一種均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用圖
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250～400℃之間的均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用途。本發(fā)明以硅鋁酸鹽材料為基體，添加一定量無(wú)機(jī)相變材料，并添加導(dǎo)熱粉體和造孔劑等材料制備得到。當(dāng)柴油機(jī)尾氣溫度超過400℃時(shí)，無(wú)機(jī)相變材料發(fā)生熔化相變吸熱；當(dāng)尾氣溫度低于250℃時(shí)，無(wú)機(jī)相變材料相變放熱；如此反復(fù)，將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250～400℃之間，實(shí)現(xiàn)催化劑高轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，所述蜂窩陶瓷體置于排氣管噴嘴段與催化劑段之間，在尾氣凈化過程中，蜂窩陶瓷體的入口端和出口端中任一端封閉的時(shí)候，另一端處于開啟的狀態(tài)，這樣迫使尾氣從通道壁面的空隙穿出，從而過濾顆粒物，省去了DPF裝置，節(jié)約了成本。
【專利說明】
一種均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于柴油機(jī)尾氣凈化領(lǐng)域，涉及一種均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用途，尤其涉及一種能將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250?400°C之間的均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(NOx)污染是一個(gè)全球性的環(huán)境問題，引發(fā)光化學(xué)煙霧、酸雨、溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，各國(guó)相繼制定了日趨嚴(yán)格的重型柴油機(jī)NOx排放要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，雖中國(guó)柴油車僅占機(jī)動(dòng)車總保有量的8%，占汽車保有量的17%，但放量約占總排放量的61 %，部分大城市已從煤煙型污染轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)車尾氣型污染，從而引起了公眾廣泛的關(guān)注。柴油車具有動(dòng)力性好、燃油經(jīng)濟(jì)性高及0)2排放量低等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展迅速。在歐洲，柴油商用車超過90 %，柴油轎車超過50 %，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)柴油轎車將由0.2 %升至30 %。顯而易見，柴油機(jī)不僅在中、重型汽車上占有統(tǒng)治地位，轎車柴油機(jī)化也是未來汽車動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]為了達(dá)到歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)，歐洲和中國(guó)均廣泛采用V205-W03/Ti0jf化劑尿素選擇性催化還原NOx，此技術(shù)也可以高效脫除固定源N0X。當(dāng)柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，尾氣溫度約為180?280°C ;當(dāng)柴油機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，尾氣溫度可高達(dá)440°C。但是，目前商業(yè)V205_W03/Ti02催化劑的高活性溫度窗口窄，一般為300?400°C。
[0004]研究人員對(duì)氧化催化劑、三效催化劑或四效催化劑的催化效果進(jìn)行了大量研究，其主要從污染物聯(lián)合脫除效果來評(píng)價(jià)。而中國(guó)車輛尾氣污染物排放量大、溫度窗口寬，且油品質(zhì)量不過關(guān)。因此國(guó)內(nèi)有不少研究人員通過添加稀土或貴金屬拓寬催化劑溫度窗口，但往往導(dǎo)致催化劑易中毒或使用壽命縮短，且要實(shí)現(xiàn)200-600°C的長(zhǎng)壽命的催化活性窗口非常困難。
[0005]許多研究者利用車載測(cè)試系統(tǒng)評(píng)估了中國(guó)歐IV車輛的排放情況。傅明亮等指出城市和郊區(qū)路況的放系數(shù)高于高速路況，并且NO ,排放量均超出歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)。李孟良等的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，裝載SCR系統(tǒng)的城市公交尾氣溫度偏低，200°C及以上溫度的尾氣不超過全部尾氣的50%，導(dǎo)致NOx排放量超標(biāo)。因此，低溫下如何降低量是一個(gè)研究難點(diǎn)。
[0006]針對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)排放的尾氣溫度偏低或者偏高的問題，科研人員進(jìn)行了大量的研究。專利CN102758673A設(shè)計(jì)了電子控制單元驅(qū)動(dòng)加熱裝置(電磁、電阻發(fā)熱等)或冷卻裝置(內(nèi)部冷卻液)工作，將尾氣的溫度調(diào)控在SCR催化系統(tǒng)NOx高轉(zhuǎn)化率溫度區(qū)間；專利CN202560355U通過溴化鉀機(jī)組和余熱回收裝置利用尾氣熱量實(shí)現(xiàn)制冷和制熱。但以上技術(shù)需要增加額外的制冷或者制熱裝置，均會(huì)增加車載載荷和燃料消耗。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)中主要存在以下問題:
[0008]1、柴油機(jī)處于怠速工況時(shí)，尾氣溫度低于250°C，催化劑轉(zhuǎn)化效率低，特別是城市公交，尾氣溫度主要介于130?230°C之間，每提高10°C，NOxR化率可提高約6% ;
[0009]2、柴油機(jī)處于高工況時(shí)，尾氣溫度高于400°C，催化劑活性逐漸降低。
[0010]3、目前商業(yè)催化劑的高活性溫度窗口窄，一般為300?400°C，要實(shí)現(xiàn)200-600°C的長(zhǎng)壽命的催化活性窗口非常困難。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)上述柴油機(jī)尾氣溫度偏低或者偏高，以及催化劑高活性溫度窗口窄造成的 N0X排放量的問題，本發(fā)明提供了一種能將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250?400°C之間的均溫蜂窩陶瓷體、制備方法及其用途。
[0012]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0013]—種均溫蜂窩陶瓷體，所述均溫蜂窩陶瓷體主要由以下原料制備得到:硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑。其中，蜂窩陶瓷體以硅鋁酸鹽材料為基體，添加助劑，使其可以在700?900°C左右形成低共熔相，從而形成高強(qiáng)度的蜂窩體骨架。
[0014]優(yōu)選地，所述均溫蜂窩陶瓷體還添加有粘結(jié)劑、成型助劑或乳化劑中的任意一種或者至少兩種的組合。
[0015]以上所述制備均溫蜂窩陶瓷體的原料中，還可加入適量的水。
[0016]以上所述“主要由”可以替換成“為”，除上述記載的組分以外，還可以含有這些原料，例如硬脂酸、硬脂酸鎂或硬脂酸鈉中任意一種或至少兩種的組合等。
[0017]優(yōu)選地，所述硅鋁酸鹽材料為堇青石、高嶺土、活性白土或膨潤(rùn)土中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:堇青石和高嶺土的組合，高嶺土和活性白土的組合，活性白土和膨潤(rùn)土的組合，堇青石、高嶺土和活性白土的組合，堇青石、高嶺土、 活性白土和膨潤(rùn)土的組合等。
[0018]優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)相變材料為碳酸鋰、碳酸鉀、硝酸鋰、硝酸鈉、多元氟化物熔鹽、 氫氧化物熔鹽、氟化物熔鹽、多元碳酸熔鹽或多元硝酸鹽熔鹽中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:碳酸鋰和碳酸鉀的組合，硝酸鋰和硝酸鈉的組合，硝酸鈉和多元氟化物熔鹽的組合，氫氧化物熔鹽和氟化物熔鹽的組合，氟化物熔鹽和多元碳酸熔鹽的組合，多元碳酸熔鹽和多元硝酸鹽熔鹽的組合，碳酸鋰、碳酸鉀、硝酸鋰和硝酸鈉的組合，多元氟化物熔鹽、氫氧化物熔鹽、氟化物熔鹽和多元碳酸熔鹽的組合，碳酸鋰、碳酸鉀、硝酸鋰、硝酸鈉、多元氟化物熔鹽、氫氧化物熔鹽、氟化物熔鹽、多元碳酸熔鹽和多元硝酸鹽熔鹽的組合等。
[0019]其中，無(wú)機(jī)相變材料作為相變儲(chǔ)熱材料，相變溫度約為400°C。尾氣溫度低于 250°C，無(wú)機(jī)相變材料相變放熱；尾氣溫度高于400°C，無(wú)機(jī)相變材料發(fā)生熔化相變儲(chǔ)熱；如此反復(fù)，將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250?400°C之間。同時(shí)由于碳酸熔鹽體系相變焓較大、 對(duì)設(shè)備腐蝕性相對(duì)較小、價(jià)格適中，在該溫度范圍內(nèi)適合用于復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料的配方。
[0020]優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱粉體為石墨、青銅粉體、鐵粉體、鋁粉體、鎂粉體或錳粉體中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:石墨和青銅粉體的組合，鐵粉體和鋁粉體的組合，鋁粉體和鎂粉體的組合，鋁粉體、鎂粉體和錳粉體的組合，石墨、青銅粉體、鐵粉體和鋁粉體的組合，石墨、青銅粉體、鐵粉體、鋁粉體、鎂粉體和錳粉體的組合等，進(jìn)一步優(yōu)選為石墨和/或青銅粉體。
[0021]其中，添加導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱粉體，是為了提高蜂窩體的吸熱和放熱速率。
[0022]優(yōu)選地，所述造孔劑為生淀粉、鋸末、煤粉或碳酸銨中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:生淀粉和鋸末的組合，鋸末、煤粉和碳酸銨的組合，生淀粉、鋸末、煤粉和碳酸銨的組合等。
[0023]其中，多孔蜂窩陶瓷體主要分為泡沫型和網(wǎng)眼型，泡沫型多孔陶瓷體的氣孔孤立，滲透率低；而網(wǎng)眼型多孔陶瓷體具有三維網(wǎng)狀開孔骨架結(jié)構(gòu)，氣孔相互貫通，流體通過時(shí)，壓降小，表面積大，與流體接觸效率高，質(zhì)輕，廣泛用于催化劑載體、固體熱交換器、高溫?zé)煔馓幚淼?。在原料中添加造孔劑，使造孔劑在胚體中占據(jù)一定的空間，經(jīng)燒結(jié)后造孔劑離開基體形成氣孔而制得多孔陶瓷。這種工藝制備的多孔陶瓷氣孔率高到50%，且具有較高的強(qiáng)度。造孔劑不能與基體反應(yīng)，且在加熱過程中易于脫除，無(wú)有害殘留物。
[0024]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為聚丙烯酰胺、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇或聚環(huán)氧乙烷中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:聚丙烯酰胺和甲基纖維素的組合，羥丙基甲基纖維素和聚乙烯醇的組合，聚乙烯醇和聚環(huán)氧乙烷的組合，聚丙烯酰胺、甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素的組合，聚丙烯酰胺、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇和聚環(huán)氧乙烷的組合等。
[0025]優(yōu)選地，所述成型助劑為SiC纖維、玻璃纖維或尼龍中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:SiC纖維和玻璃纖維的組合，玻璃纖維和尼龍的組合，SiC纖維、玻璃纖維和尼龍的組合等。
[0026]優(yōu)選地，所述乳化劑為醇胺。
[0027]優(yōu)選地，所述醇胺為乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或二甘乙醇胺中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:乙醇胺和二乙醇胺的組合，三乙醇胺和二甘乙醇胺的組合，乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的組合，乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和二甘乙醇胺的組合等。
[0028]優(yōu)選地，所述蜂窩陶瓷體中無(wú)機(jī)相變材料的用量為硅鋁酸鹽材料的40?10wt %，例如 40wt %、41wt %、45wt %、50wt %、55wt %、60wt %、65wt %、70wt %、75wt %、80wt %、85wt %、90wt %、95wt %、99wt %或10(^1:%等。當(dāng)無(wú)機(jī)相變材料的用量小于娃招酸鹽材料的40被％時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蜂窩陶瓷體均衡溫度的能力下降，達(dá)不到將尾氣溫度控制在250?400°C范圍內(nèi)的目標(biāo)；當(dāng)無(wú)機(jī)相變材料的用量大于硅鋁酸鹽材料的100被％時(shí)，會(huì)導(dǎo)致陶瓷蜂窩體的強(qiáng)度下降。
[0029]優(yōu)選地，導(dǎo)熱粉體的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?10wt%，例如0.5wt%、0.6wt % N Iwt % N 1.5wt %、2wt % n2.5wt %、3wt %^3.5wt %、4wt %^4.5wt %、5wt %、5.5wt %、6wt %、6.5wt %、7wt %、7.5wt %、8wt %、8.5wt %、9wt %、9.5wt %、9.9wt % 或1wt %等。
[0030]優(yōu)選地，造孔劑的用量為娃招酸鹽材料的5?20wt%，例如5wt%、5.lwt%、
5.5wt %、6wt %、6.5wt %、7wt %、7.5wt %、8wt %、8.5wt %、9wt %、9.5wt % 1wt %、10.5wt %、I Iwt % N11.5wt %、12wt % 12.5wt %、13wt % 13.5wt %、14wt %、14.5wt %、15wt % N15.5wt % N 16wt % 16.5wt %、17wt % 17.5wt %、18wt % 18.5wt %、19wt %、19.5wt%、19.9wt%S20wt%等。當(dāng)造孔劑的用量小于娃招酸鹽材料的5*1:%時(shí)，會(huì)使陶瓷體的孔隙率偏小，氣體通過時(shí)，壓降較大；當(dāng)造孔劑的用量大于硅鋁酸鹽材料的20wt%時(shí)，會(huì)使陶瓷體的孔隙率偏大，機(jī)械強(qiáng)度下降。
[0031]優(yōu)選地，粘結(jié)劑的用量為娃招酸鹽材料的10?30wt%，例如10wt%、10.lwt%、13wt%N 15wt%N 17wt%、20wt%、23wt%、25wt%、27wt%、29.9?^%或 30wt%等。
[0032]優(yōu)選地，成型助劑的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?1wt %，例如0.5wt %、0.51wt % N Iwt % N 1.5wt %、2wt % ^2.5wt %、3wt % ^3.5wt %、4wt %、4.5wt %、5wt %、5.5wt %、6wt %、6.5wt %、7wt % ^7.5wt %、8wt % ^8.5wt %、9wt % ^9.5wt % ^9.99wt % 或1wt %等。
[0033]優(yōu)選地，乳化劑的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?5wt%，例如0.5wt%,0.6wt%,Iwt % N 1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、4.9?^%或 5wt%等。
[0034]以上所述的均溫蜂窩陶瓷體的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0035](I)將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體、造孔劑與任選地成型助劑混合均勻后加入水和任選地乳化劑，然后進(jìn)行捏合、攪拌、混煉、陳腐和成型，得到蜂窩陶瓷胚體；
[0036](2)將步驟(I)得到的蜂窩陶瓷胚體依次進(jìn)行分段干燥和分段焙燒，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0037]其中，所述步驟(I)還可以為在原料粉體中加入水然后進(jìn)行攪拌、混煉、陳腐和成型，得到蜂窩陶瓷胚體。
[0038]優(yōu)選地，步驟⑴中將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑在100?110°C下進(jìn)行干燥，然后冷卻并過篩。其中，原料粉體的干燥溫度可為100°C、100.1°C、101Γ、102Γ、103Γ、104Γ、105Γ、106Γ、107Γ、108Γ、109Γ、109.9°C或 IlOcC等。
[0039]優(yōu)選地，所述過篩的目數(shù)<0.1mm,例如 0.099mm、0.09mm、0.08m、0.07mm、0.06mm、
0.05mm.0.04mm.0.03mm、0.02mm、0.01mm 或 0.009mm 等。
[0040]優(yōu)選地，所述步驟(I)中水的用量為硅鋁酸鹽材料的20?60wt %，例如20.0lwt %、23wt %、25wt %、27wt %、30wt %、33wt %、35wt %、37wt %、40wt %、43wt %、45wt %、47wt %、50wt %、53wt %、55wt %、57wt %、59.99wt % 或 60wt % 等。
[0041 ] 優(yōu)選地，所述混煉在螺旋混煉機(jī)中進(jìn)行。
[0042]優(yōu)選地，所述混煉次數(shù)為3?5次，例如3次、4次或5次等。
[0043]優(yōu)選地，所述陳腐時(shí)間為20 ?30h，例如 20h、20.lh、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h、28h、29h、29.9h或30h等，進(jìn)一步優(yōu)選為22?26h，特別優(yōu)選為24h。
[0044]優(yōu)選地，所述步驟⑵中分段干燥為三段或三段以上干燥，例如三段干燥、四段干燥、五段干燥或六段干燥及以上等。其中，分段干燥主要可分為預(yù)干燥、主干燥和完成干燥等三個(gè)階段，可以解決因蜂窩體的干縮潮脹性和壁面內(nèi)外的溫度、濕度的不平衡性導(dǎo)致的開裂、彎曲等問題。
[0045]優(yōu)選地，所述分段干燥中各段干燥溫度不同。
[0046]優(yōu)選地，所述分段干燥為依次在55?65°C下干燥4?6h，干燥溫度可為55 °C、55.rC、56°C、57°C、58°C、59°C、60°C、61°C、62°C、63°C、64°C、64.9°C或 65°C等，干燥時(shí)間可為 4h、4.lh、4.3h、4.5h、4.7h、5h、5.3h、5.5h、5.7h、5.99h 或 6h 等；75 ?85 °C 下干燥2?4h，干燥溫度可為75 °C、75.1 °C、77 °C、80 °C、83 °C、84.9 °C或85 °C等，干燥時(shí)間可為2h、
2.lh、2.3h、2.5h、2.7h、3h、3.3h、3.5h、3.7h、3.99h 或 4h 等；在 100 ?110 °C 下干燥 7 ?9h，干燥溫度可為 100。。、100.1°C、101°C、102°C、103°C、104°C、105°C、106°C、107°C、108°C、109 °C、109.99 °C 或 110 °C 等，干燥時(shí)間可為 7h、7.lh、7.3h、7.5h、7.7h、8h、8.3h、8.5h、
8.7h、8.99h 或 9h 等。
[0047]優(yōu)選地，所述分段干燥為依次在60°C下干燥5h，在80°C下干燥3h，在105°C下干燥 8h〇
[0048]優(yōu)選地，所述步驟(2)中分段焙燒分為兩段或兩段以上焙燒，例如兩端焙燒、三段焙燒、四段焙燒或五段焙燒及以上等。進(jìn)行分段焙燒首先是為了將添加劑充分除去，避免有機(jī)物來不及燃燒，導(dǎo)致積碳等問題。
[0049]優(yōu)選地，所述分段焙燒中各段焙燒溫度不同。
[0050]優(yōu)選地，所述分段焙燒為依次在240?260 °C下焙燒7?9h，焙燒溫度可為240 °C、 240.1°C、243°C、245°C、247°C、250°C、253°C、255°C、257°C、259.9°C 或 260°C 等，焙燒時(shí)間可為 7h、7.lh、7.3h、7.5h、7.7h、8h、8.3h、8.5h、8.7h、8.99h 或 9h 等；在 400 ?500°C下焙燒 14 ?16h，焙燒時(shí)間為 400 °C、400.rC、405 °C、410 °C、415 °C、420 °C、425 °C、430 °C、435 °C、 440 °C、445 °C、450 °C、455 °C、460 °C、465 °C、470 °C、475 °C、480 °C、485 °C、490 °C、495 °C、 499.9°C 或 500°C 等。
[0051]優(yōu)選地，所述分段焙燒為依次在250°C下焙燒8h，在450°C下焙燒15h。
[0052]優(yōu)選地，所述制備方法包括以下步驟:
[0053](1)將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑在100?110°C下進(jìn)行干燥，然后冷卻并過篩，得到處理后粉體；
[0054](2)將步驟(1)得到的處理后粉體與粘結(jié)劑和成型助劑混合均勻后加入用量為 20?60wt%的水和乳化劑，然后進(jìn)行捏合、攪拌、在螺旋混煉機(jī)中混煉3?5次、陳腐20? 30h和成型，得到蜂窩陶瓷胚體；
[0055](3)將步驟⑵得到的陶瓷胚體依次在55?65 °C下干燥4?6h，在75?85 °C 下干燥2?4h，在100?110°C下干燥7?9h，然后依次在240?260°C下培燒7?9h，在 400?500°C下焙燒14?16h，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0056]以上方法制備得到的均溫蜂窩陶瓷體的尺寸為7.66〃 X 8〃 (8〃) /lOOcps1、 7.66"X8"(8")/200cps1、7.66"X8"(8")/300cpsi 或 7.66"X8"(8")/400cpsi 等。
[0057]以上所述的均溫蜂窩陶瓷體的用途，其應(yīng)用于柴油機(jī)尾氣凈化領(lǐng)域。
[0058]所述的均溫蜂窩陶瓷體可置于排氣管噴嘴段與催化劑段之間。
[0059]此外，還可以使用導(dǎo)熱性良好的金屬蜂窩陶瓷體，外壁采用熔點(diǎn)在200?300°C附近的熔融鹽進(jìn)行相變儲(chǔ)熱，或是采用電加熱或是冷卻控制金屬蜂窩體的溫度，實(shí)現(xiàn)尾氣均溫功能。
[0060]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0061]1、柴油機(jī)處于怠速工況時(shí)，尾氣溫度低于250°C，無(wú)機(jī)相變材料相變放熱；柴油機(jī)處于高工況時(shí)，尾氣溫度高于40(TC，無(wú)機(jī)相變材料發(fā)生熔化相變儲(chǔ)熱；如此反復(fù)，將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250?400°C之間，使尾氣的溫度落入催化劑的高活性溫度窗口里，從而提高了尾氣中轉(zhuǎn)化率，使N0，的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 76 %以上，在低溫區(qū)，較現(xiàn)有技術(shù)提高了 90%以上。
[0062]2、所述的均溫蜂窩陶瓷體可置于排氣管噴嘴段與催化劑段之間，在尾氣凈化過程中，蜂窩陶瓷體的入口端和出口端中任一端封閉的時(shí)候，另一端處于開啟的狀態(tài)，這樣迫使尾氣從通道壁面的空隙穿出，從而過濾顆粒物，省去了 DPF裝置，節(jié)約了成本。
【附圖說明】
[0063]圖1是本發(fā)明均溫蜂窩陶瓷體和SCR催化器用于尾氣凈化中的裝置示意圖；
[0064]圖2是采用實(shí)施例1制得的均溫蜂窩陶瓷體的裝置進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果圖；
[0065]其中，1-均溫蜂窩陶瓷體，2-SCR催化器。
【具體實(shí)施方式】
[0066]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0067]以下各實(shí)施例分別對(duì)均溫蜂窩陶瓷體的制備和SCR催化器的制備進(jìn)行了舉例，下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0068]實(shí)施例1:均溫蜂窩陶瓷體
[0069](I)粉體的預(yù)處理，將高嶺土 10kg(硅酸鋁鹽材料)、無(wú)機(jī)相變材料(42.7%Li2C03+57.3% K2CO3) 1kg(硅鋁酸鹽材料的10wt % )、導(dǎo)熱粉體石墨0.8kg(硅鋁酸鹽材料的Swt0Z0 )和造孔劑淀粉Ikg(硅鋁酸鹽材料的10wt% )在105°C下干燥，冷卻、篩分至<0.1mm ；
[0070](2)將已預(yù)處理的粉體、粘結(jié)劑聚丙烯酰胺Ikg(硅鋁酸鹽材料的10wt% )和成型助劑玻璃纖維0.5kg(硅鋁酸鹽材料的5wt% )，混合均勻，在干混后的粉體中分步加入水4kg (娃招酸鹽材料的40wt% )和乳化劑乙醇胺0.3kg (娃招酸鹽材料的3wt% )，攪拌機(jī)內(nèi)充分?jǐn)嚢?，螺旋混煉機(jī)混煉3-5次，混合均勻后陳腐24h，然后通過擠壓成型設(shè)備得到蜂窩胚體；
[0071](3)將蜂窩胚體在空氣氛圍下進(jìn)行三段干燥:60°C干燥5h，80°C干燥3h，105°C干燥8h，然后進(jìn)行兩段焙燒:250°C焙燒8h，450°C焙燒15h，得到均溫蜂窩陶瓷體，尺寸為7.66" X 8" (8")/10cpsi。
[0072]將制得的均溫蜂窩陶瓷體，應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2中所示，圖中橫坐標(biāo)為處理前尾氣的溫度，左邊的縱坐標(biāo)為經(jīng)所述裝置處理后的溫度，由圖中可以看出，經(jīng)所述裝置處理后的尾氣溫度均控制在250?400°C之間，同時(shí)轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80 %。
[0073]實(shí)施例2:均溫蜂窩陶瓷體
[0074]除步驟⑴中堇青石1kg (娃酸招鹽材料)、無(wú)機(jī)相變材料(LiN03+NaN03) 7kg (娃招酸鹽材料的70wt%)、導(dǎo)熱粉體石墨I(xiàn)kg (娃招酸鹽材料的1wt % )和造孔劑煤粉2kg (娃鋁酸鹽材料的20wt% )在100°C干燥；步驟(2)中粘結(jié)劑聚丙烯酰胺0.3kg(硅鋁酸鹽材料的30wt% )，成型助劑SiC纖維Ikg (娃招酸鹽材料的1wt % )，水6kg (娃招酸鹽材料的60wt% )和乳化劑二乙醇胺0.5kg(硅鋁酸鹽材料的5wt% )，陳腐22h ;步驟(3)中分段干燥:55°C干燥6h、75°C干燥4h和100°C干燥9h，分段焙燒:240°C焙燒9h和400°C干燥16h夕卜，其他過程均與實(shí)施例1中相同，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0075]將制得的均溫蜂窩陶瓷體，應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，經(jīng)所述裝置處理后的尾氣溫度均控制在250?400°C之間，同時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 77%。
[0076]實(shí)施例3:均溫蜂窩陶瓷體
[0077]除步驟⑴中硅鋁酸鹽材料活性白土 10kg、無(wú)機(jī)相變材料(多元碳酸熔鹽)4kg(娃錯(cuò)酸鹽材料的40wt% )、導(dǎo)熱粉體石墨和青銅粉體的混合物0.05kg(娃錯(cuò)酸鹽材料的〇.5wt% )和造孔劑碳酸銨0.5kg(娃錯(cuò)酸鹽材料的5wt% );步驟(2)中粘結(jié)劑甲基纖維素2kg (硅鋁酸鹽材料的20wt % )，成型助劑尼龍0.05kg (硅鋁酸鹽材料的0.5wt % )、 乳化劑三乙醇胺0.05kg(硅鋁酸鹽材料的0.5wt% )，陳腐26h ;步驟(3)中分段干燥:65°C 干燥4h、85°C干燥2h和110°C干燥7h，分段焙燒:260°C焙燒7h和500°C干燥14h外，其他過程均與實(shí)施例1中相同，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0078]將制得的均溫蜂窩陶瓷體，應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，經(jīng)所述裝置處理后的尾氣溫度均控制在250?400°C之間，同時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 76%。
[0079]實(shí)施例4:均溫蜂窩陶瓷體
[0080]除步驟⑴中硅鋁酸鹽材料堇青石和高嶺土的混合物10kg、無(wú)機(jī)相變材料(氟化物熔鹽)7kg (硅鋁酸鹽材料的70wt % )、導(dǎo)熱粉體鐵粉體和鋁粉體的混合物lkg (硅鋁酸鹽材料的l〇wt% )，造孔劑碳酸銨lkg(娃錯(cuò)酸鹽材料的10wt% );步驟⑵中粘結(jié)劑聚乙稀醇2kg (娃錯(cuò)酸鹽材料的20wt % )，成型助劑玻璃纖維0.5kg (娃錯(cuò)酸鹽材料的5wt % )，乳化劑二甘乙醇胺0.5kg(硅鋁酸鹽材料的5wt% )，額外添加硬脂酸鎂，陳腐20h外，其他過程均與實(shí)施例1中相同，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0081]將制得的均溫蜂窩陶瓷體，應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，經(jīng)所述裝置處理后的尾氣溫度均控制在250?400°C之間，同時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 78%。
[0082]實(shí)施例5:均溫蜂窩陶瓷體
[0083]除步驟(1)中硅鋁酸鹽材料為堇青石和高嶺土的混合物、無(wú)機(jī)相變材料為多元硝酸鹽熔鹽、導(dǎo)熱粉體為鎂粉體和錳粉體的混合物；步驟(2)中粘結(jié)劑為羥丙基甲基纖維素， 額外添加硬脂酸鎂和硬脂酸鈉的組合物，陳腐30h外，其他過程均與實(shí)施例1中相同，得到均溫蜂窩陶瓷體。
[0084]將制得的均溫蜂窩陶瓷體，應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，經(jīng)所述裝置處理后的尾氣溫度均控制在250?400°C之間，同時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 77%。
[0085]實(shí)施例6:SCR催化器制備
[0086]V205-W03/Ti02催化劑15kg，煤灰10kg，鋁溶膠1.5kg，玻璃纖維0.5kg，充分混合， 分次加入5kg水，攪拌機(jī)內(nèi)充分?jǐn)嚢?，螺旋混煉機(jī)內(nèi)混煉3-5次，擠壓成型，空氣中干燥 10h，然后在烘箱中80°C下干燥8h，500°C焙燒4h，隨爐冷卻得到蜂窩SCR催化器，尺寸為 7.66〃X8〃(8〃)/10〇Cpsi。將SCR催化器應(yīng)用于如圖1所示的裝置中進(jìn)行效果測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2中所示。
[0087]對(duì)比例1:僅采用實(shí)施例6所制備的SCR催化器，不使用均溫蜂窩陶瓷體，對(duì)尾氣進(jìn)行處理，燃燒尾氣溫度為180°C時(shí)，測(cè)得N0X的轉(zhuǎn)化率為32%。
[0088]對(duì)比例2:除無(wú)機(jī)相變材料的用量為5wt%，其他條件與步驟均與實(shí)施例1中相同， 制得均溫蜂窩陶瓷體，對(duì)尾氣進(jìn)行處理，燃燒尾氣溫度為180°C時(shí)，經(jīng)過均溫蜂窩陶瓷體后， 尾氣溫度約為200°C，此時(shí)測(cè)得N0X的轉(zhuǎn)化率約為41 %。
[0089]對(duì)比例3:除無(wú)機(jī)相變材料的用量為200wt %，其他條件與步驟均與實(shí)施例1中相同，制得均溫蜂窩陶瓷體，對(duì)尾氣進(jìn)行處理，燃燒尾氣溫度為180°C時(shí)，經(jīng)過均溫蜂窩陶瓷體后，尾氣溫度約為260°C，此時(shí)測(cè)得N0X的轉(zhuǎn)化率約為76%。
[0090]對(duì)比例4:除造孔劑的用量為0.5wt%，其他條件與步驟均與實(shí)施例1中相同，制得均溫蜂窩陶瓷體，對(duì)尾氣進(jìn)行處理，燃燒尾氣溫度為180°C時(shí)，經(jīng)過均溫蜂窩陶瓷體后，尾氣溫度約為215°C，此時(shí)測(cè)得NOx的轉(zhuǎn)化率約為50%。
[0091]對(duì)比例5:除造孔劑的用量為50wt%，其他條件與步驟均與實(shí)施例1中相同，制得均溫蜂窩陶瓷體，對(duì)尾氣進(jìn)行處理，燃燒尾氣溫度為180°C時(shí)，經(jīng)過均溫蜂窩陶瓷體后，尾氣溫度約為193°C，此時(shí)測(cè)得NOx的轉(zhuǎn)化率約為38%。
[0092]從實(shí)施例1-6以及對(duì)比例1-5可以看出，將本發(fā)明所述的均溫蜂窩陶瓷體用于尾氣處理，可以將柴油機(jī)尾氣溫度控制在250?400°C之間，提高催化劑的反應(yīng)活性，從而提高NOx的轉(zhuǎn)化率，使NO x的轉(zhuǎn)化率達(dá)到76%以上，較現(xiàn)有技術(shù)提高了。同時(shí)，本發(fā)明所述的蜂窩陶瓷體可置于排氣管噴嘴段與催化劑段之間，在尾氣凈化過程中，蜂窩陶瓷體的入口端和出口端之間任一端封閉的時(shí)候，另一端處于開啟的狀態(tài)，這樣迫使尾氣從通道壁面的空隙穿出，從而過濾顆粒物，省去了 DPF裝置，節(jié)約了成本。
[0093]
【申請(qǐng)人】聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及處理方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及處理方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及處理方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種均溫蜂窩陶瓷體，其特征在于，所述均溫蜂窩陶瓷體主要由以下原料制備得到:硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均溫蜂窩陶瓷體，其特征在于，所述均溫蜂窩陶瓷體還添加有粘結(jié)劑、成型助劑或乳化劑中的任意一種或者至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述娃招酸鹽材料為堇青石、高嶺土、活性白土或膨潤(rùn)土中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)相變材料為碳酸鋰、碳酸鉀、硝酸鋰、硝酸鈉、多元氟化物熔鹽、氫氧化物熔鹽、氟化物熔鹽、多元碳酸熔鹽或多元硝酸鹽熔鹽中任意一種或至少兩種的組合；優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱粉體為石墨、青銅粉體、鐵粉體、鋁粉體、鎂粉體或錳粉體中任意一種或至少兩種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為石墨和/或青銅粉體； 優(yōu)選地，所述造孔劑為生淀粉、鋸末、煤粉或碳酸銨中任意一種或至少兩種的組合；優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為聚丙烯酰胺、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇或聚環(huán)氧乙烷中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述成型助劑為SiC纖維、玻璃纖維或尼龍中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述乳化劑為醇胺； 優(yōu)選地，所述醇胺為乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或二甘乙醇胺中任意一種或至少兩種的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均溫蜂窩陶瓷體，其特征在于，所述均溫蜂窩陶瓷體中無(wú)機(jī)相變材料的用量為硅鋁酸鹽材料的40?10wt% ; 優(yōu)選地，導(dǎo)熱粉體的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?10wt% ; 優(yōu)選地，造孔劑的用量為硅鋁酸鹽材料的5?20wt% ； 優(yōu)選地，粘結(jié)劑的用量為娃招酸鹽材料的10?30wt% ； 優(yōu)選地，成型助劑的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?10wt% ； 優(yōu)選地，乳化劑的用量為硅鋁酸鹽材料的0.5?5wt%。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的均溫蜂窩陶瓷體的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體、造孔劑與任選地粘結(jié)劑和任選地成型助劑混合均勻后加入水和任選地乳化劑，然后進(jìn)行捏合、攪拌、混煉、陳腐和成型，得到蜂窩陶瓷胚體； (2)將步驟(I)得到的蜂窩陶瓷胚體依次進(jìn)行分段干燥和分段焙燒，得到均溫蜂窩陶瓷體。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑在100?110°C下進(jìn)行干燥，然后冷卻并過篩； 優(yōu)選地，所述過篩的目數(shù)< 0.1mm06.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中水的用量為硅鋁酸鹽材料的20?60wt% ； 優(yōu)選地，所述混煉在螺旋混煉機(jī)中進(jìn)行； 優(yōu)選地，所述混煉次數(shù)為3?5次； 優(yōu)選地，所述陳腐時(shí)間為20?30h，進(jìn)一步優(yōu)選為22?26h，特別優(yōu)選為24h。7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中分段干燥為 三段或三段以上干燥；優(yōu)選地，所述分段干燥中各段干燥溫度不同；優(yōu)選地，所述分段干燥為依次在55?65°C下干燥4?6h，在75?85°C下干燥2?4h， 在100?110°C下干燥7?9h ;優(yōu)選地，所述分段干燥為依次在60°C下干燥5h，在80°C下干燥3h，在105°C下干燥8h。8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中分段焙燒為 兩段或兩段以上焙燒；優(yōu)選地，所述分段焙燒中各段焙燒溫度不同；優(yōu)選地，所述分段焙燒為依次在240?260 °C下焙燒7?9h，在400?500 °C下焙燒 14 ?16h ;優(yōu)選地，所述分段焙燒為依次在250°C下焙燒8h，在450°C下焙燒15h。9.根據(jù)權(quán)利要求4-8任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步 驟:(1)將硅鋁酸鹽材料、無(wú)機(jī)相變材料、導(dǎo)熱粉體和造孔劑在100?110°c下進(jìn)行干燥，然 后冷卻并過篩，得到處理后粉體；(2)將步驟(1)得到的處理后粉體與粘結(jié)劑和成型助劑混合均勻后加入用量為硅鋁酸 鹽材料的20?60wt%的水和乳化劑，然后進(jìn)行捏合、攪拌、在螺旋混煉機(jī)中混煉3?5次、 陳腐20?30h和成型，得到蜂窩陶瓷胚體；(3)將步驟⑵得到的陶瓷胚體依次在55?65°C下干燥4?6h，在75?85°C下干燥 2?4h，在100?110°C下干燥7?9h，然后依次在240?260°C下焙燒7?9h，在400? 500°C下焙燒14?16h，得到均溫蜂窩陶瓷體。10.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的均溫蜂窩陶瓷體的用途，其應(yīng)用于柴油機(jī)尾氣凈 化領(lǐng)域。
【文檔編號(hào)】C04B33/04GK105985132SQ201510098302
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月5日
【發(fā)明人】甘麗娜, 余劍, 郭鳳, 楊娟, 唐詩(shī)白, 許光文
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所