含有硅藻泥的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含有硅藻泥的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的制備方法，屬于柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器及其制造材料和方法，應(yīng)用于催化劑涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性好、油耗低，由于其壓縮比高，廢氣排放總量和污染物排放總量均高于汽油機(jī)，尤其碳煙顆粒物(PM)含量，是汽油機(jī)的40到100倍，因此對(duì)于柴油機(jī)碳煙顆粒物的凈化尤顯重要。機(jī)動(dòng)車的尾氣排放已經(jīng)成為城市環(huán)境污染的一個(gè)主要的污染源。針對(duì)機(jī)動(dòng)車的排放法規(guī)也已經(jīng)在逐步加嚴(yán)。
[0003]由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的機(jī)動(dòng)車輛排出的尾氣中，不僅包括一氧化碳(C0)和氮氧化物(NOx)，而且還包括來(lái)源于燃料在充分情況下產(chǎn)生的多種組分。所屬組分不僅包括碳?xì)浠衔?HC)，還有碳煙或是被稱為“煙炱”的顆粒污染物。一氧化碳(C0)，氣態(tài)碳?xì)浠衔?HC)以及未充分燃燒的有機(jī)物會(huì)附著在碳煙顆粒上面，形成所謂的揮發(fā)性有機(jī)物(V0F)。
[0004]通過(guò)選擇性催化還原(SCR)技術(shù)可以將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)化成無(wú)害的氮?dú)夂退?。而揮發(fā)性有機(jī)組分以及碳煙顆粒可以通過(guò)氧化性的催化轉(zhuǎn)化器將其除去。
[0005]硅藻泥產(chǎn)品具備獨(dú)特的“分子篩”結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的物理吸附性和離子交換功能，可以有效去除氣體中的有害物質(zhì)。通過(guò)對(duì)硅藻泥進(jìn)行改性，可以使硅藻泥具備適合汽車尾氣后處理的功能。通常是使用硅藻泥作為集體，負(fù)載具有氧化催化活性的催化劑或是具有選擇性催化還原活性的催化劑材料。
[0006]國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者長(zhǎng)期以來(lái)都在致力于廢氣中顆粒物(PM)的排放治理工作，通常認(rèn)為柴油機(jī)顆粒物過(guò)濾器(DPF)是去除顆粒物的有效手段，但常規(guī)DPF需要再生以滿足背壓要求，其中一種方法是在DPF上涂覆氧化型催化劑來(lái)降低微粒燃燒溫度，常用催化劑為貴金屬催化劑，這種工藝成本較高，并且需要涂覆過(guò)程，本發(fā)明采用氧化型分子篩催化劑作為DPF再生催化劑，同時(shí)利用分子篩理化性質(zhì)與載體材料相近，可以共同加工、共同燒結(jié)的特點(diǎn)，直接制作成具有催化氧化功能的柴油機(jī)顆粒捕獲器，與常規(guī)DPF相比，既降低了成本，又減少了涂覆工藝，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明制作的DPF可滿足國(guó)5排放標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種含有硅藻泥的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的制備方法，其使用了硅藻泥材料作為基礎(chǔ)原料，提高對(duì)尾氣中有害物質(zhì)的吸附能力，如對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物(V0F)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:含有硅藻泥的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的制備方法，其特征在于:顆粒過(guò)濾器基體材料中含有硅藻泥，并且添加有具有氧化功能的物質(zhì)，氧化功能的物質(zhì)以分子篩材料為主體，這里的分子篩材料不是指具有氧化功能的負(fù)載型分子篩材料，這里的分子篩材料是空白分子篩材料，無(wú)催化劑功能，負(fù)載有銅元素，鐵元素，稀土元素的單質(zhì)或者這些元素的陽(yáng)離子，或者這些元素的氧化物構(gòu)成的復(fù)合材料，銅元素負(fù)載量為1°/『20%，鐵元素負(fù)載量為1°/『15%，同時(shí)負(fù)載銅鐵元素，銅:鐵比例為1:1~2:1;
顆粒過(guò)濾器載體材料混合物主要原料為氧化鋁30%~50%、二氧化硅10%~30%、氧化鎂10%~20%、硅藻泥10%~15%、成孔材料、石墨2%~5%、有機(jī)材料1%~5%、聚丙烯酰胺1%~5%、鋸末粉、以及具有氧化功能的負(fù)載型分子篩材料100/『15%;
顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的具體制備步驟如下:
1)無(wú)機(jī)粉末為氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂，將無(wú)機(jī)粉末按照摩爾比2:5:2的比例進(jìn)行混合，娃藻泥添加量為1%~35%與純水混合攪拌，純水和氧化鋁、二氧化娃、氧化鎂、娃藻泥無(wú)機(jī)粉末的比例為1:1~3:2;
2)然后在無(wú)機(jī)粉末混合物中加入有機(jī)材料混合攪拌均勻，加入鋸末粉，加入量為1°/『3%，然后加入具有氧化功能的負(fù)載型分子篩，加入量為1~20%，混合攪拌均勻形成泥漿，將泥漿放入球磨機(jī)中球磨，脫水干燥后，室溫通風(fēng)靜置12~36h或是105°C烘箱干燥8~24h，制成具備氧化性催化劑功能的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物；
3)將顆粒過(guò)濾器載體材料混合物，經(jīng)過(guò)和泥，練泥制成可以擠出載體生料泥，顆粒過(guò)濾器載體材料混合物與水的比例為2:1~1: 1，然后擠出構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)，通過(guò)非對(duì)稱交替堵孔，制成壁流式載體生坯后，脫水干燥，脫水干燥為常溫，通風(fēng)靜置24~36小時(shí)，或者烘箱105°C，烘干6~8小時(shí)，脫水干燥后，高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100°C ~1700°C，更優(yōu)的燒結(jié)溫度1050°C ~1150°C，時(shí)間2~16小時(shí)，更優(yōu)化時(shí)間為8~12小時(shí)，制成顆粒過(guò)濾器載體；
4)顆粒過(guò)濾器載體的進(jìn)氣側(cè)或是排氣側(cè)，或者兩側(cè)全部，可以使用涂覆的方法在載體表面形成含有硅藻泥的氧化催化活性的負(fù)載型分子篩涂層，涂層采用浸涂或是真空涂覆，燒結(jié)溫度為1000°C ~1200°C，時(shí)間2~6小時(shí)；涂層涂覆量為30~300g/L，更優(yōu)的涂覆量100~200g/Lo
[0009]所述的有機(jī)材料為機(jī)油、聚丙酰胺。
[0010]本發(fā)明的積極效果是使用具有獨(dú)特的類“分子篩”結(jié)構(gòu)硅藻泥作為載體材料，該材料具有極強(qiáng)的物理吸附和離子交換功能，可以有效的去除其中的有害物質(zhì)，同時(shí)加入氧化型負(fù)載型分子篩催化劑相比傳統(tǒng)貴金屬催化劑材料大大的降低了系統(tǒng)的成本，簡(jiǎn)化了催化劑的涂覆工藝，提高了生產(chǎn)效率和處理效果，相比主動(dòng)再生策略降低了燃油消耗率，具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為娃藻泥微觀結(jié)構(gòu)。
[0012]圖2為硅藻泥/ZSM-5復(fù)合顆粒過(guò)濾器混合材料。
[0013]圖3為L(zhǎng)a/Ce硅藻泥復(fù)合顆粒過(guò)濾器混合材料。
[0014]圖4為Mn/Ce/ZSM-5硅藻泥復(fù)合顆粒過(guò)濾器混合材料。
[0015]圖5為Co/Ce/ZSM-5催化顆粒過(guò)濾器。
[0016]圖6為Mn/Ce/Sr/ZSM-5催化顆粒過(guò)濾器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:如圖1所示，含有硅藻泥的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的制備方法，其特征在于:顆粒過(guò)濾器基體材料中含有硅藻泥，并且添加有具有氧化功能的物質(zhì)，氧化功能的物質(zhì)以分子篩材料為主體，這里的分子篩材料不是指具有氧化功能的負(fù)載型分子篩材料，這里的分子篩材料是空白分子篩材料，無(wú)催化劑功能，負(fù)載有銅元素，鐵元素，稀土元素的單質(zhì)或者這些元素的陽(yáng)離子，或者這些元素的氧化物構(gòu)成的復(fù)合材料，銅元素負(fù)載量為1°/『20%，鐵元素負(fù)載量為同時(shí)負(fù)載銅鐵元素，銅:鐵比例為1:1~2:1;
顆粒過(guò)濾器載體材料混合物主要原料為氧化鋁30%~50%、二氧化硅10%~30%、氧化鎂10%~20%、硅藻泥10%~15%、成孔材料、石墨2%~5%、有機(jī)材料1%~5%、聚丙烯酰胺1%~5%、鋸末粉、以及具有氧化功能的負(fù)載型分子篩材料100/『15%;
顆粒過(guò)濾器載體材料混合物的具體制備步驟如下:
無(wú)機(jī)粉末為氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂，將無(wú)機(jī)粉末按照摩爾比2:5:2的比例進(jìn)行混合，娃藻泥添加量為1%~35%與純水混合攪拌，純水和氧化鋁、二氧化娃、氧化鎂、娃藻泥無(wú)機(jī)粉末的比例為1:1~3:2;
然后在無(wú)機(jī)粉末混合物中加入有機(jī)材料混合攪拌均勻，加入鋸末粉，加入量為1%~3%，然后加入具有氧化功能的負(fù)載型分子篩，加入量為1~20%，混合攪拌均勻形成泥漿，將泥漿放入球磨機(jī)中球磨，脫水干燥后，室溫通風(fēng)靜置12~36h或是105°C烘箱干燥8~24h，制成具備氧化性催化劑功能的顆粒過(guò)濾器載體材料混合物；
將顆粒過(guò)濾器載體材料混合物，經(jīng)過(guò)和泥，練泥制成可以擠出載體生料泥，顆粒過(guò)濾器載體材料混合物與水的比例為2:1~1:1，然后擠出構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)，通過(guò)非對(duì)稱交替堵孔，制成壁流式載體生坯后，脫水干燥，脫水干燥為常溫，通風(fēng)靜置24~36小時(shí)，或者烘箱105°C，烘干6~8小時(shí)，脫水干燥后，高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100°C ~1700°C，更優(yōu)的燒結(jié)溫度1050°C ~1150°C，時(shí)間2~16小時(shí)，更優(yōu)化時(shí)間為8~12小時(shí)，制成顆粒過(guò)濾器載體；
顆粒過(guò)濾器載體的進(jìn)氣側(cè)或是排氣側(cè)，或者兩側(cè)全部，可以使用涂覆的方法在載體表面形成含有硅藻泥的氧化催化活性的負(fù)載型分子篩涂層，涂層采用浸涂或是真空涂覆，燒結(jié)溫度為1000 °C -1200 °C,時(shí)間2~6小時(shí)；涂層涂覆量為30~300g/L，更優(yōu)的涂覆量100~200g/Lo
[0018]所述的有機(jī)材料為機(jī)油、聚丙酰胺。
[0019]實(shí)施例1
1、在5L去離子水中，依次加入氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅，比例為10:10:25(摩爾)，硅藻泥2kg，ZSM-5負(fù)載型分子篩1kg，攪拌至均勾；隨后加入成孔材料石墨粉0.05kg，鋸末粉
0.1kg，攪拌混合均勾；
2、加入機(jī)油0.3kg，聚丙稀酰胺0.1kg，放入球磨機(jī)中球磨，轉(zhuǎn)速為20Hz、料球比1:2，球磨 20h ；