多孔金属间化合物-陶瓷催化剂载体及其制备方法技术

技术编号:699748 阅读:274 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种多孔金属间化合物-陶瓷催化剂载体,它是以工业纯Ni、Al、TiH↓[2]、Al↓[2]O↓[3]粉末为原料,加入乙醇湿法混合,通过自蔓延高温合成反应形成的在NiAl、NiTi、TiAl金属间化合物组成的基体中弥散分布有TiO↓[2]和Al↓[2]O↓[3]颗粒的复合材料。本发明专利技术的多孔催化剂载体主要用于汽车尾气净化器、污水过滤净化器或冶金行业热交换器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种催化剂载体及其制备方法,尤其是用于内燃机尾气净化 器或过滤材料的催化剂载体及其制备方法,属于材料合成与加工领域。
技术介绍
汽车尾气净化器是汽车尾气排放的控制单元,其性能的好坏直接决定尾 气的过滤效果。在净化器中起净化作用的是三元催化剂,而催化剂是附着在 各种载体上,载体的性能、形式直接影响到催化转化效果。因此,催化剂载 体是汽车尾气净化器的关键部件。目前,汽车尾部净化器载体主要是陶瓷和金属两类,陶瓷载体的热稳定 性好,但脆性大,经常因剧烈的震动和热冲击而破碎,从而失去净化功能, 并造成排气堵塞,而且陶瓷载体的热容量大,使附着的催化剂在汽车冷启动 时催化转化效果差金属载体强度高,导热性好,但耐热性差,热胀系数大, 且制造工艺复杂,价格昂贵。金属间化合物材料的性能介于金属和陶瓷之间,综合了金属的强韧性、 高导电导热性和陶瓷的热稳定性、耐高温性,具有高温结构材料所期望的优 异性能,填补了高温合金和陶瓷之间使用温度的空白。其中具有代表性的 Ni-Al、 Ti-Al、 Fe-Al、 Ni-Ti系金属间化合物,具有密度低、高温比强度和 比刚度高、抗氧化和抗腐蚀性能好等特点,因而被用作航空航天领域的结构 件和耐高温涂层。将金属间化合物材料做成多孔状,用作机动车尾气净化器 载体,不仅能满足载体的强韧性、耐热冲击性和热稳定性要求,而且由于金 属间化合物具有极高的热导率,能极大地促进机动车冷启动排气污染物的催化转化效率。用于柴油车排气微粒捕集器过滤体,既能满足过滤体的机械强 度和抗热振性能,又能解决过滤体再生时的热疲劳损坏难题,保证使用寿命, 这对柴油车排气后处理技术的实用化具有重要意义。中国专利公开号CN1584083 (申请号:200410046492. 4 ) 2005年2月23 曰公开了一种Ni-AI金属间化合物多孔材料及其制备工艺。中国专利公开号CN1640529 (申请号200410003039.5) 2005年7月20日公开了一种钛、铝元素粉末反应合成制备钛铝金属间化合物过滤膜的方 法。中国专利公开号CN1651143 (申请号200410100948. 0) 2005年8月10 曰公开了一种导电型蜂窝陶瓷催化剂载体及其制备方法。它是以Ti02或Ti、 C、 Al为原料,加入有机粘接剂后挤压形成蜂窝型陶胚,预热后用电火花或激 光束点燃自蔓延高温合成反应,得到Al203/TiC导电型复相陶瓷催化剂载体。俄罗斯专利RuNo. 2060927提出了利用Ni、 Ti粉末反应原位合成多孔Ni-Ti金属间化合物的方法。以上专利技术专利存在下列缺点①均为纯粹的金属间化合物材料或陶瓷材 料,很难满足汽车尾气净化器载体的高温强度及抗热振性和机械振动性要求; ②多孔材料孔隙率低,如增大孔隙率,强度则大大降低,因而汽车尾气通过 时背压大,催化转化效果差。③采用电火花或者小功率的激光束引燃自蔓延 反应,合成多孔材料的成功率低,质量难以控制,若采用大功率的激光束, 设备成本高,维护维修费用高。
技术实现思路
本专利技术针对现有纯金属间化合物或陶瓷材料的催化剂载体性能的不足,提供 一种由金属间化合物和陶瓷材料合成的多孔催化剂载体及制备方法。为达到上述目的,本专利技术的多孔催化剂载体是在NiAl、 NiTi、 TiAl金属间化合物组成的基体中弥散分布有Ti 02和八1203颗粒;这种多孔催化剂载体的孔隙率为57. 8-75. 2%, 600。C强度为58. 4-83. 6Mpa,导热率大于40 W nf1 k 一1。 本专利技术的多孔催化剂载体是由以下方法制备的(1)备好工业纯Ni、 Al、 TiH2、 AU)3粉末,其中Ni、 TiH2、 AU)3粉末的粒 度均为200-400目,Al粉粒度为100-200目,对粉末分别过筛,各原料组分的质 量百分比分别为Ni 48.6-63.7% Al 16.2-21.3% TiH2 6.3-16.7% A1203 8. 7-18. 5% 在这种反应体系里,Ni、 Al是反应剂,TiH2既是反应剂又是造孔剂,A120:( 为添加剂。(2) 将上述称量完毕的各种粉末先干法均匀混合,然后再加入4-9%的无水 乙醇湿法混合成泥状混合物。(3) 采用模压成型方法,将上述泥状混合物制成①50-100 ,、高100-150 腿的圆柱形压胚,再将压胚在100°C—150。C范围内烘干4-8小时,使乙醇完全 挥发 一(4) 将压胚放入300-45(TC的加热炉中,预热O. 5小时。(5) 开启能量束点火装置进行自蔓延高温合成反应,冷却后得到MA1+ NiTi+ Ti A1/A1203 +Ti 02金属间化合物/陶瓷催化剂载体。(6) 切去端部,即得到催化剂载体成品。 上述的能量束为等离子束,等离子束电流为100A-150A ,电压为40V-50V,束柱直径为①5-10mm,自蔓延高温合成反应波蔓延速度为5-15cm/s。本专利技术的原位反应式和合成原理是Ni+Al+TiH2+Al203 +02—MA1+ NiTi+ Ti A1+H20T+A1203 +Ti 02 通过预热和等离子束点火,反应物压胚中的TiH2迅速大量分解为Ti和H2,Ti和H2燃烧放出大量的热引发Ni与Al、 Ni与Ti、 Ti与Al之间的反应,生成 的NiAl+ NiTi+ Ti Al金属间化合物达到半熔化状态,与添加的A1203和燃烧生 成的Ti02颗粒达到冶金结合。因反应过程迅速,冷却速度快,无论是多孔复合材 料基体中的NiAl、 NiTi、 TiAl金属间化合物相,还是先行获得的Ti02相,晶 粒皆来不及长大,TiO2相颗粒尺寸为50-500nm,TiO2和A1203颗粒弥散分布于 NiAl、 MTi、 TiAl金属间化合物组成的基体中,提高了强度和硬度。由于本专利技术采用了上述的技术方案,本专利技术具有以下优点和积极效果1、 利用化学反应原位合成多孔的NiAl+ NiTi+ Ti Al/Al203 +Ti 02金属间化 合物/陶瓷复合材料载体2、 合成的催化剂载体内部的孔洞形貌是三维立体连通的网络状结构,具有 大的比表面积;同时因为孔壁分布纳米Ti02,比表面积和表面活性进一步增大, 尾气与催化剂充分接触,有利于尾气的催化转化和柴油车微粒捕集;3、 通过改变反应体系的配比、工艺参数,可以获得孔隙率为57. 8-75.2%, 60(TC强度为58.4-83.6Mpa,导热率大于40 W m 1 k —1,导电性接近于金属的 催化剂载体。4、 利用等离子束点火,既提高成品率,又减少设备投资,降低生产成本, 且无环境污染。本专利技术的多孔催化剂载体具有十分广阔的应用范围。首先应用于汽车尾气净 化催化剂载体,接近于金属的导电导热性,有利于汽车冷启动时,尾气的瞬时催 化转化。应用于柴油车微粒捕集器,可减少再生加热时的热应力和热疲劳损坏, 延长微粒捕集器的工作寿命。本专利技术还可应用于化工行业或环保行业污水过滤净 化、冶金行业热交换器等多种液体的过滤。当液体通过多孔材料时,借助于其内 部的三维孔结构,紊流可以被转换成非常稳定的层流,从而有利于滤杂和排气。 附图说明图l一图3是本专利技术多孔催化剂载体微观形貌图;具体实施方式下本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种多孔金属间化合物-陶瓷催化剂载体,其特征是,它是在NiAl、NiTi、TiAl金属间化合物组成的基体中弥散分布有TiO↓[2]和Al↓[2]O↓[3]颗粒,这种多孔催化剂载体的孔隙率为57.8-75.2%,600℃强度为58.4-83.6Mpa,导热率大于40W.m↑[-1].k↑[-1]。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:崔洪芝吴杰
申请(专利权)人:山东科技大学
类型:发明
国别省市:95[中国|青岛]

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