车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法及整体式cDPF技术

本发明专利技术公开了一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法和整体式cDPF。所述制备方法通过气相生长法、溶胶凝胶法和浸渍法制备得到整体式cDPF，所述整体式cDPF具有仿生结构。所述制备方法包括：按比例配置硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液；将堇青石蜂窝陶瓷依次浸渍、冷冻、干燥；将堇青石蜂窝陶瓷装在刚玉坩埚中放入马弗炉中升温并保持；称取硝酸钴、硝酸铈、硝酸锆，然后加入柠檬酸和蒸馏水配置成混合溶液，将表面改性后的堇青石抽真空静置并干燥；将样品放入马弗炉中升温并焙烧。本发明专利技术的整体式cDPF可以大幅提高对碳烟颗粒的捕集性能，同时能降低碳烟颗粒的起燃温度和最大燃烧温度，做到DPF的良好再生。做到DPF的良好再生。做到DPF的良好再生。

【技术实现步骤摘要】
车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法及整体式cDPF


[0001]本专利技术涉及柴油车尾气处理
，尤其涉及一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法及整体式cDPF。

技术介绍

[0002]通常来说，柴油机颗粒捕集器(DPF)是一种通过挤压成型的具有圆柱体结构的壁流式蜂窝陶瓷材料，沿该圆柱体结构的高度方向由数百个小的壁流式平行通道组成。壁流式通道由具有可控的更高、更精确的孔隙率的陶瓷烧结制成，壁上具有无数个孔径为几个微米的孔隙。作为过滤介质，壁流式蜂窝陶瓷过滤器中的相邻通道交替地在两端堵塞，从而迫使汽油车、柴油车尾气流经壁流式陶瓷的多孔结构。太大而不能通过多孔表面的碳烟颗粒会被物理收集并堆积在通道中。DPF壁流式通道的设计是为了具有最佳的孔隙率，使尾气能够在没有太大障碍的情况下通过通道壁，并且对捕集颗粒物具有较好的选择性。
[0003]柴油机过滤系统的关键部件是DPF，而DPF的基底材料会影响其性能和耐久性。材料科学的进步也促进了DPF用基底材料的发展。一般而言，DPF基底材料的特点是具有较高的过滤效率、较低的压降、良好的耐高温性能、低热膨胀率、抗热应力和对尾气颗粒物中所包含的灰分(如硫酸盐等)的化学抗性。
[0004]必须强调的是，根据再生方法，柴油机颗粒捕集器可能会暴露在非常高的温度下，甚至于超过1000℃，以及快速的温度变化。这些情况主要是由过滤器中积累的碳烟颗粒在快速氧化过程中释放的热量引起的。由于碳烟颗粒在整个过滤器中的分布不一定是均匀的，所以热应力往往具有局部特征。高温和热应力都是造成过滤器损坏、失效的主要原因，如熔化或开裂。因此，将聚集的碳烟颗粒及时的催化燃烧并排出，对DPF的使用寿命具有很大的意义。
[0005]所有的DPF都是为了捕获并容纳一定数量的碳烟颗粒。当捕集了过多的碳烟颗粒后，会对气体流动造成阻碍，并最终导致通过DPF的排气压降过高，这不仅会导致燃烧不充分使过滤器本身堵塞更为严重，并且会对发动机的运行产生负面影响。
[0006]因此，必须为机动车辆排气系统提供一种可靠的方法来去除DPF中累积的碳烟颗粒，以恢复其对碳烟颗粒的捕集能力，并确保无问题地运行。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法和整体式cDPF，克服现有车辆DPF难以再生以及其中碳烟颗粒污染物难以有效去除的缺陷。
[0008]具体地，该车辆尾气可以是汽油车辆尾气或柴油车辆尾气。该整体式cDPF具有仿生结构。
[0009]该碳烟颗粒的去除，也就是所谓的燃烧碳烟颗粒使过滤器再生，可以在DPF的正常
运行期间连续进行(被动再生)，也可以在达到预先确定的碳烟颗粒积累量之后再生(主动再生)。通过负载合适的催化剂以连续催化碳烟颗粒的燃烧，便是被动再生的一种形式，寻找高性能催化剂、降低碳颗粒的燃烧温度是消除柴油机排气中碳颗粒，实现DPF再生的研究重点和突破点。
[0010]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0011]根据本专利技术的一个方面，提供了一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法，所述制备方法中使用的原料包括硝酸铝、正硅酸乙酯、硝酸钾、硝酸钴、硝酸铈和硝酸锆，所述制备方法通过气相生长法、溶胶凝胶法和浸渍法制备得到用于车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF，所述整体式cDPF具有仿生结构；
[0012]其中所述制备方法包括以下步骤：
[0013]步骤一，按比例配置硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液，其中，硅溶胶浸渍液的配置方法为：量取无水乙醇于第一容器中，再量取正硅酸乙酯加入容器中，加入蒸馏水，放入磁力搅拌器不停搅拌，滴加氨水2～3滴以催化正硅酸乙酯的水解，搅拌过夜制成硅溶胶；所述硝酸铝浸渍液的配置方法为称取硝酸铝配成硝酸铝浸渍溶液；所述氟化铵浸渍液的配置方法为称取氟化铵配成氟化铵溶液；
[0014]步骤二，将堇青石蜂窝陶瓷依次在步骤一得到的硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液中浸渍、冷冻、干燥；
[0015]步骤三，将步骤二得到的堇青石蜂窝陶瓷放入马弗炉中升温并保持，其中所述硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液在高温条件下生成气相气氛，利用气相中的原子或分子在结晶界面上不断沉积实现莫来石晶须生长；
[0016]步骤四，称取硝酸钴、硝酸铈、硝酸锆，然后加入柠檬酸和蒸馏水配置成混合溶液；
[0017]步骤五，将混合溶液置于第二容器，将步骤三中得到的表面改性后的堇青石放入第二容器，确保溶液没过样品，将第二容器转移至真空干燥皿中，抽真空后静置，后取出样品至烘箱中干燥，重复此过程一次；
[0018]步骤六，将步骤五得到的样品放入马弗炉中升温并焙烧，得到整体式cDPF。
[0019]在一些实施例中，所述制备方法所制备的整体式cDPF为堇青石
‑
莫来石
‑
铈锆固溶体复合氧化物，所述整体式cDPF具有类似于人体呼吸系统及支气管上表皮纤毛细胞结构的仿生结构。
[0020]在一些实施例中，其特征在于，所述按比例配置硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液、氟化铵浸渍液的浓度比为1:2:9，所述硝酸铝浸渍溶液的浓度为1.98mol
·
L
‑1。
[0021]在一些实施例中，所述步骤二中的冷冻温度
‑
6℃，所述步骤二中的干燥温度为50
‑
80℃，所述步骤二中的干燥温度为55℃。
[0022]在一些实施例中，在步骤二和步骤三中，将堇青石蜂窝陶瓷分别浸渍在硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液6h，然后进行冷冻处理6h，最后经过90℃干燥后置入马弗炉内在120℃焙烧12h，浸渍液在高温条件下生成气相气氛，利用气相中的原子或分子在结晶界面上不断沉积实现莫来石晶须生长。
[0023]在一些实施例中，步骤三中升温并保持为以2℃/min的升温速率升温至1000℃保持2h；步骤一的第一容器和步骤五的第二容器为烧杯。
[0024]在一些实施例中，所述硝酸钴、硝酸铈、硝酸锆的摩尔比为21:4:4、3:1:1、2:1:1、
1:1:1、21:3:3、21:2:2或21:1:1，步骤六中的升温焙烧为以2℃/min的升温速率升温至600℃焙烧2小时；
[0025]所述柠檬酸添加的物质的量为2倍硝酸钴的物质的量、3倍硝酸铈的物质的量和4倍硝酸锆的物质的量的总和。
[0026]在一些实施例中，所述步骤五中的抽真空后静止时间为10
‑
30min，所述步骤五中的干燥温度为100
‑
175℃。
[0027]在一些实施例中，所述步骤五中的抽真空后静止时间为15min，所述步骤五中的干燥温度为110℃。
[0028]根据本专利技术的另一方面，提供了一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF，所述整体式cDPF由前述的制备方法制备而成。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法，其特征在于，所述制备方法中使用的原料包括硝酸铝、正硅酸乙酯、硝酸钾、硝酸钴、硝酸铈和硝酸锆，所述制备方法通过气相生长法、溶胶凝胶法和浸渍法制备得到用于车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF，所述整体式cDPF具有仿生结构；其中所述制备方法包括以下步骤：步骤一，按比例配置硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液，其中，硅溶胶浸渍液的配置方法为：量取无水乙醇于第一容器中，再量取正硅酸乙酯加入容器中，加入蒸馏水，放入磁力搅拌器不停搅拌，滴加氨水2～3滴以催化正硅酸乙酯的水解，搅拌过夜制成硅溶胶；所述硝酸铝浸渍液的配置方法为称取硝酸铝配成硝酸铝浸渍溶液；所述氟化铵浸渍液的配置方法为称取氟化铵配成氟化铵溶液；步骤二，将堇青石蜂窝陶瓷依次在步骤一得到的硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液中浸渍、冷冻、干燥；步骤三，将步骤二得到的堇青石蜂窝陶瓷放入马弗炉中升温并保持，其中所述硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液和氟化铵浸渍液在高温条件下生成气相气氛，利用气相中的原子或分子在结晶界面上不断沉积实现莫来石晶须生长；步骤四，称取硝酸钴、硝酸铈、硝酸锆，然后加入柠檬酸和蒸馏水配置成混合溶液；步骤五，将混合溶液置于第二容器，将步骤三中得到的表面改性后的堇青石放入第二容器，确保溶液没过样品，将第二容器转移至真空干燥皿中，抽真空后静置，后取出样品至烘箱中干燥，重复此过程一次；步骤六，将步骤五得到的样品放入马弗炉中升温并焙烧，得到整体式cDPF。2.如权利要求1所述车辆尾气中炭烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法，其特征在于，所述制备方法所制备的整体式cDPF为堇青石
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莫来石
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铈锆固溶体复合氧化物，所述整体式cDPF具有类似于人体呼吸系统及支气管上表皮纤毛细胞结构的仿生结构。3.如权利要求1所述车辆尾气中碳烟颗粒过滤的整体式cDPF制备方法，其特征在于，所述按比例配置硅溶胶浸渍液、硝酸铝浸渍液、氟化铵浸渍液的浓度比为：1:2:9，所述硝酸铝浸渍溶液的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星，梅晞，李国鑫，蒋昀阳，张龙飞，刘锋，钱飞跃，江祉含，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：