薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器及其制备方法与流程

1.本发明属于堇青石蜂窝陶瓷过滤器技术领域，具体涉及一种薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器及其制备方法。


背景技术：

2.汽车尾气排气颗粒尤其是微细粒子以及有致癌突变作用的多环芳烃，会对环境和人体健康造成极大危害。随着环境污染的日益严重，人们逐渐意识到控制汽车尾气排放是控制环境污染最经济、最有效的手段之一。蜂窝陶瓷过滤器因其独特的壁流式结构在去除汽车尾气颗粒物方面得到广泛应用，可以很好的过滤器掉尾气中的碳烟颗粒，净化排放尾气。但是，随着排放法规的不断加严，传统的后处理技术已经不能够满足使用要求，必须对其进行优化升级，开发满足国七等更严苛法规限制的蜂窝陶瓷新技术，因此薄壁、高过滤效率蜂窝陶瓷过滤器成为了研究热点。
3.目前满足国六法规限值标准并且大量使用的柴油颗粒过滤器（dpf）壁厚一般为9~12mil、中值孔径9~13μm。而目前国六使用的堇青石的柴油颗粒过滤器孔隙率一般为45-55%，壁厚8mil~10mil，中值孔径9~13μm，过滤器属于堇青石材质的多孔结构，这种多孔结构主要使用有机造孔材料造孔获得，有机造孔材料的粒度对过滤器中值孔径影响较大，使用粗粒度造孔材料的过滤器中值孔径偏大，使用细粒度造孔材料造的过滤器中值孔径偏小。但是，对于薄壁6~8mil产品而言，蜂窝陶瓷过滤器是通过模具挤制成型，不仅需要减小使用造孔材料的粒度或者缩窄粒度分布，也需要控制其他原材料的粒度及分布，因为模具的槽宽较窄，较粗粒度或者较宽粒度分布的原材料无法通过模具挤制出蜂窝体；同时为了保证产品的高过滤效率，需要制备窄微孔分布的蜂窝陶瓷过滤器，本发明通过控制原材料粒度分布，不仅解决了挤出成型的问题，也达到了窄微孔分布、高过滤效率，另外，微孔分布越窄，微孔粒度越均匀，材料越疏松，热冲击性能越好。另一方面，过滤器壁厚越薄，挤制成型难度越大，因为壁厚越薄挤出成型的生坯体越容易坍塌，薄壁化增加了对泥料要求，必须要提高泥料硬度、增加泥料润滑性，这也是本发明解决的薄壁产品开发的另一个难点。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的不足，本发明提供了一种6mil~8mil薄壁、6~10μm中值孔径、窄微孔分布的堇青石dpf，以及该堇青石dpf的制备方法。从技术方面讲，dpf薄壁化会引起中值孔径的减小，这是由于蜂窝陶瓷使用模具挤制成型，模具槽宽对原材料粒度形成了限制，增加了薄壁、大中值孔径产品开发难度；同时，薄壁增加了产品使用时的开裂风险；同时，薄壁产品增加了挤出成型工艺的难度，壁厚越薄产品越容易坍塌，因此对挤出前泥料的硬度和润滑性要求较高。而本发明的优势在于成功实现了较窄的孔分布和较薄的壁厚，使dpf压降显著减小。一方面，薄壁化能够降低压降。另一方面，窄孔分布对压降降低也有显著贡献。该材料具有6~10μm的中值孔径，同时还具有d10≥4μm、d90≤17μm窄微孔分布。再一方面，本发明制备的窄微孔分布dpf，增加了微孔的均匀性，dpf耐热冲击性能较好，保证了使用的安
全性。
5.本发明所提供的技术方案如下：一种薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，包括以下步骤：1）采用干法将制备堇青石用的各原材料分别混合均匀后备用，原材料包括生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂；2）先将生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂混合均匀，再将混合均匀的粉料与润滑剂、水湿混捏合并练制成具有塑性的泥段；3）将塑性泥段挤出成蜂窝状结构并干燥定型；4）对生坯体进行烧成：起始温度
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500℃以小于30℃/h的速率升温，500-1000℃以小于40℃/h的速率升温，1000℃-保温温度以小于70℃/h的速率升温，保温时间8~16小时，得到堇青石蜂窝陶瓷体，起始温度为0到30℃，保温温度为1410到1440℃；5）将得到的堇青石蜂窝陶瓷体进行打孔、堵孔、围边，得到成品薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器。
6.基于上述技术方案，可以得到6mil~8mil超薄壁、6~10μm中值孔径、d10≥4μm、d90≤17μm的窄微孔分布的堇青石dpf。
7.具体的，滑石的粒度d50为23~26μm，d100≤80μm；添加量≤45wt%。
8.上述技术方案中，滑石的粒度分布过大，会导致挤出成型困难、产品微孔分布宽。
9.具体的，生高岭土的粒度d50为8~10μm，d100≤21μm；添加量≤15wt%。
10.上述技术方案中，生高岭土的粒度分布过大，会导致产品微孔分布宽。
11.具体的，煅烧高岭土的粒度d50为8~10μm，d100≤21μm；添加量≤15wt%。
12.上述技术方案中，煅烧高岭土的粒度分布过大，会导致产品微孔分布宽。
13.具体的，氧化铝的粒度d50为5~6μm，d100≤18μm；添加量≤21wt%。
14.上述技术方案中，氧化铝的粒度分布过大，会导致产品微孔分布宽。
15.具体的，二氧化硅的粒度d50为28~30μm，d100≤63μm；添加量≤23wt%。
16.上述技术方案中，二氧化硅的粒度分布过大，会导致挤出成型困难、产品微孔分布宽。
17.具体的，第一造孔剂的粒度d50为25~27μm，d100≤59μm；添加量≤30wt%；具体的，第二造孔剂的粒度d50为16~18μm，d100≤40μm；添加量≤30wt%。
18.上述技术方案中，造孔剂的粒度分布过大，会导致挤出成型困难、产品微孔分布宽。
19.具体的，粘结剂的添加量≤10wt%。
20.具体的，润滑剂的添加量≤4wt%。
21.本发明还提供了上述方法制备得到的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器。
22.本发明的dpf微孔分布窄、微孔均匀、连通性好，能够提高更细颗粒碳烟的过滤效率。同时微孔分布变窄、壁厚的减薄，都能达到降低背压的目的。其可作为柴油颗粒过滤器，可供第七阶段排放法规所使用。
23.本发明蜂窝陶瓷网格形状可以是三角形、正方形、六边形、圆形等单一几何形状，也可以是多种几何形状，可以是非对称结构，也可以是对称结构。
24.本发明蜂窝陶瓷孔密度可以是200cpsi、300cpsi、400cpsi等一切能够挤制成蜂窝
形状的孔密度。
附图说明
25.图1是本发明实施例5的蜂窝陶瓷过滤器微孔分布。
26.图2是本发明实施例5蜂窝陶瓷过滤器微观图像。
具体实施方式
27.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
28.制备薄壁、窄微孔分布蜂窝陶瓷的原材料如表1所示。
29.表1 原材料列表
30.薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，包括以下步骤：1）采用干法将制备堇青石用的各原材料分别混合均匀后备用，原材料包括生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂；2）先将生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂混合均匀，再将混合均匀的粉料与润滑剂、水湿混捏合并练制成具有塑性的泥段，造孔剂1和2分别为聚甲基丙烯酸甲酯；3）将塑性泥段挤出成蜂窝状结构并干燥定型；4）对生坯体进行烧成，具体参数统一为：25-500℃以约10℃/h的速率升温，500-1000℃以约20℃/h的速率升温，1000℃-1425℃以约25℃/h的速率升温，保温时间10小时，得到堇青石蜂窝陶瓷体；5）将得到的堇青石蜂窝陶瓷体进行打孔、堵孔、围边，得到成品薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器。
31.具体实施方式如表2所示：表2 实施方式列表
32.比较例1、比较例2是满足国六阶段排放法规标准的使用且与表1中列举原材料的d50相同、d100超出控制范围的粒度分布宽的普通原材料制备的蜂窝陶瓷过滤器，微孔分布略宽。
33.实施例1~6是使用表1中粒度分布窄的原材料制备的薄壁、窄微孔分布蜂窝陶瓷过滤器，由于原材料粒度分布较窄，能够满足薄壁6~8mil挤出成型性能。同时，粒度分布窄的原材料能够降低微孔分布，相同粒度d50的原材料，原材料粒度分布越窄，产品微孔分布越窄，微孔越均匀、连通性越好，产品的过滤效率越高，热冲击性能越好。比较例1、比较例2中未对原材料粒度d100进行限制，可能会出现6~8mil薄壁蜂窝陶瓷过滤器挤制成型困难的现象，蜂窝陶瓷的微孔分布宽。
34.对比实施例5和实施例6，通过对造孔剂粒度的调整能够调整微孔中值孔径；对比实施例1~6、比较例1~2可以看出，通过调整原材料种类、配比、可以调整孔隙率，孔隙率的调整不仅仅能够通过原材料种类、配比来达到，通过调整造孔剂添加量也可以达到调整孔隙率的目的，这里有限的实施例中未进行列举。
35.薄壁产品对泥料的料性要求非常高，生高岭土的加入对薄壁产品的挤制成型是非常有利的，同时，生高岭土能够增强坯体强度。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）采用干法将制备堇青石用的各原材料分别混合均匀后备用，原材料包括生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂；2）先将生高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂混合均匀，再将混合均匀的粉料与润滑剂、水湿混捏合并练制成具有塑性的泥段；3）将塑性泥段挤出成蜂窝状结构并干燥定型；4）对生坯体进行烧成：起始温度-500℃以小于30℃/h的速率升温，500-1000℃以小于40℃/h的速率升温，1000℃-保温温度以小于70℃/h的速率升温，保温时间8~16小时，得到堇青石蜂窝陶瓷体，起始温度为0到30℃，保温温度为1410到1440℃；5）将得到的堇青石蜂窝陶瓷体进行打孔、堵孔、围边，得到成品薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器。2.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：滑石的粒度d50为23~26μm，d100≤80μm；添加量≤45wt%。3.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：生高岭土的粒度d50为8~10μm，d100≤21μm；添加量≤15wt%。4.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：煅烧高岭土的粒度d50为8~10μm，d100≤21μm；添加量≤15wt%。5.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：氧化铝的粒度d50为5~6μm，d100≤18μm；添加量≤21wt%。6.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：二氧化硅的粒度d50为28~30μm，d100≤63μm；添加量≤23wt%。7.根据权利要求1所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器的制备方法，其特征在于：造孔剂的粒度d50为25~27μm，d100≤59μm；添加量≤30wt%；或者，造孔剂的粒度d50为16~18μm，d100≤40μm；添加量≤30wt%。8.一种根据权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器。9.根据权利要求8所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器，其特征在于：蜂窝结构体中蜂窝格子的形状的选择包括但不限于：三角形、四角形、六角形单一孔形，以及四角形、六角形的非对称形。10.根据权利要求8所述的薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器，其特征在于：蜂窝结构的孔密度的选择包括但不限于：200cpsi、300cpsi和400cpsi。

技术总结
本发明属于堇青石蜂窝陶瓷过滤器技术领域，具体涉及一种薄壁、窄微孔分布堇青石柴油颗粒过滤器及其制备方法。该方法包括以下步骤：1）采用干法将各原材料分别混合均匀后备用；2）先将各高岭土、氧化铝、滑石、二氧化硅、造孔剂和粘结剂混合均匀，再与润滑剂、水湿混捏合并练制成具有塑性的泥段；3）挤出成蜂窝状结构并干燥定型；4）对生坯体进行烧成：起始温度-500℃以小于30℃/h的速率升温，500-1000℃以小于40℃/h的速率升温，1000℃-保温温度以小于70℃/h的速率升温，保温时间8~16小时；5）将堇青石蜂窝陶瓷体进行打孔、堵孔、围边，即得。通过本发明可以得到6mil~8mil薄壁、6~10μm中值孔径、D10≥4μm、D90≤17μm的窄微孔分布的堇青石DPF。堇青石DPF。堇青石DPF。


技术研发人员：程国园 潘吉庆 黄妃慧 刘洪月 张兆合 江涛 郝立苗 邢延岭 关洋 陈一韬
受保护的技术使用者：山东奥福环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/5/13