一種基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化劑載體及其制備工藝，尤其涉及一種基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣污染是世界上目前最突出的環(huán)境問題之一，工業(yè)有機(jī)廢氣是大氣污染物的重要來源。大量工業(yè)有機(jī)廢氣排入大氣，必然使大氣環(huán)境質(zhì)量下降，給人體健康帶來嚴(yán)重危害。目前世界上已經(jīng)應(yīng)用和正在開發(fā)的機(jī)廢氣處理技術(shù)主要有冷凝法、吸附法、生物處理技術(shù)、吸收法、光催化、直接燃燒法、催化燃燒法等。其中，催化燃燒法由于比熱力燃燒具有更低的操作溫度和可以在很低的濃度下進(jìn)行操作，逐漸成為目前最有前景的有機(jī)廢氣處理方法。
[0003]催化劑載體是催化燃燒的一個(gè)重要組成部分，是影響催化劑效能的一個(gè)重要因素。催化劑載體的主要作用是為催化燃燒提供有效比表面積及適宜的孔結(jié)構(gòu)，并使催化劑獲得好的機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性，起到提供活性中心和節(jié)省活性組分用量的作用。因此要求催化劑載體材料具有足夠的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠提供催化反應(yīng)的中心，具有較高的比表面積，能夠提供合適的孔結(jié)構(gòu)，具有較低的熱容量和膨脹系數(shù)等。目前用于催化燃燒的催化劑載體材料主要有陶瓷載體和金屬載體。
[0004]蜂窩陶瓷載體具有薄壁，開孔率高，機(jī)械強(qiáng)度大，熱穩(wěn)定性好，耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，但作為陶瓷載體主要成分的堇青石熱容大，導(dǎo)熱率不足，存在催化劑起燃慢的問題。因此，這種載體催化凈化效率具有一定的局限性。金屬合金載體具有很好的耐沖擊性能和機(jī)械性能導(dǎo)熱性好，熱容小等優(yōu)點(diǎn)。但金屬載體的研究較陶瓷載體的研究要晚得多，目前還有許多急需解決的問題:載體材料的抗高溫氧化性不佳；成型工藝過于復(fù)雜；載體與催化劑的活性表面層結(jié)合牢固性較差；成本居高(約陶瓷載體的兩倍)等。這也在一定程度上制約著金屬載體的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種工藝簡單、成本低廉，具有高比表面積的基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體及其制備方法；本制備方法得到的基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體。其不銹鋼纖維表面具有較高的比表面積和表面粗糙度，燒結(jié)后不銹鋼纖維之間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了大量的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)和相互連通的微通道結(jié)構(gòu)。其孔隙率可控，微通道數(shù)量及尺度可控，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)對不銹鋼棒表面進(jìn)行油污清洗，并采用機(jī)械切削法去除不銹鋼棒表面粗糙材料；
[0009](2)使用多齒車刀，車削出連續(xù)的不銹鋼長纖維；
[0010](3)利用剪切設(shè)備將不銹鋼長纖維短切成短纖維，根據(jù)所需制備的不銹鋼纖維氈的孔隙率及外形尺寸要求，稱取不銹鋼短纖維；
[0011](4)將稱取的不銹鋼短纖維逐層壓入到模具的型腔板3的模腔3-1中，并同時(shí)填入型芯后，壓模，即通過鎖緊底板2和壓板4，對置于型模腔3-1中的不銹鋼短纖維和型芯進(jìn)行擠壓；
[0012](5)將模具放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行固相燒結(jié)，燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫；
[0013](6)將模具從真空燒結(jié)爐中取出并松開模具，取出不銹鋼纖維燒結(jié)氈，從不銹鋼纖維燒結(jié)氈中取出型芯后，并將不銹鋼纖維燒結(jié)氈表面清洗干凈，得到不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體。
[0014]所述步驟(4)在壓模的過程中填充的型芯材料為鉬絲，熔點(diǎn)為2600°C，與不銹鋼纖維不相互燒結(jié)，通過改變鉬絲的直徑獲得不同孔徑的微通道。
[0015]所述步驟(5)固相燒結(jié)溫度為1100°C?1300°C，燒結(jié)過程采用分段升溫的加熱方式，當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)溫度低于800°C時(shí)，升溫速率為5°C /min,當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到800°C時(shí)，升溫速率為3°C /min，燒結(jié)時(shí)間為60min?120min。
[0016]所述步驟(4)對置于型腔板3的模腔3-1中不銹鋼短纖維和型芯進(jìn)行加壓后，松開底板2和壓板4并在底板2與壓板4的向?qū)γ嫔蠂娡康鹈撃?，然后再鎖緊鎖緊底板2和壓板4。
[0017]所述步驟(3)短纖維的剪切長度為1mm?15mm。
[0018]所述步驟(6)不銹鋼纖維燒結(jié)氈表面清洗，是指將其放入到無水乙醇中使用超聲波進(jìn)行清洗。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0020](I)本發(fā)明采用多齒車刀切削法加工獲得不銹鋼纖維，與拉拔制造的不銹鋼纖維相比，其表面具有豐富的微尺度表面結(jié)構(gòu)，因而有更大的比表面積和粗糙度，有利于纖維的模壓和催化劑的附著。
[0021](2)本發(fā)明的不銹鋼纖維蜂窩載體除了具有三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，高精度全連通的孔徑，孔隙率高，比表面積大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還具有微通道結(jié)構(gòu)。微通道在增加表面積的同時(shí)還能夠保證載體材料在縱向的通透性，有利于減小有機(jī)廢氣的壓降。
[0022](3)本發(fā)明作為基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體，具有良好的導(dǎo)熱性能，高的機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好和耐高溫、防腐蝕的特點(diǎn)。
[0023](4)本發(fā)明作為基于不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體，與蜂窩狀陶瓷和金屬載體材料相比，其優(yōu)點(diǎn)在于由于不銹鋼纖維氈基體具有三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，所以微通道結(jié)構(gòu)是相互連通的。有機(jī)廢氣在通過載體材料的時(shí)候容易形成紊流，有利于提高徑向的傳熱和傳質(zhì)，可以有效地提高催化燃燒效率。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體的不銹鋼纖維的SEM圖
[0025]圖2為本發(fā)明只制備不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體過程中，采用的模具結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖3為本發(fā)明不銹鋼纖維氈SEM圖
[0027]圖4為本發(fā)明微通道的外形SEM圖
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0029]如圖1至4所示。本發(fā)明不銹鋼纖維燒結(jié)的蜂窩載體加工過程如下:
[0030]第一步:切削法加工不銹鋼纖維
[0031]首先對不銹鋼圓棒工件表面進(jìn)行清洗除油，然后把不銹鋼棒裝夾在CM6140車床上，采用車削法去除表面粗糙材料。利用大刃傾角的多齒刀