專(zhuān)利名稱(chēng)：一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬纖維載體材料的制備方法，特別是涉及一種機(jī)動(dòng)車(chē) 尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步，汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展，數(shù)量劇增，汽車(chē)尾氣造成
的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。研究表明大城巿中40%以上的NOx，80"/。以上的 CO和70%以上的HC來(lái)自汽車(chē)尾氣。汽車(chē)尾氣中主要成分有CO, NOx, S02， HC,顆粒物等。治理尾氣污染已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的課題。許多國(guó)家紛紛制 定各種法規(guī)，采取許多措施(如歐II和新的歐V標(biāo)準(zhǔn))，對(duì)汽車(chē)尾氣排放加
以嚴(yán)格控制。中國(guó)要使全國(guó)各大城巿機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放達(dá)到歐n號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，并
實(shí)施國(guó)家第三階段機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)(相當(dāng)于歐III標(biāo)準(zhǔn))。為此將投入巨資，
用以治理大氣污染。而催化凈化是國(guó)際普遍釆用的汽車(chē)尾氣凈化的方法。
而凈化裝置的發(fā)展起決定性作用。
機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置一般由三部分構(gòu)成，外殼、載體材料和催化劑活
性物質(zhì)。載體是影響催化劑效能的重要因素之一。 一般來(lái)講，理想的車(chē)用
凈化器載體應(yīng)具備下列條件(1)不含使催化劑中毒的物質(zhì)；(2)高的 穩(wěn)定性；(3)適宜的比表面積及細(xì)孔結(jié)構(gòu)；(4)足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(5) 較小的氣流阻力；(6)適度的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度。目前汽車(chē)尾氣 凈化器采用的載體材料主要有三種陶瓷顆粒型載體材料、蜂窩陶瓷載體 材料和金屬載體材料。
陶瓷顆粒型載體材料是汽車(chē)尾氣凈化器最早使用的載體材料，它是由 直徑3~4mm的活性氧化鋁(y_A1 2 03 )小球堆積而成。這種載體的比表面 大(200 ~ 300mVg)、機(jī)械強(qiáng)度高(80N/粒)，具有較強(qiáng)的吸附力，當(dāng)排出的尾氣通過(guò)這些堆積小球時(shí)，固體顆粒被吸附，同時(shí)在排氣溫度和催化劑 的作用下有毒氣體被轉(zhuǎn)化，碳煙粒充分氧化燃燒。陶瓷顆粒型載體材料具 有制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、裝填容易等特點(diǎn)，但是他的致命弱點(diǎn)是，強(qiáng)度低、 易破碎、阻力大、影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。使油耗上升，功率下降。 目前已逐漸被蜂窩狀催化劑載體所取代。
目前在汽車(chē)尾氣凈化器中廣泛使用的是陶瓷蜂窩載體。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家
的汽車(chē)工業(yè)起早，發(fā)展快。對(duì)蜂窩陶瓷的研究也比我國(guó)早10-20年。在這 一領(lǐng)域，美國(guó)康寧(Coming)公司代表著世界范圍的最高水平。使用最多是 以擠壓方式生產(chǎn)的堇青石(2MgOAl20,Si02)蜂窩狀陶瓷載體。自1975年以 來(lái)，蜂窩狀陶瓷載體不僅成功用于汽油車(chē)的催化轉(zhuǎn)化，還是捕捉柴油機(jī)碳 顆粒物的主要手段。國(guó)內(nèi)已有堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的發(fā)明專(zhuān)利。為了固定催 化劑，蜂窩陶瓷載體表面通常涂覆一層均勻的高比表面積的涂層，然后把 貴金屬活性組分負(fù)載在其表面，組成效率高的實(shí)用汽車(chē)尾氣凈化器。涂層 材料通常選擇比表面積大的Y-A 1 2 03。但是Y-Al203涂層與堇青石基體的熱 膨脹系數(shù)又有較大的差異，因此必須對(duì)它的加工工藝及其參數(shù)進(jìn)行合理的 調(diào)整才能得到性能優(yōu)良的蜂窩陶瓷載體。
針對(duì)陶瓷載體材料的機(jī)械強(qiáng)度低、熱容量小，又開(kāi)發(fā)出了性能更優(yōu)良
將波紋狀金屬箔與平板狀金屬箔疊在一起，卷制成蜂窩狀整體型結(jié)構(gòu)。目 前，金屬載體材料最具應(yīng)用前景是Fe-Cr-Al,研究工作也主要圍繞 Fe-Cr-Al而進(jìn)行。金屬載體具有優(yōu)點(diǎn)是抗震性好、不易脆裂，比陶瓷載 體有更廣泛的適用性和使用壽命。
隨著人們對(duì)環(huán)保要求的提高和歐V標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，傳統(tǒng)的蜂窩載體材料 已難以滿足要求，而金屬纖維載體材料具有比表面積大、孔徑尺寸均勻， 可隨意控制，呈多孔體結(jié)構(gòu)，孔隙率可以達(dá)到90%以上，不但具有良好的 氣體流通性能，極大增加氣體通過(guò)的有效面積，降低催化凈化器的背壓， 有利于減少發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失，而且能阻擋和吸附汽車(chē)尾氣中煙塵顆粒，具
4有很高的容塵量，還可脈沖反吹再生。
纖維載體的特殊多孔性和空隙曲折相連性可以改變汽車(chē)尾氣的傳播 的路徑，延長(zhǎng)尾氣與催化劑的接觸面積和接觸時(shí)間，提高接觸幾率，以提 高催化劑對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率，其優(yōu)勢(shì)是其他載體無(wú)法比擬的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化 器用金屬纖維載體的制備方法，以制備出表面積更大、強(qiáng)度更高、壽命更 長(zhǎng)的鐵鉻鋁微米級(jí)金屬纖維載體。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈 化器用金屬纖維載體的制備方法，其特征在于該方法過(guò)程為釆用集東拉 拔法制備絲經(jīng)為12pm-40^im的鐵-鉻-鉬合金纖維東，將鐵-鉻-鋁合金纖 維束剪切成20-30mm長(zhǎng)的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上將短纖維形成棉絮團(tuán) 狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團(tuán)狀的多孔纖維網(wǎng)填塞到用厚0.5 mm ~ l.Omm的鐵-鉻-鋁薄板制成的催化劑圓簡(jiǎn)殼體中形成載體坯料，將載體坯 料放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)， 一次成型制備成金屬纖維載體。
所述燒結(jié)的工藝條件為真空燒結(jié)爐的真空度大于1x10-3pa，燒結(jié)溫 度為1100°C-1300°C,燒結(jié)時(shí)間為2-3小時(shí)。
所述金屬纖維載體的比表面積為5xl03 20xl03cm2/Cm3，孔徑尺寸為 2|im 3|im,孔隙率90%以上。
金屬纖維多孔載體是以集束拉拔法制備的微米級(jí)鐵鉻鋁合金纖維為 原料，釆用紡織工業(yè)中的無(wú)紡的技術(shù)形成多孔纖維網(wǎng)，再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)， 使纖維網(wǎng)中搭接點(diǎn)擴(kuò)散焊接在一起，搭接點(diǎn)形成了冶金結(jié)合，使纖維網(wǎng)成 為完整的多孔體材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，具有更高的強(qiáng)度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、比表面積大，可以達(dá)到(5~ 20) xl03Cm7cm3,高比表面積有利于增大催化劑活性組分物質(zhì)的附著的表 面積，可以增加活性組分與汽車(chē)尾氣中污染物質(zhì)的接觸幾率，提高催化劑對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率。2、孔徑尺寸均勻，可在2|_im~ 3nm范圍可控，并 能沿軸向形成梯度結(jié)構(gòu)，不但具有良好的氣體流通性能，而且能阻擋和吸 附汽車(chē)尾氣中煙塵顆粒。3、孔隙率高，可以達(dá)到90%以上，呈多孔體結(jié)構(gòu)， 具有很高的容塵量。4、具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，金屬纖維載體釆用紡織方 法制成的纖維網(wǎng)，纖維均勻無(wú)序的交織在一起，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，纖維網(wǎng)中 的纖維之間的搭接點(diǎn)焊接在一起，搭接點(diǎn)形成冶金結(jié)合，使纖維網(wǎng)成為完 整的多孔體材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，并和殼體形成整體結(jié)構(gòu)。因而能夠承受 汽車(chē)排放的高溫高速尾氣流沖擊和汽缸工作以及路況等因素引起的劇烈 振動(dòng)，避免破碎。
下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法，制備過(guò)程 為采用集東拉拔法制備絲經(jīng)為12)im -40)im的鐵-鉻-鉬合金纖維束，將 鐵-鉻-鋁合金纖維東剪切成20-30mm長(zhǎng)的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上將短纖 維形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團(tuán)狀的多孔纖維網(wǎng)填塞到 用厚0. 5 mm~ 1. 0,的鐵-鉻-鋁薄板制成的催化劑圓簡(jiǎn)殼體中形成載體坯 料，將載體坯料放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)， 一次成型制備成金屬纖維載 體。所述燒結(jié)的工藝條件為真空燒結(jié)爐的真空度大于lxlO-3pa,燒結(jié)溫 度為1100°C-1300°C，燒結(jié)時(shí)間為2-3小時(shí)。
本發(fā)明制備的金屬纖維載體的比表面積為5xl03 20xl03cm2/ cm3，孔 徑尺寸為2|im 3(im，孔隙率90%以上。
實(shí)施例1
釆用集束拉拔法制備絲徑為12pm的鐵鉻鋁金屬纖維東，剪切為20mm 長(zhǎng)度的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱(chēng)取100 克的纖維網(wǎng)，裝入預(yù)制好的①100x 100mm尺寸的鐵鉻鋁圓簡(jiǎn)內(nèi)，放入真 空燒結(jié)爐中燒結(jié)，在真空度大于1 x 10-3pa， 115(TC的條件下，燒結(jié)2小時(shí)，出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測(cè)結(jié)果為孔隙度卯％，平均孔徑尺
寸2pm，比表面積20.6 xi04。該載體裝入汽車(chē)尾氣凈化器中使用。 實(shí)施例2
采用集東拉拔法制備絲徑為201im的鐵鉻鉬金屬纖維東，剪切為23mm 長(zhǎng)度的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱(chēng)取100 克的纖維網(wǎng)，裝入預(yù)制好的O100 x 100mm尺寸的鐵鉻鋁圓簡(jiǎn)內(nèi)，放入真 空燒結(jié)爐中燒結(jié)，在真空度大于1 x 10-3pa, 117(TC的條件下，燒結(jié)2小時(shí)， 出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測(cè)結(jié)果為孔隙度92%,平均孔徑尺 寸2.4ym，比表面積12.6 x104。該載體裝入汽車(chē)尾氣凈化器中使用。
實(shí)施例3
釆用集東拉拔法制備絲徑為25pm的鐵鉻鋁金屬纖維束，剪切為26mm 長(zhǎng)度的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱(chēng)取10 0 克的纖維網(wǎng)，裝入預(yù)制好的①100x lOOmm尺寸的鐵鉻鋁圓簡(jiǎn)內(nèi)，放入真 空燒結(jié)爐中燒結(jié)，在真空度大于1 x 10-3pa, 120(TC的條件下，燒結(jié)2.5小 時(shí)，出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測(cè)結(jié)果為孔隙度92.6%,平均 孔徑尺寸2.7Mm,比表面積10.4 x 104。該載體裝入汽車(chē)尾氣凈化器中使 用。
實(shí)施例4
采用集束拉拔法制備絲徑為40jim的鐵鉻鋁金屬纖維東，剪切為30mm 長(zhǎng)度的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱(chēng)取100 克的纖維網(wǎng)，裝入預(yù)制好的①100x lOOmm尺寸的鐵鉻鋁圓簡(jiǎn)內(nèi)，放入真 空燒結(jié)爐中燒結(jié)，在真空度大于1 x 10-3pa, 125(TC的條件下，燒結(jié)3小時(shí)， 出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測(cè)結(jié)果為孔隙度94%，平均孔徑尺 寸3.0 jam,比表面積7.0 x 104。該載體裝入汽車(chē)尾氣凈化器中使用。
本發(fā)明制備的多孔載體具有良好的氣體流通性能，極大增加氣體通過(guò) 的有效面積，纖維載體的特殊多孔性和空隙曲折相連性，可以改變汽車(chē)尾 氣的傳播的路徑，延長(zhǎng)尾氣與催化劑的接觸面積和接觸時(shí)間，提高接觸幾
7率，以提高催化劑對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率，降低催化凈化器的背壓，有利于 減少發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失，而且能阻擋和吸附汽車(chē)尾氣中煙塵顆粒，具有很高 的容塵量，還可脈沖反吹再生。還能夠承受汽車(chē)排放的高溫高速尾氣流沖 擊和汽缸工作以及路況等因素引起的劇烈振動(dòng)，避免破碎，其優(yōu)勢(shì)是其他 載體無(wú)法比擬的。
權(quán)利要求
1. 一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法，其特征在于該方法過(guò)程為采用集束拉拔法制備絲經(jīng)為12μm-40μm的鐵-鉻-鋁合金纖維束，將鐵-鉻-鋁合金纖維束剪切成20-30mm長(zhǎng)的短纖維，在紡織梳棉機(jī)上將短纖維形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團(tuán)狀的多孔纖維網(wǎng)填塞到用厚0.5mm～1.0mm的鐵-鉻-鋁薄板制成的催化劑圓筒殼體中形成載體坯料，將載體坯料放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，一次成型制備成金屬纖維載體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的 制備方法，其特征在于所述燒結(jié)的工藝條件為真空燒結(jié)爐的真空度大于 lxlO-3pa,燒結(jié)溫度為1100°C-1300°C，燒結(jié)時(shí)間為2-3小時(shí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的 制備方法，其特征在于所述金屬纖維載體的比表面積為5xl03 20xl03cm2/ cm3,孔徑尺寸為2|im 3jim，孔隙率90%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法，過(guò)程為用集束拉拔法制備微米級(jí)鐵鉻鋁合金纖維束，將鐵鉻鋁合金纖維束剪切成短纖維，在紡織梳棉機(jī)上形成棉絮團(tuán)狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團(tuán)狀的多孔纖維網(wǎng)填塞到鐵鉻鋁圓筒中形成載體坯料，將載體坯料放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明制備的金屬纖維多孔載體具有比表面積大、孔徑尺寸均勻、孔隙率高和機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，良好的氣體流通性能，增加了氣體通過(guò)的有效面積，纖維載體的特殊多孔性和空隙曲折相連性，改變了汽車(chē)尾氣的傳播路徑，延長(zhǎng)尾氣與催化劑的接觸面積和時(shí)間，提高接觸幾率，提高催化劑對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率，降低催化凈化器的背壓，有利于減少發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101518745SQ20091002183
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者康新婷, 健 張, 程 李, 李亞寧, 李廣忠, 湯慧萍 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院