可用于柴油机尾气过滤的莫来石纤维网络结构与性能研究

摘要

陶瓷纤维多孔材料由于其高温结构稳定性被广泛的应用于柴油机尾气过滤领域。但是在使用的过程中随着时间的增加，柴油机尾气中的颗粒物堆积在过滤材料中，使得柴油机性能恶化，严重的影响了柴油机的正常使用。常用的方法是在过滤材料中负载催化剂，使得烟尘颗粒能够在较低的温度下氧化分解，从而实现过滤材料的再生使用。
　　但是催化剂颗粒极易在纤维的表面发生团聚，使得碳烟颗粒与催化剂的接触面积大大降低，从而影响催化剂的催化性能。为了使负载的催化剂能够均匀的负载在纤维的表面，实验中我们用抽滤的方法制备了三种具有不同二级结构的复合网络结构坯体（N-莫来石纤维、P-莫来石纤维、W-莫来石纤维坯体），来改变催化剂的负载形态从而提高催化剂的催化性能。我们分别对于三种不同的纤维网络结构的过滤性能、结构稳定性能、以及碳烟的催化性能进行表征和分析。由于二级结构的存在改变了纤维的三维网络结构，使得纤维坯体对于小粒径的颗粒的过滤效率大大提高（直径为0.1-0.3um的小粒子，过滤效率从23.35％(N-莫来石纤维坯体)分别提高到64.94%(C-莫来石坯体)和91.59%(W-莫来石坯体)）。同时二级结构的存在为纤维坯体增加了很多的新生表面，不仅使催化剂的负载量大大增加（负载量从9.49%（N-莫来石纤维坯体）分别提高到12.22%（P-莫来石纤维坯体）和13.48%（W-莫来石纤维坯体））；而且也使得催化剂与碳烟的接触面积增加，这样使得碳烟的氧化效率提升（碳烟的起始燃烧温度在W-莫来石纤维坯体中为434oC， P-莫来石纤维坯体中为443oC，低于N-莫来石纤维坯体的473oC）。常温压应力下晶须/纤维复合网络的极限变形量是光杆纤维网络结构的2倍，高温下增加为2.5倍。并且抗压极限没有明显衰减。塑性变形的存在使其在达到应力极限时不出现致命破坏，使得纤维网络结构保持稳定性。
　　本文中我们还对于二级结构的生长机理进行了探讨，纤维为莫来石晶须生长提供了晶核，氟离子的存在促进莫来石晶须在更低的温度下生成。莫来石晶须以及刚玉片状结构的生长遵循气-固反应机理，升高温度以及改变反应粉末与纤维的比例可以使活性气体的压力增加，使得晶须的长径比增大并且还有片状刚玉的生成。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油机尾气净化技术

1.3颗粒物捕集器（Diesel Particulate Filter, DPF）简介

1.4 课题背景及创新点

第2章 实验部分

2.1 实验原料及实验设备

2.2 实验测试方法

第3章 莫来石纤维复合网络结构的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3 影响晶须生长的因素

3.6 本章小结

第4章 莫来石三维网络结构的过滤性能及催化性能的研究

4.1 三种具有不同二级结构的纤维网络结构的制备

4.2 三种不同网络结构的高温力学性能

4.3 三种不同网络结构的孔径分布对过滤效率的影响

4.4 催化剂的负载

4.5 本章小结

第5章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢