專利名稱：一種機動車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，特別是涉及一種機動車 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)濟社會的進步，汽車工業(yè)快速發(fā)展，數(shù)量劇增，汽車尾氣造成
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來自汽車尾氣。汽車尾氣中主要成分有CO, NOx, S02， HC,顆粒物等。治理尾氣污染已成為國內(nèi)外關(guān)注的課題。許多國家紛紛制 定各種法規(guī)，采取許多措施(如歐II和新的歐V標(biāo)準(zhǔn))，對汽車尾氣排放加
以嚴(yán)格控制。中國要使全國各大城巿機動車尾氣排放達到歐n號標(biāo)準(zhǔn)，并
實施國家第三階段機動車排放標(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。而催化凈化是國際普遍釆用的汽車尾氣凈化的方法。
而凈化裝置的發(fā)展起決定性作用。
機動車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。 一般來講，理想的車用
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)足夠的機械強度；(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)、機械強度高(80N/粒)，具有較強的吸附力，當(dāng)排出的尾氣通過這些堆積小球時，固體顆粒被吸附，同時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 有制造簡單、價格低廉、裝填容易等特點，但是他的致命弱點是，強度低、 易破碎、阻力大、影響汽車發(fā)動機的動力性能。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。
目前在汽車尾氣凈化器中廣泛使用的是陶瓷蜂窩載體。國外發(fā)達國家
的汽車工業(yè)起早，發(fā)展快。對蜂窩陶瓷的研究也比我國早10-20年。在這 一領(lǐng)域，美國康寧(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，蜂窩狀陶瓷載體不僅成功用于汽油車的催化轉(zhuǎn)化，還是捕捉柴油機碳 顆粒物的主要手段。國內(nèi)已有堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的發(fā)明專利。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，組成效率高的實用汽車尾氣凈化器。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，因此必須對它的加工工藝及其參數(shù)進行合理的 調(diào)整才能得到性能優(yōu)良的蜂窩陶瓷載體。
針對陶瓷載體材料的機械強度低、熱容量小，又開發(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而進行。金屬載體具有優(yōu)點是抗震性好、不易脆裂，比陶瓷載 體有更廣泛的適用性和使用壽命。
隨著人們對環(huán)保要求的提高和歐V標(biāo)準(zhǔn)的實施，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，極大增加氣體通過的有效面積，降低催化凈化器的背壓， 有利于減少發(fā)動機動力損失，而且能阻擋和吸附汽車尾氣中煙塵顆粒，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尾氣的傳播 的路徑，延長尾氣與催化劑的接觸面積和接觸時間，提高接觸幾率，以提 高催化劑對污染物的轉(zhuǎn)化效率，其優(yōu)勢是其他載體無法比擬的。

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，提供一種機動車尾氣凈化 器用金屬纖維載體的制備方法，以制備出表面積更大、強度更高、壽命更 長的鐵鉻鋁微米級金屬纖維載體。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種機動車尾氣凈 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長的短纖維，在紡織梳棉機上將短纖維形成棉絮團 狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團狀的多孔纖維網(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殼體中形成載體坯料，將載體坯 料放入真空燒結(jié)爐中進行燒結(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)時間為2-3小時。
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鐵鉻鋁合金纖維為 原料，釆用紡織工業(yè)中的無紡的技術(shù)形成多孔纖維網(wǎng)，再通過高溫?zé)Y(jié)， 使纖維網(wǎng)中搭接點擴散焊接在一起，搭接點形成了冶金結(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，具有更高的強度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、比表面積大，可以達到(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尾氣中污染物質(zhì)的接觸幾率，提高催化劑對污染物的轉(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 附汽車尾氣中煙塵顆粒。3、孔隙率高，可以達到90%以上，呈多孔體結(jié)構(gòu)， 具有很高的容塵量。4、具有較高的機械強度，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焊接在一起，搭接點形成冶金結(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，避免破碎。
下面通過實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)描述。
具體實施例方式
本發(fā)明一種機動車尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法，制備過程 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長的短纖維，在紡織梳棉機上將短纖 維形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團狀的多孔纖維網(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殼體中形成載體坯 料，將載體坯料放入真空燒結(jié)爐中進行燒結(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)時間為2-3小時。
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 長度的短纖維，在紡織梳棉機上形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱取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，出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測結(jié)果為孔隙度卯％，平均孔徑尺
寸2pm，比表面積20.6 xi04。該載體裝入汽車尾氣凈化器中使用。 實施例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 長度的短纖維，在紡織梳棉機上形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱取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， 出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測結(jié)果為孔隙度92%,平均孔徑尺 寸2.4ym，比表面積12.6 x104。該載體裝入汽車尾氣凈化器中使用。
實施例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 長度的短纖維，在紡織梳棉機上形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱取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，出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測結(jié)果為孔隙度92.6%,平均 孔徑尺寸2.7Mm,比表面積10.4 x 104。該載體裝入汽車尾氣凈化器中使 用。
實施例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 長度的短纖維，在紡織梳棉機上形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，稱取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， 出爐后形成了整體多孔載體材料，檢測結(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 的有效面積，纖維載體的特殊多孔性和空隙曲折相連性，可以改變汽車尾 氣的傳播的路徑，延長尾氣與催化劑的接觸面積和接觸時間，提高接觸幾
7率，以提高催化劑對污染物的轉(zhuǎn)化效率，降低催化凈化器的背壓，有利于 減少發(fā)動機動力損失，而且能阻擋和吸附汽車尾氣中煙塵顆粒，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，避免破碎，其優(yōu)勢是其他 載體無法比擬的。
權(quán)利要求
1. 一種機動車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長的短纖維，在紡織梳棉機上將短纖維形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團狀的多孔纖維網(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所述的一種機動車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)時間為2-3小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機動車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)明公開了一種機動車尾氣凈化器用金屬纖維載體的制備方法，過程為用集束拉拔法制備微米級鐵鉻鋁合金纖維束，將鐵鉻鋁合金纖維束剪切成短纖維，在紡織梳棉機上形成棉絮團狀的多孔金屬纖維網(wǎng)，將制成棉絮團狀的多孔纖維網(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、孔隙率高和機械強度高的特點，良好的氣體流通性能，增加了氣體通過的有效面積，纖維載體的特殊多孔性和空隙曲折相連性，改變了汽車尾氣的傳播路徑，延長尾氣與催化劑的接觸面積和時間，提高接觸幾率，提高催化劑對污染物的轉(zhuǎn)化效率，降低催化凈化器的背壓，有利于減少發(fā)動機動力損失。
文檔編號B01D53/94GK101518745SQ20091002183
公開日2009年9月2日 申請日期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 申請人:西北有色金屬研究院