[发明专利]一种净化器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及机动车排气净化领域，尤其是一种净化器及其制备方法。

背景技术

随着空气污染问题的日益突出和汽车数量的迅速增加，汽车排放的废气已成为城市大气环境污染的主要污染源之一。汽车尾气中的有害物质主要有CO、NOx和HC，多环芳烃(PAH)以及悬浮物(SPM)等。NOx和HC在大气中经过一系列的光化学反应，易生成臭氧等多种氧化性很强的物质，形成光化学烟雾。光化学烟雾不仅严重危害人的健康，而且会对动植物和各种材料造成严重破坏。

净化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，净化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H₂0)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

汽车尾气净化器包括壳体、载体和覆盖于载体表面的催化剂。早期的载体多采用颗粒载体，但由于颗粒载体的催化剂具有堆集密度大、床层阻力大、易粉碎等缺点，不适于汽车尾气净化。而蜂窝状整装催化剂载体由于具有纵向、连续、不受阻挡的通道，排气阻力小等优点，在后来的研究中被广泛应用于汽车尾气的净化，目前汽车尾气催化剂多采用这类载体。20世纪70年代初，3M公司和福特公司用烧结法生产出一种蜂窝陶瓷载体，1972年康宁公司也开发出一种蜂窝陶瓷载体，1986年康宁公司在西德设备厂生产蜂窝陶瓷载体，以满足欧洲汽车工业的需要，为车用催化剂的大规模推广奠定了坚实的物质基础。我国大约在20世纪80年代中期开始生产蜂窝陶瓷载体，虽然经过了十几年的发展，但由于技术、设备等原因，与国外的产品相比，还有一定的差距。

陶瓷载体是目前广泛使用的汽车尾气净化催化剂载体，其中比较常见的是堇青石质蜂窝陶瓷载体。工业化的堇青石陶瓷制备方法，多以高岭土、滑石或纯组分氧化物为原料，采用高温固相反应合成。该方法具有生产工艺简单，生产效率高等优点；但其存在的最大问题就是合成温度高，能源消耗大，烧结温度达1390～1400℃，且其烧结温区很窄。如引入玻璃相，可以适当降低堇青石陶瓷的烧结温度，拓宽其烧结温区，但却提高了其热膨胀系数，降低了抗热震和侵蚀的能力。沉淀包裹法和溶胶-凝胶法工艺要求比较严格，合成过程复杂，原料多为有机化合物，价格昂贵，有些还对人体有害，很难满足工业应用要求。在利用添加助剂改善堇青石陶瓷性能方面，助剂多为单一组元，往往平均热膨胀系数很小，但其a轴和c轴的热膨胀系数却存在较大差异，很难使“零膨胀”与各向异性热效应相协调，从而降低了堇青石陶瓷的热性能。

氧化铝也是一种常见的陶瓷材料，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等许多优良的性能，但是由于氧化铝自身阳离子电荷多，半径小，离子键强等特点，导致其晶格能较大，扩散系数较低，烧结温度高，另外也由于其脆性大、热膨胀系数高的缺陷使其应用受到了一定的限制，故亟需寻找一种可以解决上述问题的有效方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种净化器及其制备方法，该尾气净化剂的载体是以氧化铝为基质，加入烧结助剂、稀土氧化物和碳纤维使制得的载体具有高抗压强度、较低的热膨胀系数和较低的烧结温度。

本发明的技术方案是：一种净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体固定在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，所述蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6-10％，稀土氧化物：2-5％，粘结剂：2-4％，碳纤维：1-2％，余量为氧化铝粉体。在陶瓷载体内部设置部分弯曲的蛇形通道，并与直道连通，使得尾气气流在经过连通处时形成涡流或者湍流而发生不规则混合，起到搅拌的作用，同时蛇形通道也增加了尾气与通道表面催化剂的接触面积以及接触压力，有效提高催化效率。(其中直道连通到载体表面，蛇形通道设置在载体内部，如此设置可以降低载体表面的进气阻力，从而提高高速高温尾气进入载体进行净化的效率)

作为一种优选，直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)。当直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)时，可明显提高催化效率，如果蛇形通道长度比例过高，超出这个范围，会因短时间大流量的尾气通入蛇形通道而导致进气压力过高使陶瓷坯体产生裂纹。