一種骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體的制備方法，屬于催化劑載體制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔陶瓷是一種新型陶瓷材料。陶瓷材料在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中均有或多或少的氣孔，不可能完全是在理論密度下生成，所以為了提高陶瓷的性能，要通過(guò)多種手段來(lái)盡可能的消除其中存在的氣相部分。而多孔陶瓷材料則是在保持一定力學(xué)性能的條件下盡可能生成較多的孔洞和較為理想的孔結(jié)構(gòu)，最好能實(shí)現(xiàn)孔的結(jié)構(gòu)和大小可以控制。多孔陶瓷材料的性能較好，優(yōu)點(diǎn)較多如具有良好的透過(guò)性、較低的密度、較高的硬度、比表面積大、以及耐高溫、耐腐姓等優(yōu)良特性，從而廣泛地應(yīng)用于冶金、環(huán)保、化工、能源、生物、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，可以作為過(guò)濾材料、分離材料、隔熱材料、吸收噪聲、化工填料、生物陶瓷、化學(xué)傳感器等。
[0003]蜂窩陶瓷是由許多平行貫通的孔道組成的陶瓷，因其耐沖擊，重量輕等特點(diǎn)，多用于作為汽車尾氣催化劑載體上。目前，陶瓷載體多釆用堇青石為基體，主要利用堇青石蜂窩陶瓷孔壁薄，熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，但是由于堇青石蜂窩陶瓷燒成范圍窄，熱導(dǎo)率低，負(fù)載的催化劑易脫落而導(dǎo)致催化失效，也限制了其推廣應(yīng)用。
[0004]生物質(zhì)碳化硅陶瓷是一種以木材等天然可再生資源為基礎(chǔ)通過(guò)有機(jī)一無(wú)機(jī)轉(zhuǎn)變，獲得一種新型碳化硅陶瓷材料，它不僅具有碳化硅陶瓷的普通性能而且具有獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)。生物質(zhì)碳化硅陶瓷同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):1、具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)仿生材料特征。2、低成本，在非常低的溫度下就可以進(jìn)行。3、不需要使用添加劑。4、加工速度快，可以充分利用骨炭本身的孔隙構(gòu)造，其孔隙構(gòu)造具有合理的力學(xué)特征并利于液體流動(dòng)。5、制備的材料形狀利于加工。6、比其它方法制備的碳化硅陶瓷表現(xiàn)出更優(yōu)異的力學(xué)性能。7、充分利用可再生資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前常用的蜂窩陶瓷多釆用堇青石為基體，主要利用堇青石蜂窩陶瓷孔壁薄，熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，但是由于堇青石蜂窩陶瓷燒成范圍窄，熱導(dǎo)率低，負(fù)載的催化劑易脫落而導(dǎo)致催化失效的缺陷，提供了一種以動(dòng)物骨頭為原料，經(jīng)炭化研磨和硅溶膠滲透沉積后，輔以自制淀粉造孔劑攪拌制漿，噴霧干燥后壓制制坯煅燒后即得骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體，該方法以可再生的動(dòng)物骨料代替不可再生的堇青石制備出比表面積更大、機(jī)械性能更優(yōu)異的碳化硅蜂窩陶瓷作為催化劑載體，既解決了堇青石蜂窩陶瓷燒成范圍窄，熱導(dǎo)率低，負(fù)載的催化劑易脫落而導(dǎo)致催化失效的缺陷，同時(shí)以可再生資源代替不可再生的礦物材料，制備過(guò)程更加綠色環(huán)保，且充分發(fā)揮出了碳化硅陶瓷耐腐蝕、耐高溫、比表面積大、低密度、高硬度和良好通透性的優(yōu)點(diǎn)，使產(chǎn)品具有更穩(wěn)定、更高效的負(fù)載能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)稱取2?3kg肉類加工廠遺留的動(dòng)物骨頭，先放入鍋中在95?100°C的溫度下蒸煮I?2h對(duì)骨料進(jìn)行脫脂處理，再將脫脂后的動(dòng)物骨頭瀝干水分后放入骨料粉碎機(jī)粉碎成粒徑為5?I Omm的碎片，放入烘箱烘干至恒重；
(2)將上述烘干后的骨料碎片放入炭化爐中并向爐中通入氬氣直至置換出爐內(nèi)空氣，先以5°C/min的速率程序升溫至100?150°C預(yù)炭化20?30min，再提高速率至10°C/min，升溫至250?350°C，炭化2?3h后得到動(dòng)物骨炭，將得到的動(dòng)物骨炭放入瑪瑙研缽研磨成粉，過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得骨炭粉，備用；
(3)取10?20g玉米淀粉倒入500mL錐形瓶中，向瓶中繼續(xù)加入200?300mL蒸餾水后移入超聲分散儀中，以100?200W的功率超聲分散10?20min得淀粉懸浮液，再將其水浴加熱至70?80°C使淀粉充分溶脹20?30min后得淀粉造孔劑；
(4)將500?600g上述備用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入I?2L硅溶膠和200?300mL聚乙烯醇，放置在磁力攪拌機(jī)上，以700?800r/min的速率快速攪拌，在攪拌的過(guò)程中，將100?200mL淀粉造孔劑分2?3次滴入陶瓷罐中，控制滴加速度使其80?90min內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)攪拌I?2h，得碳化硅粉漿料；
(5)將得到的碳化硅粉漿料裝入噴霧造粒機(jī)的霧化槍中，在300?400°C的溫度下噴霧造粒，得到的造粒粉經(jīng)烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再將干燥后的造粒粉裝入壓制機(jī)的不銹鋼模具中，以50?70MPa的壓力保壓壓制3?5min，壓制機(jī)的合模速率為0.1?0.3mm/min，制得骨炭基碳化娃還體；
(6)將制得的骨炭基碳化硅坯體放入管式電阻爐中，以10°C/min的速率程序升溫至500?600°C，保溫預(yù)熱5?1min后再以20°C/min的速率升溫至1800?2000°C，煅燒2?3h后即得一種骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體。
[0007]所述的硅溶膠是由甲基三乙氧基硅烷、蒸餾水和無(wú)水乙醇按摩爾比為1:4: 2混合，于60?80°C下復(fù)配反應(yīng)而成。
[0008]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:本發(fā)明制得的骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體密度為2?3g/cm3，抗彎強(qiáng)度為200?210MPa，將本發(fā)明制得的催化劑載體采用浸漬法浸入重金屬離子溶液中，超聲振蕩浸泡10?12h后，先放入烘箱在50?60°C下干燥20?30min，再放入馬弗爐以200?300°C的溫度煅燒I?2h后即可制得相應(yīng)催化劑。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明制得的催化劑載體以可再生的動(dòng)物骨料代替不可再生的堇青石制備出比表面積更大、機(jī)械性能更優(yōu)異的碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體，既解決了堇青石蜂窩陶瓷燒成范圍窄，熱導(dǎo)率低，負(fù)載的催化劑易脫落而導(dǎo)致催化失效的缺陷，同時(shí)以可再生資源代替不可再生的礦物材料，制備過(guò)程更加綠色環(huán)保，且充分發(fā)揮出了碳化硅陶瓷耐腐蝕、耐高溫、比表面積大、低密度、高硬度和良好通透性的優(yōu)點(diǎn)，使產(chǎn)品具有更穩(wěn)定、更高效的負(fù)載能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0010]稱取2?3kg肉類加工廠遺留的動(dòng)物骨頭，先放入鍋中在95?100°C的溫度下蒸煮I?2h對(duì)骨料進(jìn)行脫脂處理，再將脫脂后的動(dòng)物骨頭瀝干水分后放入骨料粉碎機(jī)粉碎成粒徑為5?1mm的碎片，放入烘箱烘干至恒重;將上述烘干后的骨料碎片放入炭化爐中并向爐中通入氬氣直至置換出爐內(nèi)空氣，先以5°C/min的速率程序升溫至100?150°C預(yù)炭化20?30min，再提高速率至10°C/min，升溫至250?350°C，炭化2?3h后得到動(dòng)物骨炭，將得到的動(dòng)物骨炭放入瑪瑙研缽研磨成粉，過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得骨炭粉，備用；取10?20g玉米淀粉倒入500mL錐形瓶中，向瓶中繼續(xù)加入200?300mL蒸饋水后移入超聲分散儀中，以100?200W的功率超聲分散10?20min得淀粉懸浮液，再將其水浴加熱至70?80°C使淀粉充分溶脹20?30min后得淀粉造孔劑;將500?600g上述備用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入I?2L硅溶膠和200?300mL聚乙烯醇，放置在磁力攪拌機(jī)上，以700?800r/min的速率快速攪拌，在攪拌的過(guò)程中，將100?200mL淀粉造孔劑分2?3次滴入陶瓷罐中，控制滴加速度使其80?90min內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)攪拌I?2h，得碳化硅粉漿料;將得到的碳化硅粉漿料裝入噴霧造粒機(jī)的霧化槍中，在300?400°C的溫度下噴霧造粒，得到的造粒粉經(jīng)烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再將干燥后的造粒粉裝入壓制機(jī)的不銹鋼模具中，以50?70MPa的壓力保壓壓制3?5min，壓制機(jī)的合模速率為0.1?0.3mm/min，制得骨炭基碳化娃還體;將制得的骨炭基碳化硅坯體放入管式電阻爐中，以10°C/min的速率程序升溫至500?600°C，保溫預(yù)熱5?10min后再以20°C/min的速率升溫至1800?2000°C，煅燒2?3h后即得一種骨炭基多孔碳化硅蜂窩陶瓷催化劑載體。
[0011]所述的硅溶膠是由甲基三乙氧基硅烷、蒸餾水和無(wú)水乙醇按摩爾比為1:4: 2混合，于60?80°C下復(fù)配反應(yīng)而成。
[0012]實(shí)例I
稱取2kg肉類加工廠遺留的動(dòng)物骨頭，先放入鍋中在95°C的溫度下蒸煮Ih對(duì)骨料進(jìn)行脫脂處理，再將脫脂后的動(dòng)物骨頭瀝干水分后放入骨料粉碎機(jī)粉碎成粒徑為5_的碎片，放入烘箱烘干至恒重;將上述烘干后的骨料碎片放入炭化爐中并向爐中通入氬氣直至置換出爐內(nèi)空氣，先以5°C/min的速率程序升溫至100°C預(yù)炭化20min，再提高速率至10°C/min，升溫至250°C，炭化2h后得到動(dòng)物骨炭，將得到的動(dòng)物骨炭放入瑪瑙研缽研磨成粉，過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得骨炭粉，備用；取1g玉米淀粉倒入500mL錐形瓶中，向瓶中繼續(xù)加入200mL蒸餾水后移入超聲分散儀中，以100W的功率超聲分散1min得淀粉懸浮液，再將其水浴加熱至70°C使淀粉充分溶脹20min后得淀粉造孔劑;將500g上述備用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入IL硅溶膠和20