CN110841480B - 一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,属于废气处理装置技术领域。该方法采用包含有如下步骤的催化剂浆料制备方法:取过滤载体样品,经粉碎后过400~500目筛,过筛后的粉末经烘干后测试其孔结构,得到其孔隙的平均孔径A;测试过滤载体内孔道的孔结构,得到过滤载体的平均孔径B;将催化剂的平均孔径控制在A的50%~80%;将催化剂与水混合制成催化剂浆料,控制所述催化剂浆料的D90为B的20%~30%,同时,控制所述催化剂浆料的固体含量在15%~20%。该方法可以显著降低催化剂涂层涂覆对GPF背压的影响。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理装置技术领域,具体涉及一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法。
背景技术
轻型汽车污染物排放控制第六阶段标准中,关于汽油机尾气排放控制最大的变化之一是加严了对汽油机尾气中颗粒物(PM,Particulate Matter)和颗粒数(PN,ParticleNumbers)的要求,排放标准的变化使得GPF(Gasoline Particulate Filter)技术路线被引入汽油机尾气排放控制策略中。GPF是一种圆柱形蜂窝陶瓷载体,内含大量平行的约束性孔道。载体一端交替错落堵孔,使得每个开放的孔道四周均为堵孔结构。载体另一端孔道开放和闭塞方式刚好相反。其作用原理为,当发动机废气通过一端的开孔后,因对面堵孔,因此气流只能通过载体孔道内壁从相邻两个孔道中流出,发动机废气中的颗粒物自然的被拦截在载体孔道内壁。由于汽油机尾气的温度相对较高,被拦截的颗粒物可以燃烧再生,从而达到GPF的循环使用。
现在已经在应用的GPF过滤器可参考申请公布号为CN108952909A的中国发明专利公开的一种汽油颗粒过滤器再生策略,其对采用的气体颗粒过滤器(GPF)结构有所说明。
因GPF载体的半封闭式结构,使用后整个尾气净化器***背压显著增加,从而对整车的油耗以及排放控制均有影响。GPF在使用过程中最大的关键点是对于背压的控制。
使用GPF后,用于净化汽油机尾气中HC、NOx和CO的三效催化剂TWC(Three-waycatalyst)体积明显减小。由于发动机原排较差、排放标准要求较高且国六排放标准对催化剂的使用寿命要求为20万公里,因此需要在GPF内部涂覆TWC催化剂涂层以提高催化剂***的工作效率。催化剂涂层的涂覆会增加GPF的背压,影响其使用。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,用于在过滤载体上制备催化涂层,可以显著降低催化剂涂层涂覆对GPF背压的影响。
本发明解决上述问题的技术方案如下:
一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,采用包含有如下步骤的催化剂浆料制备方法:
粉状样品表征:取过滤载体样品,经粉碎后过400~500目筛,过筛后的粉末经烘干后测试其孔结构,得到其孔隙的平均孔径A;
载体样品表征:测试过滤载体内孔道的孔结构,得到过滤载体的平均孔径B;
催化剂预处理:将催化剂的平均孔径控制在A的50%~80%;
催化剂浆料制备:将催化剂与水混合制成催化剂浆料,控制所述催化剂浆料的D90为B的20%~30%,同时,控制所述催化剂浆料的固体含量在15%~20%。
作为上述技术方案的优选,还包含有如下的催化剂浆料涂覆方法:
将待涂覆的过滤载体上端封闭,在上端空间形成0.02-0.04 MPa的真空度,将所述过滤载体的下端浸入所述催化剂浆料中,浸入高度为0.5~2cm,同时使所述过滤载体上端的封闭状态开启,利用所述过滤载体两端的压力差使所述催化剂浆料涂覆在所述过滤载体的孔道内壁上,形成催化过滤载体。
过滤载体(尤其是GPF)平均孔径A代表了材料的本征孔结构,该部分孔虽然含量较小,但是对背压的贡献较大。催化剂材料的本征平均孔径控制在过滤载体平均孔径A的50~80%,目的是催化剂材料涂覆后,即使催化剂材料进入GPF孔道中,也可以形成内部孔通道,使气体通过时阻力降低。
过滤载体(尤其是GPF)平均孔径B代表了过滤载体孔道内壁的堆积孔,将涂覆催化剂浆料粒度控制在过滤载体平均孔径B的20~30%,可避免催化剂固体颗粒堵塞GPF内壁的堆积孔。
采用真空吸附的方法,可以使催化剂涂层均匀的涂覆在过滤载体(尤其是GPF)孔道内壁入口周围,避免催化剂涂层在孔道内部的聚集,降低催化剂涂层对过滤载体背压的影响。
作为上述技术方案的优选,还包含有如下的催化过滤载体焙烧方法:
将所述催化过滤载体烘干,烘干温度控制在150~160℃;
烘干后,对所述催化过滤载体进行焙烧,焙烧温度控制在500~600 ℃,升温速率为3~8℃/min,焙烧时间为1~2 h。
作为上述技术方案的优选,所述过滤载体为GPF。
作为上述技术方案的优选,粉状样品表征步骤中,烘干温度为110℃,烘干时间为3h。
作为上述技术方案的优选,载体样品表征步骤中,先将过滤载体切割,然后测试切割后的过滤载体壁面的孔结构。
作为上述技术方案的优选,催化剂预处理步骤中,通过控制干法研磨机的研磨时长和研磨珠珠径大小来控制催化剂的平均孔径。
作为上述技术方案的优选,催化剂浆料制备步骤中,通过控制砂磨机的研磨频率及时间来控制催化剂浆料的D90。
D90:颗粒累积分布为90%的粒径。即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90%。
作为上述技术方案的优选,烘干时,采用卧式烘干机,所述催化过滤载体的两侧采用循环风交替热风烘干,热风的切换频率为20~45Hz。
作为上述技术方案的优选,焙烧后,催化剂涂层增重量在60~100g/L。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
该催化剂涂层压降的方法操作简单,能够显著降低催化剂涂层涂覆对GPF背压的影响。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
下面以实施例对本发明进行详细说明。
实施例:一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,以Φ132.1*101.6mm,壁厚8mm,体积1.392L的GPF载体为例。
将GPF白载体十字形切割,分成四小块载体。在切割交叉点处取2mm*2mm*4mm小样一个,将该小样粉碎后,用研钵研磨过筛至400~500目。过筛后的粉末,烘箱110℃烘干3h后,在烘箱内冷却至室温,取出密封后放入干燥器中。将干燥后的GPF白载体粉末用比表面积及孔隙度分析仪进行测试,测试其孔结构。根据测试结果确定GPF白载体中孔隙的平均孔径A和孔径分布范围。
将GPF白载体纵向切割,切割后取孔道壁面做样品,进行扫描电镜测试,得到GPF载体的平均孔径B。
用比表面积及孔隙度分析仪测试待用催化剂材料的平均孔径和孔径分布范围,待用催化剂材料的平均孔径控制在GPF载体平均孔径A的50~80%。如待用催化剂材料的平均孔径超出GPF载体平均孔径A的50~80%,使用干法研磨机研磨,通过控制研磨时长和研磨珠珠径大小,使待用催化剂材料的平均孔径达到GPF载体平均孔径A的50~80%。
将待涂覆催化剂材料加去离子水制成浆料,用砂磨机研磨,用激光粒度仪测试浆料的粒度。调整研磨的频率及时间,直到待涂覆催化剂浆料的粒度D90控制在GPF载体平均孔径B的20~30%。催化剂浆料的固体含量控制在15%~20%。
将待涂覆GPF载体上端封闭,形成0.02~0.04 MPa的真空度。将GPF载体下端浸入催化剂浆料中0.5~2 cm高度,同时开启上端真空阀,利用GPF两端压力差使催化剂浆料涂覆在GPF载体孔道内壁。
涂覆后,将GPF载体卧式烘干,烘干温度控制在150~160℃,两侧采用循环风交替热风烘干,切换频率为20~45Hz。
烘干后,马弗炉焙烧,焙烧温度控制在500~600℃,升温速率3~8℃/min,焙烧时间1~2h。
其中,发动机台架试验表明,催化剂涂覆量60g/L、80g/L、100g/L时,对背压降低量的提高率分别为5%、7%和8%。
Claims (3)
1.一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,其特征在于,采用包含有如下步骤的催化剂浆料制备方法:
粉状样品表征:取过滤载体样品,经粉碎后过400~500目筛,过筛后的粉末经烘干后测试其孔结构,得到其孔隙的平均孔径A,所述过滤载体为GPF;
载体样品表征:测试过滤载体内孔道的孔结构,得到过滤载体的平均孔径B;
催化剂预处理:将催化剂的平均孔径控制在A的50%~80%,通过控制干法研磨机的研磨时长和研磨珠珠径大小来控制催化剂的平均孔径;
催化剂浆料制备:将催化剂与水混合制成催化剂浆料,控制所述催化剂浆料的D90为B的20%~30%,同时,控制所述催化剂浆料的固体含量在15%~20%,通过控制砂磨机的研磨频率及时间来控制催化剂浆料的D90;
还包含有如下的催化剂浆料涂覆方法:
将待涂覆的过滤载体上端封闭,在上端空间形成0.02-0.04 MPa的真空度,将所述过滤载体的下端浸入所述催化剂浆料中,浸入高度为0.5~2cm,同时使所述过滤载体上端的封闭状态开启,利用所述过滤载体两端的压力差使所述催化剂浆料涂覆在所述过滤载体的孔道内壁上,形成催化过滤载体。
2.根据权利要求1所述的一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,其特征在于:粉状样品表征步骤中,烘干温度为110℃,烘干时间为3h。
3.根据权利要求1所述的一种降低颗粒过滤器中催化剂涂层压降的方法,其特征在于:载体样品表征步骤中,先将过滤载体切割,然后测试切割后的过滤载体壁面的孔结构。
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