一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，包括以下原料：氧化鋁32?38%，活性氧化鎂12?15%,二氧化硅47?54%。本發明專利技術氧化物原料是化工產品，來源廣泛，形貌容易控制、可以實現大的徑厚比。本發明專利技術制備方法簡單，易于實施，軟化溫度高，擠出和燒成合格率高，堇青石主要以氧化鋁為模板生長，容易實現堇青石的定向排列，所得陶瓷載體的熱膨脹系數低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，屬于催化劑載體

技術介紹
堇青石質蜂窩陶瓷載體是內燃機氣態污染排放后處理技術的催化劑載體，如：SCR載體、TWC載體、DOC載體及DPF、GPF等。隨著排放法規對機動車排氣污染物更低的排放限值以及機動車經濟性法規的快速嚴格化，要求必須把蜂窩陶瓷載體壁厚降低到5mil以下，以獲得更大的催化劑涂覆表面積及更低的流動阻力。隨著壁厚降低，熱沖擊性能也降低，對堇青石質蜂窩陶瓷載體的熱膨脹系數(簡稱CTE)要求更高，CTE最好＜0.6×10-6℃-1(室溫～800度)。CN103396102A公開了一種基于液體添加劑的低膨脹系數堇青石蜂窩陶瓷的制備方法，該方法中主要原料組成為高純片狀高嶺土、高純板狀滑石粉和氧化鋁粉，通過在泥料中添加了分散劑后，提升泥料中原料顆粒流動和滑移的自由度，從而促進片狀滑石、高嶺土在擠出方向上的定向排列。CN104030720B公開了一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，該方法中主要原料組成為片狀高嶺土、片狀滑石粉和片狀氧化鋁粉、氧化鎂粉、氧化硅粉，雖然揭示了片狀氧化鋁的定向排列對降低熱膨脹系數作用，但其核心還是以片狀滑石、高嶺土定向排列達到降低熱膨脹系數，而且沒有單獨體現片狀氧化鋁徑厚比與熱膨脹系數關系。目前，制備堇青石蜂窩陶瓷最常用的載體為片狀滑石、片狀高嶺土，片狀滑石和片狀高嶺土是天然礦物，形貌容易隨著礦藏發生變化，不容易控制，加工成本高，且隨著時間推移，天然礦物資源會逐漸枯竭，質量也會越來越低；滑石天然礦物有伴生礦，不可避免含有氧化鈣雜質，高嶺土天然礦物也有伴生礦，不可避免含有氧化鉀、氧化鈉等雜質，這些堿土、堿金屬雜質相存在在燒成過程中容易形成玻璃相，增大熱膨脹系數，降低蜂窩陶瓷載體軟化溫度。此外，片狀滑石、片狀高嶺土含有結晶水，在燒成過程中，會發生脫水、分解、產生放熱吸熱現象，造成燒成容易開裂，燒成合格率低。因此，片狀滑石和片狀高嶺土會對堇青石蜂窩陶瓷的成型率造成不利影響，為了提高產品性能，可以從原料入手尋找新的思路。氧化鋁、氧化鎂、氧化硅等全氧化物是化工產品，來源廣泛，原料形貌容易控制，不含雜質堿土金屬氧化物、堿金屬氧化物，燒成過程不會出現玻璃相，也不存在脫水、分解、產生放熱吸熱現象，是天然礦物很好的替代原料。但是，當原料全部是氧化物時，生產堇青石蜂窩陶瓷存在一下困難，例如：①缺少高嶺土和滑石配料,全氧化物原料均為瘠性料，泥料塑性差，擠出成型難；②全氧化物原料硬度高，顆粒存在棱角，對煉泥、擠出設備、模具磨損厲害；③全氧化物原料反應活性低，會造成熱膨脹系數升高。
技術實現思路
針對天然礦物原料存在的不足，本專利技術提供了一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體，該陶瓷載體的原料全部都是氧化物，不使用滑石和高嶺土天然礦物，原料形貌容易控制，來源廣泛，雜質少。本專利技術還提供了上述以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體的制備方法，該方法操作簡單，泥料成型性好，所得產品性能好，熱膨脹系數低。本專利技術通過對原料的選擇以及對制備方法的改進，得到了熱膨脹系數低的堇青石蜂窩陶瓷載體，本專利技術具體技術方案如下：一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁32-38％，活性氧化鎂12-15％,二氧化硅47-54％。優選的，上述以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁35.2-36.0％，活性氧化鎂13.0-13.7％,二氧化硅50.3-51.4％。本專利技術以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體(簡稱陶瓷載體)全部選擇氧化物為原料，其中，氧化鋁可以選擇片狀氧化鋁，也可以用γ-氧化鋁代替部分片狀氧化鋁，即氧化鋁也可以選擇片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物，優選氧化鋁為片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物。其中，二氧化硅可以選擇氣相二氧化硅，也可以用堿性硅溶膠代替部分氣相二氧化硅，即二氧化硅也可以選擇氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物，優選二氧化硅為氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物。本專利技術選擇γ-氧化鋁、活性氧化鎂、氣相二氧化硅和堿性硅溶膠為原料，這些原料在制備過程中能與水發生水化反應，形成膠體形態，對氧化鋁可以起到包裹的作用，既保留了片狀氧化鋁的片狀結構，又減少了顆粒棱角對設備和模具的磨損，同時還促進了物料的混合。進一步的，當氧化鋁為片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物時，它們在堇青石蜂窩陶瓷載體中的重量百分含量為：片狀氧化鋁20-31％，γ-氧化鋁5-15％，它們的含量之和為32-38％；優選為：片狀氧化鋁25-29％，γ-氧化鋁7-10％，它們的含量之和為35.2-36.0％。進一步的，當二氧化硅為氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物時，它們在堇青石蜂窩陶瓷載體中的重量百分含量為：氣相二氧化硅38-46％，堿性硅溶膠5-12％，它們的含量之和為47-54％；優選為：氣相二氧化硅40-44％，堿性硅溶膠7-10％，它們的含量之和為50.3-51.4％。進一步的，所述片狀氧化鋁的徑厚比為6-15:1，例如6:1、8:1、10:1、12:1、15:1，優選為10-15:1。片狀氧化鋁的徑厚比越大，陶瓷載體的熱膨脹系數越小，如圖2所示。進一步的，本專利技術的片狀氧化鋁的粒度盡可能大，有利于定向排列，降低熱膨脹系數，要求：D50＝20um-30um；活性氧化鎂的粒度盡可能的細，提供高活性，要求：D50＝0.2um-0.6um；γ-氧化鋁的粒度盡可能的細，提供高活性，要求：D50＝0.1um-0.4um；氣相二氧化硅的粒度適中，與片狀氧化鋁、活性氧化鎂形成最緊密堆積，要求：D50＝4um-6um。進一步的，本專利技術堿性硅溶膠呈堿性，二氧化硅含量25-32％，粒徑10-15nm。本專利技術選擇氧化鋁、活性氧化鎂、二氧化硅為原料，原料的含量配比偏離氧化鋁，有利于提高蜂窩陶瓷載體軟化溫度，特別是有利于提高DPF的允許再生溫度。使用粒度粗、徑厚比大的片狀氧化鋁，使用粒度細、活性高的氧化鎂，Mg2+的擴散速度遠遠大于Al3+(氧化鋁為發育完整的α-氧化鋁，而且粒度粗，其活性低)，在擠出成型的時候徑厚比大的六方氧化鋁會形成定向排列，這樣堇青石主要在氧化鋁上以氧化鋁為模板生長，從而得到定向排列的堇青石(見圖1)，進而得到低的熱膨脹系數的堇青石蜂窩陶瓷載體。本專利技術還提供了上述陶瓷載體的制備方法，包括以下步驟：(1)取氧化鋁、活性氧化鎂和二氧化硅原料，粉碎至所需粒度，備用；(2)將氧化鋁、活性氧化鎂、二氧化硅和增塑劑充分干混，然后加入潤滑劑和水捏合，捏合后練泥、常溫陳腐、擠出成型、干燥、燒成，得以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體。上述步驟(1)中，氧化鋁為單一的片狀氧化鋁，或者是片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物；二氧化硅為單一的氣相二氧化硅，或者是氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物。上述步驟(2)中，所述增塑劑為甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素；所述潤滑劑為有機硅聚醚共聚物和豆油的混合物。上述步驟(2)中，因為氧化物原料的泥料塑性差，擠出成型難，因此加大增塑劑的用量，增塑劑為原料總質量的7-8％。通過原料的水化和增塑劑的增加，泥料可以很好的擠出成型，且成型率高。上述步驟(2)中，潤滑劑用量為原料總質量的1.5-2％。上述步驟(2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁32?38%，活性氧化鎂12?15%,二氧化硅47?54%；優選包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁35.2?36.0%，活性氧化鎂13.0?13.7%,二氧化硅50.3?51.4%。

【技術特征摘要】
1.一種以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁32-38%，活性氧化鎂12-15%,二氧化硅47-54%；優選包括以下重量百分含量的原料：氧化鋁35.2-36.0%，活性氧化鎂13.0-13.7%,二氧化硅50.3-51.4%。2.根據權利要求1所述的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是：所述氧化鋁為片狀氧化鋁，或者為片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物；當氧化鋁為片狀氧化鋁和γ-氧化鋁的混合物時，它們在堇青石蜂窩陶瓷載體中的重量百分含量優選為：片狀氧化鋁20-31%，γ-氧化鋁5-15%，更優選為：片狀氧化鋁25-29%，γ-氧化鋁7-10%。3.根據權利要求1或2所述的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是：所述二氧化硅為氣相二氧化硅，或者是氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物；當二氧化硅為氣相二氧化硅和堿性硅溶膠的混合物時，它們在堇青石蜂窩陶瓷載體中的重量百分含量優選為：氣相二氧化硅38-46%，堿性硅溶膠5-12%，更優選為：氣相二氧化硅40-44%，堿性硅溶膠7-10%。4.根據權利要求3或4所述的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是：所述片狀氧化鋁的徑厚比為6-15:1，優選為10-15:1。5.根據權利要求3或4所述的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征是：片狀氧化鋁的粒度要求為：D50=20um-30um；活性氧化鎂的粒度要求為：D50=0.2um-0.6um；γ-氧化鋁的粒度要求為：D50=0.1um-0.4um；氣相二氧化硅的粒度要求為：D50=4um-6um；堿性硅溶膠中，二氧化硅含量25-32%，粒徑10-15nm。6.一種權利要求1所述的以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體的制備方法，其特征是包括以下步驟：（1）取氧化鋁、活性氧化鎂和二氧化硅原料，粉碎至所需粒度，備用；（2）將氧化鋁、活性氧化鎂、二氧化硅和增塑劑充分干混，然后加入潤滑劑和水捏合，捏合后練泥、常溫陳腐、擠出成型、干燥、燒成，得以全氧化物為原料的堇青石蜂窩陶瓷載體。7.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃妃慧，劉洪月，潘吉慶，李民，
申請(專利權)人：山東奧福環保科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37