本發(fā)明涉及汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法。
背景技術：
近年錸，伴隨經(jīng)濟的高速發(fā)展，PM2.5引起的霧霾現(xiàn)象時有發(fā)生，其中一個重要原因便是交通運輸業(yè)所帶來的污染。汽車燃油燃燒排放的尾氣含有多種化學成分，包括不完全燃燒烴類、氮氧化物及一氧化碳，這些都是引起霧霾的成因。不完全燃燒烴類在空氣中可發(fā)生光化學反應，氮氧化物及一氧化碳能導致人的呼吸困難、呼吸道感染和哮喘等癥狀，同時，使肺功能下降。采用汽車尾氣處理器催化凈化方法是減少尾氣污染的一種有效方法，但現(xiàn)有的汽車尾氣處理器僅適用部分的催化劑，亟需提供一種與各種催化劑活性組分均具有良好匹配性的汽車尾氣處理器。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法，使汽車尾氣處理器具有較高的熱穩(wěn)定性和催化活性。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案為：汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法，包括以下步驟：
步驟一、將苛性堿溶液和鋁鹽溶液按照[OH]-：[Al]3+＝3：(1～2)的摩爾比進行混合，在常溫下攪拌8～12min后，轉入溫度為102～160℃的高壓釜中，反應1～10h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)1～4次，制得納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、按照重量百分比，依次取8～12％的氧化鑭、8～12％的氧化鈰以及40～60％的納米晶勃姆石固液混合體，余量為去離子水，將氧化鑭、氧化鈰、納米晶勃姆石固液混合體和去離子水混合得溶膠，將陶瓷載體浸入該溶膠中10～40min后取出，并吹除陶瓷載體通道孔隙內的溶膠，將陶瓷載體置于100～120℃溫度下烘干1～4h后，在500～550℃下焙燒0.5～5h，并將烘干、焙燒操作循環(huán)0～2次，制得改性的汽車尾氣處理器陶瓷載體。
其中，步驟一所用的苛性堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液；鋁鹽溶液為AlCl3·6H2O、Al(NO3)3·9H2O或Al2(SO4)3·18H2O溶液。
其中，步驟一制得的納米晶勃姆石固液混合體的尺寸10～40nm。
本發(fā)明中，步驟二所用的陶瓷載體，其原料由重量百分比為90～93.5％的納米晶氧化鋁、2～5％的高嶺土、0.5～5％的納米晶氧化鎂、1～3％的纖維素和1～4％的粘合劑組成。
優(yōu)選方式之一，陶瓷載體的制備方法包括：
a、按照陶瓷載體原料所述的重量百分比稱取各原料并混合，然后向其中加入原料總重40～60％的水，粉磨2～3h，得到陶瓷漿料，備用；
b、將陶瓷漿料浸漬在聚氨酯泡沫上，并在120～150℃下烘干成粉狀，并加工成具有所需要形狀和尺寸的陶瓷坯體，備用；
c、將制得的陶瓷坯體在1450～1650℃下煅燒3～10h，自然冷卻至室溫后，制得陶瓷載體。
優(yōu)選方式之二，陶瓷載體的制備方法包括：
a、按照陶瓷載體原料所述的比例稱取各原料并混合，加入重量占稱取原料總重量40～60％的去離子水，球磨2～3h后，置于粗煉機中粗煉2～3次，陳腐20～24h后制得漿料，備用；
b、將制得的干坯置于鍛燒爐中，在1300～1700℃溫度下煅燒3～10h，隨爐冷卻至室溫后，制得陶瓷載體。
由于納米材料本身的顆粒細小，比表面積巨大，極易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。常規(guī)意義上說的納米材料，是在掃描電鏡下顯示的單個顆粒為1～100nm的粒徑，但是，該納米材料在馬爾文激光粒度儀上卻顯示為幾十微米的粒徑。究其原因，是納米材料極易團聚，團聚后在外觀上顯示已經(jīng)達到幾十微米的粒徑，這樣使得現(xiàn)有生產(chǎn)中即使加入納米級的顆粒材料，實際上仍然為微米級，難以真正的起到納米顆粒的作用。
有益效果：本發(fā)明通過苛性堿溶液和鋁鹽溶液制得納米晶勃姆石固液混合體，納米晶勃姆石處于單個納米顆粒分散狀態(tài)，這樣就使得加入形成溶膠時仍呈現(xiàn)出納米級別，表現(xiàn)出納米級顆粒的性質，在加入后可以認為是仍處于單相體系，在混合過程中彌散性好、能夠分布均勻；在納米晶勃姆石固液混合體中加入氧化鑭、氧化鈰，提高浸漬于陶瓷載體表面的溶膠的熱穩(wěn)定性及催化活性，同時，納米晶勃姆石易于除雜提高純度，也為催化劑載體提供了比較大的比表面積和結合強度，并提高改性后的陶瓷載體的高溫穩(wěn)定性。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明的汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法，包括以下步驟：步驟一、將苛性堿溶液和鋁鹽溶液按照[OH]-：[Al]3+＝3：(1～2)的摩爾比進行混合，在常溫下攪拌8～12min后，轉入溫度為102～160℃的高壓釜中，反應1～10h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)1～4次，制得納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、按照重量百分比，依次取8～12％的氧化鑭、8～12％的氧化鈰以及40～60％的納米晶勃姆石固液混合體，余量為去離子水，將氧化鑭、氧化鈰、納米晶勃姆石固液混合體和去離子水混合得溶膠，將陶瓷載體浸入該溶膠中10～40min后取出，并吹除陶瓷載體通道孔隙內的溶膠，將陶瓷載體置于100～120℃溫度下烘干1～4h后，在500～550℃下焙燒0.5～5h，并將烘干、焙燒操作循環(huán)0～2次，制得改性的汽車尾氣處理器陶瓷載體。
實施例1
汽車尾氣處理器陶瓷載體表面用納米晶的改性方法，包括以下步驟：步驟一、將氫氧化鈉溶液和Al2(SO4)3·18H2O溶液按照[OH]-：[Al]3+＝3：(1～2)的摩爾比進行混合，并調節(jié)混合溶液Ph為7，在常溫下攪拌10min后，轉入溫度為105℃±3℃的高壓釜中，反應3h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)4次，制得尺寸為10～40nm的納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、按照重量百分比，依次取93.5％的納米晶氧化鋁、2％的高嶺土、0.5％的納米晶氧化鎂、1％的纖維素和3％的粘合劑原料并混合，然后向其中加入原料總重60％的水，粉磨2.5h，得到陶瓷漿料，備用；
步驟三、將陶瓷漿料浸漬在聚氨酯泡沫上，并在130℃下烘干成粉狀，并加工成具有所需要形狀和尺寸的陶瓷坯體，備用；
步驟四、將制得的陶瓷坯體在1350℃下煅燒8h，自然冷卻至室溫后，制得陶瓷載體；
步驟五、按照重量百分比，依次取10％的氧化鑭、10％的氧化鈰、30％的納米晶勃姆石固液混合體以及50％去離子水，混合得溶膠，將步驟四制得的陶瓷載體浸入該溶膠中20min后取出，并吹除陶瓷載體通道孔隙內的溶膠，將陶瓷載體置于100℃溫度下烘干2h后，在550℃下焙燒1h；重復將陶瓷載體置于100℃溫度下烘干2h后，在550℃下焙燒1h，制得改性的汽車尾氣處理器陶瓷載體。
實施例2
步驟一、將氫氧化鉀溶液和Al(NO3)3·9H2O溶液按照[OH]-：[Al]3+＝3：1.6的摩爾比進行混合，在常溫下攪拌8min后，轉入溫度為157℃±3℃的高壓釜中，反應1h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)2次，制得尺寸為10～40nm納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、按照重量百分比，依次取90％的粒徑為10～100nm的納米晶氧化鋁、5％的高嶺土、1％的粒徑為20～100nm的納米晶氧化鎂、3％的纖維素和1％的粘合劑原料并混合，然后向其中加入原料總重55％的水，球磨3h后，置于粗煉機中粗煉3次，陳腐24h后制得漿料，備用；
步驟三、將制得的漿料放入擠壓成型機中制成泥坯，并將泥坯置于溫度為130℃的遠紅外線爐中干燥定型成干坯，備用；
步驟四、將制得的干坯置于鍛燒爐中，在1500℃溫度下煅燒10h，隨爐冷卻至室溫后，制得陶瓷載體；
步驟五、按照重量百分比，依次取8％的氧化鑭、7％的氧化鈰、50％的納米晶勃姆石固液混合體以及35％去離子水，混合得溶膠，將步驟四制得的陶瓷載體浸入該溶膠中40min后取出，并吹除陶瓷載體通道孔隙內的溶膠，將陶瓷載體置于120℃溫度下烘干1h后，在500℃下焙燒5h，并將烘干、焙燒操作循環(huán)2次，制得改性的汽車尾氣處理器陶瓷載體。
實施例3
步驟一、將氫氧化鉀溶液和AlCl3·6H2O溶液按照[OH]-：[Al]3+＝3：1的摩爾比進行混合，在常溫下攪拌5min后，轉入溫度為130℃的高壓釜中，反應5h后，制得固相產(chǎn)物，將固相產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、淋洗循環(huán)1次，制得尺寸為10～40nm納米晶勃姆石固液混合體，備用；
步驟二、按照重量百分比，依次取91％的粒徑為10nm的納米晶氧化鋁、2％的高嶺土、2.5％的粒徑為50nm的納米晶氧化鎂、2％的纖維素和2.5％的粘合劑原料并混合，然后向其中加入原料總重40％的水，粉磨2h，得到陶瓷漿料，備用；
步驟三、將制得的陶瓷坯體在1500℃下煅燒10h，自然冷卻至室溫后，制得陶瓷載體，備用；
步驟五、按照重量百分比，依次取5％的氧化鑭、10％的氧化鈰、45％的納米晶勃姆石固液混合體以及40％的去離子水，混合得溶膠，將步驟四制得的陶瓷載體浸入該溶膠中10min后取出，并吹除陶瓷載體通道孔隙內的溶膠，將陶瓷載體置于115℃溫度下烘干4h后，在535℃下焙燒0.5h，制得改性的汽車尾氣處理器陶瓷載體。
本發(fā)明實施例1～3所用的納米晶氧化鎂，是由在先申請的申請?zhí)枮镃N2009100651656公開的一種高純氫氧化鎂納米晶的制備方法為基礎，并將制得的氫氧化鎂納米晶置于400℃煅燒20min后，以8～12℃/h的降溫速率冷卻至室溫，制得納米晶氧化鎂。燒結后形成的MgO處于單個納米顆粒分散狀態(tài)，這樣混合加入時仍呈現(xiàn)出納米級別，表現(xiàn)出納米級顆粒的性質，在加入后可以認為是仍處于單相體系，在球磨或粉磨過程中彌散性好、能夠分布均勻，使形成的粉料中各物料的結合也更加緊密。
本發(fā)明實施例1～3所制得的陶瓷載體，比表面積大、通氣阻力小、規(guī)整性強的特點，經(jīng)過改性后，陶瓷載體能夠與貴金屬催化劑、鎳催化劑、鈷鉬催化劑、鈀催化劑、鈦催化劑等催化劑活性組分均具有良好匹配性。由于制成的蜂窩陶瓷具有納米結構，使得產(chǎn)品高溫力學性能優(yōu)異、抗熱震性及耐磨性能優(yōu)良。而將氧化鑭、氧化鈰、納米晶勃姆石固液混合體和去離子水混合得溶膠涂覆在陶瓷載體，烘干、焙燒，得到呈分散狀態(tài)的納米涂層，不僅增強了燒結后材料的高溫硬度，同時由于其特殊的尺寸范圍，在材料中彌散分布，還能使材料保持較高的韌性，并能夠明顯抑制材料的脆性斷裂、顯著提高材料的抗熱震性能。
本發(fā)明制得的納米晶勃姆石或納米晶勃姆石固液混合體，具有馬爾文激光粒度儀意義上的納米級粒度(小于100納米)與高于99％的純度，納米級尺度決定了其比表面積巨大，特別有利于作為催化劑加快反應；高純則決定了其作為催化劑可能導致發(fā)生的不必要的副反應少，且用于陶瓷材料時高溫性能極好。本發(fā)明無任何有毒物質產(chǎn)生，避免了對環(huán)境的污染，因此，本發(fā)明具有環(huán)保特性。