一种骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法，属于催化剂载体制备领域。
【背景技术】
[0002]多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料。陶瓷材料在现实应用中均有或多或少的气孔，不可能完全是在理论密度下生成，所以为了提高陶瓷的性能，要通过多种手段来尽可能的消除其中存在的气相部分。而多孔陶瓷材料则是在保持一定力学性能的条件下尽可能生成较多的孔洞和较为理想的孔结构，最好能实现孔的结构和大小可以控制。多孔陶瓷材料的性能较好，优点较多如具有良好的透过性、较低的密度、较高的硬度、比表面积大、以及耐高温、耐腐姓等优良特性，从而广泛地应用于冶金、环保、化工、能源、生物、食品、医药等领域，可以作为过滤材料、分离材料、隔热材料、吸收噪声、化工填料、生物陶瓷、化学传感器等。
[0003]蜂窝陶瓷是由许多平行贯通的孔道组成的陶瓷，因其耐冲击，重量轻等特点，多用于作为汽车尾气催化剂载体上。目前，陶瓷载体多釆用堇青石为基体，主要利用堇青石蜂窝陶瓷孔壁薄，热膨胀系数小的特点，但是由于堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效，也限制了其推广应用。
[0004]生物质碳化硅陶瓷是一种以木材等天然可再生资源为基础通过有机一无机转变，获得一种新型碳化硅陶瓷材料，它不仅具有碳化硅陶瓷的普通性能而且具有独特的生物结构。生物质碳化硅陶瓷同时具有以下优点:1、具有独特的结构仿生材料特征。2、低成本，在非常低的温度下就可以进行。3、不需要使用添加剂。4、加工速度快，可以充分利用骨炭本身的孔隙构造，其孔隙构造具有合理的力学特征并利于液体流动。5、制备的材料形状利于加工。6、比其它方法制备的碳化硅陶瓷表现出更优异的力学性能。7、充分利用可再生资源。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题:针对目前常用的蜂窝陶瓷多釆用堇青石为基体，主要利用堇青石蜂窝陶瓷孔壁薄，热膨胀系数小的特点，但是由于堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效的缺陷，提供了一种以动物骨头为原料，经炭化研磨和硅溶胶渗透沉积后，辅以自制淀粉造孔剂搅拌制浆，喷雾干燥后压制制坯煅烧后即得骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体，该方法以可再生的动物骨料代替不可再生的堇青石制备出比表面积更大、机械性能更优异的碳化硅蜂窝陶瓷作为催化剂载体，既解决了堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效的缺陷，同时以可再生资源代替不可再生的矿物材料，制备过程更加绿色环保，且充分发挥出了碳化硅陶瓷耐腐蚀、耐高温、比表面积大、低密度、高硬度和良好通透性的优点，使产品具有更稳定、更高效的负载能力，具有广阔的应用前景。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)称取2?3kg肉类加工厂遗留的动物骨头，先放入锅中在95?100°C的温度下蒸煮I?2h对骨料进行脱脂处理，再将脱脂后的动物骨头沥干水分后放入骨料粉碎机粉碎成粒径为5?I Omm的碎片，放入烘箱烘干至恒重；
(2)将上述烘干后的骨料碎片放入炭化炉中并向炉中通入氩气直至置换出炉内空气，先以5°C/min的速率程序升温至100?150°C预炭化20?30min，再提高速率至10°C/min，升温至250?350°C，炭化2?3h后得到动物骨炭，将得到的动物骨炭放入玛瑙研钵研磨成粉，过200目标准筛，制得骨炭粉，备用；
(3)取10?20g玉米淀粉倒入500mL锥形瓶中，向瓶中继续加入200?300mL蒸馏水后移入超声分散仪中，以100?200W的功率超声分散10?20min得淀粉悬浮液，再将其水浴加热至70?80°C使淀粉充分溶胀20?30min后得淀粉造孔剂；
(4)将500?600g上述备用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入I?2L硅溶胶和200?300mL聚乙烯醇，放置在磁力搅拌机上，以700?800r/min的速率快速搅拌，在搅拌的过程中，将100?200mL淀粉造孔剂分2?3次滴入陶瓷罐中，控制滴加速度使其80?90min内滴加完毕，继续搅拌I?2h，得碳化硅粉浆料；
(5)将得到的碳化硅粉浆料装入喷雾造粒机的雾化枪中，在300?400°C的温度下喷雾造粒，得到的造粒粉经烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再将干燥后的造粒粉装入压制机的不锈钢模具中，以50?70MPa的压力保压压制3?5min，压制机的合模速率为0.1?0.3mm/min，制得骨炭基碳化娃还体；
(6)将制得的骨炭基碳化硅坯体放入管式电阻炉中，以10°C/min的速率程序升温至500?600°C，保温预热5?1min后再以20°C/min的速率升温至1800?2000°C，煅烧2?3h后即得一种骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体。
[0007]所述的硅溶胶是由甲基三乙氧基硅烷、蒸馏水和无水乙醇按摩尔比为1:4: 2混合，于60?80°C下复配反应而成。
[0008]本发明的具体应用方法:本发明制得的骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体密度为2?3g/cm3，抗弯强度为200?210MPa，将本发明制得的催化剂载体采用浸渍法浸入重金属离子溶液中，超声振荡浸泡10?12h后，先放入烘箱在50?60°C下干燥20?30min，再放入马弗炉以200?300°C的温度煅烧I?2h后即可制得相应催化剂。
[0009]本发明的有益效果是:本发明制得的催化剂载体以可再生的动物骨料代替不可再生的堇青石制备出比表面积更大、机械性能更优异的碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体，既解决了堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效的缺陷，同时以可再生资源代替不可再生的矿物材料，制备过程更加绿色环保，且充分发挥出了碳化硅陶瓷耐腐蚀、耐高温、比表面积大、低密度、高硬度和良好通透性的优点，使产品具有更稳定、更高效的负载能力，具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0010]称取2?3kg肉类加工厂遗留的动物骨头，先放入锅中在95?100°C的温度下蒸煮I?2h对骨料进行脱脂处理，再将脱脂后的动物骨头沥干水分后放入骨料粉碎机粉碎成粒径为5?1mm的碎片，放入烘箱烘干至恒重;将上述烘干后的骨料碎片放入炭化炉中并向炉中通入氩气直至置换出炉内空气，先以5°C/min的速率程序升温至100?150°C预炭化20?30min，再提高速率至10°C/min，升温至250?350°C，炭化2?3h后得到动物骨炭，将得到的动物骨炭放入玛瑙研钵研磨成粉，过200目标准筛，制得骨炭粉，备用；取10?20g玉米淀粉倒入500mL锥形瓶中，向瓶中继续加入200?300mL蒸馈水后移入超声分散仪中，以100?200W的功率超声分散10?20min得淀粉悬浮液，再将其水浴加热至70?80°C使淀粉充分溶胀20?30min后得淀粉造孔剂;将500?600g上述备用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入I?2L硅溶胶和200?300mL聚乙烯醇，放置在磁力搅拌机上，以700?800r/min的速率快速搅拌，在搅拌的过程中，将100?200mL淀粉造孔剂分2?3次滴入陶瓷罐中，控制滴加速度使其80?90min内滴加完毕，继续搅拌I?2h，得碳化硅粉浆料;将得到的碳化硅粉浆料装入喷雾造粒机的雾化枪中，在300?400°C的温度下喷雾造粒，得到的造粒粉经烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再将干燥后的造粒粉装入压制机的不锈钢模具中，以50?70MPa的压力保压压制3?5min，压制机的合模速率为0.1?0.3mm/min，制得骨炭基碳化娃还体;将制得的骨炭基碳化硅坯体放入管式电阻炉中，以10°C/min的速率程序升温至500?600°C，保温预热5?10min后再以20°C/min的速率升温至1800?2000°C，煅烧2?3h后即得一种骨炭基多孔碳化硅蜂窝陶瓷催化剂载体。
[0011]所述的硅溶胶是由甲基三乙氧基硅烷、蒸馏水和无水乙醇按摩尔比为1:4: 2混合，于60?80°C下复配反应而成。
[0012]实例I
称取2kg肉类加工厂遗留的动物骨头，先放入锅中在95°C的温度下蒸煮Ih对骨料进行脱脂处理，再将脱脂后的动物骨头沥干水分后放入骨料粉碎机粉碎成粒径为5_的碎片，放入烘箱烘干至恒重;将上述烘干后的骨料碎片放入炭化炉中并向炉中通入氩气直至置换出炉内空气，先以5°C/min的速率程序升温至100°C预炭化20min，再提高速率至10°C/min，升温至250°C，炭化2h后得到动物骨炭，将得到的动物骨炭放入玛瑙研钵研磨成粉，过200目标准筛，制得骨炭粉，备用；取1g玉米淀粉倒入500mL锥形瓶中，向瓶中继续加入200mL蒸馏水后移入超声分散仪中，以100W的功率超声分散1min得淀粉悬浮液，再将其水浴加热至70°C使淀粉充分溶胀20min后得淀粉造孔剂;将500g上述备用的骨炭粉倒入陶瓷罐中，加入IL硅溶胶和20