一種泥料直接成型與負(fù)載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泥料直接成型并與載體固著的工藝。該泥料可以是催化劑、吸附劑等各類材料或者它們的前驅(qū)物。該工藝可以應(yīng)用于化工、環(huán)保、催化、能源等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]催化劑等材料或者其前驅(qū)物大多需要經(jīng)過(guò)成型后才能夠使用。常用的成型方法是往材料里面加入粘接劑等成型助劑，然后采用擠條、壓片等方式制成顆粒。或者是將材料和助劑制成漿料，通過(guò)浸漬等方式在載體上形成涂層。無(wú)論采用哪種方式，最終往往都需要在較高的溫度下，將這些助劑燒掉。否則助劑會(huì)包裹住材料的表面或者堵塞其孔隙，進(jìn)而影響到材料的性能。相關(guān)的背景知識(shí)，在朱洪法的《催化劑成型》(黑龍江出版社，1992) —書(shū)中有詳細(xì)記載。
[0003]但是有一些材料卻是不能通過(guò)高溫處理來(lái)完成成型和脫除助劑的。例如參考文獻(xiàn)
[I]中所描述的氧化錳材料，具有非常好的室溫吸附和催化氧化甲醛等VOCs的能力，可廣泛應(yīng)用到室內(nèi)空氣凈化以及工業(yè)廢氣凈化等領(lǐng)域。但是當(dāng)處理溫度超過(guò)200攝氏度后，其凈化能力急劇下降。在這個(gè)溫度下，大部分有機(jī)助劑是無(wú)法從材料中脫除的。而加入粘土等無(wú)機(jī)助劑進(jìn)行擠條成型，則又會(huì)大大降低其效果。根據(jù)我們的試驗(yàn)，這種材料即使制成漿料負(fù)載到陶瓷、無(wú)紡布等載體上，由于其在成型中收縮很大，很容易出現(xiàn)涂層開(kāi)裂脫落等現(xiàn)象，效果很不理想。
[0004]另外一種方法，是在某種載體骨架上做一層粘接劑，再將難成型材料的粉體粘附到骨架上，形成可以應(yīng)用的濾網(wǎng)。例如專利CN103157434A中，采用熱熔膠浸漬支撐骨架，然后再在骨架中填充材料粉末。但是這種方法由于只能粘住與膠接觸的一層，具有上載量較小的缺點(diǎn)。此外，對(duì)于一些類似石墨的材料，本身表面強(qiáng)度不夠，膠粘劑即使與材料表面沾上，也很容易剝落，達(dá)不到所需的附著強(qiáng)度。一些膠粘劑還可能會(huì)帶來(lái)污染材料的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]參考文獻(xiàn)
[0006][I]Sidheswaran, et al.Quantitative room-temperature mineralizat1n ofairborne formaldehyde using manganese oxide catalysts.Applied Catalysis B:Environmental，2011，107(1-2):34-41

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一些難成型和負(fù)載的材料，它們?cè)谇膀?qū)物狀態(tài)時(shí)一般通過(guò)調(diào)變合成條件等方法可以獲得一定的粘性而呈泥狀。本發(fā)明提供了一種在這種前驅(qū)體泥料狀態(tài)、不添加助劑和體積收縮大的狀況下，直接成型和負(fù)載的方法，不僅獲得較好的成型效果，同時(shí)在載體上有較大的負(fù)載量。
[0008]本發(fā)明的具體思路為:
[0009](I)泥料通過(guò)一個(gè)多孔模板實(shí)現(xiàn)分割。每個(gè)模板根據(jù)需要具有成千上萬(wàn)個(gè)特定形狀的成型通道，從而將泥料分成相應(yīng)份數(shù)。
[0010](2)在成型的過(guò)程中，每一分連續(xù)的泥料主要分成兩部分:一部分在多孔模板內(nèi)達(dá)成所需形狀，另外一部分滲入載體中起到固定附著的作用。
[0011](3)載體必須具有三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，滲入的泥料與載體形成類似復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，完全通過(guò)物理結(jié)合的方式固著住對(duì)應(yīng)的泥料。
[0012](4)將上述泥料、載體和模板在較低溫度下(如100攝氏度)進(jìn)行干燥定形。泥料的一部分在模板孔內(nèi)收縮，同時(shí)一部分在載體的三維網(wǎng)狀空間內(nèi)收縮。由于這兩部分收縮阻力小，接近同步自由收縮，整體變形和裂紋出現(xiàn)概率小，從而可獲得非常平整均勻的定型效果。載體上的每一份泥料都獨(dú)立自由收縮，彼此不互相影響，克服了收縮大剝落的問(wèn)題。
[0013](5)特別地，在載體和模板之間設(shè)置一個(gè)網(wǎng)格狀(孔隙厚度可調(diào))的界面調(diào)節(jié)層，可以控制滲入載體泥的深度。若不需要與載體附著，可使用低表面能且與泥料沾合力小的不沾布作為界面調(diào)節(jié)成，定型后直接獲得顆粒狀材料。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1泥料成型示意圖
[0015]圖2蜂窩型多孔模板
[0016]圖3泥料在載體上固著的效果圖
[0017]圖4界面調(diào)節(jié)層沒(méi)有孔隙情況下成型得到的顆粒
[0018]圖5沒(méi)有載體情況下成型的效果
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
[0020]圖1給出了泥料成型的示意圖。其中，I為一塊硅橡膠材質(zhì)的多孔模板(厚度Imm)，2為一張PP材質(zhì)的60目網(wǎng)片作為界面調(diào)節(jié)層，3為PP材質(zhì)的具有立體網(wǎng)狀孔的載體(厚度10mm)。I具有1000多個(gè)成型孔，而圖1中只示例性的示意了一個(gè)孔。4圈出了一小份泥料在這樣一個(gè)系統(tǒng)中的分布:一部分留在模板成型孔中，一部分穿過(guò)界面調(diào)節(jié)層，像樹(shù)根一樣滲透在載體的立體網(wǎng)絡(luò)中。
[0021]圖2給出了多孔模板的俯視示意圖。該模板長(zhǎng)寬分別為34cm和24cm，其正中部30cm*24cm的區(qū)域5特別地制作了 1000多個(gè)六角形蜂窩孔6。蜂窩孔6的邊長(zhǎng)為3mm。蜂窩與蜂窩之間的間隙7為2mm。
[0022]依照【背景技術(shù)】中參考文獻(xiàn)[I]的表述，制備了錳氧化物前驅(qū)體1000g。按照?qǐng)D1的順序自上而下疊上多孔模板、界面調(diào)節(jié)層和載體。然后將前驅(qū)體均勻涂在多孔模板上，施加適當(dāng)壓力即上料完成。
[0023]完成上料后，將含有泥料的模板、界面調(diào)節(jié)層和載體一起放入烘箱，在100攝氏度烘干3分鐘定型，可可以觀察到多孔模板里面的泥料有收縮。此時(shí)可以很容易地將多孔蜂窩模板從定型好的泥料之間取出。
[0024]圖3顯示了顆粒附著在載體上的效果。從中顆粒看出顆粒收縮均勻、平整，且牢固附著在載體上。我們觀察到即使載體彎曲也不會(huì)影響顆粒的附著。通過(guò)合理控制載體的密度和厚度，錳氧化物材料的上載量可達(dá)總重的80%以上，是浸漬、粘接等方法的2-5倍。
[0025]實(shí)施例2
[0026]其它步驟同實(shí)施例1。將界面調(diào)節(jié)層由PP網(wǎng)片改為高溫不沾布，如此沒(méi)有泥料可以滲入載體。在定型后可以得到收縮均勻、平整的六邊形片狀錳氧化物顆粒。
[0027]實(shí)施例3
[0028]其它步驟同實(shí)施例1。取消載體，如此相當(dāng)于泥料沒(méi)有固著的地方。在定型后可以觀察到，顆粒很容易從界面調(diào)節(jié)層上脫落，從而得到收縮均勻、平整的六邊形片狀錳氧化物顆粒。圖5給出了該情況的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種泥料直接成型與負(fù)載方法，其特征在于，將泥料壓入自上而下依次層疊在一起的多孔模板、界面調(diào)節(jié)層和載體的裝置，經(jīng)過(guò)后續(xù)的熱處理定型后，泥料形成所需形狀并與載體固著。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔模板，其特征在于采用硅橡膠、聚四氟乙烯或金屬等表面能較低的材料制成，孔的形狀與厚度取決于所需成型形狀的參數(shù)，且其表面自然地或者經(jīng)過(guò)處理后與泥料粘接力很小或者不粘接。
3.如權(quán)利要求1所述的界面調(diào)節(jié)層，其特征在于一層孔徑和厚度可選的網(wǎng)格，控制多孔模板與載體的聯(lián)通面積，進(jìn)而控制泥料進(jìn)入載體的量。
4.如權(quán)利要求1所述的載體，其特征在于具有立體孔隙容納和固定泥料，其結(jié)構(gòu)可以為泡沫體、三維編織物等，孔隙大小和厚度根據(jù)泥料性質(zhì)和所需的泥料和載體結(jié)合強(qiáng)度而定。
5.如權(quán)利要求1所述的熱處理定型，其特征在于包含如下步驟: (1)將泥料以一定壓力填入模板，并視需要確定一部分泥料是否通過(guò)界面調(diào)節(jié)層滲入載體； (2)將填有泥料的模板、界面調(diào)節(jié)層、載體置于所需溫度下干燥一段時(shí)間； (3)待泥料出現(xiàn)收縮后取下模板(或者界面調(diào)層、載體) (4)將泥料(或者與界面調(diào)節(jié)層、載體一起)收集送往后續(xù)處理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種泥料直接成型并與載體固著的工藝，屬于材料成型領(lǐng)域。該工藝采用多孔模板、界面調(diào)節(jié)層和具有立體網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的載體，同時(shí)完成泥料成型并與載體固著。泥料被壓入多孔模板后，其中一部分通過(guò)板孔成型，另外一部分穿過(guò)界面調(diào)節(jié)層后滲入載體的三維孔狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。經(jīng)過(guò)熱處理后，多孔模板內(nèi)的泥料部分收縮脫模，而載體內(nèi)的泥料收縮并與載體牢固復(fù)合。界面調(diào)節(jié)層根據(jù)需要控制滲入載體的泥量。采用本發(fā)明的方法，可以使一些不宜加入粘接劑成型的材料可以通過(guò)完全物理的方式成型并上載到載體上。而且泥料各部分收縮接近自由收縮，成型更加均勻。
【IPC分類】B01J35-02, B01J20-30, B01J20-28
【公開(kāi)號(hào)】CN104785228
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510086746
【發(fā)明人】汪江林, 張 浩, 劉天雷, 張竹君
【申請(qǐng)人】蘇州淳元環(huán)境技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日