Keramički katalizator u obliku saća sa metalnim nosačem

Keramički proizvodi u obliku saća imaju mnogo paralelnih kanala protoka, tako da je gubitak tlaka protoka plina mali, a raspodjela protoka u cijeloj komponenti je dobra.Zajedno sa mrežastom strukturom tankih zidova keramike u obliku saća, imaju malu težinu, visoku specifičnu čvrstoću i veliku specifičnu površinu.Široko se koriste u izmjenjivačima topline, radijatorima, nosačima katalizatora, materijalima za zvučnu izolaciju itd.

U polju prečišćavanja izduvnih gasova automobila, keramika u obliku saća igra veoma važnu ulogu kao nosač katalizatora.To je zato što katalitička reakcija automobilskih ispušnih plinova može aktivirati štetne komponente (kao što su ugljični monoksid, ugljovodonici, dušikovi oksidi, itd.) u izduvnim plinovima i izvršiti kemijsku reakciju za njihovo pretvaranje u bezopasni ugljični dioksid, vodu i dušik.Keramika u obliku saća pruža važno mjesto za prianjanje katalizatora.Nosač katalizatora za vozila postavlja sljedeće specifične zahtjeve za keramiku u obliku saća:

Dobra termička stabilnost.Temperatura izduvnih gasova automobilskog motora je između 250-950 ℃, ali ponekad i više od 950 ℃, što može dovesti do fazne transformacije potpornog materijala na visokoj temperaturi, što utiče na aktivnost i radni vek katalizatora, pa su zahtevi za termička stabilnost nosača katalizatora je visoka.

Visoka mehanička čvrstoća.Auspuh motora ima termalni udar, neravnu površinu puta i vibracije cilindra, što sve postavlja zahtjeve za čvrstoću za podršku katalizatora.

Velika specifična površina.Specifična površina nosača katalizatora je velika, što pogoduje vezivanju i disperziji aktivnih supstanci katalizatora, tako da može značajno poboljšati aktivnost katalizatora.

Nizak toplotni kapacitet.Kada je motor hladno pokrenut, kontejner proizvodi više ugljičnog monoksida i ugljovodonika.Ako je toplinski kapacitet nosača nizak, katalizator može postići radnu temperaturu za kratko vrijeme i odigrati katalitičku ulogu što je prije moguće.

Dobra otpornost na koroziju.Izduvni gasovi automobila sadrže mnogo korozivnih gasova.

Mali otpor vazduha.Ugradnja nosača katalizatora će proizvesti povratni pritisak na motor, koji ne smije u najvećoj mogućoj mjeri utjecati na normalan rad motora.Stoga se nadamo da će razlika tlaka koja nastaje nakon što protok zraka prođe kroz nosač biti što manja.

Nizak koeficijent toplinske ekspanzije.Niži koeficijent toplinske ekspanzije pogoduje nosaču katalizatora da izdrži radno okruženje brzog hlađenja i brzog zagrijavanja bez pucanja.

Trenutno se keramika u obliku saća od kordierita uglavnom koristi kao nosač katalizatora za pročišćavanje izduvnih gasova vozila.Keramiku u obliku saća od kordierita je prva pripremila američka kompanija Corning (da, Corning gorilla staklo, koja isporučuje staklenu pozadinu za Apple mobilni telefon) ekstruzijskim kalupljenjem 1960-ih.

Za ekstruziono prešanje keramike od kordierita u obliku saća, postoje dvije opcije procesa: sirovo brašno i klinker, a glavna razlika između ova dva procesa je da li postoji predsintezna veza kordieritnog praha.U procesu klinkera, kordierit prah se prvo sintetiše, a zatim ekstrudira;U procesu sirovog brašna, kordierit se sintetizira ekstruzijom i sinteriranjem.Na slici 4. prikazana su dva procesa proizvodnje kordieritne keramike u obliku saća.

Osim različitih proizvodnih procesa, sirovine za keramiku saća od kordierita dolaze iz širokog spektra izvora, a različiti su i glavni proizvođači.Kao što je prikazano na slici 5, možemo vidjeti raznolikost odabira sirovina.

Zbog zahtjeva visokih performansi saćaste keramike za vozila (mnoge ključne tačke navedene gore), specifikacije sirovina su stroge.Na primjer, navedeno je da je srednja veličina čestica praha kordieriita unutar 10-50 um, prosječna veličina čestica izvora talka je najmanje 8 um, prosječna srednja veličina čestica izvora glinice nije veća od 5 um, a prosječna medijana veličina čestica kaolina i mješavine kalciniranog kaolina nije veća od 6 um.

Osim veličine čestica, posljednjih godina je također utvrđeno da morfologija praha kordierita ima veliki utjecaj na konačni proizvod.Zato što oblik lima ima jaku anizotropiju tokom ekstruzionog presovanja (ovo je predstavljeno u prethodnom članku o ekstruzionom prelivanju. Razumno je da želimo da izbegnemo anizotropiju, ali zašto to ne možemo koristiti?).U američkom patentu nazvanom "anizotropiccordierite molonlish", Lachman im i drugi u potpunosti koriste klizanje i prevrtanje ljuskavog kaolina kako bi ga učinili ravnom orijentacijom.Nakon pečenja može se ostvariti orijentacijski raspored zrna kordierita u strukturi saća.Orjentisani kordierit ima anizotropiju u termičkom širenju, tako da može dostići nizak koeficijent termičke ekspanzije (koeficijent krajnjeg toplotnog širenja je samo 0,55) × 10-6/℃）。

Trenutno, osnovnu tehnologiju za proizvodnju vrhunske keramike u obliku saća od kordierita i dalje ovladavaju kompanije koje predstavljaju Corning iz Sjedinjenih Država i NGK iz Japana.Međutim, uz kontinuiranu ekspanziju tržišta nosača katalizatora za vozila i kontinuirani rast domaće istraživačke snage, domaća zamjena za uvoz postaje stvarnost.

Na kraju, vrijedi spomenuti da je nedavno Šangaj najavio da će standard "nacionalne šestorke" biti implementiran od 1. jula ove godine.U poređenju sa pet nacionalnih standarda, šest nacionalnih standarda su mnogo strožije u celini, uglavnom uključujući:

(1) Emisije ugljičnog monoksida iz vozila na benzin smanjene za 50%

(2) Granica emisije ukupnih ugljovodonika i ukupnih nemetanskih ugljovodonika smanjena je za 50% (23% od zemlje IV do zemlje V)

(3) Granica emisije NOx je pooštrena za 42% (smanjena za 28% iz zemlje IV u zemlju V)

S brzim rastom domaćeg automobilskog tržišta i daljnjim poboljšanjem standarda emisije, postoji ogromna potražnja na tržištu za keramikom u obliku saća od kordierita za prečišćavanje izduvnih plinova.Vjeruje se da domaća kordieritna saćasta keramika za vozila može imati bolji razvoj u budućnosti.