一种泥料直接成型与负载方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泥料直接成型并与载体固着的工艺。该泥料可以是催化剂、吸附剂等各类材料或者它们的前驱物。该工艺可以应用于化工、环保、催化、能源等领域。
【背景技术】
[0002]催化剂等材料或者其前驱物大多需要经过成型后才能够使用。常用的成型方法是往材料里面加入粘接剂等成型助剂，然后采用挤条、压片等方式制成颗粒。或者是将材料和助剂制成浆料，通过浸渍等方式在载体上形成涂层。无论采用哪种方式，最终往往都需要在较高的温度下，将这些助剂烧掉。否则助剂会包裹住材料的表面或者堵塞其孔隙，进而影响到材料的性能。相关的背景知识，在朱洪法的《催化剂成型》(黑龙江出版社，1992) —书中有详细记载。
[0003]但是有一些材料却是不能通过高温处理来完成成型和脱除助剂的。例如参考文献
[I]中所描述的氧化锰材料，具有非常好的室温吸附和催化氧化甲醛等VOCs的能力，可广泛应用到室内空气净化以及工业废气净化等领域。但是当处理温度超过200摄氏度后，其净化能力急剧下降。在这个温度下，大部分有机助剂是无法从材料中脱除的。而加入粘土等无机助剂进行挤条成型，则又会大大降低其效果。根据我们的试验，这种材料即使制成浆料负载到陶瓷、无纺布等载体上，由于其在成型中收缩很大，很容易出现涂层开裂脱落等现象，效果很不理想。
[0004]另外一种方法，是在某种载体骨架上做一层粘接剂，再将难成型材料的粉体粘附到骨架上，形成可以应用的滤网。例如专利CN103157434A中，采用热熔胶浸渍支撑骨架，然后再在骨架中填充材料粉末。但是这种方法由于只能粘住与胶接触的一层，具有上载量较小的缺点。此外，对于一些类似石墨的材料，本身表面强度不够，胶粘剂即使与材料表面沾上，也很容易剥落，达不到所需的附着强度。一些胶粘剂还可能会带来污染材料的风险。
[0005]参考文献
[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
【发明内容】
[0007]一些难成型和负载的材料，它们在前驱物状态时一般通过调变合成条件等方法可以获得一定的粘性而呈泥状。本发明提供了一种在这种前驱体泥料状态、不添加助剂和体积收缩大的状况下，直接成型和负载的方法，不仅获得较好的成型效果，同时在载体上有较大的负载量。
[0008]本发明的具体思路为:
[0009](I)泥料通过一个多孔模板实现分割。每个模板根据需要具有成千上万个特定形状的成型通道，从而将泥料分成相应份数。
[0010](2)在成型的过程中，每一分连续的泥料主要分成两部分:一部分在多孔模板内达成所需形状，另外一部分渗入载体中起到固定附着的作用。
[0011](3)载体必须具有三维的网状结构，渗入的泥料与载体形成类似复合材料的结构，完全通过物理结合的方式固着住对应的泥料。
[0012](4)将上述泥料、载体和模板在较低温度下(如100摄氏度)进行干燥定形。泥料的一部分在模板孔内收缩，同时一部分在载体的三维网状空间内收缩。由于这两部分收缩阻力小，接近同步自由收缩，整体变形和裂纹出现概率小，从而可获得非常平整均匀的定型效果。载体上的每一份泥料都独立自由收缩，彼此不互相影响，克服了收缩大剥落的问题。
[0013](5)特别地，在载体和模板之间设置一个网格状(孔隙厚度可调)的界面调节层，可以控制渗入载体泥的深度。若不需要与载体附着，可使用低表面能且与泥料沾合力小的不沾布作为界面调节成，定型后直接获得颗粒状材料。
【附图说明】
[0014]图1泥料成型示意图
[0015]图2蜂窝型多孔模板
[0016]图3泥料在载体上固着的效果图
[0017]图4界面调节层没有孔隙情况下成型得到的颗粒
[0018]图5没有载体情况下成型的效果
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]图1给出了泥料成型的示意图。其中，I为一块硅橡胶材质的多孔模板(厚度Imm)，2为一张PP材质的60目网片作为界面调节层，3为PP材质的具有立体网状孔的载体(厚度10mm)。I具有1000多个成型孔，而图1中只示例性的示意了一个孔。4圈出了一小份泥料在这样一个系统中的分布:一部分留在模板成型孔中，一部分穿过界面调节层，像树根一样渗透在载体的立体网络中。
[0021]图2给出了多孔模板的俯视示意图。该模板长宽分别为34cm和24cm，其正中部30cm*24cm的区域5特别地制作了 1000多个六角形蜂窝孔6。蜂窝孔6的边长为3mm。蜂窝与蜂窝之间的间隙7为2mm。
[0022]依照【背景技术】中参考文献[I]的表述，制备了锰氧化物前驱体1000g。按照图1的顺序自上而下叠上多孔模板、界面调节层和载体。然后将前驱体均匀涂在多孔模板上，施加适当压力即上料完成。
[0023]完成上料后，将含有泥料的模板、界面调节层和载体一起放入烘箱，在100摄氏度烘干3分钟定型，可可以观察到多孔模板里面的泥料有收缩。此时可以很容易地将多孔蜂窝模板从定型好的泥料之间取出。
[0024]图3显示了颗粒附着在载体上的效果。从中颗粒看出颗粒收缩均匀、平整，且牢固附着在载体上。我们观察到即使载体弯曲也不会影响颗粒的附着。通过合理控制载体的密度和厚度，锰氧化物材料的上载量可达总重的80%以上，是浸渍、粘接等方法的2-5倍。
[0025]实施例2
[0026]其它步骤同实施例1。将界面调节层由PP网片改为高温不沾布，如此没有泥料可以渗入载体。在定型后可以得到收缩均匀、平整的六边形片状锰氧化物颗粒。
[0027]实施例3
[0028]其它步骤同实施例1。取消载体，如此相当于泥料没有固着的地方。在定型后可以观察到，颗粒很容易从界面调节层上脱落，从而得到收缩均匀、平整的六边形片状锰氧化物颗粒。图5给出了该情况的效果。
【主权项】
1.一种泥料直接成型与负载方法，其特征在于，将泥料压入自上而下依次层叠在一起的多孔模板、界面调节层和载体的装置，经过后续的热处理定型后，泥料形成所需形状并与载体固着。
2.如权利要求1所述的多孔模板，其特征在于采用硅橡胶、聚四氟乙烯或金属等表面能较低的材料制成，孔的形状与厚度取决于所需成型形状的参数，且其表面自然地或者经过处理后与泥料粘接力很小或者不粘接。
3.如权利要求1所述的界面调节层，其特征在于一层孔径和厚度可选的网格，控制多孔模板与载体的联通面积，进而控制泥料进入载体的量。
4.如权利要求1所述的载体，其特征在于具有立体孔隙容纳和固定泥料，其结构可以为泡沫体、三维编织物等，孔隙大小和厚度根据泥料性质和所需的泥料和载体结合强度而定。
5.如权利要求1所述的热处理定型，其特征在于包含如下步骤: (1)将泥料以一定压力填入模板，并视需要确定一部分泥料是否通过界面调节层渗入载体； (2)将填有泥料的模板、界面调节层、载体置于所需温度下干燥一段时间； (3)待泥料出现收缩后取下模板(或者界面调层、载体) (4)将泥料(或者与界面调节层、载体一起)收集送往后续处理。
【专利摘要】本发明涉及一种泥料直接成型并与载体固着的工艺，属于材料成型领域。该工艺采用多孔模板、界面调节层和具有立体网孔结构的载体，同时完成泥料成型并与载体固着。泥料被压入多孔模板后，其中一部分通过板孔成型，另外一部分穿过界面调节层后渗入载体的三维孔状结构内。经过热处理后，多孔模板内的泥料部分收缩脱模，而载体内的泥料收缩并与载体牢固复合。界面调节层根据需要控制渗入载体的泥量。采用本发明的方法，可以使一些不宜加入粘接剂成型的材料可以通过完全物理的方式成型并上载到载体上。而且泥料各部分收缩接近自由收缩，成型更加均匀。
【IPC分类】B01J35-02, B01J20-30, B01J20-28
【公开号】CN104785228
【申请号】CN201510086746
【发明人】汪江林, 张 浩, 刘天雷, 张竹君
【申请人】苏州淳元环境技术有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月13日