一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，所述催化剂载体由粉煤灰经3D打印后烘干而成，所述催化剂载体轴向和垂直于轴向方向均开设有若干相互贯通的通孔，且所述相互贯通的通孔分布在同一直线上，形成了点阵六方式多孔蜂窝网状结构，还提供了制备该催化剂载体的3D打印浆料制备方法和用所述3D打印浆料打印所述催化剂载体的方法。该催化剂载体消耗了粉煤灰废弃物，3D打印浆料的固含量高达65vol％时依然具有较好的流动性，制备的蜂窝状催化剂载体有较高的比表面积，最低可以达到500m

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体及其制备方法
本专利技术涉及化工、废气处理等行业使用的催化剂载体
，具体涉及一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体

技术介绍
粉煤灰作为世界上排放量最大的工业废料之一，对空气环境、水资源等造成了严重的污染和破坏，尤其是其分解出的重金属离子及可溶性盐随水渗入地下并污染土地。此外，它的大量堆积也对环境造成了巨大的压力。我国对粉煤灰的二次开发利用主要在土木建筑材料方面，虽然总利用量和利用率、经济效益和环境效益可观，但总体上我国对于粉煤灰产品的再加工水平较低，使得粉煤灰的附加值低、经济效益差，与发达国家存在较大的差距。因此，多方面深入探寻粉煤灰的高附加值利用途径是一个极具价值的研究课题。蜂窝结构催化剂载体由许多狭窄的平行通道整齐排列而成，其横截面呈蜂窝结构，广泛应用于低压降、高空速及受传质限制的催化过程，如废气处理、化工催化等领域，是常用的一种催化剂载体。对于传统的薄壁通道式蜂窝结构陶瓷催化剂载体，业内普遍采用挤出成型并高温烧结的方式生产。对于点阵六方式蜂窝结构催化剂载体，由于其内部结构的复杂性，传统方式制作成本高、生产周期长，无法满足其生产需求，高温烧结过程也会引起通道的塌陷，使催化剂载体负载面积下降。粉煤灰虽然是固废物，但是具备价格低廉、轻质、耐高温、耐腐蚀等优点。研究表明低钙粉煤灰中的主要化学成分为氧化铝和二氧化硅。结合陶瓷3D打印技术，利用粉煤灰制作蜂窝结构陶瓷催化剂载体，在进行资源再生利用的同时解决环保问题和整体式催化剂价格昂贵的问题，为粉煤灰的高附加值利用开拓了一个新的途径。
技术实现思路
本专利技术的第二个目的是提供了一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的制备方法，包括以下步骤：S1.粉煤灰的预处理，将粉煤灰进行筛分、干燥后，将改性剂、分散剂、溶剂进行充分混合后再干燥处理得到预处理粉煤灰；S2.水基光敏树脂的制备：将水基光敏树脂各组分充分混合后得到水基光敏树脂；S3.将步骤S1中制备的所述预处理粉煤灰和步骤S2的水基光敏树脂充分混合得到3D打印浆料；所述利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的粘度为7～8.4Pa·s，粉煤灰体积比为50～65％。进一步，所述粉煤灰、改性剂和分散剂质量百分数比为1：0.1％～0.2％：0.05％～5％；所述改性剂为有机硅酸酯或有机钛酸酯偶联剂中的一种；所述分散剂为为油酸、硬脂酸、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上的组合。进一步，所述水基光敏树脂包括光敏低聚物、光引发剂和活性稀释剂；所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量百分比为25％～75％：25％～75％：1％～4％。进一步，所述光敏低聚物为二官能团单体和三官能团单体的混合物，二者质量百分比20％～60％:1；所述二官能团单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸中的一种或一种以上的组合；所述三官能团单体为季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合。进一步，所述活性稀释剂为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸苯氧基乙酯的一种或一种以上的组合。进一步，所述水基光敏树脂还包括助剂，所述助剂为柠檬酸三丁酯、环己烷、1,2-二甲酸二异壬基酯和环氧大豆油中的至少一种，所述助剂和光敏低聚物为质量百分比为1％～2.5％：1。本专利技术的第三个目的是提供了一种利用粉煤灰制作蜂窝结构催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：(1)利用上述方法制备的利用粉煤灰制作蜂窝结构催化剂载体的3D打印浆料；(2)将步骤(1)制备的3D打印浆料通过3D打印机成型得到蜂窝结构催化剂载体生坯；(3)将所述蜂窝结构催化剂载体生坯烘干得到蜂窝结构催化剂载体；步骤(3)所述的烘干工艺为：将清洗后的生坯放入烘干炉中，通入惰性气体，以50～100℃/h的升温速率升到200～280℃，保温1h左右，冷却至室温，即可得到催化剂载体。本专利技术的有益效果：1.消耗了粉煤灰废弃物，有利于环境保护。2.粉煤灰为球形结构，在浆料中能发挥滚珠效应，产生自润滑作用，使浆料的固含量高达65vol％时依然具有较好的流动性，仍可用于3D打印。3.采用了偶联剂对粉煤灰进行了表面改性，并添加了分散剂，使粉煤灰能在水基光敏树脂中分散均匀，3D打印浆料有较强的稳定性。4.采用了水基光敏树脂，环境友好，在3D打印时容易将多余的浆料清除干净。5.制备的蜂窝状催化剂载体有较高的比表面积，最低可以达到500m2/g。6.通过3D打印的蜂窝结构催化剂载体高度也可以从几毫米到十几厘米，可以广泛适用于废气处理、化工催化等领域，如脱硝催化剂载体，流化床催化剂载体等。附图说明图1为本专利技术的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体实物图；图2为本专利技术的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体俯视图；图3为本专利技术的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体的主视图；图4为本专利技术利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体侧视图；图5为本专利技术利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体垂直于轴向方向通孔对齐时的视图。a六棱柱体催化剂载体的底面正六边形边长，h六棱柱体高度，c六棱柱轴向上正六边形通孔边长，b正六边形通孔孔间壁厚，d垂直于轴向上椭圆形通孔长轴，e椭圆形通孔孔间壁厚。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术提供了一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，本专利技术的目的是提供一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，所述催化剂载体由粉煤灰经3D打印后烘干而成，所述催化剂载体轴向和垂直于轴向方向均开设有若干相互贯通的通孔，且所述相互贯通的通孔分布在同一直线上，所述催化剂载体轴向和垂直于轴向方向均开设有相互贯通的通孔，形成了点阵六方式多孔蜂窝网状结构。所述蜂窝结构催化剂载体为六棱柱体，所述六棱柱体底面为正六边形，所述正六边形边长a为7.8mm-100mm，所述六棱柱体高度h为8-150mm；所述六棱柱轴向上的所述通孔为正六边形，所述正六边形孔间壁厚b为2-5mm，边长c为2-5mm；垂直于轴向上的所述通孔为椭圆形，椭圆形长轴d长为0.5～6.5mm，所述椭圆形通孔孔间壁厚e为0.1～5mm，所述利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体比表面积可达到789.2m2/g。通过3D打印的方式可打印出各种不同形状和尺寸的蜂窝结构催化剂载体。本专利技术的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体可以制成圆柱形、六面体形、球形等的各种几何体形状，几何体高度也可以从几毫米到十几厘米，可以根据使用场景进行调整，能广泛适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，其特征在于，所述催化剂载体由粉煤灰经3D打印后烘干而成，所述催化剂载体轴向和垂直于轴向方向均开设有若干相互贯通的通孔，且所述相互贯通的通孔分布在同一直线上，形成了点阵六方式多孔蜂窝网状结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，其特征在于，所述催化剂载体由粉煤灰经3D打印后烘干而成，所述催化剂载体轴向和垂直于轴向方向均开设有若干相互贯通的通孔，且所述相互贯通的通孔分布在同一直线上，形成了点阵六方式多孔蜂窝网状结构。


2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体，其特征在于，所述蜂窝结构催化剂载体为六棱柱体，所述六棱柱体底面为正六边形，所述正六边形边长a为7.8mm-100mm，所述六棱柱体高度h为8-150mm；所述六棱柱轴向上的所述通孔为正六边形，所述正六边形孔间壁厚b为2-5mm，边长c为2-5mm；垂直于轴向上的所述通孔为椭圆形，椭圆形长轴d长为0.5～6.5mm，所述椭圆形通孔孔间壁厚e为0.1～5mm，所述利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体比表面积大于500m2/g。


3.一种利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1.粉煤灰的预处理，将粉煤灰进行筛分、干燥后，将改性剂、分散剂、溶剂进行充分混合后再干燥处理得到预处理粉煤灰；
S2.水基光敏树脂的制备：将水基光敏树脂各组分充分混合后得到水基光敏树脂；
S3.将步骤S1中制备的所述预处理粉煤灰和步骤S2的水基光敏树脂充分混合得到3D打印浆料；
所述利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的粘度为7～8.4Pa·s，粉煤灰体积比为50～65％。


4.根据权利要求4所述的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰、改性剂和分散剂质量百分数比为1：0.1％～0.2％：0.05％～5％；所述改性剂为有机硅酸酯或有机钛酸酯偶联剂中的一种；所述分散剂为为油酸、硬脂酸、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上的组合。


5.根据权利要求4所述的利用粉煤灰制作的蜂窝结构催化剂载体3D打印浆料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志祥，李洋，孙智龙，王志勇，廖晓泉，
申请(专利权)人：武汉因泰莱激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42