一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂制造技术

一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，内部呈蜂窝状，由材料线条一层一层沿坐标Z轴方向叠积而成；每层中的材料线条为平行等距排列，相邻两层中的圆柱线条呈垂直叠压。制备时将脱硝钛钨粉、偏钒酸铵、流变助剂、增稠剂、去离子水，搅拌均匀后经挤压过滤得到打印泥膏，在3D打印机打印出催化剂坯体，然后分别放入恒湿恒温养护箱、鼓风式干燥箱中干燥后，在马弗炉中610℃下焙烧，得到高孔密度蜂窝式脱硝催化剂。该方法操作简便、灵活性高、运行成本低，产品比表面积大、孔隙率高，解决了传统挤出成型方法无法制备高孔密度蜂窝式脱硝催化剂的问题。

A Honeycomb Denitrification Catalyst Prepared by 3D Printing

A honeycomb denitrification catalyst prepared by 3D printing moulding is composed of honeycomb-like inner layers of material lines stacked one by one along the Z axis of coordinates. The material lines in each layer are arranged in parallel equidistant arrangement, and the cylinders in the adjacent two layers are stacked vertically. During the preparation, the denitrification titanium-tungsten powder, ammonium metavanadate, rheological additives, thickeners and deionized water were stirred evenly, then the printing paste was obtained through extrusion and filtration. The catalyst body was printed out by a 3D printer, and then dried in a constant humidity and temperature curing box and a blast drying box respectively. The denitrification catalyst was calcined at 610 C in a muffle furnace to obtain a honeycomb denitrification catalyst with high pore density. The method is simple, flexible, low cost, large specific surface area and high porosity. It solves the problem that the traditional extrusion method can not prepare honeycomb denitrification catalyst with high pore density.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂
本技术属于蜂窝式脱硝催化剂制备
，具体涉及一种以3D打印成型技术制备的蜂窝式脱硝催化剂。
技术介绍
氮氧化物是燃煤锅炉在运行过程中排放的主要大气污染物质之一，当前选择性催化还原(SCR)工艺作为主流的一种燃煤烟气脱硝技术，已在国内外广泛应用。目前，国内外用于SCR法脱硝的催化剂主要有蜂窝式、平板式和波纹式3种型式。蜂窝式催化剂与其他形式的催化剂相比，具有开孔率高、压降低、比表面积大、活性高、寿命长的特点，市场份额占到60％以上。伴随着国内经济的发展，以煤为主要燃料的能源格局形式暂时不会改变，为此，蜂窝式脱硝催化剂的开发和应用仍具有巨大的市场和机遇。蜂窝式脱硝催化剂的成型是其制备工艺中的关键环节，目前国内外主要采用成熟的挤压成型技术，但由于我国脱硝事业起步较晚，国内企业对该技术的掌握水平仍然落后于美国、日本和其他欧洲国家，尤其针对高端蜂窝式脱硝催化剂，比如应用于燃油、燃气锅炉烟气脱硝的高孔密度蜂窝式脱硝催化剂(孔数大于30孔×30孔，)受限于挤出机制造技术、模具制造精度和原料制造水平，我国的成型和配套制造技术仍然远远落后于上述发达国家。目前，3D打印技术虽趋向成熟，但其尚未在蜂窝式脱硝催化剂领域进行应用，比较相近的陶瓷胚体3D制备技术涉及原料预处理、排胶、修坯等多种工序，工艺复杂且效果不甚理想，产品存在裂纹，非蜂窝式结构，远远达不到高端蜂窝蜂窝式脱硝催化剂在表面积、孔隙率等方面的要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，充分利用3D制造技术灵活性高、投资成本低的特点，弥补传统挤压成型技术无法制备高孔密度蜂窝式脱硝催化剂的弊端，突破高端蜂窝式脱硝催化剂的成型技术，打破国外对该类蜂窝式脱硝催化剂的市场垄断，满足我国燃气、燃油锅炉脱硝市场的要求。本技术的目的是通过下述技术方案实现的：一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂内部呈蜂窝状，由3D打印设备控制材料线条一层一层沿坐标Z轴方向叠积而成；其中，每层中的材料线条为平行等距排列，相邻两层中的圆柱线条分别沿坐标X轴和坐标Y轴排列，呈垂直叠压。其中，作为本技术的优选技术方案，在所述坐标X轴方向平行的同层材料线条间距为a，a≥1mm。进一步优选的，在所述坐标Y轴方向平行的同层材料线条之间间距为b，b≥1mm。进一步优选的，所述材料线条上下相邻层间距为c，c≥0.5mm。更进一步的，所述材料线条为圆柱线条，圆柱线条直径等于相邻层间距。与现有技术相比，本技术的特点和有益效果在于：1、本技术首次利用3D打印成型技术制备蜂窝式脱硝催化剂，具有高孔密度特点，产品结构新颖，比表面积大、孔隙率高，解决了传统挤出成型方法无法制备高孔密度蜂窝式脱硝催化剂的问题，且比表面积和孔隙率等可灵活控制，与传统挤出成型技术相比，产品性能优越且灵活性高，目前国内尚未有相同产品报道；2、本技术蜂窝式脱硝催化剂的制备设备简单，与传统挤出成型技术相比，节省了挤出模具、挤出机、混炼机等重要设备投资，设备投资小、能耗低、运行成本低；3、本技术蜂窝式脱硝催化剂的可根据要求灵活调整打印孔数、壁厚、长度等参数，相应的控制产品规格参数如比表面积和孔隙率等，操作简便；4、本技术报道的蜂窝式脱硝催化剂，与传统挤出成型技术相比，原料预处理工艺简单、成型效率高、操作简捷；综上，研究高孔密度蜂窝蜂窝式脱硝催化剂的3D打印制造技术具有非常重大的革命性意义。附图说明图1为本技术涉及的蜂窝式脱硝催化剂的整体外观示意图；图2为本技术涉及的蜂窝式脱硝催化剂的内部构造示意图。附图标记：1-蜂窝式脱硝催化剂、2-材料线条。具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本技术进一步说明。在此记载的实施例为本技术的特定的具体实施方式，用于说明本技术的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本技术实施方式及本技术范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，如图所示，其中，图1为本技术涉及的蜂窝式脱硝催化剂1的整体外观示意图；图2为本技术涉及的蜂窝式脱硝催化剂1的内部构造示意图。催化剂由多层规则排列的圆柱线条沿坐标Z轴方向叠积而成；材料线条2为圆柱线条，每层中的圆柱线条平行等距排列；相邻两层中的圆柱线条垂直叠压；与坐标Y轴方向平行的同层圆柱线条间距为b，与坐标X轴方向平行的同层圆柱线条间距为a，a与b可数值相等；圆柱线条直径等于相邻层间距，数值为c。其中，a≥1mm；b≥1mm；c≥0.5mm。上述蜂窝式脱硝催化剂的3D打印成型方法，具体步骤如下，首先按照表1所示重量份进行备料：表1.5个事实例的配料重量组份及配比其中，脱硝钛钨粉为市售常规脱硝钛钨粉，脱硝钛钨粉粒度为d90≤10μm，粒度分布为单峰分布，其比表面积≥100m2/g；偏钒酸铵为市售常规偏钒酸铵；流变助剂为膨润土，高岭土，凹凸棒土、气相二氧化硅，硬脂酸中的一种或多种的混合物；增稠剂为聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种的混合物。本技术在蜂窝式脱硝催化剂的配方用料上进行了创造性的调整，保证其与3D打印设备的适应性，保证产品质量的同时提高生产效率。然后，进行蜂窝式脱硝催化剂的制备，具体通过以下5个实施例进行说明：实施例1步骤一：备料，按照表1中组份备料。步骤二：混料，将脱硝钛钨粉放入高速搅拌机的料斗中，分别加入去离子水、偏钒酸铵、流变助剂、增稠剂，按120r/min的速度持续快速搅拌，搅拌约120min后，停止搅拌；步骤三：过滤，将步骤二中得到的膏状泥料放入液压挤出机料斗中，缓慢挤压，使泥料通过目数为20目的滤网；步骤四：上机打印，设计催化剂3D造型，并建立需要的文件和切片文件。控制3D打印设备，利用推进器将步骤三得到的膏状泥料经由喷嘴挤出，喷嘴按照软件设置的路径走位，在X-Y平面上累积出一定图案的泥料，完成第一层打印；喷嘴在Z轴方向向上移动设定好的距离，重复第一层的走位次序，开始第二层打印；逐层打印，直到层高达到设定数值，关闭打印设备，得到打印好的坯体；步骤五：干燥，将步骤四获得的催化剂坯体放入恒湿恒温养护箱中，设置温度为40℃、湿度为60％，养护72小时，然后再放入鼓风式干燥箱中，设置温度为80℃、湿度为30％，干燥24小时；步骤六：焙烧，将步骤五处理过的催化剂坯体放入马弗炉中，以3℃/min的速率升温至610℃，保温4小时后，关闭马弗炉电源，待炉内温度与室温相差0℃时，开炉取出样品。实施例2步骤一：备料，按照表1中组份备料。步骤二：混料，将脱硝钛钨粉放入高速搅拌机的料斗中，分别加入去离子水、偏钒酸铵、流变助剂、增稠剂，按150r/min的速度持续快速搅拌，搅拌约80min后，停止搅拌；步骤三：过滤，将步骤二中得到的膏状泥料放入液压挤出机料斗中，缓慢挤压，使泥料通过目数为30目的滤网；步骤四：上机打印，设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂内部呈蜂窝状，由3D打印设备控制材料线条一层一层沿坐标Z轴方向叠积而成；其中，每层中的材料线条为平行等距排列，相邻两层中的圆柱线条分别沿坐标X轴和坐标Y轴排列，呈垂直叠压。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂内部呈蜂窝状，由3D打印设备控制材料线条一层一层沿坐标Z轴方向叠积而成；其中，每层中的材料线条为平行等距排列，相邻两层中的圆柱线条分别沿坐标X轴和坐标Y轴排列，呈垂直叠压。2.根据权利要求1所述的一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂，其特征在于：在所述坐标X轴方向平行的同层材料线条间距为a，a≥1mm。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：路光杰，唐坚，杨建辉，赵喆，肖雨亭，田恬，王洪亮，张军，张东辉，陆金丰，
申请(专利权)人：北京国电龙源环保工程有限公司，江苏龙源催化剂有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11