專利名稱：含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊及其制備方法，應(yīng)用于汽車尾氣的SCR后處理系統(tǒng)以及FCEV燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，以及新能源汽車的燃料供給技術(shù)方面人們?nèi)匀幻媾R不少的難題。SCR后處理系統(tǒng)是依靠尿素還原劑的精確供給并在催化劑的前端分解成氨氣后來去除NOX危害物，達(dá)到凈化尾氣的目的，實(shí)現(xiàn)車輛的國4或以上的標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)。但是，在實(shí)際使用中，這種依靠尿素分解成氨氣的液體尿素的計(jì)量噴射存在許多不足和難點(diǎn)，例如，尿素溶液在-11°C環(huán)境下結(jié)冰堵塞的問題，需要額外的管路加熱系統(tǒng)來解決；尿素溶液在135°C以上的溫度環(huán)境下才能分解，而公交系統(tǒng)的許多車輛走走停停，根本無法達(dá)到尿素溶液穩(wěn)定的分解溫度的，無法產(chǎn)出氨氣，無法消除預(yù)定的NOX成分,最后造成液體尿素在排氣管中的積累，生產(chǎn)三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素噴嘴和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，致使車輛產(chǎn)生故障，影響正常的使用。此外，如果國4以上的主流車輛全面使用SCR系統(tǒng)，涉及到全國約15萬個(gè)加油站點(diǎn)創(chuàng)新建設(shè)液體尿素加注基礎(chǔ)設(shè)施的問題，由于投資巨大，目前仍沒有看到政府和企業(yè)動(dòng)手完善該基礎(chǔ)設(shè)施，成為SCR使用中的ー個(gè)潛在的巨大問題。對于突破能源困境，解決未來能源問題的新能源汽車發(fā)展問題，氫燃料電池被公認(rèn)是ー個(gè)極為重要的技術(shù)路線。但是，如何穩(wěn)定的獲得氫氣來源是個(gè)制約本領(lǐng)域發(fā)展的不小的難題。在所有可能被采用的氫氣來源方式中，有高壓氣瓶儲(chǔ)氫的技術(shù)路線、有電解水制氫的技術(shù)路線、有高純烴類石油燃料裂解制氫的技術(shù)路線、低分子醇類裂解制氫的技術(shù)路線以及其它H-N的含氫前驅(qū)體分解或裂解制氫的技術(shù)路線。上述技術(shù)路線中，都存在若干問題和不足，例如，制氫效率和成本，制氫精度和速率，也包括系統(tǒng)方面的問題。總之，氫的來源是燃料電池車輛發(fā)展的瓶頸，需要人們想法進(jìn)行解決。氫的前驅(qū)體其中之ー是H-N含氫的化合物，其中，儲(chǔ)氫密度最高的是氨氣。氨氣是ー種最常見的化工原料，氨氣分子屬于活潑的極性分子，分子的直徑尺寸約為3 4 A，因此，常溫下非常的活潑，極易擴(kuò)散，并具有毒害性，因此，氨氣的使用的最大隱患是安全問題。由此可見，解決好氨氣的使用中儲(chǔ)存和安全問題，就可以開辟一條新的氨氣利用的技術(shù)路線。傳統(tǒng)的氨氣儲(chǔ)存方式是高壓氣瓶，或者是以高濃度氨氣溶于水形成氨水來實(shí)現(xiàn)。如果采用高壓氣瓶來儲(chǔ)存氨氣，大批量エ業(yè)應(yīng)用中存在操作方面和密封方面的安全隱患，如果是以高濃氨水的方式，又存在嚴(yán)重的腐蝕問題。在國家專利信息網(wǎng)，以“儲(chǔ)氨”為主題詞檢索，專利號為CN201120099229. 7的‘ー種氣相法烏洛托品尾氣氨回收裝置’、專利號為CN201020677361. 7的‘用于冷庫機(jī)房的配氨連接機(jī)構(gòu)’、專利號為CN201020269811.9的‘復(fù)合功能型儲(chǔ)氨器’、專利號為CN200520057558. X的‘ー種蒸氨裝置’，是ー類對氨氮エ業(yè)廢水進(jìn)行氨氮排脫處理的環(huán)保治理裝置，也不涉及到本發(fā)明中的特征成分。同本發(fā)明不相關(guān)。專利號為CN201010244091. 5的‘用于對SCR催化劑的工作進(jìn)行檢驗(yàn)的方法和系統(tǒng)’和專利號為CN200880104697.X的‘SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法及診斷方法’的這2個(gè)發(fā)明提供了一種用于選擇性催化還原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器和傳統(tǒng)液體尿素分解的氨配給模塊和控制系統(tǒng)，沒有涉及到化合物的特征成分。專利號為CN200910197860. 8的‘ー種高效低溫儲(chǔ)氨材料的制備方法’的發(fā)明應(yīng)用于SCR后處理系統(tǒng)，特征是把氨基硼烷化合物置于密閉容器中，抽真空，在(T4°C溫度下，與氨接觸，在(T4°C溫度下保持3(T60min，制備得到所需產(chǎn)物氨基硼烷氨絡(luò)合物NH3BH3(NH3)n(n = Γ3);室溫最大儲(chǔ)氨量可達(dá)62. 4wt. %,室溫供氣壓カ2. Obar左右，室溫供氨壓カ適中，吸放氨完全可逆，但是該專利的特種物質(zhì)氨基硼烷的價(jià)格昂貴，具有較高的爆炸危險(xiǎn)和燃燒等級，不適合普通エ業(yè)領(lǐng)域的大批量推廣應(yīng) 用；
專利號為CN200580026626. 9的‘存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料’的發(fā)明涉及存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料。該存儲(chǔ)氨的固體材料包括ー種氨吸收鹽，其中該氨吸收鹽是通式為Ma(NH3)nXz的離子性鹽，該氨吸收鹽為汽車エ業(yè)用氨提供了ー種安全、輕質(zhì)、便宜而且致密的存儲(chǔ)。該專利是把固體原料直接模壓成型，電熱加熱解吸氨氣，更側(cè)重于系統(tǒng)的控制策略，不涉及到混合物的改性和優(yōu)化；
專利號為CN200580009219. 7的‘儲(chǔ)氨裝置在能量生產(chǎn)中的用途’發(fā)明涉及ー種發(fā)電單元，該單元包括⑴容器⑵形式的儲(chǔ)氨裝置，包含通式為Ma(NH3) nXz的氨吸收與釋放鹽，其中M是ー種或多種陽離子，選自堿金屬、堿土金屬和過渡金屬如Li、K、Mg、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn，X是ー種或多種陰離子，選自氟根、氯根、溴根、碘根、硝酸根、硫氰酸根、硫酸根、鑰酸根、磷酸根和氯酸根離子，該專利主要用于燃料電池的，權(quán)利要求4中提到了特征物質(zhì)為該類鹽或位于多孔載體材料上，并沒有聲明是何種材料。CN200710156866. I的‘一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途’的發(fā)明公開了一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途。該氨基絡(luò)合物的成分為MXm(NH3)n,以脫氨后的氨基絡(luò)合物作為氨的吸收劑，通過低溫吸氨、高溫放氨實(shí)現(xiàn)氨氣的分離、凈化、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。該專利僅僅涉及到該氨基絡(luò)合物本身的制備エ藝和過程。專利號為CN200680005886. 2的‘氨的高密度存儲(chǔ)’專利包含氨吸收/解吸固體材料的固體氨存儲(chǔ)和輸送材料，所述已被壓實(shí)到密度大于理論骨架密度的50%的存儲(chǔ)和輸送材料提供固體氨存儲(chǔ)材料，該存儲(chǔ)材料容易制備和處理并且具有極高密度的存儲(chǔ)氨，所述存儲(chǔ)氨在受控條件下容易釋放，即使所述材料的孔隙率非常低仍如此，并且該存儲(chǔ)材料對于存儲(chǔ)和輸送氨是安全的，不需要特殊的安全措施。該專利是采用固體料直接模壓成型，采用粘結(jié)劑，僅僅聲明了可能是ニ氧化硅纖維粘結(jié)劑，并沒有加量比例，其它權(quán)利要求項(xiàng)和實(shí)施例中的也僅僅聲明固體材料可能包括顆粒材料、多孔材料、晶體材料、無定形材料或它們的結(jié)合物組成，沒有明確權(quán)利要求細(xì)項(xiàng)，本行業(yè)技術(shù)人士幾乎無法實(shí)施。由此而產(chǎn)生了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊及其制備方法，其制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊具有超強(qiáng)的吸附能力，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度較高，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過程中，還添加了適量的エ業(yè)硅溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度及比表面積。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊，由無水氯化鎂、陶瓷纖維和エ業(yè)硅溶膠組成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比，將エ業(yè)無水的氯化鎂鹽粉末5(T80wt%、陶瓷纖維5 10wt%、エ業(yè)硅溶膠3 8wt%和エ業(yè)酒精l(T37wt%組成混合物；通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為f 10h，形成半干性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩3(T60min，再在6(T80°C，真空度為KT1IKpa的條件下干燥2 3h，或在70 100で的溫度下干燥2 4h。本發(fā)明的積極效果是其制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊具有超強(qiáng)的吸附能力，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度較高，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過程中，還添加了適 量的エ業(yè)硅溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度及比表面積，使其更適合于汽車行業(yè)的SCR后處理或FCEV系統(tǒng)，所制備的混合物多孔固體樣塊是集中使用，滿足大容量氨氣的儲(chǔ)存和釋放的使用要求。


圖I是本發(fā)明儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊吸附氨氣后的熱失重曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明
實(shí)施例I
將エ業(yè)無水的氯化鎂鹽的粉末、陶瓷纖維、エ業(yè)硅溶膠、和エ業(yè)酒精組成混合物，按照重量比50 5 8 37的比例進(jìn)行混合，通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為lh，形成半干性的混合粉體；將該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩60min，再在80°C，真空度為IKpa的條件下干燥3h即可得含有7. 9wt%陶瓷纖維的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統(tǒng)，在IMpa的壓カ范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨，充氨時(shí)間為3h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為18. Ig,即吸附氨氣8. 7g。然后再將樣塊在400°C下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?4g，即釋放了氨氣4. 7g，解吸效率為54%。該多孔固體樣塊吸附氨氣后的失重曲線如圖I所示，從圖中可以看出，混合物多孔固體樣塊吸附氨氣重量百分比約為25wt%，與理論失重值一致。實(shí)施例2
將エ業(yè)無水的氯化鎂鹽的粉末、陶瓷纖維、エ業(yè)硅溶膠和エ業(yè)酒精，組成混合物按照重量比80 5 5 10的比例進(jìn)行混合，通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為5h，形成半干性的混合粉體；將該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩60min，再在60°C，真空度為KT1Kpa的條件下干燥2h即可得含有6. 2wt%陶瓷纖維的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統(tǒng)，在O. 9Mpa的壓カ范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨，充氨時(shí)間為5h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為19. 6g,即吸附氨氣9. 6g。然后再將樣塊在400°C下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?1. 2g，即釋放了氨氣8. 4g，解吸效率為88%。實(shí)施例3將エ業(yè)無水的氯化鎂鹽的粉末、陶瓷纖維、エ業(yè)硅溶膠和エ業(yè)酒精組成混合物按照重量比75 10 3 12的比例進(jìn)行混合，通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為10h，形成半干性的混合粉體；將該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩30min，再在100°C的溫度下干燥4h，即可得含有11. 3wt%陶瓷纖維的儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進(jìn)行充氨，在自 然通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個(gè)水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統(tǒng)，在O. 7Mpa的壓カ范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨，充氨時(shí)間為5h ;充氨后該樣塊質(zhì)量為18. 4g,即吸附氨氣8. 4g。然后再將樣塊在400°C下進(jìn)行加熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加熱后樣塊質(zhì)量變?yōu)?0. 9g，即釋放了氨氣7. 5g，解吸效率為90%。
權(quán)利要求
1.含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊，由無水氯化鎂、陶瓷纖維和工業(yè)硅溶膠組成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比，將工業(yè)無水的氯化鎂鹽粉末5(T80wt%、陶瓷纖維5 10wt%、工業(yè)硅溶膠3 8wt%和工業(yè)酒精10 37wt%組成混合物；通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為f 10h，形成半干性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩3(T60min，再在6(T80°C，真空度為lO—^lKpa的條件下干燥2 3h，或在7(TlO(rC的溫度下干燥2 4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含陶瓷纖維和硅溶膠的混合物固體樣塊，由無水氯化鎂、陶瓷纖維和工業(yè)硅溶膠組成，其特征在于其制備方法，具體步驟如下按重量百分比，將工業(yè)無水的氯化鎂鹽粉末50~80wt%、陶瓷纖維5~10wt%、工業(yè)硅溶膠3~8wt%和工業(yè)酒精10~37wt%組成混合物；通過攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間為1~10h，形成半干性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械振蕩30~60min，再在60~80℃，真空度為10-1~1Kpa的條件下干燥2~3h，或在70~100℃的溫度下干燥2~4h。其制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊具有超強(qiáng)的吸附能力，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度較高，在制備儲(chǔ)氨活性混合物多孔固體樣塊的過程中，還添加了適量的工業(yè)硅溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度及比表面積。
文檔編號B01J20/30GK102728307SQ201210238838
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者于力娜, 姜濤, 安宇鵬, 崔龍, 張克金, 王丹, 王金星, 許德超 申請人:中國第一汽車股份有限公司