專利名稱：薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對陶瓷蜂窩催化劑載體的改進(jìn)，尤其涉及一種機(jī)械強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)低，能滿足汽車尾氣排放歐州III標(biāo)準(zhǔn)要求的陶瓷蜂窩催化劑載體及制備方法。
背景技術(shù)：
蜂窩陶瓷催化劑載體是汽車尾氣催化凈化器的主體，以堇青石為主晶相的陶瓷由于具有較低的熱膨脹性能，一直是蜂窩陶瓷催化劑載體的首選材料，堇青石又通常以2MgO·2Al2O3·5SiO2為基本組成。隨著世界范圍對環(huán)保要求的日益提高，對汽車尾氣排放提出了更為嚴(yán)格的歐III標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的堇青石400孔/平方英寸蜂窩陶瓷催化劑載體，堇青石獲得量通常僅為85％左右，熱膨脹系數(shù)一般在1.5×10-6/℃，熱震性僅650℃空冷一次不開裂，機(jī)械強(qiáng)度低一般為12Mpa，產(chǎn)品起燃溫度偏高，催化效果不夠理想，只能滿足歐II標(biāo)準(zhǔn)，難以達(dá)到歐州III標(biāo)準(zhǔn)要求。為降低排放量，增加催化面積是最有效方法之一，然而增加催化面積，必須提高堇青石陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，以及更低的膨脹系數(shù)。
人們?yōu)楂@得堇青石陶瓷高的機(jī)械強(qiáng)度、高孔隙率和低的膨脹系數(shù)，采取了種種方法，例如中國專利CN1406214A公開的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂窩體，采用在燒結(jié)過程中從最高溫度到1300℃的溫度降低速率不大于100℃/小時，以獲得堇青石相不低于60％和印度石晶相不大于30％，兩者之和不低于85％的低膨脹陶瓷蜂窩體。日本專利5-82343采用平均粒徑為5-100微米的滑石，平均粒徑不大于2微米的礬土和平均粒徑不大于15微米的高純無定形硅石制備。然而各種方法均有其一定的局限性，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中很難控制，因而很難直接用于工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)用。例如平均粒徑不大于2微米的細(xì)礬土，雖然具有降低熱膨脹系數(shù)優(yōu)點(diǎn)，但因顆粒細(xì)小易結(jié)塊而難以均勻分散，以及會造成蜂窩體孔隙率降低等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的種種不足和弊端，提供一種便于工業(yè)上應(yīng)用、可簡便獲得機(jī)械強(qiáng)度高，孔隙率適中，膨脹系數(shù)低的薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體的制備方法。
本發(fā)明第一目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是礦物原料采用片狀結(jié)構(gòu)的原料，適當(dāng)提高堇青石Al2O3含量，以及引入一定量的融熔石英，從而達(dá)到方便獲得低膨脹系數(shù)和高的機(jī)械強(qiáng)度的堇青石，使之更適合制造薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體。具體說，本發(fā)明薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體，其特征在于所說蜂窩催化劑載體為12-15％WT平均粒徑＜2微米的氧化鋁微粉，43-47％平均粒徑＜2微米的片狀高嶺土和/或粘土微粉，33-37％平均粒徑5～15微米片狀滑石微粉，6-12％平均粒徑＜2微米的融熔石英混合、成型、燒成，得到堇青石總量為92～96％，Al2O3、MgO、SiO2分別為36-37％、13.0-14.0％、50-52％。
本發(fā)明中礦物原料高嶺土和/或粘土、滑石，選用片狀形貌原料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀察比較有利于在高溫固相反應(yīng)中生成的堇青石晶相具有一定取向排列，可使燒成反應(yīng)生成的堇青石晶相c軸與擠出方向一致，有利于降低堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體的膨脹系數(shù)，提高制品的抗熱震性。
本發(fā)明中采用融熔石英微粉，有利于燒成反應(yīng)生成的堇青石晶相c軸平行方向上獲得更多定向排列的微裂紋，可使堇青石a軸與b軸方向受熱產(chǎn)生的正伸長能被這些微裂紋更好吸收而緩沖，從而達(dá)到降低熱膨脹系數(shù)。此外組成材料中引入融熔石英，還使制品的燒成溫度所有提高，這樣也有利于在高溫固相反應(yīng)中獲得更多的低膨脹堇青石晶相生成量，這對降低膨脹也是有利的。
本發(fā)明氧化鋁微粉經(jīng)對比試驗(yàn)，一種較好是采用α-氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、氫氧化鋁微粉混合組成，三者比較好為α-氧化鋁微粉40-50％，活性氧化鋁微粉20-30％，氫氧化鋁微粉20-30％?；钚匝趸X成分加入，不僅可提高高溫固相反應(yīng)活性，使高溫固相反應(yīng)更充分，堇青石晶相發(fā)育更完善，有利于降低制品的熱脹系數(shù)；氫氧化鋁微粉在燒成過程中發(fā)生分解反應(yīng)，具有成孔劑作用，可以弱補(bǔ)因采用微細(xì)顆粒原料造成的孔隙率降低的不足，有利于提高燒成制品的氣孔率，從而可使載附催化劑提高。
按照本發(fā)明組成，生成的堇青石晶相其氧化鋁含量可達(dá)(36-37％)，較堇青石晶相理論組份點(diǎn)(35.2±0.5)略高，此稍高的氧化鋁含量，提高了堇青石合成燒成溫度，同樣有利于獲得更多的堇青石晶相生成量，從而降低了制品的熱膨脹。此外氧化鋁含量的提高，也提高了所得蜂窩催化劑載體的機(jī)械強(qiáng)度，其功效一舉二得。
本發(fā)明薄壁陶瓷蜂窩催化劑載體的制備，包括將所述配比原料，外加潤滑劑、成孔劑、粘結(jié)劑、成型用水、經(jīng)拌和、煉泥，擠出成型，干燥，燒成，其特征在于組成物料中外加有表面活性劑。
本發(fā)明制備方法中，因在物料組成中添加表面活性劑，可有利于細(xì)粉物料的分散，防止細(xì)粉物料的團(tuán)聚，使各物料充分均勻分布，從而有利于固相反應(yīng)獲得更多的堇青石晶相；其次，表面活性劑還有利于物料與水的親和，從而對減少成型過程中可能出現(xiàn)的氣孔、裂紋等避端也有積極作用。所說表面活性劑，其中較好采用植物或動物脂肪酸或其脂肪酸鹽，例如但不限于硬脂酸、硬脂酸鹽、油酸等。
本發(fā)明所說潤滑劑，一種較好為采用輕質(zhì)礦物油，它較其他潤滑劑更能降低擠出成型阻力，減少了對成型模具的磨損，一可達(dá)到提高擠出成型模型具的使用壽命，二低的磨損減小了萬件制品的質(zhì)量誤差，蜂窩催化劑載體質(zhì)量誤差每升小于25克，從而確保催化劑涂載量的均勻一致；北外，輕質(zhì)礦物油潤滑劑還顯著改善了制品表面質(zhì)量，具有表面光整，有利于涂載催化劑的均勻分布，從而提高了催化降解效果。
本發(fā)明薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體，由于采用了片狀高嶺土和/或粘土及滑石礦物料，從而可使獲得堇青石具有取向排列，降低了C軸方向的膨脹系數(shù)；富鋁組分，及引入融熔石英，提高了合成堇青石燒成溫度，有利于獲得更多低膨脹的堇青石晶相，及在c軸平行方向上產(chǎn)生定向排列的微裂紋，也對降低制品熱膨脹起到了積極作用；氧化鋁微粉采用α-氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、氫氧化鋁微粉混合微粉，不僅可提高高溫固相反應(yīng)活性，使高溫固相反應(yīng)更充分，堇青石晶相發(fā)育更完善，也有利于降低其熱脹系數(shù)；并且氫氧化鋁微粉還具有成孔劑作用，可以弱補(bǔ)因采用微粉原料造成的孔隙率降低的不足，有利于確保燒成載體的氣孔率；組成物料中添加表面活性劑，使組成物料均勻分布，也有利于高溫固相反應(yīng)獲得更多的堇青石晶相。上述多種促進(jìn)堇青石晶相生成量措施的運(yùn)用，使本發(fā)明載體堇青石晶相含量明顯較普通合成堇青石高，蜂窩體堇青石總量達(dá)到92～96％。此外，富鋁組分及固相反應(yīng)完全程度提高，還提高了制品的機(jī)械強(qiáng)度。并且上述措施運(yùn)用簡單，易于工業(yè)上控制和實(shí)現(xiàn)，為簡便獲得低膨脹及高強(qiáng)度堇青石提供了簡便工業(yè)生產(chǎn)方法。
用本發(fā)明制得的600孔/平方英寸蜂窩陶瓷催化劑載體，不僅比表面積較400孔/平方英寸提高了1.3倍，而且可獲得0.8×10-6/℃(800℃-室溫)較低膨脹系數(shù)，孔隙率38-40％，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性能高，使汽車跑車試驗(yàn)10萬公里，破損率＜萬分之一。并且本發(fā)明催化劑載體比表積增大，還可使催化劑載量提高，使起燃溫度下降25～40℃，用于汽車尾氣處理，可使汽車尾氣中氮氧化合物及一氧化碳排放減少了5～10％，從而滿足了歐III標(biāo)準(zhǔn)要求。
以下結(jié)合二個具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將45％平均粒徑＜2微米的片狀高嶺土微粉、35％平均粒徑10微米滑石微粉、12％平均粒徑＜2微米的氧化鋁微粉、8％平均粒徑＜2微米融熔石英。外加5％甲基纖維素、3％乳化石蠟、1％石墨微粉、1％硬脂酸、30％水。經(jīng)充分拌和，真空練泥，擠制成600孔/平方英寸蜂窩催化劑載體，干燥后，經(jīng)1400℃燒成，保溫8小時。所得蜂窩催化劑載體性能為膨脹系數(shù)0.8×10-6/℃(800℃-室溫)，抗熱震性能650℃～空冷三次不裂，孔隙率38％，平行于軸向的抗壓強(qiáng)度為20.3Mpa，經(jīng)裝車試驗(yàn)十萬公里破損＜萬分之一，檢測汽車尾氣凈化排放，達(dá)到歐III標(biāo)準(zhǔn)要求。
實(shí)施例2將15％平均粒徑＜2微米的片狀高嶺土微粉、30％片狀粘土、35％平均粒徑10微米滑石微粉、6％平均粒徑＜2微米的α-氧化鋁微粉、2％活性氧化鋁微粉、8.5％氫氧化鋁微粉(因在高溫反應(yīng)中有水分損失，所以因適量超過)，8％平均粒徑＜2微米融熔石英。外加5％甲基纖維素、5％輕質(zhì)礦物油、0.6％油酸、28％水。經(jīng)充分拌和，真空練泥，擠制成型600孔/平方英寸蜂窩催化劑載體，干燥后，經(jīng)1400℃燒成，保溫8小時。所得蜂窩催化劑載體性能為膨脹系數(shù)0.8×10-6/℃(800℃-室溫)，抗熱震性能650℃～空冷三次不裂，孔隙率40％，平行于軸向的抗壓強(qiáng)度為20.5Mpa，經(jīng)裝車試驗(yàn)十萬公里破損＜萬分之一，檢測汽車尾氣凈化排放，達(dá)到歐III標(biāo)準(zhǔn)要求。
權(quán)利要求
1.一種薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體，其特征在于所說蜂窩催化劑載體為12-15％WT平均粒徑＜2微米的氧化鋁微粉，43-47％平均粒徑＜2微米的片狀高嶺土和/或粘土微粉，33-37％平均粒徑5～15微米片狀滑石微粉，6-12％平均粒徑＜2微米的融熔石英混合、成型、燒成，得到堇青石總量為92～96％，Al2O3、MgO、SiO2分別為36-37％、13.0-14.0％、50-52％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體，其特征在于所說氧化鋁微粉由α-氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、氫氧化鋁微粉混合組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體，其特征在于所說混合氧化鋁微粉由40-50％α-氧化鋁微粉，20-30％活性氧化鋁微粉，20-30％氫氧化鋁微粉混合組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體，其特征在于所說蜂窩催化劑載體為600孔/平方英寸。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1至3所述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體的制備方法，包括將所述配比原料，外加潤滑劑、成孔劑、粘結(jié)劑、成型用水、經(jīng)拌和、煉泥，擠出成型，干燥，燒成，其特征在于組成物料中外加有表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體的制備方法，其特征在于所說表面活性劑為植物或動物脂肪酸或其脂肪酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述薄壁堇青石陶瓷蜂窩催化劑載體的制備方法，其特征在于所說潤滑劑為輕質(zhì)礦物油。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于對陶瓷蜂窩催化劑載體的改進(jìn)，尤其涉及一種機(jī)械強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)低的陶瓷蜂窩催化劑載體及制備方法，其特征在于所說蜂窩催化劑載體為12－15％WT平均粒徑＜2微米的氧化鋁微粉，43－47％平均粒徑＜2微米的片狀高嶺土和/或粘土微粉，33－37％平均粒徑5～15微米片狀滑石微粉，6－12％平均粒徑＜2微米的融熔石英混合、成型、燒成，得到堇青石總量為92～96％，Al
文檔編號C04B35/18GK1827217SQ200510037910
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者沈琴娟, 徐孟君, 馮家迪 申請人:江蘇省宜興非金屬化工機(jī)械廠, 宜興市綠星催化凈化器有限公司