汽車(chē)尾氣凈化器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種汽車(chē)尾氣凈化器。該汽車(chē)尾氣凈化器包括：外殼，連接于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間；催化劑芯，包含放置于所述外殼內(nèi)的催化劑；其中，在所述催化劑表面，附著有若干壓電材料納米線。本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器利用壓電材料納米線的壓電特性提高反應(yīng)物向催化劑表面聚集的概率，從而提高催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
【專利說(shuō)明】汽車(chē)尾氣凈化器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種汽車(chē)尾氣凈化器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大氣污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。特別是霧霾天氣的出現(xiàn)使得PM2.5的概念深入人心，也說(shuō)明大氣污染的治理到了刻不容緩的地步。大氣污染的一個(gè)重要來(lái)源是汽車(chē)尾氣的污染。在最近國(guó)務(wù)院出臺(tái)的大氣污染防治“國(guó)十條”中也提到了:提升燃油品質(zhì)，限期淘汰黃標(biāo)車(chē)；根據(jù)污染等級(jí)及時(shí)采取機(jī)動(dòng)車(chē)限行等針對(duì)汽車(chē)尾氣污染的措施。
[0003]目前，汽車(chē)制造商為達(dá)到汽氣尾氣排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)在汽車(chē)尾氣出口處加裝汽車(chē)尾氣凈化器。汽車(chē)尾氣凈化器的工作原理是讓尾氣通過(guò)擔(dān)載有貴金屬催化劑的蜂窩狀載體時(shí)利用高溫氧化還原反應(yīng)將尾氣中未充分燃燒的氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)浠衔锝到獬蔁o(wú)毒無(wú)害的氮?dú)狻⒍趸己退?。然而，目前的汽?chē)尾氣凈化器仍不能完全將污染氣體轉(zhuǎn)化成無(wú)害氣體，因此有必要進(jìn)一步提高汽車(chē)尾氣的轉(zhuǎn)化效率，減輕對(duì)大氣的污染。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于壓電材料納米線的汽車(chē)尾氣凈化器，以提高汽車(chē)尾氣的轉(zhuǎn)化效率，減輕對(duì)大氣的污染。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種汽車(chē)尾氣凈化器。該汽車(chē)尾氣凈化器包括:外殼，連接于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間；催化劑芯，包含放置于外殼內(nèi)的催化劑；其中，在催化劑表面，附著有若干壓電材料納米線。
[0008]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，壓電材料納米線長(zhǎng)徑比6~10，直徑20~50nmo
[0009]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，壓電材料選自于:六方纖鋅礦材料。
[0010]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，六方纖鋅礦材料為以下材料中的一種:ZnO, GaN和鋯鈦酸鉛。
[0011] 優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，壓電材料納米線在催化劑孔道內(nèi)壁的表面占比介于5~8%之間。
[0012]優(yōu)選地,本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，催化劑顆粒的粒徑介于5nm~IOnm之間，其材料選自于以下材料中的一種:Pt、Pd、Rh和CeO2。
[0013]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，催化劑芯為整體式蜂窩狀陶瓷芯，內(nèi)部具有若干獨(dú)立的、連通于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間的催化劑孔道，并且納米線附著在催化劑孔道的內(nèi)壁；或催化劑芯為顆粒狀催化劑填充形成的單床或雙床催化器，并且納米線附著在顆粒狀催化劑的表面。[0014]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，催化劑芯和外殼之間填充軟性減震物。
[0015]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，外殼的材質(zhì)為鋼。
[0016]優(yōu)選地，本實(shí)用新型汽車(chē)尾氣凈化器中，外殼包括:主體段，呈圓筒形，內(nèi)置催化劑芯；第一過(guò)渡段，與主體段相連接，呈朝向主體段的喇叭口形，連接至汽車(chē)尾氣排出口 ;第二過(guò)渡段，與主體段相連接，呈朝向主體段的喇叭口形，連接至外界大氣。
[0017](三)有益效果
[0018]從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型基于壓電材料納米線的汽車(chē)尾氣凈化器利用壓電材料納米線的壓電特性提高反應(yīng)物向催化劑表面聚集的概率，從而提高催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例汽車(chē)尾氣凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1所示汽車(chē)尾氣凈化器催化劑孔道中壓電材料納米線與催化劑顆粒位置關(guān)系的放大圖；
[0021]圖3A為單床催化劑芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3B為雙床催化劑芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0024]本實(shí)用新型提供了一種汽車(chē)尾氣凈化器。該汽車(chē)尾氣凈化器利用壓電材料納米線的壓電特性提高反應(yīng)物向催化劑表面聚集的概率，從而提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0025]在本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種基于壓電材料納米線的汽車(chē)尾氣凈化器。請(qǐng)參照?qǐng)D1，該汽車(chē)尾氣凈化器包括:鋼外殼和設(shè)置于鋼外殼內(nèi)的若干個(gè)催化劑孔道。
[0026]鋼外殼包括:主體段，呈圓筒形；第一過(guò)渡段，呈朝向主體段的喇叭口形，連接于主體段與汽車(chē)尾氣排出口之間；第二過(guò)渡段，呈朝向主體段的喇叭口形，連接于主體段與外界大氣之間。
[0027]本實(shí)施例中，外殼的材質(zhì)為鋼材質(zhì)，但本發(fā)明并不以此為限。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇其他耐高溫，且具有一定強(qiáng)度和韌性的材料來(lái)制作外殼，優(yōu)選為金屬材料。
[0028]優(yōu)選地，催化劑芯為整體式蜂窩狀陶瓷芯，位于鋼外殼的主體段內(nèi)。該催化劑芯具有多條獨(dú)立的，連通于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間的催化劑孔道。由汽車(chē)尾氣排出口進(jìn)入的汽車(chē)尾氣，在進(jìn)入第一過(guò)渡段之后，分別進(jìn)入該多個(gè)催化劑孔道中，最后在第二過(guò)渡段聚集，排出到外界大氣。為了減震，催化劑芯與鋼外殼并不直接接觸，中間填充軟性減震物，如石棉。
[0029]圖2為圖1所示汽車(chē)尾氣凈化器催化劑孔道中壓電材料納米線與催化劑顆粒位置關(guān)系的放大圖。如圖2所示，在催化劑孔道的內(nèi)壁，附著有朝向孔道中心軸線的、條狀的ZnO納米線，孔道表面存在的催化劑顆粒分布于這些ZnO納米線之間。本實(shí)施例中,ZnO納米線長(zhǎng)徑比6?10，直徑20?50nm。
[0030]本實(shí)施例中，納米線的材料為ZnO。此外，納米線的材料還可以為GaN (氮化鎵)，或者PZT (鋯鈦酸鉛)等壓電材料，優(yōu)選為六方纖鋅礦材料。該壓電材料納米線在催化劑孔道內(nèi)壁的表面占比介于5?8%之間。如果納米線在催化劑孔道內(nèi)壁的表面占比超過(guò)8%，就會(huì)對(duì)催化效果產(chǎn)生不利影響。而如果低于5%，則催化效果的改善并不明顯。
[0031]本實(shí)施例中，催化顆料的粒徑介于5nm?IOnm之間，其材料可以為現(xiàn)有汽車(chē)尾氣凈化器的材料，例如Pt、Pd、Rh、Ce02等等。
[0032]以ZnO納米線，Pb催化顆粒為例，ZnO納米線與Pb催化顆粒的復(fù)合涂層的制備可以采用在分散擔(dān)載了催化劑顆料的孔道中進(jìn)行氣-固-固法生長(zhǎng)的辦法。此外，納米線與催化顆粒復(fù)合涂層的制備還可以采用先生長(zhǎng)納米線再分散擔(dān)載催化劑顆粒的方式。
[0033]以下介紹本實(shí)施例汽車(chē)尾氣凈化器的工作原理:當(dāng)尾氣氣流流過(guò)催化劑孔道時(shí)，催化劑孔道上附著的壓電材料納米線會(huì)受力彎曲。因?yàn)閴弘姴牧霞{米線具有壓電性質(zhì)，彎曲應(yīng)變將在壓電材料納米線兩側(cè)產(chǎn)生符號(hào)相反的壓電電荷。這些壓電電荷將在催化劑孔道中形成不均勻的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)會(huì)使反應(yīng)物分子極分形成小偶極子。小偶極子在電場(chǎng)中的受力正比于電場(chǎng)的梯度，因此極化了的反應(yīng)物分子會(huì)受到壓電電荷的吸弓丨，向催化劑顆粒表面匯集，從而提高了催化劑表面上有效反應(yīng)物濃度，使得反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率得到提高。
[0034]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例旋進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本實(shí)用新型基于壓電材料納米線的汽車(chē)尾氣凈化器有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0035]此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀和方法，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換，例如:
[0036](I)催化劑芯也可以采用圖3A所示的單床結(jié)構(gòu)或圖3B所示的雙床結(jié)構(gòu)。在這種催化劑芯中所填充的催化劑顆粒的直徑一般在3_左右。催化劑顆粒由氧化鋁陶瓷材料組成，其表面擔(dān)載貴金屬催化劑的納米顆粒?？衫蒙鲜龅念愃乒に囋趽?dān)載了貴金屬納米顆粒的陶瓷基底上生長(zhǎng)一定密度的壓電材料納米線。由此制成的催化劑顆粒(直徑約為3_)填充在一定容器內(nèi)形成單床或雙床催化器，再將該催化器放置到外殼中形成所需的催化劑芯即可使用。在實(shí)際使用時(shí)，由于顆粒狀催化劑之間會(huì)形成網(wǎng)狀的通道，當(dāng)尾氣通過(guò)這些通道時(shí)，壓電材料納米線亦能起到上述增強(qiáng)催化效率的功效。
[0037]綜上所述，本實(shí)用新型提供一種基于壓電材料納米線的汽車(chē)尾氣凈化器，其利用壓電材料納米線的壓電特性提高反應(yīng)物向催化劑表面聚集的概率，從而提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0038]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，包括: 外殼，連接于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間； 催化劑芯，包含放置于所述外殼內(nèi)的催化劑； 其中，在所述催化劑表面，附著有若干壓電材料納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述壓電材料納米線長(zhǎng)徑比6?10,直徑20?50nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述壓電材料選自于:六方纖鋅礦材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述六方纖鋅礦材料為以下材料中的一種:ZnO、GaN和鋯鈦酸鉛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述壓電材料納米線在催化劑孔道內(nèi)壁的表面占比介于5?8%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述催化劑顆粒的粒徑介于5nm?IOnm之間，其材料選自于以下材料中的一種:Pt、Pd、Rh和Ce02。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述催化劑芯為整體式蜂窩狀陶瓷芯，內(nèi)部具有若干獨(dú)立的、連通于汽車(chē)尾氣排出口和外界大氣之間的催化劑孔道，并且所述納米線附著在所述催化劑孔道的內(nèi)壁；或 所述催化劑芯為顆粒狀催化劑填充形成的單床或雙床催化器，并且所述納米線附著在所述顆粒狀催化劑的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于:所述催化劑芯和外殼之間填充軟性減震物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述外殼的材質(zhì)為鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)尾氣凈化器，其特征在于，所述外殼包括: 主體段，呈圓筒形，內(nèi)置所述催化劑芯； 第一過(guò)渡段，與所述主體段相連接，呈朝向所述主體段的喇叭口形，連接至所述汽車(chē)尾氣排出口 ； 第二過(guò)渡段，與所述主體段相連接，呈朝向所述主體段的喇叭口形，連接至所述外界大氣。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK203532024SQ201320557484
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】張愛(ài)華, 劉偉, 張巖, 王中林 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心