专利名称：导电型蜂窝陶瓷催化剂载体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种车用催化剂载体，更具体地说，本发明涉及一种汽车尾气催化净化器采用的陶瓷载体材料。同时，本发明还涉及所述催化剂载体的制备方法。
背景技术：
现代社会的发展使汽车保有量出现了大幅度增长，而尾气排放所产生的污染也大量增加。汽车集中的发达地区，特别是大城市。尾气排放产生的污染已占这些地区大气污染的50％～60％。随着人们对生存环境的重视，降低汽车尾气排放，治理尾气污染已成为国内外关注的话题。从技术上而言，降低汽车尾气排放的措施有机前措施、机内措施和机后措施等三种方法。目前国内外主要是采用机后措施，即用催化净化的方法来降低尾气污染物的排放。汽车尾气催化净化器主要由外壳、载体和催化剂三部分组成。载体的性能直接影响着催化剂的活性，影响净化效果。
现有汽车催化剂载体通常采用堇青石蜂窝载体材料，该材料由美国康宁公司生厂，在世界范围内已经取得广泛应用。但是，它也有许多不足，如热容大，启动需要很长时间，至少需要3～10分钟，才能够使催化剂有效工作。而研究表明，启动后3～10分钟是汽车污染最严重的时候，催化剂的滞后活化使启动后的汽车尾气不能及时得到净化，污染环境的问题并未得到彻底解决。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在汽车启动时就能得到活化的导电型蜂窝陶瓷催化载体，从而达到即时净化尾气的目的。本发明同时提供一种制备导电型蜂窝陶瓷催化载体的方法。该法原料丰富，成本低廉，工艺合理，成型容易。
本发明的技术方案如下1.本发明提供的导电型蜂窝陶瓷催化载体可由下述方法制备获得(1)该法采用矿山提纯的钛白粉或者提纯的钛粉或者提纯的氧化铁粉、三氧化二硼或者石墨粉、普通工业纯铝粉为原料，其中原料组份的重量百分比分别为TiO2∶B2O3∶Al＝32％～33.3％∶28％～29.1％∶37.6％～40％；TiO2∶C∶Al＝57.1％～62.5％∶9.4％～17.2％∶25.7％～28.1％；Fe2O3∶C∶Al＝61.1％～70.8％∶5.3％～18.3％∶20.6％～23.9％；Ti∶C＝60％～80％∶40％～20％。
(2)将所述原料粉末均匀混合，加入占整个原料重量1％～10％的有机粘接剂粘接成泥团。
(3)采用挤压成型技术，形成100孔～1200孔/平方英寸的蜂窝型陶瓷素胚。
(4)将蜂窝型陶瓷素胚在200℃～400℃下进行热处理，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，得到的成品，即为所需的导电型蜂窝陶瓷催化剂载体。
其中步骤(2)所述的有机粘接剂为水溶性或醇溶性高分子材料，例如乙酸纤维素、松香、阿拉伯树胶、PVA或者是聚乙二醇等。
其中步骤(4)所述的热处理时间为0.5-2.0小时。
本发明的基本原理和有益效果本发明采用物理研究中的愈渗(渗流)原理，使一个基体为非导电陶瓷为主的(非导电陶瓷+导电陶瓷)或(陶瓷+金属)的复合体系获得足够的导电和导热性能，由此制得可导电的廉价的陶瓷或陶瓷-金属复合材料。基本要求是导电相的体积或重量比应该超过渗流极限，在通常三维材料中该比值应该至少为12％-40％，该百分比不仅决定于材料种类，还决定于材料的微观结构，对于具体的材料有具体的下限值。应用先进的挤压成型技术形成多孔的蜂窝陶瓷胚体。采用烧结或自蔓延高温合成技术形成导电型蜂窝陶瓷载体。可以通过调节配方达到适当的导电、导热、热膨胀、孔隙率和力学机械性能等特殊要求。
本发明制备的导电型蜂窝陶瓷载体有以下几个突出的性能特点①由于采用先进的挤压成型工艺，蜂窝陶瓷载体单位表面积的直孔数众多，可在100-1200孔/平方英寸，有利于催化剂和尾气的充分接触；②载体由于用自蔓延技术制备，孔壁上形成及其丰富的微细孔(孔的大小和分布可以用粘接剂或造孔剂加以调节)，有利于催化剂的负载，同时也有利于柴油机烟尘的捕集；③自蔓延高温合成后，所述催化剂载体具有很好的导电性能，电导率达到和接近一般金属(由渗流原理和原料配方得到保证)，可以用短路加热的方法在5-30秒内达到汽车催化剂起燃温度(300-400℃)，很好地起到汽车启动时催化剂就可以启动并正常工作的目的，减少启动污染，同时，如果用于柴油机烟尘的捕集，还可以定期用电加热的方法除去捕集的烟尘，保证柴油机烟尘捕集器的畅通和有效工作。
本发明使用初级矿山或化工产品，制备导电型蜂窝陶瓷载体；原料来源简单、便易，成型容易，烧结采用自蔓延方法，大大简化了生产过程，得到的陶瓷体虽然多孔，但导电、导热、机械强度足以用于汽车、化工等行业的催化载体。本发明具有十分广泛的应用范围，例如冶金行业的熔渣过滤、热交换；陶瓷-金属复合材料的制备；环境处理问题中的污水过滤净化等；化工行业中的催化载体；航空、航天材料的制备等。本发明提供的新型导电型蜂窝陶瓷催化载体首先可用于汽车尾气的处理，并可推广应用于柴油机车的尾气净化问题，用于捕集、分解烟尘及有害气体。本发明解决了催化剂的立即启动问题，减少对环境的污染，对解决环境保护问题起到积极的推动作用。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式通过下面给出的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。
实施例1以矿山提纯的钛白粉(TiO2)，矿山提纯的三氧化二硼粉(B2O3)，普通工业纯铝粉(Al)为原料，三种粉末的纯度均为98％，颗粒度均＞200目，将以上三种粉末按Al∶TiO2∶B2O3＝37.6％∶33.3％∶29.1％的重量百分比均匀混合，加入2％阿拉伯树胶，形成料团，用挤压技术形成蜂窝型陶瓷载体陶胚。在200℃下热处理0.5-2小时，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，即得成品。产品性能分析表如下样品尺寸φ20×30
实施例2除了原料的百分重量比为Al∶TiO2∶B2O3＝40％∶32％∶28％，加入10％的阿拉伯树胶粘接，在400℃进行热处理外，其他过程同实施例1，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例3除了原料的百分重量比为Al∶TiO2∶B2O3＝38.8％∶32.6％∶28.6％，加入5％的阿拉伯树胶粘接，在300℃进行热处理外，其他过程同实施例1，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例4以矿山提纯的钛白粉(TiO2)，普通工业纯铝粉(Al)，石墨粉为原料，三种粉末的纯度均为98％，颗粒度均＞200目，将以上三种粉末按Al∶TiO2∶C＝28.1％∶62.5％∶9.4％的重量百分比均匀混合，加入10％PVA粘接，形成料团，用挤压技术形成蜂窝型陶瓷载体陶胚。在400℃下热处理0.5-2小时，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，即得成品。产品主要含α-Al2O3和TiC。样品尺寸φ20×30
实施例5除了原料的百分重量比为Al∶TiO2∶C＝40％∶37％∶23％，加入5％PVA粘接，在400℃进行热处理外，其他过程同实施例4，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例6除了原料的百分重量比为Al∶TiO2∶C＝35％∶33％∶32％，加入2％的PVA粘接，在400℃进行热处理外，其他过程同实施例4，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例7以提纯的钛粉(Ti)、石墨粉为原料，将以上两种粉末按Ti∶C＝60％∶40％的重量百分比均匀混合，以2％的PVA粘接，形成料团，用挤压技术形成蜂窝型陶瓷载体陶胚。在400℃条件下热处理，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成。产品主要含TiC和石墨。
样品尺寸φ20×30
实施例8
除了原料的百分重量比为Ti∶C＝80％∶20％，加入5％的PVA粘接，其他过程同实施例7，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例9除了原料的百分重量比为Ti∶C＝70％∶30％，加入10％的PVA粘接，其他过程同实施例7，制得成品。
样品尺寸φ20×30
实施例10以提纯的氧化铁粉、石墨粉、普通的工业纯铝粉为原料，三种原料粉末的纯度均为98％，颗粒均＞200目；将以上粉末按Fe2O3∶Al∶C＝1∶2∶1～4摩尔比均匀混合，以5％的阿拉伯树胶粘接，形成料团，用挤压技术形成蜂窝型陶瓷载体陶胚。在200-400℃条件下热处理，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成。产品为铁碳合金和氧化铝。
权利要求
1.一种导电型蜂窝陶瓷催化剂载体，可由下述方法制备获得以矿山提纯的钛白粉或者提纯的钛粉、石墨粉、普通工业纯铝粉为原料，其中原料组份的重量百分比为，TiO2∶C∶Al＝57.1％～62.5％∶9.4％～17.2％∶25.7％～28.1％；将原料粉末均匀混合，加入占整个原料重量1％～10％的有机粘接剂粘接成团；经挤压形成蜂窝型陶胚，经热处理并用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，得到的成品即为导电型蜂窝陶瓷催化剂载体。
2.一种导电型蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法，该方法包括下述顺序的步骤(1)以矿山提纯的钛白粉或者提纯的钛粉、石墨粉、普通工业纯铝粉为原料，其中原料组份的重量百分比为，TiO2∶C∶Al＝57.1％～62.5％∶9.4％～17.2％∶25.7％～28.1％；(2)将所述原料粉末均匀混合，加入占整个原料重量1％～10％的有机粘接剂粘接成团；(3)采用挤压成型技术，形成100孔～1200孔/平方英寸的蜂窝型陶瓷胚体；(4)将蜂窝型陶瓷胚体在200℃～400℃下进行热处理，然后用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，得到的成品，即为所需的导电型蜂窝陶瓷催化剂载体。
3.根据权利要求2所述的导电型蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法，其中在步骤(2)中加入有机粘接剂，所述的有机粘接剂选自乙酸纤维素、松香、阿拉伯树胶、PVA或者是聚乙二醇中的一种，或它们的混合物。
全文摘要
一种导电型蜂窝陶瓷催化剂载体及其制备方法。涉及一种车用催化剂载体。由下述方法制备获得以矿山提纯的钛白粉或者提纯的钛粉、石墨粉、普通工业纯铝粉为原料，将原料粉末均匀混合，加入有机粘接剂粘接成团；经挤压形成蜂窝型陶胚，经热处理并用电火花或激光束点燃自蔓延高温合成，得到的成品。本发明解决了催化剂的立即启动问题，有效减少对环境的污染。
文档编号B01J32/00GK1651143SQ200410100948
公开日2005年8月10日 申请日期2002年3月25日 优先权日2002年3月25日
发明者陈庆华, 孙俊赛, 张正富, 郭玉忠 申请人:昆明理工大学