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概述

蜂窝陶瓷是近三十年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中,而且越来越广泛,发展前景相当可观。

工作原理

汽车三元催化器的核心部件是一块蜂窝陶瓷材料,安装在特制的排气管当中。称它是载体,是因为它本身并不参加催化反应,而是在上面覆盖着一层铂、钯、铑等贵重金属。它可以把废气中的HC、CO变成水和CO2, 同时把NOx分解成氮气和氧气。

陶瓷载体材质为堇青石,堇青石的热膨胀系数接近于0 ,能耐高温( 熔点1400 ℃) 和热冲击在1200 ℃以下,载体一般要求壁薄、具有较好的强度。要求孔密度大,现在使用的载体孔数一般为每平方英吋400 孔,载体的截面形状一般有圆形、椭圆形、跑道形及一些特殊的形状,这主要考虑到适用于不同的车型,而有不同的调整。

应用

1、催化剂载体

蜂窝陶瓷用作催化剂载体时,主要应用于汽车排气净化、锅炉排烟脱硝(NOx)、工业排气除臭、除去有毒有害气体等。

汽车排气净化用的蜂窝陶瓷催化剂载体主要是被覆γ-Al2O3的堇青石蜂窝陶瓷载体。

2、耐火窑具

挤出蜂窝陶瓷窑具的质量比传统窑具轻60%-75%,热量传递迅速,可实现快速烧成,用它垫烧铁氧体或其它电子陶瓷时,有利于提高产品的性能。

3、壁流式过滤器

多孔状薄壁的蜂窝陶瓷可过滤净化柴油机燃气废气(约500℃)中的碳粒。

分类

蜂窝陶瓷按用途可以分为蓄热体、填料、催化剂载体和过滤材料四大类。

(1)蜂窝陶瓷蓄热体热容量1000kJ/kg以上,产品最高使用温度≥1700℃,在加热炉、烘烤器、均热炉、裂解炉等窑炉中可节省燃料达40%以上,产量提高15%以上,排放烟气温度低于150℃。

(2)蜂窝陶瓷填料比其它形状填料的比表面积更大,强度更好等优点,可使汽液分布更均匀,床层阻力降低,效果更好,且可延长使用寿命,在石化、制药和精细化工行业中作填料效果相当好。

(3)蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优势。以蜂窝状陶瓷材料为载体,采用独特的涂层材料,以贵金属,稀土金属及过渡金属制备,因而具有高的催化活性,良好的热稳定性,长的使用寿命,高强度等优点。

(4)蜂窝陶瓷作为过滤材料有以下优点:化学稳定性好,耐酸碱及有机溶剂;极好的耐急热急冷性能,工作温度可高达1000℃;抗菌性能好,不易被细菌降解,不易堵塞且易再生;较强的结构稳定性,孔径分布狭窄,渗透率高;无毒,尤其适用于食品和药物的处理。

选型指南

蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状,目前最大的孔数已达到了每平方厘米20~40,密度每立方厘米4~6克,吸水率最高达20%以上。由于多孔薄壁的特点,大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能,生产的产品,其网状孔以三角和四方为主,三角比四方承受力好得多,孔数也多些,这一点作为催化载体尤其重要。随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少,陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的,热冲击破坏的温度也是提高的。因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。热膨胀系数是主要性能指标,当前国外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1,与国内对比有一定差距,不过这差距越来越小。最早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用,蜂窝陶瓷应用日益广泛,性能越来越好。

除了用于烧结成型的蜂窝陶瓷外,还出现了不烧结的蜂窝陶瓷,这大大提高了催化性能的活性。不仅外观尺寸由最小的球环形状发展到大尺寸的立柱和方形和圆形。根据模具设计的不同;可以制作成不同尺寸不同形状不同结构的蜂窝陶瓷。如用在石化行业炼油空气吸附干燥的分子筛催化剂,尺寸高达0.8m,宽0.25m的正方形,孔数每平方厘米达到25,从原料、工艺以及机械制造方面都有了很大的变化。尤其是生产工艺有了很大提高。作为催化剂的蜂窝陶瓷要求在制造成型时不开裂,有机成分必须释放干净,除了耐磨性能外还要求有一定的机械强度,再生回用多次。

注意事项

多次实验研究结果表明:一浸量>二浸量>三浸量。控制载体的负载量在8%~15%为最佳,此时载体对涂层组分的吸附作用力较强,负载在载体上的涂层不易脱落,若负载量太小,对堇青石蜂窝载体的涂覆不够完全,比表面达不到应有扩表要求,不利于对Pt、Rh、Pd贵金属的负载和催化活性中心数的形成.负载量太大时,由于在载体表面产生的是多层吸附,载体对涂层外层的吸附作用力小于载体对内层的吸附力,极易导致催化剂在干燥、焙烧过程中,载体上的涂层整体脱落.此外,粘度太高虽能提高载体的负载量,但会造成载体中的孔道堵塞,影响催化剂的使用效果。
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