專利名稱：一種多相功能陶瓷蜂窩支撐體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷蜂窩支撐體及其制備方法，尤其涉及一種ATS多相功能性蜂窩陶瓷支撐體及其制備方法。該支撐體用于工業(yè)煙氣整裝脫硝催化劑支撐體、汽車尾氣凈化催化劑的載體以及光催化劑的載體反應(yīng)器。屬于特殊工業(yè)陶瓷制備或環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)煙氣脫硝催化劑陶瓷載體多采用堇青石質(zhì)，如公開號為CN140141416A的發(fā)明書所介紹的，堇青石載體成本低，有利于降低脫氮工藝的操作費(fèi)用，且強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小。但與活性組分相容性較差，易出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。另外，用于汽車尾氣處理催化劑多采用堇青石質(zhì)、鋰輝石質(zhì)及莫來石質(zhì)等蜂窩陶瓷為支撐體，如公開號為CN1033455A的發(fā)明書所介紹的，堇青石載體抗熱震性能良好，但生成溫度在窄，僅有30℃，因而燒結(jié)過程難以控制，燒結(jié)過程有大批的水排出，對強(qiáng)度有影響。公開號為CN 1276260A的發(fā)明書介紹了β-鋰輝石結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷熱膨脹系數(shù)小，耐酸腐蝕，強(qiáng)度好。但是含有大量堿金屬Li，易使脫硝催化劑中毒。另外，公開號為CN 1264620A的發(fā)明書介紹了莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷燒結(jié)溫度寬，坯體強(qiáng)度好。但其熱膨脹系數(shù)較大。以上幾種陶瓷僅僅是立足于結(jié)構(gòu)陶瓷，在功能性助催化方面均不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低廉，機(jī)械強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小，且具有功能性助催化性能的新型蜂窩陶瓷支撐體，本明的另一目的是提供一種上述蜂窩陶瓷支撐體的制備方法。
本發(fā)明在技術(shù)方案為采用鈦白粉、氧化鋁及二氧化硅為主要原料，通過稀土摻雜，添加適量的氧化鎂和添加劑等，經(jīng)成型、干燥后煅燒生成以鈦酸鋁和金紅石為主晶相的載體。鈦酸鋁是目前低熱膨脹系數(shù)最小的材料之一。另外，通過摻雜稀土可以克服鈦酸鋁在500～1300℃降溫過程中易分解為剛玉和金紅石而失去其低熱膨脹性的缺點(diǎn)。同時，稀土也能起到增強(qiáng)、細(xì)化晶粒的作用。ATS蜂窩陶瓷機(jī)械強(qiáng)度高，吸水率比較大，燒成溫度比較寬，抗熱沖擊性能良好，抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)，最重要的是顯固體酸性，與銳鈦礦型TiO2和γ-Al2O3具有良好的相容性，是工業(yè)煙氣脫硝、汽車尾氣除氮和光催化降解有機(jī)物催化劑的良好助催化功能支撐體和反應(yīng)器。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為一種ATS多相陶瓷蜂窩支撐體，其特征在于其原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分比如下鈦白粉55～65％，氧化鋁20～30％，二氧化硅8～12％，氧化鎂1～5％，稀土氧化物1～2％。其中所述的稀土氧化物至少為氧化鈰、氧化鉺、氧化鈷、氧化鑭、氧化釔中的一種。其原料化學(xué)配方包括能實(shí)現(xiàn)上述配方的所有礦物組成或金屬鹽類。煅燒后支撐體生成的主晶相為鈦酸鋁和金紅石。
本發(fā)明還提供了上述ATS多相陶瓷蜂窩支撐體的制備方法，主要工藝流程如圖1所示，其具體制備步驟為將鈦白粉、氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂與稀土氧化物按上述比例混料球磨，直到混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩后，加入占原料總量的重量百分比分別為22～31％的添加劑，經(jīng)混練、陳腐并擠出成型，經(jīng)干燥箱干燥，并煅燒成型得陶瓷支撐體。
其中所述的添加劑的組分及組分占原料總量的質(zhì)量百分比分別為水12～16％，桐油或蠟乳液3～5％，羧甲基纖維素或聚乙烯醇7～10％。
其中所述的球磨時間為18～30小時，干燥溫度為100～120℃，干燥時間為12～24小時，煅燒溫度為1200～1350℃，煅燒時間為2～3小時。
經(jīng)X-ray衍射物相分析鑒定其主晶相為金紅石和鈦酸鋁(如圖4所示)，孔密度50～100/cm2，熱膨脹系數(shù)為3.6～7.5×10-6/℃(如圖5所示)，機(jī)械抗彎強(qiáng)度最達(dá)到120MPa以上，顯固體酸性，與銳鈦礦型TiO2和γ-Al2O3載體涂層結(jié)合良好。
有益效果1、ATS蜂窩陶瓷制備方法簡單易控，原料成本低廉。使之制備工藝過程容易控制，穩(wěn)定可靠。
2、ATS蜂窩陶瓷機(jī)械強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小，吸水率比較大，燒成溫度比較寬，抗熱沖擊性能良好，抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。
3、ATS蜂窩陶瓷顯固體酸性，與銳鈦礦型TiO2和γ-Al2O3具有良好的相容性。
4、ATS蜂窩陶瓷是工業(yè)煙氣脫硝、汽車尾氣除氮和光催化降解有機(jī)物催化劑的良好助催化功能支撐體和反應(yīng)器。


圖1為ATS多相陶瓷蜂窩支撐體制備的工藝流程圖。
圖2是ATS蜂窩陶瓷制品的外觀新貌圖。
圖3是ATS蜂窩陶瓷掃描電鏡圖。
圖4是ATS蜂窩陶瓷的X射線衍射圖。
圖5是ATS蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)圖。其中橫軸代表燒成溫度，縱軸代表各燒成溫度下陶瓷制品的熱膨脹系數(shù)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將2400克鈦白粉、1000克氧化鋁、400克二氧化硅、120克氧化鎂、40克稀土氧化鈰混合(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧甲基纖維素，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱110℃干燥12小時，再升溫至1250℃煅燒3小時即得產(chǎn)品。該產(chǎn)品圖如圖2所示，其微觀形貌如圖3所示。
實(shí)施例2將2200克鈦白粉、1200克氧化鋁、400克二氧化硅、40克氧化鎂、40克稀土氧化鉺混合后(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克蠟乳液、408.45克聚乙烯醇，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱110℃干燥12小時，再升溫至1300℃煅燒2小時即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3將2600克鈦白粉、800克氧化鋁、480克二氧化硅、200克氧化鎂、40克稀土氧化鈰、40克稀土氧化鉺混合(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧聚乙烯醇，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱120℃干燥12小時，再升溫至1280℃煅燒3小時即得產(chǎn)品。
實(shí)施例4將2600克鈦白粉、800克氧化鋁、320克二氧化硅、40克氧化鎂、40克稀土氧化釔混合后(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克蠟乳液、408.45克羧甲基纖維素，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱110℃干燥14小時，再升溫至1250℃煅燒3小時即得產(chǎn)品。
實(shí)施例5將2200克鈦白粉、1200克氧化鋁、480克二氧化硅、200克氧化鎂、80克稀土氧化鑭混合后(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克羧甲基纖維素，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱120℃干燥12小時，再升溫至1280℃煅燒2.5小時即得產(chǎn)品。
實(shí)施例6將2200克鈦白粉、800克氧化鋁、320克二氧化硅、40克氧化鎂、20克稀土氧化鉺、20克稀土氧化鈷混合后(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克蠟乳液、408.45克聚乙烯醇，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱110℃干燥18小時，再升溫至1250℃煅燒3小時即得產(chǎn)品。
實(shí)施例7將2600克鈦白粉、1200克氧化鋁、480克二氧化硅、200克氧化鎂、20克氧化鈰、20克氧化鑭、15克氧化鉺、15克氧化鈷、10克氧化釔混合(混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩)，加入817克水、163.4克桐油、408.45克聚乙烯醇，進(jìn)行混煉、擠出成型，經(jīng)干燥箱110℃干燥24小時，再升溫至1350℃煅燒2小時即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種多相功能陶瓷蜂窩支撐體，其特征在于其原料的組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分比如下鈦白粉55～65％氧化鋁20～30％二氧化硅 8～12％氧化鎂1～5％稀土氧化物1～2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐體，其特征在于所述的稀土氧化物至少為氧化鈰、氧化鉺、氧化鈷、氧化鑭、氧化釔中的一種。
3.一種如權(quán)利要求1所示的陶瓷支撐體的制備方法，其具體步驟為將鈦白粉、氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂與稀土氧化物按上述比例混料球磨，直到混合干料粒度完全過60目標(biāo)準(zhǔn)篩后，加入占原料總量的重量百分比為22～31％的添加劑，經(jīng)混練、陳腐并擠出成型，經(jīng)干燥箱干燥，并煅燒成型得陶瓷支撐體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的添加劑的組分及組分占原料總量的質(zhì)量百分比分別為水12～16％桐油或蠟乳液 3～5％羧甲基纖維素或聚乙烯醇7～10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的球磨時間為18～30小時，干燥溫度為100～120℃，干燥時間為12～24小時，煅燒溫度為1200～1350℃，煅燒時間為2～3小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多相功能性蜂窩陶瓷支撐體及其制備方法。采用鈦白粉、二氧化硅、氧化鋁為主要原料，通過稀土摻雜，添加適量的促燒劑氧化鎂與添加劑，經(jīng)混練并擠出成型，干燥后，在1200～1350℃下煅燒2～3小時，生成以鈦酸鋁和金紅石為主晶相的陶瓷蜂窩載體。本發(fā)明制備的蜂窩陶瓷在50～1000℃之間熱膨脹系數(shù)為3.6～7.5×10
文檔編號C04B35/622GK101062868SQ20071002142
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者祝社民, 沈岳松, 劉亞云 申請人:南京工業(yè)大學(xué)