая 1 МПа для пористости более 85%, поэтому необходимо правильно выбирать клеящие и реологические добавки и их концентрации для конкретного оксидного состава суспензии и применяемого пенополиуретана.The ceramic suspension used for molding has a low viscosity and high fluidity, which allows it to be uniformly applied to the structural elements of the mesh-preform. The fixing of the ceramic layer on the surface of the polymer matrix occurs during the drying process when removing moisture contained in the adhesive, and in the final form the workpiece already has some mechanical strength. Typically, such suspensions contain a refractory powder having a particle size of 1-5 μm, flux and alloying powders of the same dispersion level, 40-60% of a dispersed medium, rheological substances (usually bentonite), as well as organic adhesives. However, the low content of suspensions and, as a result, the low strength of highly porous material after firing, not exceeding 1 MPa for porosity of more than 85%, remains a big problem, so it is necessary to choose the right adhesive and rheological additives and their concentrations for the specific oxide composition of the suspension and the polyurethane foam used.

Наиболее перспективный путь - введение в керамическую суспензию клеящих веществ, способных образовывать пленку на поверхности органической пены, выгорающую без остатка вместе с материалом матрицы. Для этих целей применяют такие вещества, как декстрин, карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт (ПВС). Отмечается, что при наличии в жидкой фазе шликера ПВС исключается использование традиционных разжижителей (таких как кислоты и щелочи) ввиду отрицательного влияния рН среды на реологические характеристики водного раствора полимера (ПВС может коагулировать и утратить свойства клеящей добавки).The most promising way is the introduction into the ceramic suspension of adhesives that can form a film on the surface of organic foam, which burns out without residue along with the matrix material. For these purposes, substances such as dextrin, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA) are used. It is noted that in the presence of a PVA slip in the liquid phase, the use of traditional thinners (such as acids and alkalis) is excluded due to the negative effect of the pH of the medium on the rheological characteristics of the aqueous polymer solution (PVA can coagulate and lose the properties of the adhesive additive).

При изготовлении образцов из оксида алюминия с органической клеящей добавкой на основе ПВС было установлено, что обработка раствором хлоридов алюминия высушенных образцов приводит к их потемнению после последующей сушки; образцы же после обжига практически не имеют усадки и не подвергаются деформации. Это обусловлено тем, что ПВС на поверхности образцов под воздействием кислой среды раствора хлорида алюминия превращается в простой эфир поливинилового спирта, обладающего высокой адгезией к различным поверхностям и более высокой температурой деструкции, чем у ПВС. Это позволяет в максимальной степени подвергать отжатию излишки керамического шликера из пропитанных образцов полиуретана, что обеспечивает повышение пористости керамических изделий после обжига до 93-95% с сохранением высокой прочности при отсутствии усадки и деформации и сохранение формы изделий сложной конфигурации. Повышение пористости позволяет существенно снизить газо- и гидросопротивление движущемуся потоку.In the manufacture of samples of aluminum oxide with an organic adhesive additive based on PVA, it was found that treatment with a solution of aluminum chloride of dried samples leads to their darkening after subsequent drying; the samples after firing practically have no shrinkage and do not undergo deformation. This is due to the fact that the PVA on the surface of the samples under the influence of the acidic medium of a solution of aluminum chloride turns into a simple polyvinyl alcohol ether, which has high adhesion to various surfaces and a higher temperature of destruction than PVA. This allows you to maximize the squeezing of the excess ceramic slip from the impregnated polyurethane samples, which ensures an increase in porosity of ceramic products after firing up to 93-95% while maintaining high strength in the absence of shrinkage and deformation and preserving the shape of products of complex configuration. The increase in porosity can significantly reduce gas and hydroresistance to a moving stream.

Целью изобретения является повышение пористости до 93-95% при сохранении высокой прочности (до 1,5-2 МПа), что при отсутствии усадки и деформации при обжиге обеспечивает сохранение формы и размеров крупногабаритных изделий и изделий сложной формы при существенном снижении газо- и гидросопротивления керамики (до уровня 2-3 мм вод. ст. на длине 100 мм).The aim of the invention is to increase porosity to 93-95% while maintaining high strength (up to 1.5-2 MPa), which, in the absence of shrinkage and deformation during firing, ensures the preservation of the shape and size of large-sized products and products of complex shape with a significant reduction in gas and hydraulic resistance ceramics (up to the level of 2-3 mm of water. Art. at a length of 100 mm).

Технический результат достигается тем, что изделия из полиуретана с сетчато-ячеистой структурой после пропитки шликером, состоящим из инертного наполнителя в виде электроплавленного корунда или смеси электроплавленного корунда и карбида кремния и дисперсного порошка оксида алюминия с добавками оксидов металлов II и IV группы таблицы Менделеева, подвергают отжатию избытков шликера в максимальной степени, высушиванию для удаления влаги и придания прочности, обработке раствором алюмозоля или хлорида алюминия без или с введением элементов активных добавок при рН 4±0,2 с последующим дополнительным высушиванием, обжигу для выгорания полиуретана и получения керамических изделий с заданной сетчато-ячеистой структурой и свойствами.The technical result is achieved by the fact that polyurethane products with a mesh-cellular structure after impregnation with a slip consisting of an inert filler in the form of electrofused corundum or a mixture of electrofused corundum and silicon carbide and dispersed aluminum oxide powder with additives of metal oxides of groups II and IV of the periodic table are subjected squeezing excess slurry to the maximum extent, drying to remove moisture and impart strength, treatment with a solution of aluminosol or aluminum chloride without or with the introduction of elements in active additives at pH 4 ± 0.2 with subsequent additional drying, firing to burn polyurethane and obtain ceramic products with a given mesh-cell structure and properties.

После нанесения алюмозоля на изделия с последующим прокаливанием для развития поверхности носителя и нанесения каталитически активного элемента полученный катализатор может быть использован в самых разнообразных химических процессах.After applying aluminosol to the products, followed by calcining to develop the surface of the carrier and applying the catalytically active element, the resulting catalyst can be used in a wide variety of chemical processes.

Составы и свойства образцов носителей катализаторов по предложенному методу приведены в таблице.

Figure 00000001
The compositions and properties of samples of catalyst supports according to the proposed method are shown in the table.
Figure 00000001

Claims (1)

Способ изготовления высокопористых керамических изделий с сетчато-ячеистой структурой с применением метода пропитки полимерной матрицы шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда или смеси электроплавленного корунда и карбида кремния, дисперсного порошка оксида алюминия с добавками оксидов металлов II и IY групп таблицы Менделеева и раствора ПВС с последующей сушкой и обжигом для удаления органической составляющей и получения керамики с заданной структурой и свойствами, отличающийся тем, что для повышения пористости, уменьшения газо- и гидросопротивления и обеспечения точной формы и размеров крупногабаритных изделий и изделий сложной конфигурации высушенные изделия после пропитки шликером подвергают обработке раствором алюмозоля или хлорида алюминия без или с введением хлоридов элементов активных добавок при рН 4±0,2.A method of manufacturing highly porous ceramic products with a mesh-cellular structure using the method of impregnating a polymer matrix with a slip, consisting of an inert filler - electrofused corundum or a mixture of electrofused corundum and silicon carbide, dispersed aluminum oxide powder with additives of metal oxides of groups II and IY of the Mendeleev table and a PVA solution followed by drying and firing to remove the organic component and obtain ceramics with a given structure and properties, characterized in that for increased I porosity reducing gas and hydraulic resistance and ensure accurate shape and dimensions of large products of complex configuration and the dried product after the impregnation of the slurry was subjected to solution treatment alyumozolya or aluminum chloride, with or without the introduction of chlorides supplements elements at pH 4 ± 0,2.
RU2004129682/03A 2004-10-14 2004-10-14 Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles RU2294317C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004129682A RU2004129682A (en) 2006-03-27
RU2294317C2 true RU2294317C2 (en) 2007-02-27

Family

ID=36388555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2294317C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475464C2 (en) * 2011-05-26 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method of making highly porous cellular ceramic articles
RU2498430C2 (en) * 2012-01-31 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours
RU2525396C1 (en) * 2013-01-28 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure
RU2564672C1 (en) * 2014-12-29 2015-10-10 Акционерное общество "Российская электроника" Method of making highly porous catalyst support
RU2571875C1 (en) * 2014-12-29 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method to produce ceramic high-porosity block-cell materials
RU2635161C1 (en) * 2016-05-17 2017-11-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of producing highly porous zirconium dioxide

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475464C2 (en) * 2011-05-26 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method of making highly porous cellular ceramic articles
RU2498430C2 (en) * 2012-01-31 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours
RU2525396C1 (en) * 2013-01-28 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure
RU2564672C1 (en) * 2014-12-29 2015-10-10 Акционерное общество "Российская электроника" Method of making highly porous catalyst support
RU2571875C1 (en) * 2014-12-29 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method to produce ceramic high-porosity block-cell materials
RU2635161C1 (en) * 2016-05-17 2017-11-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of producing highly porous zirconium dioxide

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004129682A (en) 2006-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2580121B2 (en) Monolithic catalyst carrier and method for producing the same
KR940000869B1 (en) Preparation of monolithic catalyst supports having an integrated high surface area phase
RU2456056C2 (en) Ceramic filter with carbon coat, and method of its production
US3880969A (en) Method of preparing an open-celled aromic foam
JPS61212329A (en) Preparation of high surface area flocculated substance for catalyst carrier and preparation of monolithic carrier structure containing the same
JP2004160459A5 (en)
RU2377224C1 (en) Method of making highly porous cellular ceramic objects
CN109414691A (en) The manufacturing method of honeycomb structure and the honeycomb structure
JP2010502547A (en) Cordierite honeycomb body having high strength and substantially no microcrack and manufacturing method
CN101795856A (en) Porous washcoat-bonded fiber substrate
WO2000043325A1 (en) High strength/high surface area alumina ceramics
JP2002535229A5 (en)
RU2294317C2 (en) Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles
NL7905722A (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A MONOLITHIC CARRIER FOR CATALYSTS FOR CONTROLLING EMISSIONS OF CARBON MONOXIDE.
US3943064A (en) High strength alumina-silica catalyst substrates having high surface area
JPH07509182A (en) Catalyst carrier and its manufacturing method
JP6949019B2 (en) Honeycomb structure and method for manufacturing the honeycomb structure
RU2475464C2 (en) Method of making highly porous cellular ceramic articles
RU2233700C2 (en) Composition of charge for high-porous cellular- structure material for catalyst carriers
JP2651170B2 (en) Ceramics porous body
JPH04187578A (en) Production of sintered compact of porous silicon carbide
RU2525396C1 (en) Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure
JPH0597537A (en) Production of ceramic porous material
US20100329975A1 (en) Cordierite-Forming Compositions With Hydratable Alumina And Methods Therefor
KR101917802B1 (en) Catalyst supporter for diesel particle filter and method for preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181015