專利名稱：含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊及其制備方法，應(yīng)用于汽車尾氣的SCR后處理系統(tǒng)以及FCEV燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的雙重挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，以及新能源汽車的燃料供給技術(shù)方面人們?nèi)匀幻媾R不少的難題。SCR后處理系統(tǒng)是依靠尿素還原劑的精確供給并在催化劑的前端分解成氨氣后來(lái)去除NOX危害物，達(dá)到凈化尾氣的目的，實(shí)現(xiàn)車輛的國(guó)4或以上的標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)。但是，在實(shí)際 使用中，這種依靠尿素分解成氨氣的液體尿素的計(jì)量噴射存在許多不足和難點(diǎn)，例如，尿素溶液在-ire環(huán)境下結(jié)冰堵塞的問(wèn)題，需要額外的管路加熱系統(tǒng)來(lái)解決；尿素溶液在135°C以上的溫度環(huán)境下才能分解，而公交系統(tǒng)的許多車輛走走停停，根本無(wú)法達(dá)到尿素溶液穩(wěn)定的分解溫度的，無(wú)法產(chǎn)出氨氣，無(wú)法消除預(yù)定的NOX成分,最后造成液體尿素在排氣管中的積累，生產(chǎn)三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素噴嘴和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，致使車輛產(chǎn)生故障，影響正常的使用。對(duì)于突破能源困境，解決未來(lái)能源問(wèn)題的新能源汽車發(fā)展問(wèn)題，氫燃料電池被公認(rèn)是一個(gè)極為重要的技術(shù)路線。但是，如何穩(wěn)定的獲得氫氣來(lái)源是個(gè)制約本領(lǐng)域發(fā)展的不小的難題。在所有可能被采用的氫氣來(lái)源方式中，有高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫的技術(shù)路線、有電解水制氫的技術(shù)路線、有高純烴類石油燃料裂解制氫的技術(shù)路線、低分子醇類裂解制氫的技術(shù)路線以及其它H-N的含氫前驅(qū)體分解或裂解制氫的技術(shù)路線。上述技術(shù)路線中，都存在若干問(wèn)題和不足，例如，制氫效率和成本，制氫精度和速率，也包括系統(tǒng)方面的問(wèn)題?？傊?，氫的來(lái)源是燃料電池車輛發(fā)展的瓶頸，需要人們想法進(jìn)行解決。氫的前驅(qū)體其中之一是H-N含氫的化合物，其中，儲(chǔ)氫密度最高的是氨氣。氨氣是一種最常見(jiàn)的化工原料，氨氣分子屬于活潑的極性分子，分子的直徑尺寸約為3 4 A，因此，常溫下非常的活潑，極易擴(kuò)散，并具有毒害性。由此可見(jiàn)，解決好氨氣的使用中儲(chǔ)存和安全問(wèn)題，就可以開(kāi)辟一條新的氨氣利用的技術(shù)路線。傳統(tǒng)的氨氣儲(chǔ)存方式是高壓氣瓶，或者是以高濃度氨氣溶于水形成氨水來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果采用高壓氣瓶來(lái)儲(chǔ)存氨氣，大批量工業(yè)應(yīng)用中存在操作方面和密封方面的安全隱患。在國(guó)家專利信息網(wǎng)，以“儲(chǔ)氨”為主題詞檢索，專利號(hào)為CN201120099229. 7的‘一種氣相法烏洛托品尾氣氨回收裝置’、專利號(hào)為CN201020677361. 7的‘用于冷庫(kù)機(jī)房的配氨連接機(jī)構(gòu)’、專利號(hào)為CN201020269811.9的‘復(fù)合功能型儲(chǔ)氨器’、專利號(hào)為CN200520057558. X的‘一種蒸氨裝置’，是一類對(duì)氨氮工業(yè)廢水進(jìn)行氨氮排脫處理的環(huán)保治理裝置，也不涉及到本發(fā)明中的特征成分。同本發(fā)明不相關(guān)。專利號(hào)為CN201010244091. 5的‘用于對(duì)SCR催化劑的工作進(jìn)行檢驗(yàn)的方法和系統(tǒng)’和專利號(hào)為CN200880104697.X的‘SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法及診斷方法’的這2個(gè)發(fā)明提供了一種用于選擇性催化還原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器和傳統(tǒng)液體尿素分解的氨配給模塊和控制系統(tǒng)，沒(méi)有涉及到化合物的特征成分。專利號(hào)為CN200910197860. 8的‘一種高效低溫儲(chǔ)氨材料的制備方法’的發(fā)明應(yīng)用于SCR后處理系統(tǒng)，特征是把氨基硼烷化合物置于密閉容器中，抽真空，在(T4°C溫度下，與氨接觸，保持3(T60min，制備得到所需產(chǎn)物氨基硼烷氨絡(luò)合物NH3BH3 (NH3) n(n = 1 3);室溫最大儲(chǔ)氨量可達(dá)62. 4wt. %，但是該專利的特種物質(zhì)氨基硼烷的價(jià)格昂貴，具有較高的爆炸危險(xiǎn)和燃燒等級(jí)，不適合普通工業(yè)領(lǐng)域的大批量推廣應(yīng)用。專利號(hào)為CN200580026626. 9的‘存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料’的發(fā)明涉及存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料。該存儲(chǔ)氨的固體材料包括一種氨吸收鹽，其中該氨吸收鹽是通式為Ma(NH3)nXz的離子性鹽，該氨吸收鹽為汽車工業(yè)用氨提供了一種安全、輕質(zhì)、便宜而且致密的存儲(chǔ)。但該專利是把固體原料直接模壓成型，電熱加熱解吸氨氣，更側(cè)重于系統(tǒng)的控制策略，不涉及到混合物的改性和優(yōu)化。 專利號(hào)為CN200580009219. 7的‘儲(chǔ)氨裝置在能量生產(chǎn)中的用途’發(fā)明涉及到一種發(fā)電單元，包含通式為Ma(NH3) nXz的氨吸收與釋放鹽。該專利主要用于燃料電池的，其權(quán)利要求4中提到了特征物質(zhì)為該類鹽或位于多孔載體材料上，但并沒(méi)有聲明是何種材料。CN200710156866. I的‘一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途’的發(fā)明公開(kāi)了一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途。該氨基絡(luò)合物的成分為MXm(NH3)n,式中M為L(zhǎng)i、Mg、Al、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ba、Sn 中的一種或多種；X 為 F、Cl、Br、N03、SO4 中的一種或多種。以脫氨后的氨基絡(luò)合物作為氨的吸收劑，通過(guò)低溫吸氨、高溫放氨實(shí)現(xiàn)氨氣的分離、凈化、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。該專利僅僅涉及到該氨基絡(luò)合物本身的制備工藝和過(guò)程。專利號(hào)為CN200680005886. 2的‘氨的高密度存儲(chǔ)’專利包含氨吸收/解吸固體材料的固體氨存儲(chǔ)和輸送材料，所述已被壓實(shí)到密度大于理論骨架密度的50%的存儲(chǔ)和輸送材料提供固體氨存儲(chǔ)材料，該存儲(chǔ)材料容易制備和處理并且具有極高密度的存儲(chǔ)氨，所述存儲(chǔ)氨在受控條件下容易釋放，即使所述材料的孔隙率非常低仍如此，并且該存儲(chǔ)材料對(duì)于存儲(chǔ)和輸送氨是安全的，不需要特殊的安全措施。該專利是采用固體料直接模壓成型，采用粘結(jié)劑，僅僅聲明了可能是二氧化硅纖維粘結(jié)劑，并沒(méi)有加量比例，其它權(quán)利要求項(xiàng)和實(shí)施例中的也僅僅聲明固體材料可能包括顆粒材料、多孔材料、晶體材料、無(wú)定形材料或它們的結(jié)合物組成，沒(méi)有明確權(quán)利要求細(xì)項(xiàng)，本行業(yè)技術(shù)人士幾乎無(wú)法實(shí)施。鑒于此，本發(fā)明將依托金屬鹽在某些特定條件下可以進(jìn)行氨氣的吸附和解吸的原理，制備出一種儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。該混合物多孔固體樣塊含有一定量的工業(yè)用硅溶膠材料，以解決氯化鍶金屬鹽粉末的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題和吸附率問(wèn)題。這是由于工業(yè)硅溶膠本身性質(zhì)所決定的，硅溶膠為納米級(jí)的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液，屬膠體溶液，無(wú)臭、無(wú)毒。主要優(yōu)點(diǎn)和用途包括用作各種耐火材料粘結(jié)劑，具有粘結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特點(diǎn)；用于涂料工業(yè)，能使涂料牢固，又能抗污防塵、耐老化、防火等功能；用于薄殼精密鑄造，可使殼型強(qiáng)度大、鑄造光潔度高，用其造型比水玻璃造型質(zhì)量好，代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作條件；硅溶膠有較高的比表面積，可用于催化劑制造及催化劑載體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊及其制備方法，其保證了金屬鹽的儲(chǔ)氨特性又提高了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過(guò)程中，還添加了適量的陶瓷纖維，陶瓷纖維的添加降低了混合物多孔固體樣塊整體的重量，提高混合物熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊，由無(wú)水氯化鍶、工業(yè)用硅溶膠和陶瓷纖維混合而成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比將工業(yè)無(wú)水的氯化鍶鹽的粉末55 85wt%，工業(yè)用硅溶膠4 14被％、陶瓷纖維2 8wt%、去離子水4 17wt%和工業(yè)酒精5 10wt%混合而成；各組分混合后調(diào)成半干性的混合粉體，通過(guò)攪拌機(jī)進(jìn)行混合，混合時(shí)間為flOh，該粉體添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩3(T60min，再在6(T80°C，真空度為KTlIKpa的條件下干燥l 4h，或在8(noo°c的溫度下干燥2 4h。本發(fā)明的積極效果是其保證了金屬鹽的儲(chǔ)氨特性又提高了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過(guò)程中，還添加了適量的陶瓷纖維，陶瓷纖維的添加降 低了混合物多孔固體樣塊整體的重量，提高混合物熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命，所制備的混合物多孔固體樣塊是集中使用，滿足大容量氨氣的儲(chǔ)存和釋放的使用要求。


圖I為本發(fā)明吸附氨氣后的熱失重曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例I
將工業(yè)無(wú)水氯化鍶粉末、工業(yè)用硅溶膠、陶瓷纖維、去離子水和和工業(yè)酒精按照重量比55 14 4 17 10的比例進(jìn)行混合，通過(guò)攪拌機(jī)攪拌均勻后形成半干性的混合粉末，攪拌時(shí)間為IOh ;該粉末添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩60min，再在60°C，真空度為KT1Kpa的條件下干燥Ih即可得含有19被％沸石工業(yè)用硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開(kāi)式的密閉容器放入一個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過(guò)減壓閥和干燥系統(tǒng)，在0. IMpa的壓力范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨,充氨時(shí)間為6h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為13. 7g,即吸附氨氣3. 7g。然后再將樣塊在20(TC下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?1. 5g，即釋放了氨氣2. 2g，解吸效率為60%。圖I是該混合物多孔固體樣塊吸附氨氣后的熱失重曲線，氨氣失重率為16%。實(shí)施例2
將工業(yè)無(wú)水氯化鍶粉末、工業(yè)用硅溶膠、陶瓷纖維、去離子水和和工業(yè)酒精按照重量比85 4 2 4 5的比例進(jìn)行混合，通過(guò)攪拌機(jī)攪拌均勻后形成半干性的混合粉末，攪拌時(shí)間為Ih ;該粉末添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩30min，再在180°C，真空度為IKpa的條件下干燥4h即可得含有4wt%工業(yè)用硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開(kāi)式的密閉容器放入一個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過(guò)減壓閥和干燥系統(tǒng)，在0. 5Mpa的壓力范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨，充氨時(shí)間為9h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為14. 6g,即吸附氨氣4. 6g。然后再將樣塊在200°C下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?0. 2g,即釋放了氨氣4. 4g，解吸效率為95%。實(shí)施例3
將工業(yè)無(wú)水氯化鍶粉末、工業(yè)用硅溶膠、陶瓷纖維、去離子水和和工業(yè)酒精按照重量比74 8 8 5 5的比例進(jìn)行混合，通過(guò)攪拌機(jī)攪拌均勻后形成半干性的混合粉末，攪拌時(shí)間為4h ;該粉末添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩45min，再在100°C的溫度下干燥4h，即可得含有9wt%工業(yè)用硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。
·
將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開(kāi)式的密閉容器放入一個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過(guò)減壓閥和干燥系統(tǒng)，在
0.IMpa的壓力范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨,充氨時(shí)間為7h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為14. 3g,即吸附氨氣4. 3g。然后再將樣塊在200°C下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?0g，即釋放了氨氣4. 3g，解吸效率為100%。
權(quán)利要求
1.含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊，由無(wú)水氯化鍶、工業(yè)用硅溶膠和陶瓷纖維混合而成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比將工業(yè)無(wú)水的氯化鍶鹽的粉末55 85wt%，工業(yè)用硅溶膠4 14wt%、陶瓷纖維2 8wt%、去離子水4 17wt%和工業(yè)酒精5 10被％混合而成；各組分混合后調(diào)成半干性的混合粉體，通過(guò)攪拌機(jī)進(jìn)行混合，混合時(shí)間為flOh，該粉體添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩3(T60min，再在6(T80°C，真空度為IO-1IKpa的條件下干燥I 4h，或在8(TlO(rC的溫度下干燥2 4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有硅溶膠的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊，由無(wú)水氯化鍶、工業(yè)用硅溶膠和陶瓷纖維混合而成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比將工業(yè)無(wú)水的氯化鍶鹽的粉末55～85wt%，工業(yè)用硅溶膠4～14wt%、陶瓷纖維2～8wt%、去離子水4～17wt%和工業(yè)酒精5～10wt%混合而成；各組分混合后調(diào)成半干性的混合粉體，通過(guò)攪拌機(jī)進(jìn)行混合，混合時(shí)間為1～10h，該粉體添加到一可敞開(kāi)式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩30～60min，再在60～80℃，真空度為10-1～1KPa的條件下干燥1～4h，或在80～100℃的溫度下干燥2～4h。其保證了金屬鹽的儲(chǔ)氨特性又提高了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過(guò)程中，還添加了適量的陶瓷纖維，陶瓷纖維的添加降低了混合物多孔固體樣塊整體的重量，提高混合物熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命。
文檔編號(hào)B01J20/10GK102716714SQ20121023881
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者于力娜, 姜濤, 安宇鵬, 崔龍, 張克金, 王丹, 王金星, 許德超 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車股份有限公司