專利名稱：汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型高效汽車(chē)尾氣凈化器金屬載體材料及其制備方法，具體涉及一種可用作高效汽車(chē)尾氣凈化器用新型泡沫金屬載體材料及其制備方法，該泡沫金屬載體材料具有獨(dú)特的三維網(wǎng)狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有孔隙率高，比表面積大，風(fēng)阻小、耐高溫、耐氧化、熱容小、熱導(dǎo)率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。屬于汽車(chē)尾氣凈化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車(chē)持有量的快速增長(zhǎng)，汽車(chē)尾氣對(duì)城市環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，解決這一問(wèn)題行之有效的措施就是裝上汽車(chē)尾氣凈化消聲器，汽車(chē)尾氣催化凈化器中，催化劑載體是人們研究的熱點(diǎn)之一，目前廣泛應(yīng)用的蜂窩結(jié)構(gòu)陶瓷載體存在熱容量大，熱導(dǎo)率低、機(jī)械強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，因此人們專注對(duì)金屬載體的研究，但金屬載體還存在成型工藝過(guò)于復(fù)雜等問(wèn)題而阻礙其廣泛應(yīng)用，在解決金屬載體材料性能方面，國(guó)外有人采用快速凝固的方法，應(yīng)用單輥鑄造技術(shù)制備厚度20～60μm的Fe-Cr-Al金屬箔材，其壽命比一般方法制的長(zhǎng)，還有報(bào)道通過(guò)軋制結(jié)合的方法在Fe-Cr-Al合金兩側(cè)覆蓋一層含有稀土La和Le的金屬Al薄層而得到新的合金箔材，具有較好的抗高溫氧化性和加工性能；近年來(lái)出現(xiàn)用金屬絲制成刷子狀蜂窩結(jié)構(gòu)金屬載體的方法，并在表面深覆Al，Zn或Sn等金屬涂層，總的來(lái)說(shuō)，金屬載體的成型方法比陶瓷復(fù)雜得多，生產(chǎn)成型工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本居高不下，因此開(kāi)發(fā)出一種合理、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的金屬載體成型方法，目前正成為汽車(chē)凈化器催化載體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種凈化率高、低風(fēng)阻、熱容量小、高活性、使用壽命長(zhǎng)、成本低的高效汽車(chē)尾氣凈化器催化劑泡沫金屬載體及其制備方法。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案
1.三維網(wǎng)狀泡沫金屬骨架材料作為催化劑載體，具有以下技術(shù)特征1.1高孔隙率孔隙率高是泡沫金屬載體最獨(dú)特的性能，相比于其它載體可最大限度容納活性物質(zhì)，同時(shí)高比表面積有利于活性物質(zhì)與要凈化氣體的接觸，提高汽車(chē)尾氣凈化效果。通常泡沫金屬載體的孔隙率可調(diào)，可調(diào)范圍為30～98％，常用的孔隙率為90～98％，采用GB/T5164可滲性燒結(jié)金屬材料開(kāi)孔率測(cè)定最高可達(dá)98％，用BET方法測(cè)量了不同型號(hào)泡沫金屬載體的比表面積見(jiàn)下表

結(jié)果表明真實(shí)表面積是表觀表面積的數(shù)十倍。
2.2優(yōu)異的結(jié)構(gòu)泡沫金屬載體是由具有五邊形窗的十二面體結(jié)構(gòu)單元組成的，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它的孔隙全面連通，具有良好的延伸率和柔韌性，較好抗拉強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使泡沫金屬載體具有風(fēng)阻小、熱容量小、熱導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度好的特點(diǎn)，表征泡沫金屬載體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方式有每英寸長(zhǎng)度上孔的個(gè)數(shù)(PPI，Pores per inch)和孔徑(mean cell diametar)。孔數(shù)和孔徑均可調(diào)，本載體常用20～60PPI，孔徑0.5～3mm，孔徑測(cè)試可采用金相法，PPI測(cè)試采用光學(xué)顯微鏡，組織結(jié)構(gòu)采用SEM技術(shù)手段。
2.泡沫金屬載體可根據(jù)需要選擇不同的金屬或多種金屬作骨架基體，在汽車(chē)尾車(chē)凈化上常用金屬鎳，因?yàn)榻?jīng)燒結(jié)還原的金屬鎳載體可耐1000℃以上的高溫，在高溫中幾乎不氧化，耐熱沖擊，使用壽命長(zhǎng)，機(jī)械強(qiáng)度好，為了降低成本也可芯部采用金屬銅，外層包覆金屬鎳的骨架基體。
3.沫鎳金屬載體可根據(jù)凈化需要涂覆或沉積不同的催化劑。
所述的三維網(wǎng)狀泡沫金屬載體的制備過(guò)程如下1.聚氨脂(或聚醚)泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理可采用化學(xué)鍍法或真空氣相沉積法(PVD)，涂覆碳基導(dǎo)電涂料。
1.1化學(xué)鍍法工藝過(guò)程是化學(xué)除油→化學(xué)粗化→敏化→活化→化學(xué)鍍鎳，其化學(xué)反應(yīng)如下
敏化、活化采用一步進(jìn)行，膠體鈀溶液配方為PdCl20.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O 5～10g/L，NaCl 180g/L，NaSnO30.5g/L，HCl 10ml/L，反應(yīng)溫度15～25℃，PH 0.7～0.8；化學(xué)鍍鎳溶液配方為NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O 20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反應(yīng)溫度45～60℃，PH 8～9。
1.2真空氣相沉積真空氣相沉積導(dǎo)電化是用泡沫塑料在專用設(shè)備真空蒸鍍或陰極濺射獲得導(dǎo)電層，其厚度為0.05～1μm，最佳值為0.1μm。
1.3涂覆碳基導(dǎo)電涂料采用碳基導(dǎo)電涂料，其中碳含量為8-12％，粒經(jīng)一般為0.05～3μm，最好為0.05～1μm。2.電沉積基體金屬，常用鎳或銅包覆鎳，最常采用的鍍液配方為NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO320～40g/L，反應(yīng)溫度45～55℃，PH 3.5～5。
3.熱解與還原在熱解爐中將泡沫塑料基體燃燒、去除，溫度500～700℃，時(shí)間10～30min，還原在還原性氣氛(氫氣或氨分解氣)保護(hù)進(jìn)行處理，從而消除鍍層應(yīng)力，還原表面氧化層，然后加熱熔合結(jié)晶顆粒間隙，消除和降低殘余有機(jī)成份和某些有害雜質(zhì)，溫度850～1000℃，時(shí)間20～50min。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對(duì)陶瓷載體存在熱容量大，熱導(dǎo)率低，機(jī)械強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，采用泡沫金屬載體，針對(duì)現(xiàn)有金屬載體成型工藝過(guò)于復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出適合大規(guī)模生產(chǎn)的特有的泡沫狀三維網(wǎng)狀金屬載體，該金屬載體孔隙率可在30～98％范圍內(nèi)可調(diào)，汽車(chē)尾氣通過(guò)性好，風(fēng)阻小，該金屬載體比表面積大、催化反應(yīng)界面大，凈化率高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，三維網(wǎng)狀泡沫金屬載體的制備過(guò)程1.聚氨脂泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理采用化學(xué)鍍法。
化學(xué)鍍法工藝過(guò)程是化學(xué)除油→化學(xué)粗化→敏化→活化→化學(xué)鍍鎳，
其化學(xué)反應(yīng)如下
化學(xué)除油、化學(xué)粗化采用常規(guī)的酸堿處理方法，敏化、活化采用一步進(jìn)行，膠體鈀溶液配方為PdCl20.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O 5～10g/L，NaCl 180g/L，NaSnO30.5g/L，HCl 10ml/L，反應(yīng)溫度15～25℃，PH 0.7～0.8；化學(xué)鍍鎳溶液配方為NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O 20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反應(yīng)溫度45～60℃，PH 8～9。
2.電沉積基體金屬，常用鎳或銅包覆鎳，最常采用的鍍液配方為NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO320～40g/L，反應(yīng)溫度45～55℃，PH 3.5～5。
3.熱解與還原在熱解爐中將泡沫塑料基體燃燒、去除，溫度500～700℃，時(shí)間10～30min，還原在氫氣保護(hù)中進(jìn)行處理，從而消除鍍層應(yīng)力，還原表面氧化層，然后加熱熔合結(jié)晶顆粒間隙，消除和降低殘余有機(jī)成份和某些有害雜質(zhì)，溫度850～1000℃，時(shí)間20～50min。
實(shí)施例2，三維網(wǎng)狀泡沫金屬載體的制備過(guò)程1.聚氨脂泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理采用涂覆碳基導(dǎo)電涂料，采用市購(gòu)常規(guī)的碳基導(dǎo)電涂料，其中碳含量為8-12％左右，粒經(jīng)一般為0.05～3μm，最好為0.05～1μm。
2.電沉積同實(shí)施例1.步驟23.熱解與還原同實(shí)施例1.步驟3實(shí)施例3，三維網(wǎng)狀泡沫金屬載體的制備過(guò)程1.聚氨脂泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理采用真空氣相沉積法(PVD)獲得導(dǎo)電層，其厚度為0.05～1μm，最佳值為0.1μm。
2.電沉積同實(shí)施例1.步驟23.熱解與還原同實(shí)施例1.步驟權(quán)利要求
1.汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體，其特征是，為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，骨架基體為金屬鎳或芯部采用金屬銅，外層包覆金屬鎳的骨架基體，孔隙率為30-98％，孔數(shù)為20～60PPI，孔徑為0.5～3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體，其特征是，孔隙率為90-98％。
3.權(quán)利要求1所述汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，制備方法包括以下步驟a、聚氨脂或聚醚泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理可采用化學(xué)鍍法或真空氣相沉積法或涂覆碳基導(dǎo)電涂料；b、電沉積基體金屬，常用鎳或銅包覆鎳；c、在熱解爐中將泡沫塑料基體燃燒、去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，化學(xué)鍍法包括以下步驟首先進(jìn)行化學(xué)除油和化學(xué)粗化，然后進(jìn)行敏化和活化，最后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，敏化、活化采用一步進(jìn)行，膠體鈀溶液配方為PdCl20.2～0.5g/L，SnCl2·2H2O，5～10g/L，NaCl 180g/L，NaSnO30.5g/L，HCl 10ml/L，反應(yīng)溫度15～25℃，PH0.7～0.8；化學(xué)鍍鎳溶液配方為NiSO4·6H2O 10～25g/L，NaH2PO2·H2O 24g/L，Na3C6H5O7·2H2O20～40g/L，NH4Cl 20～30g/L，反應(yīng)溫度45～60℃，PH8～9。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，真空氣相沉積導(dǎo)電化是用泡沫塑料在專用設(shè)備真空蒸鍍或陰極濺射獲得導(dǎo)電層，其厚度為0.05～1μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，厚度為0.1μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，涂覆碳基涂料的碳含量為8-12％，粒經(jīng)為0.05～3μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，粒徑為0.05～1μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，電沉積基體金屬鍍液配方為NiSO4·6H2O 200～450g/L，NiCl2·6H2O 30～90g/L，H3BO320～40g/L，反應(yīng)溫度45～55℃，PH3.5～5。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體的制備方法，其特征是，步驟c的溫度500～700℃，時(shí)間10～30min，還原在還原性氣氛氫氣或氨分解氣保護(hù)進(jìn)行處理，從而消除鍍層應(yīng)力，還原表面氧化層，然后加熱熔合結(jié)晶顆粒間隙，消除和降低殘余有機(jī)成份和某些有害雜質(zhì)，溫度850～1000℃，時(shí)間20～50min。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體及其制備方法，解決現(xiàn)有金屬載體成型工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本較高的技術(shù)問(wèn)題。汽車(chē)尾氣凈化器催化劑金屬載體，其特征是，為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，骨架基體為金屬鎳或芯部采用金屬銅，外層包覆金屬鎳的骨架基體，孔隙率為30－98％，孔數(shù)為20～60PPI，孔徑為0.5～3mm。制備方法包括以下步驟a.聚氨脂或聚醚泡沫塑料表面作導(dǎo)電化處理，導(dǎo)電化處理可采用化學(xué)鍍法或真空氣相沉積法，涂覆碳基導(dǎo)電涂料；b.電沉積基體金屬，常用鎳或銅包覆鎳；c.在熱解爐中將泡沫塑料基體燃燒、去除。主要用作汽車(chē)尾氣凈化器催化劑的載體。
文檔編號(hào)B01D53/94GK1772382SQ20051002494
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者張正茂, 邢躍文 申請(qǐng)人:上海亞蘭德新能源材料有限公司