CN105413314B - 颗粒过滤器的高活性材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：将陶瓷载体材料的基础原料按照载体的材质进行配比，制成的基础浆料；在基础浆料中加入1%~5%的凡士林，然后加入5%~10%的聚乙二醇，然后加入玄武岩短切纤维1%~3%，搅拌混合均匀；放入球磨机球磨，制成基础浆料;球磨后的原料干燥，烧结，研磨后制成高活性的颗粒过滤器载体材料混合物；其是一种具有氧化性的催化剂涂层材料，使用该材料的颗粒过滤器具备被动再生功能，同时可以降低主动再生的频率，减少燃油的消耗。

Description

颗粒过滤器的高活性材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，高活性材料柴油机颗粒过滤器及材料制造和方法，以及催化剂涂层。

背景技术

与汽油机相比，柴油机经济性好、油耗低，由于其压缩比高，废气排放总量和污染物排放总量均高于汽油机，尤其碳烟颗粒物（PM）含量，是汽油机的40到100倍，因此对于柴油机碳烟颗粒物的净化尤显重要。机动车的尾气排放已经成为城市环境污染的一个主要的污染源。针对机动车的排放法规也已经在逐步加严。

由柴油发动机提供动力的机动车辆排出的尾气中，不仅包括一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx），而且还包括来源于燃料在充分情况下产生的多种组分。所属组分不仅包括碳氢化合物（HC），还有碳烟或是被称为“烟炱”的颗粒污染物。一氧化碳（CO），气态碳氢化合物（HC）以及未充分燃烧的有机物会附着在碳烟颗粒上面，形成所谓的挥发性有机物（VOF）。

通过选择性催化还原（SCR）技术可以将柴油发动机尾气中的氮氧化物（NOx）转化成无害的氮气和水。而挥发性有机组分以及碳烟颗粒可以通过氧化性的催化转化器将其除去。

国内外的研究学者长期以来都在致力于废气中颗粒物（PM）的排放治理工作，通常认为柴油机颗粒物过滤器（DPF）是去除颗粒物的有效手段，但常规DPF需要再生以满足背压要求，其中一种方法是在DPF上涂覆氧化型催化剂来降低微粒燃烧温度，常用催化剂为贵金属催化剂，这种工艺成本较高，并且需要涂覆过程，本发明采用氧化型分子筛催化剂作为DPF再生催化剂，同时利用分子筛理化性质与载体材料相近，可以共同加工、共同烧结的特点，直接制作成具有催化氧化功能的柴油机颗粒捕获器，与常规DPF相比，既降低了成本，又减少了涂覆工艺，经试验验证本发明制作的DPF可满足国5排放标准。

高活性材料将会有助于提高催化器的性能，碳氢化合物，一氧化碳和挥发性有机物，有机碳烟颗粒的氧化都有促进作用。吸纳在使用的催化剂材料往往是多种材料的复合催化剂。高活性依靠材料的活性，如γ型氧化铝，锐钛型二氧化钛都是具有高活性的催化剂材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，其是一种具有氧化性的催化剂涂层材料，使用该材料的颗粒过滤器具备被动再生功能，同时可以降低主动再生的频率，减少燃油的消耗。

本发明的技术方案是这样实现的：颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1）将陶瓷载体材料的基础原料按照载体的材质进行配比，将氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比按照1:1:2.5进行配料，载体的材质是根据堇青石材质配方设计，堇青石材质中氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比例为1:1:2.5，加入海泡石，海泡石加入含量为载体总质量的1%~20%wt，烧结过程中海泡石能够与堇青石相形成良好的均一相组织，加入去离子水混合搅拌均匀，去离子水与无机粉末质量的比例为1:1~3:2，加入氧化活性催化剂材料，加入量为载体总质量的1%~20%，制成的基础浆料；

2）在基础浆料中加入1%~5%的凡士林，然后加入5%~10%的聚乙二醇，聚乙二醇可以制成水溶液加入，聚乙二醇与与水是比例为1:10~1:20，，然后加入玄武岩短切纤维1%~3%，搅拌混合均匀；

3）放入球磨机球磨，制成基础浆料，球磨时，料球质量比2:1，球磨机转速20~60HZ，时间16~28小时，球磨后的原料粒径小于2μm；球磨后的原料干燥，烧结，通风静置24~36小时，或者烘箱105℃，6~8小时；烧结温度为1100℃~1700℃，更优的烧结温度1050℃~1150℃，时间2~16小时，研磨后制成高活性的颗粒过滤器载体材料混合物；

4）将高活性颗粒过滤器载体材料混合物放入和泥机设备，加入10%~30%的去离子水，成孔材料，混合搅拌均匀， 和泥2~6小时；和好的泥，转运至练泥设备，炼制2~6小时；转运至蜂窝陶瓷挤出设备，通过合适的模具，挤出制成不同目数的载体坯料，根据需要，切割成不同体积的载体坯料段；挤出模具的直径60~330mm，目数100~900目；

5）将载体坯料段，在室温下需要静置12~36小时，或是110℃鼓风加热2~6小时，之后放入高温烧结炉中煅烧，温度600℃~1500℃，时间10~16小时，然后冷却至室温，得到蜂窝状结构载体；

6）将蜂窝状结构载体两端非对称交替堵孔，然后再300~600℃烧结，得到具备被动再生功能的颗粒过滤器载体。

本发明的积极效果是其材料制备简单，生产效率大幅的提升，适合工业化的批量生产，并且成本更低。使用该材料制备的颗粒过滤器中含有氧化性催化剂材料，该整体式含有催化剂的载体作为被动再生的处理器效果优于涂覆催化剂涂层的颗粒过滤器，可以有效地解决催化剂受尾气冲蚀过程造成的涂层脱落问题，脱落的载体表面会有新的催化材料暴露出来继续工作，延长了处理器的寿命，保证催化转化效率。

附图说明

图1 为海泡石。

图2 为玄武岩短切纤维。

图3 为Mn/La/Ce催化的高活性材料。

图4 为Co/Ce催化的高活性材料。

图5 为高活性材料的颗粒过滤器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：如图1-2所示，颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1）将陶瓷载体材料的基础原料按照载体的材质进行配比，将氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比按照1:1:2.5进行配料，载体的材质是根据堇青石材质配方设计，堇青石材质中氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比例为1:1:2.5，加入海泡石，海泡石加入含量为载体总质量的1%~20%wt，烧结过程中海泡石能够与堇青石相形成良好的均一相组织，加入去离子水混合搅拌均匀，去离子水与无机粉末质量的比例为1:1~3:2，加入氧化活性催化剂材料，加入量为载体总质量的1%~20%，制成的基础浆料；

2）在基础浆料中加入1%~5%的凡士林，然后加入5%~10%的聚乙二醇，聚乙二醇可以制成水溶液加入，聚乙二醇与与水是比例为1:10~1:20，，然后加入玄武岩短切纤维1%~3%，搅拌混合均匀；

3）放入球磨机球磨，制成基础浆料，球磨时，料球质量比2:1，球磨机转速20~60HZ，时间16~28小时，球磨后的原料粒径小于2μm；球磨后的原料干燥，烧结，通风静置24~36小时，或者烘箱105℃，6~8小时；烧结温度为1100℃~1700℃，更优的烧结温度1050℃~1150℃，时间2~16小时，研磨后制成高活性的颗粒过滤器载体材料混合物；

4）将高活性颗粒过滤器载体材料混合物放入和泥机设备，加入10%~30%的去离子水，成孔材料，混合搅拌均匀， 和泥2~6小时；和好的泥，转运至练泥设备，炼制2~6小时；转运至蜂窝陶瓷挤出设备，通过合适的模具，挤出制成不同目数的载体坯料，根据需要，切割成不同体积的载体坯料段；挤出模具的直径60~330mm，目数100~900目；

5）将载体坯料段，在室温下需要静置12~36小时，或是110℃鼓风加热2~6小时，之后放入高温烧结炉中煅烧，温度600℃~1500℃，时间10~16小时，然后冷却至室温，得到蜂窝状结构载体；

6）将蜂窝状结构载体两端非对称交替堵孔，然后再300~600℃烧结，得到具备被动再生功能的颗粒过滤器载体。

实施例1

在5L去离子水中，依次加入氧化镁、氧化铝、二氧化硅、海泡石、玄武岩短切纤维，搅拌至均匀，上述无机粉末质量依次为8mol、8mol、20mol、1.5kg、0.1kg，随后加入成孔材料石墨0.05kg，稻壳粉0.05kg，具有氧化功能的Mn/La/Ce催化材料1.0kg；

加入凡士林0.1kg，聚乙二醇0.1kg，放入球磨机中球磨，转速为20Hz、料球比1:2，球磨20h；

取出产物，105℃脱水至形成浆料；

浆料烧结，温度550℃，时间4小时保温，随炉冷却；

研磨产物，粒径小于2μm。得到具备被动再生功能的颗粒过滤器载体材料混合物如图3。

混合物材料采用美国麦克公司的AutoPore VI9510型号的压汞仪测试其样品的孔隙率75~80%。

实施例2

在8L去离子水中，依次加入氧化镁、氧化铝、二氧化硅、海泡石，玄武岩短切纤维，搅拌至均匀，上述无机粉末质量依次为10mol、10mol、25mol、1.5kg，随后加入成孔材料石墨0.01kg，稻壳粉0.1kg，具有氧化功能的Co/Ce复合氧化催化材料1.0kg；

加入凡士林0.1kg，聚乙二醇0.1kg，放入球磨机中球磨，转速为30Hz、料球比1:2，球磨18h；

取出产物，110℃脱水至形成可挤出泥浆；

将上述泥浆挤出构成蜂窝结构，制成流式载体生坯，静置，陈化，脱水干燥；1000℃烧结，冷却后两端通过非对称交替堵孔，形成壁流式结构。

在600℃烧结1h，随炉冷却至室温得到高活性材料的颗粒过滤器载体如图4。

混合物材料采用美国麦克公司的AutoPore VI9510型号的压汞仪测试其样品的孔隙率70~75%。

实施例3

在6L去离子水中，依次加入氧化镁、氧化铝、二氧化硅、海泡石、玄武岩短切纤维，搅拌至均匀，上述无机粉末质量依次为12mol、12mol、30mol、2kg、0.15kg，随后加入成孔材料石墨0.05kg，稻壳粉0.1kg，具有氧化功能的La/Co/Sr复合催化材料1.5kg；

加入凡士林0.2kg，聚乙二醇0.1kg，放入球磨机中球磨，转速为20Hz、料球比1:2，球磨20h；

取出产物，100℃脱水至形成可挤出泥浆；

将上述泥浆挤出构成蜂窝结构，制成流式载体生坯，静置，陈化，脱水干燥；1000℃烧结，冷却后两端通过非对称交替堵孔，形成壁流式结构。

在600℃烧结1h，随炉冷却至室温得到高活性材料的颗粒过滤器载体如图5。

颗粒过滤器载体采用美国麦克公司的AutoPore VI9510型号的压汞仪测试其样品的孔隙率50~60%，孔径小于18微米。

Claims (1)

1.颗粒过滤器的高活性材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1）将陶瓷载体材料的基础原料按照载体的材质进行配比，将氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比按照1:1:2 .5进行配料，载体的材质是根据堇青石材质配方设计，堇青石材质中氧化镁，纳米γ氧化铝，氧化硅摩尔比例为1:1:2 .5，加入海泡石，海泡石加入含量为载体总质量的1%~20%wt，烧结过程中海泡石能够与堇青石相形成良好的均一相组织，加入去离子水混合搅拌均匀，去离子水与无机粉末质量的比例为1:1~3:2，加入氧化活性催化剂材料，加入量为载体总质量的1%~20%，制成基础浆料；

2）在基础浆料中加入1%~5%的凡士林，然后加入5%~10%的聚乙二醇，聚乙二醇可以制成水溶液加入，聚乙二醇与水是比例为1:10~1:20，然后加入玄武岩短切纤维1%~3%，搅拌混合均匀；

3）放入球磨机球磨，制成基础浆料，球磨时，料球质量比2:1，球磨机转速20~60Hz，时间16~28小时，球磨后的原料粒径小于2μm；球磨后的原料干燥，烧结，通风静置24~36小时，或者烘箱105℃，6~8小时；烧结温度为1100℃~1700℃，时间2~16小时，研磨后制成高活性的颗粒过滤器载体材料混合物；

4）将高活性颗粒过滤器载体材料混合物放入和泥机设备，加入10%~30%的去离子水，成孔材料，混合搅拌均匀， 和泥2~6小时；和好的泥，转运至练泥设备，炼制2~6小时；转运至蜂窝陶瓷挤出设备，通过合适的模具，挤出制成不同目数的载体坯料，根据需要，切割成不同体积的载体坯料段；挤出模具的直径60~330mm，目数100~900目；

5）将载体坯料段，在室温下需要静置12~36小时，或是110℃鼓风加热2~6小时，之后放入高温烧结炉中煅烧，温度600℃~1500℃，时间10~16小时，然后冷却至室温，得到蜂窝状结构载体；

6）将蜂窝状结构载体两端非对称交替堵孔，然后再300~600℃烧结，得到具备被动再生功能的颗粒过滤器载体。