一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器及其制备方法

摘要

本发明公开一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器，堇青石汽油颗粒过滤器中的微孔孔径中，D10≥7微米，D90≤50μm，孔分布系数K＝(D90‑D10)/D50≤3.0，堇青石汽油颗粒过滤器由50.5％‑51.1％的空心二氧化硅微球、35.2％‑35.8％的片状α氧化铝、13.4‑14.0％的活性氧化镁的制成，空心二氧化硅微球为中空窍壳结构，壳壁厚度为0.2‑1.0μm，其D50＝20‑36μm，D10≥15μm，D90≤47μm，粒度分布系数P＝(D90‑D10)/D50≤1.3。本发明制得的窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器满足了不用预处理就满足PN排放的要求。

说明书

技术领域

本发明属于汽油颗粒过滤器制备技术领域，具体涉及一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器及其制备方法。

背景技术

多孔壁流式堇青石汽油车颗粒过滤器(GPF)作为蜂窝陶瓷的一种可用于汽油车辆尾气过滤，其结构为将网格状蜂窝陶瓷间隔堵孔，每个网格只堵一端，利用材料的多孔特点，使尾气穿过蜂窝壁，达到对尾气的过滤作用。堇青石汽油颗粒过滤器的一个重要特点就是孔隙率较高，达到60-70％，一般添加机造孔剂来提高材料的孔隙率。有机造孔剂一般采用天然的有机物或者石油化工合成的有机塑料之类。天然的有机物的粒度分布宽，造成汽油车颗粒物捕集器的孔分布宽，造成背压高(微孔中小孔占比例多)或者PN排放不达标(微孔中大孔占比例多)；石油化工合成的有机塑料物粒度可以控制到单分散(窄粒径分布)，满足背压和PN的要求，但单分散的石油化工合成的有机塑料物价格比较高，达到20万元/吨甚至40万元/吨，造成产品成本增高。孔径分布的问题是蜂窝陶瓷过滤器多年来一直存在的一个问题，目前的堇青石汽油颗粒过滤器的微孔分布比较宽，一般D

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器及其制备方法，以有效解决目前高孔隙率堇青石汽油颗粒过滤器微孔分布宽，PN不容易达标或者需要进行载碳预处理后PN才能达标的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器，所述堇青石汽油颗粒过滤器的孔隙率为60-70％，堇青石汽油颗粒过滤器中的微孔孔径中，D

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器，优选地，所述堇青石汽油颗粒过滤器的孔隙率为60-70％，堇青石汽油颗粒过滤器中的微孔孔径中，D

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器，具体地，所述堇青石汽油颗粒过滤器的孔隙率为60-70％，堇青石汽油颗粒过滤器中的微孔孔径中，D

本发明还提供一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)将活性氧化镁、片状α氧化铝、空心二氧化硅微球、粘结剂混合搅拌均匀后，制得具有紧密堆积的均匀混合物；

(2)将均匀混合物置于捏合机器中，并加入水，捏合处理5-10min，再加入复合助压剂继续捏合处理8-12min，得到泥料；

(3)将步骤(2)制得的泥料炼制成泥段；

(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波烘干，得到坯体；

(5)烘干后的坯体切割成固定高度后进行烧结，烧成时间共42-69小时；

(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧。

具体地，上述步骤(1)中，粘结剂的添加量占活性氧化镁、片状α氧化铝、空心二氧化硅微球总质量的5.5％，所述粘结剂为纤维素类粘结剂，包括但不限于甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素。

具体地，上述步骤(2)中，水的添加量为均匀混合物质量的30％，复合助压剂的添加量为均匀混合物质量的30％，所述复合助压剂为合成基础油。

具体地，上述步骤(5)中，烧结的温度为1425-1445℃。

由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器，满足不用预处理就满足PN排放的要求，其中，本发明自制的二氧化硅空心微球，具有以下有益效果：1、既能作为造孔剂达到造孔目的，也可以作为合成堇青石材料的硅源，且不会引入杂质；2、通过低熔点的滑石与二氧化硅空心微球反应，将表面壳反应掉，将内部孔洞释放，形成汽油车颗粒物捕集器的微孔，汽油车颗粒物捕集器的微孔大小、分布主要取决于二氧化硅空心微球的，容易控制微孔分布。

附图说明

附图1为有空心二氧化硅微球SEM图像。

附图2为本发明堇青石组合物的SEM200倍显微照片。

附图3为本发明堇青石组合物的SEM500倍显微照片。

附图4为本发明堇青石组合物的SEM棱上200倍显微照片。

附图5为本发明堇青石组合物的SEM棱上500倍显微照片。

附图6为空心二氧化硅微球粒度分布系数P和堇青石汽油车颗粒过滤器微孔分布系数K关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

实施例1

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，35.5％重量的片状α氧化铝，50.8％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例2

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.6％重量的活性氧化镁，35.6％重量的片状α氧化铝，50.8％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例3

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.5％重量的活性氧化镁，35.7％重量的片状α氧化铝，50.8％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

(2)将混合完毕的均匀混合物置于捏合机器中加入均匀混合物的30％重量的水进行捏合7分钟，加入均匀混合物1％重量的合成基础油捏合10分钟；(3)练制步骤(2)中捏合的泥料成泥段；(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波、烘干；(5)烘干后的坯体切割成固定高度后在1429℃进行烧结，烧成时间共50小时；(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧，制得窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器。

实施例4

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.4％重量的活性氧化镁，35.8％重量的片状α氧化铝，50.8％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例5

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，35.4％重量的片状α氧化铝，50.9％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例6

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，35.3％重量的片状α氧化铝，51.0％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例7

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，35.2％重量的片状α氧化铝，51.1％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例8

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.6％重量的活性氧化镁，35.5％重量的片状α氧化铝，50.9％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例9

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，35.5％重量的片状α氧化铝，50.8％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

实施例10

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.5％重量的活性氧化镁，35.5％重量的片状α氧化铝，51.0％重量的空心二氧化硅微球(微球粒度分布：D

比较例1

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，34.9％重量的片状α氧化铝，51.4％重量的电熔二氧化硅，20％重量的淀粉，20％重量的石墨，7.5％重量的粘结剂，制得具有紧密堆积的均匀混合物，其中淀粉、石墨、粘结剂的添加量均在无机组分的基础上添加；(2)将混合完毕的均匀混合物置于捏合机器中加入均匀混合物的30％重量的水进行捏合7分钟，加入均匀混合物1％重量的合成基础油捏合10分钟；(3)练制步骤(2)中捏合的泥料成泥段；(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波、烘干；(5)烘干后的坯体切割成固定高度后在1440℃进行烧结，烧成时间共148小时；(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧，制得窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器。

比较例2

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，34.9％重量的片状α氧化铝，51.4％重量的电熔二氧化硅，18％重量的淀粉，21％重量的石墨，7.5％重量的粘结剂，制得具有紧密堆积的均匀混合物，其中淀粉、石墨、粘结剂的添加量均在无机组分和有机硅微球总组分的基础上添加；(2)将混合完毕的均匀混合物置于捏合机器中加入均匀混合物的30％重量的水进行捏合7分钟，加入均匀混合物1％重量的合成基础油捏合10分钟；(3)练制步骤(2)中捏合的泥料成泥段；(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波、烘干；(5)烘干后的坯体切割成固定高度后在1445℃进行烧结，烧成时间共128小时；(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧，制得窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器。

比较例3

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，34.9％重量的片状α氧化铝，51.4％重量的电熔二氧化硅，18％重量的石墨，21％重量的聚合物树脂，7.5％重量的粘结剂，制得具有紧密堆积的均匀混合物，其中淀粉、聚合物树脂、粘结剂的添加量均在无机组分和有机硅微球总组分的基础上添加；(2)将混合完毕的均匀混合物置于捏合机器中加入均匀混合物的30％重量的水进行捏合7分钟，加入均匀混合物1％重量的合成基础油捏合10分钟；(3)练制步骤(2)中捏合的泥料成泥段；(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波、烘干；(5)烘干后的坯体切割成固定高度后在1428℃进行烧结，烧成时间共132小时；(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧，制得窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器。

比较例4

一种窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)按质量分数计，采用干法混合13.7％重量的活性氧化镁，34.9％重量的片状α氧化铝，51.4％重量的电熔二氧化硅，28％重量的淀粉，12％重量的石墨，7.5％重量的粘结剂，制得具有紧密堆积的均匀混合物，其中淀粉、石墨、粘结剂的添加量均在无机组分和有机硅微球总组分的基础上添加；(2)将混合完毕的均匀混合物置于捏合机器中加入均匀混合物的30％重量的水进行捏合7分钟，加入均匀混合物1％重量的合成基础油捏合10分钟；(3)练制步骤(2)中捏合的泥料成泥段；(4)将具有塑性的泥段挤出成蜂窝状结构，带外皮挤出，然后进行微波、烘干；(5)烘干后的坯体切割成固定高度后在1445℃进行烧结，烧成时间共168小时；(6)烧结后的坯体进行打孔、堵孔后入窑回烧，制得窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器。

各实施例和对比例制得的窄孔径分布、大尺寸堇青石汽油颗粒过滤器的测试结果如表1所示：

表1汽油颗粒过滤器测试结果

为了对实施方式的压降作对比，各实施例和对比例制得了直径143.8mm、高度152.4mm，孔密度300cpsi，壁厚8mil的样品，当然材料的直径、高度、孔密度和壁厚不仅仅局限于此。

从实施例1-10和比较例1-4可以看出，控制空心二氧化硅微球的粒度分布系数P，能保证堇堇青石汽油颗粒过滤器微孔分布系数K≤1.7，满足PN的排放要求，从附图5可以看出，空心二氧化硅微球的粒度分布系数P与堇堇青石汽油颗粒过滤器微孔分布系数K存在相似的线性关系；当空心二氧化硅微球的粒度分布系数P足够小，可以获得微孔分布非常窄的堇青石颗粒过滤器，满足不用预处理就满足PN排放的要求。

对比实施例1-10，堇青石颗粒过滤器的中值孔径与空心二氧化硅微球粒度的D

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。