[发明专利]一种增韧型SiC陶瓷汽车尾气净化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化领域，具体涉及一种增韧型SiC陶瓷汽车尾气净化材料，及其制备工艺。

背景技术

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车化进程不断加快，随着汽车使用量的快速增长，导致了大量有害尾气（碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等）进入大气，对大气的污染十分严重，同时也极大地危害着我们的健康。因此，控制汽车尾气中有害气体的排放量和治理汽车尾气污染已成为当前紧迫的任务。目前，汽车尾气的处理方法主要是催化净化法，这就需要用到大量的催化剂。

王博雅在硕士论文《多孔碳化硅陶瓷表面改性及其烟气过滤性能研究》中，利用木材的天然多孔结构，以榉木为模板采用液态硅浸渍的独特方法制备生物形态多孔SiC陶瓷粉末，实验中将木材块样本（10mm×10mm×50mm）在105℃下烘干24h，然后在800℃氮气流保护下热解4h，制备得到碳模板样品，再将其置于硅粉末中在1550℃加热1.5h，在氮气氛围中形成SiC，最后在熔炉中加热到1700℃，用机械真空泵将剩余硅抽离，最后在熔炉冷却至室温时即得生物形态多孔SiC陶瓷粉末。

又采用熔盐合成法对多孔SiC陶瓷表面进行改性处理，制备了纤毛状SiC/莫来石晶须，莫来石晶须的生长增加了SiC孔隙内壁的粗糙度，有利于微小颗粒物的过滤分离。实验时将得到的生物形态SiC陶瓷样品平铺在氧化铝坩埚底部，再将研磨好的Al₂(SO₄)₃ / Na₂SO₄混合粉末覆盖在上面，然后放入马弗炉中缓慢加热至900℃保温2h，自然冷却到室温，随后样品在蒸馏水中煮沸去除未反应的硫酸盐，过滤、干燥后得到具有生物形态SiC-莫来石陶瓷粉末。改性材料具有良好的过滤性能，但是对汽车尾气没有催化效果。

本发明在此基础上以明矾为絮凝剂、Na₂SiO₃为黏合剂、海藻酸钠为增稠剂，促进催化剂的富集，制得了富集氧化铈/石墨烯催化剂的碳样品；通过溶胶凝胶法制备了稀土类钙钛矿型催化剂；制备了具有良好催化性能的铁掺杂氧化锰催化剂；由于稀土元素和过渡金属元素的复合掺杂，以片状氧化铝和ZrO₂为增韧相，从而得到一种增韧型SiC陶瓷汽车尾气净化材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种增韧型SiC陶瓷汽车尾气净化材料及其制备工艺，依照该工艺制作的汽车尾气净化材料过滤性能良好，对汽车尾气的催化性能优良，而且韧性良好。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

木材块样本(10mm×10mm×50mm) 26-38，硅粉末8-15，Al₂(SO₄)₃ 10-18，Na₂SO₄ 6-10，CeO₂ 6-8，氧化石墨烯6-9，明矾1-2，Na₂SiO₃1-2，海藻酸钠1-3，片状氧化铝2-4，Y₂O₃ 2-6，ZrO₂ 1-5，碳化硼1-2，聚乙烯醇1-3，硝酸镧4-7，硝酸锶3-6，柠檬酸1-4，高铁酸钾2-4，硫酸锰2-6，HCl溶液、硫酸、蒸馏水、乙醇适量。

一种增韧型SiC陶瓷汽车尾气净化材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a. 将木材块样本在100-120℃下烘干20-24h，然后在800-900℃氮气流保护

下热解4-6h，得多孔碳样品，再置于HCl溶液中浸泡清孔，待用；

b. 将CeO₂与氧化石墨烯混合超声30-50min后，加入a中所得物料、明矾、Na₂SiO₃、海藻酸钠，磁力搅拌2-3h后，将混合物放入反应釜中于140-150℃恒温5-8h，然后自然冷却至室温、离心分离、水洗醇洗，再于60-80℃真空干燥10-12h，得富集CeO₂/石墨烯催化剂的碳样品；

c. 将b中所得物料研磨后置于硅粉末中，在1400-1600℃加热1-2h，在氮气氛围中部分形成SiC，冷却至室温，得富集催化剂的多孔SiC陶瓷粉末；