一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车尾气净化材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是未来我国重点 发展的四大高性能纤维之一，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化 物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过纺丝工艺制备而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定 性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能，而且，玄武岩纤维的 生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危 害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦 材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛 的应用。
[0003] 汽车作为现代社会最重要的交通工具之一，给人们的生活和工作带来便利。但是 汽车尾气也已成为除煤烟型大气污染之外的又一大气污染源。这是主要是由于汽车尾气中 含有不完全燃烧的产物一氧化碳、碳化氢，以及过度燃烧的产物一氮氧化合物，它们对人体 的健康及动植物的生存构成巨大的危害。汽车尾气净化材料是为了降低汽车尾气对环境的 污染而发明的一种能够有效净化汽车尾气的催化剂材料，其主要作用机理是将尾气中的大 部分有害气体进行催化氧化，生成无害或无毒的气体，并能对尾气中的固体微粒进行过滤 或吸附，从而减少尾气中有害物质的含量，降低了汽车尾气对环境的污染和对人体健康的 危害。
[0004] 中国专利公开号CN104174392A公开了一种担载型铂基多金属催化剂的一步制备 方法和应用，该方法中将纳米铂基多金属催化剂颗粒均匀分散在载体表面上，具有反应条 件温和，操作简单，反应迅速，易放大合成的优点，但由于载体孔隙率较低，比表面积小，且 催化剂颗粒只是负载在载体的表面，负载量小，因而与汽车尾气的接触面小、催化反应点位 少，反应效率低。
[0005] 中国专利公开号CN101601999公开了一种用于净化汽车尾气的催化剂及其制备方 法，该方法是以活性氧化铝和储氧材料为涂层，采用双层涂覆在蜂窝陶瓷载体上的方式制 备得到的催化剂，具有低温起燃活性好，耐老化性能好的优点，但氧化铝载体孔隙率较低， 比表面积小，且双层的涂层都仅限于负载于蜂窝陶瓷的表面，负载量小，接触面窄，催化反 应点位少，反应效率低。
[0006] 中国专利公开号CN103861615A公开了一种用于汽车尾气净化的催化剂，该催化剂 是以软金属为载体，通过浸泡将其负载在软体金属表面，但软金属载体无孔洞，比表面积 小，负载量小，因而存在汽车尾气与催化剂的接触面窄，催化反应点位少，反应效率低的缺 点。
[0007] 现今大多汽车尾气净化催化剂都采用表面涂覆的工艺对催化剂进行负载，虽然工 艺简单，但却存在由于负载量小，比表面积小，接触面窄，催化反应点位少而造成的催化效 率低的缺陷。
【发明内容】
[0008] 本发为了解决现今汽车尾气净化材料效率低的缺陷和不足，提出了一种玄武岩纤 维汽车尾气净化材料及其制备方法。
[0009] 本发明为了实现上述目的，提供一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，该净化材料 包括多孔玄武岩纤维载体、多孔氧化物涂层和催化剂;多孔玄武岩纤维具有孔隙率大、比表 面积大、耐高温的特点，通过混合研磨、负载、涂覆烧结工艺步骤将其制备而成的用于汽车 尾气净化的材料，该复合材料不仅能有效的过滤尾气中的小颗粒微尘，还能高效催化氧化 尾气中的碳氢化合物、一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫有害气体，将汽车尾气对大气的污染 减小到最低；其中所述的多孔氧化物涂层涂覆在多孔玄武岩纤维表面，所述的催化剂负载 于多孔玄武岩纤维孔内。
[0010] 本发明为了实现上述目的，还提供一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料的制备方 法，该方法是将催化剂通过气动立体混合技术负载于多空玄武岩纤维的孔洞中而制备得到 该玄武岩纤维汽车尾气净化材料，采用该方法能负载更多的催化剂，且提高尾气与催化剂 的接触面积和延长接触时间，有害气体氧化更彻底，进而提高尾气净化效率;该制备方法具 有生产成本低，生产工艺简单，原材料易得，适合大规模工业化生产的优点。
[0011] 本发明一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，由以下重量份原材料材料制备而成： 多孔玄武岩纤维 60-70份， 催化剂 20-40份， 溶胶 适量， 其中所述的多孔玄武岩纤维直径为1〇μπι-500μπι，长度为1mm-lOmm，孔隙率为30%-80%， 孔洞直径为50-200nm;所述的催化剂是由稀土金属氧化物、过渡金属氧化物和碱土金属氧 化物三元复合而成的催化剂;所述的溶胶浓度为1.0-3.Omol/L的氢氧化铝溶胶、二氧化硅 溶胶中的一种。
[0012] 上述一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，其中所述的催化剂为纳米颗粒，直径为 10nm-50nm〇
[0013] 上述一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，其中所述的多孔氧化物涂层厚度为1-10 μηι〇
[0014] 上述一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，其中所述的稀土金属氧化物为氧化镧、 三氧化二铈、二氧化铈、氧化镨中的一种或多种;过渡金属氧化物为氧化铑、氧化铂、氧化钯 中的一种或多种;所述的碱土金属氧化物为氧化铍、氧化镁、氧化钙中的一种或多种。
[0015] 上述一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，其中所述的催化剂是按照物质的量1:1: 3的比例分别称取稀土金属氧化物、过渡金属氧化物和碱土金属氧化物，置入行星式球磨机 中进行混合研磨20-40min，出料得到的。
[0016] 本发明一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料，使用了多空玄武岩纤维，其具有的比 表面积大、吸附性好的优点，增加了催化剂的负载量，增大了尾气与催化剂的接触面和延长 了尾气与催化剂的接触时间，提高了尾气的净化效率，具有优异的使用价值和广阔的市场 前景。
[0017] 本发明一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料的制备方法，其具体制备步骤如下： 1) 按照物质的量1:1:3的比例分别称取总量为20-40重量份的稀土金属氧化物、过渡金 属氧化物和碱土金属氧化物，置入行星式球磨机中进行混合研磨20_40min，出料得到催化 剂； 2) 将步骤1)得到的催化剂与60-70重量份的多孔玄武岩纤维使用气动立体混合机进行 混合负载l_2h，使催化剂在气流的带动下全部驻留在玄武岩纤维的孔洞中得到负载有催化 剂的多孔玄武岩复合纤维； 3) 将步骤2)得到负载有催化剂的多孔玄武岩复合纤维用溶胶进行表面涂覆，晾干后在 250-350°C的温度下煅烧l_2h后取出，即得玄武岩汽车尾气净化材料。
[0018] 上述一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料的制备方法中，步骤3)中表面涂覆的厚度 为 2-10μηι〇
[0019] 本发明一种玄武岩纤维汽车尾气净化材料的制备方法，包括混合研磨、负载、涂覆 烧结工艺步骤;纳米催化剂颗粒和多孔玄武岩纤维在气体的带动下高速运动并分散开来， 催化剂颗粒在跟随气体从玄武岩纤维的孔洞中穿过时，由于孔洞内部直径可能小于纳米催 化剂颗粒，催化剂颗粒被拦截，并驻留在孔洞中，随着气体的不断运动，驻留的催化剂颗粒 会越来越多，进而形成负载有催化剂的多孔玄武岩复合纤维，再通过在负载有催化剂的多 孔玄武岩纤维表面涂覆溶胶，经烧结形成多孔氧化物涂层，用以对孔洞中的催化剂颗粒进 行保护、禁锢，从而得到玄武岩汽车尾气净化材料，该材料增加了反应接触面和反应时间， 同时也增加了催化剂的负载量，从而极大的提高了对汽车尾气的净化效率，本发明方法具 有生产成本低，生产工艺简单，原材料易得，适合大规模工业化生产的优点。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果： 1、本发明使用多孔玄武岩纤维作为载体材料，比表面积大，耐高温性能好，提高了汽车 尾气净化材料的净化效率。
[0021] 2、本发明通过气动立体混合技术将催化剂驻留在玄武岩纤维的孔洞中，增加了反 应接触面和反应时间，同时也增加了催化剂的负载量，提高了对汽车尾气的净化效率。
[0022] 3、本发明生产成本低，生产工艺简单，原材料易得，适合大规模工业化生产。
[0023] 本发明制备的玄武岩汽车尾气净化材料，经检测，性能如下：