[发明专利]一种具有孔梯度结构的汽油机颗粒捕集器陶瓷滤芯的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有孔梯度结构的汽油机颗粒捕集器陶瓷滤芯的制备方法。本发明所述的孔梯度纤维多孔陶瓷滤芯，通过优选不同长径比的陶瓷纤维，分别与高温粘结剂溶液混合，然后按照长径比从大到小的顺序，采用分批注料，沉降堆积，一次排液的真空抽滤法成型，经微波干燥和热处理得到所述的孔梯度纤维多孔陶瓷滤芯，并负载催化剂实现低温再生。本发明所述的孔梯度纤维多孔陶瓷滤芯具有过滤效率高，过滤阻力小，耐高温，可再生，且制备方法简单，科学合理，易于实施，可制备各种尺寸和形状的板状滤芯，应用于缸内直喷汽油车的尾气处理，可满足轻型汽油车国六排放法规的要求。

技术领域

本发明涉及一种具有孔梯度结构的汽油机颗粒捕集器陶瓷滤芯的制备方法。

背景技术

缸内直喷汽油机(GDI)因其喷油时刻控制灵活，良好的动力性、更好的燃油经济性、对冷启动排放有很大改善，二氧化碳排放量低等优点，在轻型车上得到愈来愈广泛的使用。根据保守估计，到2020年欧美国家的GDI汽油机有望取代进气道喷射汽油机(PFI)成为新车市场的主流。但是，GDI汽油机的燃油直接喷入气缸，由此引起的油气混合不均匀和燃油湿壁现象使颗粒物排放质量和数量显著上升。国内外大量实验研究表明，GDI汽油机颗粒物排放数量明显多于PFI汽油机和配置柴油机颗粒捕集器(DPF)的柴油机，且排放的颗粒粒径比柴油机更小，对人体健康的危害更大。因此，欧洲从欧5和欧6排放法规开始，对GDI发动机排放的颗粒物质量和数量进行了限制，而参照欧洲排放法规，我国的轻型车排放法规也增加了颗粒物质量和数量的限制。目前国内外对颗粒物的排放研究主要围绕柴油机展开，有关GDI汽油机颗粒物及其控制处理的相关研究仍然较少。尽管通过优化燃烧系统，提高喷射压力，调整点火及喷油正时等措施均可在一定程度上减少颗粒物排放，但是研究表明，未安装GPF的汽油机颗粒物数量(PN)排放水平很难达到6×10¹¹/km的新国标限值要求，这意味着，单纯靠机内净化手段已经难以满足排放法规的升级，因此，为满足国6排放标准，汽油机颗粒捕集器(GPF)装置将是汽油车尾气后处理的重要组成部分。

滤芯材料是汽油机颗粒捕集器的核心，常用作GPF的滤芯材料有陶瓷材料和金属材料，陶瓷滤芯耐高温，耐腐蚀，抗热震性能优异，制备成本低，因此具有更大的市场占有率。用作汽油机颗粒捕集器的陶瓷滤芯结构可以分为三类，分别是壁流式蜂窝结构，泡沫结构和纤维多孔结构。壁流式蜂窝陶瓷制备成本低，机械强度高，最早得到开发应用，但是易堵塞，且易受碳烟颗粒表面吸附的氧化物的化学侵蚀；泡沫陶瓷可塑性强，比表面大，主动再生时不会产生很大的热应力，但是过滤效率低，机械强度低；纤维多孔陶瓷体积密度小，气孔率高，过滤效率高，背压小，且比表面大，利于催化剂的负载，是理想的GPF陶瓷滤芯材料。目前，纤维多孔陶瓷滤芯的制备方法主要有三种，分别是编织法，缠绕法和真空抽滤法。前两种制备方法需要采用陶瓷长纤维为原料，对纤维力学性能有较高的要求，制备成本高，而采用陶瓷短纤维为原料的真空抽滤法是利用短纤维相互搭接，粘结剂固定纤维节点的方式，得到结构均匀，高气孔率的三维通孔网络结构，具有成本低，操作简便的优势。但在相关文献报道中，采用真空抽滤法制备的纤维多孔陶瓷大多是孔径为几十微米到几百微米的均孔结构，无法实现对纳米尺寸的碳烟颗粒的高效过滤。

发明内容

本发明的目的在于要解决低成本实现高过滤效率和低过滤阻力的技术问题，提供一种可催化再生的孔梯度纤维多孔汽油机颗粒捕集器陶瓷滤芯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

(1)将陶瓷纤维短切处理后通过标准筛筛分，得到多种长径比不同的短切纤维；

(2)将步骤(1)中过筛后的短切纤维分别与粘结剂溶液混合，得到纤维浆料；

(3)按照纤维长径比从大到小的顺序，将纤维浆料依次倒入底部带孔并铺有一层滤网的模具中，进行抽滤，得到孔梯度纤维多孔陶瓷滤芯湿坯；

(4)将得到的纤维多孔陶瓷滤芯湿坯干燥得到干坯；