[发明专利]一种表面改性的堇青石及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化碳烟燃烧技术领域，更加具体地说，涉及一种在堇青石表面造纳米级多孔的制备方法及其应用。

背景技术

柴油机动车凭借着良好的机动性和经济性在机动车领域占有越来越大份额，但是随着各国相继出台更加严格的排放法规，柴油机尾气排放已经成为制约柴油机进一步发展的瓶颈因素。且柴油机尾气中的颗粒物(PM)尤其是PM2.5对人体有较强的致癌作用。目前，颗粒物过滤体（DPF）是目前公认最有效的降低柴油机颗粒物排放的后处理技术之一。但是随着碳烟颗粒物的沉积，压降升高，导致发动机功率和燃油经济性的降低，必须对DPF进行再生。DPF的再生主要有两种方式：一种是主动再生，即借助外加能量使DPF温度达到颗粒物的着火点，沉积在过滤体介质表面的颗粒物氧化燃烧；另一种是被动再生，即在相对较低的排气管温度下，实现颗粒物的氧化。由于主动再生过程中温度较高，导致DPF在再生过程中容易出现裂纹，损坏DPF的性能；因此，被动再生成为颗粒物过滤体（DPF）再生研究的主要方向。沉积在DPF介质表面的颗粒物的着火点与两个因素有关：颗粒物的宏观与微观理化特性和DPF介质表面与颗粒物的接触程度。因此，如能改变DPF介质表面的形貌使之与颗粒物尺寸相匹配达到紧密接触，就能显著降低颗粒物的着火点，有利于DPF的被动再生。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，克服了现有颗粒物过滤体（DPF）主被动再生过程温度过高的缺陷，提供了一种表面改性的堇青石的制备方法。经过表面改性的堇青石能够显著降低碳烟的着火点，有利于DPF用于柴油机尾气处理过程中再生。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种表面改性的堇青石及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，制备聚苯乙烯微球（PS）和SiOC前驱体混合均匀的交联体溶胶

称取相同质量份数的含氢聚硅氧烷（PHMS）和1，3，5，7-四甲基-1，3，5，7-四乙烯基环四硅氧烷（D₄Vi）进行混合，然后向其中加入甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，再向其中加入0.1-1.质量份数的聚苯乙烯微球（PS），分散均匀即可。

在上述制备过程中，选择超声分散方式对体系进行分散。

在上述制备过程中，所述配位铂催化剂选用甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂（铂含量：300ppm）购自深圳铂络合物有限公司，其化学式如下：

催化剂加入量为含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷总质量的1％—3％，其加入量的多少主要影响交联反应进行的速度。

所述聚苯乙烯微球（PS）选用模板制备方法中常选用的聚苯乙烯微球，如利用乳液聚合法制备聚苯乙烯（PS）微球，但需要选用的聚苯乙烯微球的粒径分布均匀，较为单一，例如乳液聚合法合成的PS微球，其粒径为200nm，且分散性良好。按照体积比蒸馏水：无水乙醇=100:30配制乙醇水溶液，用浓度为0.1-0.3mol/L的NaOH溶液调节乙醇水溶液的PH，使溶液的PH＞7，然后将质量分数为4-8%的钛酸丁酯无水乙醇溶液加入到上述乙醇水溶液中，在30-40℃下搅拌反应40min，得到稳定的二氧化钛溶胶；将得到的二氧化钛溶胶转移到四口烧瓶中，通入保护性气体氮气（N₂），然后依次向四口烧瓶中加入十二烷基磺酸钠（乳化剂）、笨乙烯、过硫酸铵（引发剂），60-75℃恒温搅拌反应8-10h，得到聚苯乙烯微球乳液。用质量浓度为5%的NaOH溶液对乳液进行破乳，对体系进行过滤、洗涤，60℃下干燥24h得到PS微球粉末（汤荣年，PS/TiO2复合材料的蛋白石结构光子晶体制备及表征，电子元件与材料，2003年）。

步骤2，利用溶胶浸渍法使堇青石介质表面包裹聚苯乙烯微球（PS）和SiOC前驱体混合均匀的交联体溶胶

在进行浸渍时，将堇青石介质在交联体溶胶中进行浸渍，浸渍时间（即浸泡）至少30min，优选2—4h。

在进行浸渍之前，选择对堇青石介质表面进行预先处理：将堇青石切成长：宽：高=8-10mm：8-10mm：15-17mm，放入体积比丙酮/乙醇为3的混合溶液中浸泡3-5h，然后放入60℃烘箱中干燥2-3h；将干燥后的样品浸泡于浓度为0.5-1mol/L的硝酸（HNO₃）溶液中3-5h，浸泡后的样品用去离子水清洗后放入干燥箱中干燥备用。