一種堇青石蜂窩的涂層方法技術

本發明專利技術公開了一種堇青石蜂窩的涂層方法，所述的方法包括步驟：（１）將沾有金屬鹽的堇青石蜂窩在４００－８００℃和含碳氣源接觸０．５－１２小時，得到生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩；（２）將步驟（１）得到的生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩浸泡在含有活性Ａｌ２Ｏ３的漿料中１０－６０分鐘，得到生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Ａｌ２Ｏ３漿料的堇青石蜂窩；和（３）將步驟（２）得到的生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Ａｌ２Ｏ３漿料的堇青石蜂窩在４００－８００℃焙燒２－１０小時，得到有活性Ａｌ２Ｏ３涂層的堇青石蜂窩。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料制造領域，具體涉及和工藝。
技術介紹
堇青石(2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)是一種陶瓷材料，以堇青石為基體制備的蜂窩體具 有機械強度高、壓力降小(流體經過時蜂窩兩端壓差小，意味著動力損失小)、熱膨脹系數 低、熱穩定性好等特點，廣泛應用于過濾、換熱、節能、汽車尾氣和工廠廢氣的催化凈化等化 工和環保領域。不過其比表面積很小(< lm2/g)，一般需要在蜂窩通道表面涂覆一層大比 表面積的涂層，以增加其與所處理介質的有效接觸面積。活性Al2O3因比表面積大、來源豐 富且性能穩定，成為陶瓷蜂窩體涂層的首選。浸漬法和漿料法是兩種常用在陶瓷蜂窩上涂 覆活性Al2O3的方法前者將陶瓷蜂窩浸漬在可溶性鋁鹽或鋁溶膠中，經后處理轉變為活性 Al2O3涂層；后者將含活性Al2O3粉的漿料直接浸泡或噴涂到蜂窩通道壁面上，熱處理后即形 成涂層。按照堇青石蜂窩體在不同領域的應用要求，需要選擇不同的涂層制備工藝。安琴 等在《陶瓷蜂窩載體Y-Al2O3涂層研究進展》(化學通報，2001年第3期第135-140頁)一 文中，評述了陶瓷蜂窩載體活性Al2O3涂層的研究進展，認為當陶瓷蜂窩載體用作催化劑的 結構支撐體時，活性Al2O3涂層的表面物理化學性質影響著活性組分在涂層上的分散狀態， 以及催化反應的順利進行，所以涂層的制備工藝非常關鍵。傳統的陶瓷蜂窩載體的涂層工藝，無論是浸漬法還是漿料法，都是陶瓷蜂窩載體 直接浸泡在溶膠狀或漿料狀的涂層前驅體中，最后得到的都是結構密實的涂層。如中國專 利CN101653730公開了一種以堇青石質蜂窩為載體的三元催化劑的制備方法，其中涂層漿 液是直接浸漬或一次性涂覆在堇青石質蜂窩載體上的。中國專利CN1814568公開了一種 NZP族涂層-蜂窩堇青石陶瓷復合載體的制備，涂層溶膠也是在常溫下直接浸涂在蜂窩堇 青石陶瓷上，最后形成了復合載體。這些涂層方法最后得到的涂層顆粒通常無規則地堆積 在陶瓷蜂窩載體的通道表面上，涂層中較大孔徑的流體通道較少且不規則，不利于流體的 快速擴散，也不利于涂層內表面的充分利用。因此，本領域迫切需要提供一種新的堇青石蜂窩載體的涂層工藝。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種新的堇青石蜂窩載體的涂層方法。在本專利技術的第一方面，提供了，所述的方法包括步 驟(1)將沾有金屬鹽的堇青石蜂窩在400-800°C和含碳氣源接觸0. 5-12小時，得到 生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩；(2)將步驟(1)得到的生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩浸泡在含有活性Al2O3的 漿料中10-60分鐘，得到生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Al2O3漿料的堇青石蜂窩；和(3)將步驟(2)得到的生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Al2O3漿料的堇青石蜂窩在400-800°C焙燒2-10小時，得到有活性Al2O3涂層的堇青石蜂窩。步驟(1)中所述的金屬鹽選自硝酸鹽、鹵代鹽、或硫酸鹽，所述的金屬選自鎳、鐵、 鈷、或銅；步驟(1)中所述的含碳氣源選自乙烯、乙烷、甲烷、或一氧化碳。步驟(2)中所述的含有活性Al2O3的漿料中活性Al2O3固體的含量為25_45wt% ； 所述活性Al2O3的前驅體選自下述的一種或一種以上的混合擬薄水鋁石粉、三水鋁石粉、 和異丙醇鋁粉。步驟(1)中所述沾有金屬鹽的堇青石蜂窩通過將堇青石蜂窩在金屬鹽溶液中浸 泡0. 5-24小時獲得，以所述金屬鹽溶液的總重量計，其中的金屬鹽濃度為0. l-5wt%。在本專利技術的第二方面，提供了一種有活性Al2O3涂層的堇青石蜂窩，以所述涂層 蜂窩的總重量計，其中活性Al2O3涂層的重量百分比為5-30wt% ；所述活性Al2O3涂層的 孔徑為2-lOOnm ；所述活性Al2O3涂層的孔徑分布呈雙峰結構，主孔徑為2-lOnm，次孔徑為 IO-IOOnm0在另一優選例中，本專利技術提供的堇青石蜂窩中的活性Al2O3涂層是通過如上述的 本專利技術提供的涂層方法得到。在本專利技術的第三方面，提供了一種如上所述的本專利技術提供的有活性Al2O3涂層的 堇青石蜂窩的用途，用作催化劑的載體；所述的催化劑的載體用于換熱、節能、汽車尾氣處 理、或工廠廢氣處理中。據此，本專利技術提供一種新的堇青石蜂窩載體的涂層工藝。 附圖說明圖1顯示了堇青石蜂窩、生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩和有活性Al2O3涂層的堇 青石蜂窩的外觀；其中A是堇青石蜂窩，B是生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩，C是有活性Al2O3涂層的堇 青石蜂窩。圖2顯示了實施例1、2、3分別獲得的涂層蜂窩的孔徑分布情況；其中橫坐標是孔 徑d (單位nm)，縱坐標是dV/dlog (d)(單位cm3/ (g · nm))，物理涵義為當孔徑增加Δ d時 氣體吸附量(即孔體積)增加Δν，以AV/Ad對d作圖，即為孔分布曲線。具體實施例方式專利技術人廣泛而深入的研究提示，在堇青石蜂窩上通過催化化學氣相沉積法生長納 米碳纖維，然后涂覆含活性Al2O3的漿料，再除去納米碳纖維，從而得到一種有活性Al2O3涂 層的堇青石蜂窩，其中的Al2O3涂層的孔徑處于中孔范圍、分布呈雙峰結構，并且該工藝使 得孔徑大小可控，是一種全新的制備思路。如本文所用，“堇青石蜂窩”或“堇青石蜂窩載體”都是指一種以堇青石 (2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)為主晶相的陶瓷結構體，具蜂窩狀通道，結構體形狀有圓柱體、橢圓 體、立方體，通道結構有方形、三角形、圓形等，單位截面上通道的數量定義為孔密度，通常 為200-600孔數量/英寸2 (cpsi)，可以使用本領域常規的陶瓷工藝制造，例如但不限于，以 滑石、黏土、氧化鋁、長石等為主要原料以一般陶瓷工藝制得。也可以通過商業渠道獲得，例 如但不限于，蘇州忠輝陶瓷有限公司的產品。本專利技術優選的堇青石蜂窩(或稱堇青石蜂窩載體)是指本領域熟知的具有整體蜂窩狀通道的用堇青石陶瓷燒結而成的結構體，為圓柱 體，通道結構為方形，孔密度為300cpsi。如本文所用，“載體”是指用來支撐、分散其它物質的結構體，如本領域熟知的催化 劑載體。在本專利技術中，“涂層蜂窩”是指支撐和分散有活性Al2O3涂層的堇青石蜂窩。如本文所用，“納米碳纖維”是指一種直徑為5_350匪，長度為Iym-Imm不等的 具有纖維狀結構的納米碳材料。可采用本領域熟知的方法制備，例如但不限于，公開號為 CN1793451的中國專利中的催化化學氣相沉積法制備，催化劑可采用Fe、Co、M等單金屬或 合金；含碳氣源可采用CO、CH4, C2H4等，納米碳纖維催化生長溫度為500-800°C。采用不同 的金屬催化劑，配合使用不同的含碳氣源，可得到不同結構尺寸的納米碳纖維，如板式納米 碳纖維、管式納米碳纖維、或魚骨納米碳纖維。如本文所用，“活性Al2O3漿料”和“含活性Al2O3粉的漿料”都是指將活性Al2O3粉 和水形成的混合溶液。所述活性Al2O3粉是將下述的一種或一種以上混合的活性Al2O3粉的 前驅體脫水或水解后形成擬薄水鋁石粉(一水鋁石粉)、三水鋁石粉、和異丙醇鋁粉；更佳 地，脫水或水解后經400-80(TC焙燒后形成活性Al2O3粉。如本文所用，“孔徑分布分析”是指使用孔徑分布測定儀(例如，美國麥克儀器公司 生產的ASAP-2010型孔徑分布測定儀)對孔徑分布進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種堇青石蜂窩的涂層方法，其特征在于，所述的方法包括步驟：　　（１）將沾有金屬鹽的堇青石蜂窩在４００－８００℃和含碳氣源接觸０．５－１２小時，得到生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩；　　（２）將步驟（１）得到的生長有納米碳纖維的堇青石蜂窩浸泡在含有活性Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的漿料中１０－６０分鐘，得到生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］漿料的堇青石蜂窩；和　　（３）將步驟（２）得到的生長有納米碳纖維、并涂覆有活性Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］漿料的堇青石蜂窩在４００－８００℃焙燒２－１０小時，得到有活性Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］涂層的堇青石蜂窩。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李平，王寅，王西龍，徐晶，韓一帆，周興貴，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]