Состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой


 

C04B35/00 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом (пористые изделия C04B 38/00; изделия, характеризуемые особой формой, см. в соответствующих классах, например облицовка для разливочных и плавильных ковшей, чаш и т.п. B22D 41/02); керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий (химические способы производства порошков неорганических соединений C01)

Владельцы патента RU 2525396:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" (RU)

Изобретение относится к составу шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, состоящему из инертного наполнителя - электроплавленного корунда и дисперсной фазы с упрочняющей добавкой. При этом для повышения прочности материала в качестве дисперсной фазы используют высокоглиноземистую фарфоровую массу, в качестве упрочняющей добавки - композицию из MgO+SiC, обеспечивающую образование фазы эвтектического состава в системе MgO-SiO2 при обжиге в интервале температур 1250-1300°С со следующим соотношением компонентов: электроплавленный корунд - 5-20 мас.%, высокоглиноземистая фарфоровая масса - 76,5-90 мас.%, упрочняющая добавка MgO+SiC - 3,5-5 мас.%. Использование указанного состава позволяет изготавливать высокопористые прочные керамические материалы с сетчато-ячеистой структурой с повышенной механической прочностью на сжатие при сохранении общей объемной открытой пористости. 3 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к химической технологии высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой, которые могут использоваться в качестве стационарных носителей катализаторов конверсии природного газа, нейтрализации оксидов углерода, азота и углеводородов в продуктах сжигания моторных топлив, каталитических жидкофазных гетерогенных процессов восстановления непредельных углеводородов, ароматических соединений, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и др., фильтров для фильтрации загрязненных жидкостей и газов, насадки для массо- и теплообменных процессов, высокотемпературных теплоизоляционных материалов и для других целей.

Для изготовления изделий из высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой известно использование алюмосиликатных материалов, шликер которых наносят на ретикулированный пенополиуретан, изделия отжимают от лишнего шликера, высушивают и обжигают при температурах до 1350°С (см., например. В.Н.Анциферов, С.Е.Порозова. // Высокопористые проницаемые материалы на основе алюмосиликатов. // Пермь, 1996, 207 с.).

Недостатками этих материалов являются отсутствие открытой пористости перемычек ячеек, низкая удельная поверхность, большая усадка в пределах 10-20%, что приводит к образованию конусности, деформации и отсутствию сохранения точности геометрической формы и размера изделий.

Свойства изделий на основе алюмосиликатов мало отличаются между собой и имеют, например, для высокопористого фарфора значения: кажущейся плотности - 0,2-0,3 г/см3; общей открытой объемной пористости - 80-88%; механической прочности на сжатие - 0,1-0,5 МПа (см. В.Н.Анциферов, В.Н. Овчинникова, С.Е.Порозова, И.В.Федорова. // Высокопористые ячеистые керамические материалы. // Стекло и керамика, 1996, №9, с.19-20).

Недостатком высокопористого фарфора являются низкие значения механической прочности на сжатие (такие материалы мало пригодны для применения в качестве носителей катализаторов).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является состав шихты для изготовления высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, выбранный в качестве прототипа (см. патент РФ №2233700, приоритет от 11 июня 2002 г., 10.08.2004. Бюл. №22. Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов. / А.И.Козлов, Е.С.Лукин).

Высокопористый материал с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов получают воспроизведением структуры вспененного ретикулированного пенополиуретана путем нанесения шликера на полимерную матрицу, содержащего смесь инертного наполнителя в виде электроплавленного корунда, карбида кремния, кварцевого песка и дисперсный порошок оксида алюминия с добавками оксидов металлов II и IV группы таблицы Д.И.Менделеева в любом количестве с добавкой связующего с последующей сушкой изделий, выжиганием органической основы и обжигом оставшегося керамического каркаса в интервале температур 1350-1500°С. После обжига высокопористый материал с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов имеет общую объемную открытую пористость 88-92%, механическую прочность на сжатие от 0,5 до 1,8-2,0 МПа.

Используемая для пропитки полимерной матрицы керамическая суспензия имеет низкую вязкость и высокую текучесть, что позволяет равномерно наносить ее на полимерную матрицу.

К недостаткам изготовленного высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой относятся сравнительно низкая механическая прочность на сжатие (не превышает 2,0 МПа).

Для ряда технологических процессов требуется значительно более высокая прочность носителя катализаторов из-за очень высокой скорости подачи реакционной смеси в реакторе и возникновения больших давлений, оказываемых воздействием на носитель с катализатором при запуске реактора.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является изготовление высокопористых прочных керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой с повышенной механической прочностью на сжатие при сохранении такой же общей объемной открытой пористости.

Этот технический результат достигается воспроизведением структуры вспененного ретикулированного пенополиуретана любой геометрической формы путем пропитки шликером, приготовленным из шихты следующего состава: инертный наполнитель в виде электрокорунда (размер частиц 10-14 мкм) - 5-20 мас.%, высокоглиноземистая фарфоровая масса в виде порошка (с содержанием А12О3 38-45 мас.%) - 76,5-90 мас.% и упрочняющая добавка с суммарным содержанием MgO+SIC (размер частиц 0,3-1,0 мкм) - 3,5-5 мас.%, обеспечивающая повышение прочности керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой за счет образования фазы эвтектического состава в системе MgO-SiO2, структурирующей непрерывную фазу стекла в фарфоре при обжиге в интервале температур 1250-1300°С.

В качестве жидкой фазы шликера используют 5%-ный раствор поливиниловго спирта.

После пропитки заготовок шликером его избыток отжимают. Затем заготовки подвергают термообработке для выжигания органической основы и обжига керамического каркаса в интервале температур 1250-1300°С. Общая объемная открытая пористость полученного керамического изделия с сетчато-ячеистой структурой составляет 85-92%. Образцы из полученной высокопористой керамики имеют повышенную механическую прочность на сжатие от 4,0 до 7,5 МПа.

Пример №1. Образец из полиуретана пропитывают при комнатной температуре шликером, приготовленным из шихты следующего состава:

инертного наполнителя в виде дисперсного электрокорунда (размер частиц 10-14 мкм) - 5 мас.%, фарфоровой массы в виде порошка (с содержанием А12О3 38-45 мас.%) - 90 мас.%, упрочняющей добавки с размером частиц 0,3-1,0 мкм - 5 мас.% и 5%-ного раствора поливинилового спирта, отжимают избыток шликера, сушат при температуре 100-110°С в течение 2,0-2,5 часов, а затем обжигают при температуре 1250°С. Высушенный и обожженный керамический образец с сетчато-ячеистой структурой имеет кажущуюся плотность 0,33 г/см3, механическую прочность на сжатие 7,5 МПа.

Пример №2. Образец из полиуретана пропитывают при комнатной температуре шликером, приготовленным из шихты следующего состава:

инертного наполнителя в виде дисперсного электрокорунда (размер частиц 10-14 мкм) - 12,5 мас.%, фарфоровой массы в виде порошка (с содержанием A12O3 38-45 мас.%) - 83,4 мас.%, упрочняющей добавки с размером частиц 0,3-1,0 мкм - 4,1 мас.% и 5%-ного раствора поливинилового спирта, отжимают избыток шликера, сушат при температуре 100-110°С в течение 2,0-2,5 часов, а затем обжигают при температуре 1280°С. Высушенный и обожженный керамический образец с сетчато-ячеистой структурой имеет кажущуюся плотность 0,40 г/см3, механическую прочность на сжатие 5,3 МПа.

Пример №3. Образец из полиуретана пропитывают при комнатной температуре шликером, приготовленным из шихты следующего состава:

инертного наполнителя в виде дисперсного электрокорунда (размер частиц 10-14 мкм) - 20 мас.%, фарфоровой массы в виде порошка (с содержанием A12O3 38-45 мас.%) - 76,5 мас.%, упрочняющей добавки с размером частиц 0,3-1,0 мкм - 3,5 мас.% и 5%-ного раствора поливинилового спирта, отжимают избыток шликера, сушат при температуре 100-110°С в течение 2,0-2,5 часов, а затем обжигают при температуре 1300°С. Высушенный и обожженный керамический образец с сетчато-ячеистой структурой имеет кажущуюся плотность 0,43 г/см3, механическую прочность на сжатие 4,0 МПа.

Изготовление носителя с развитой поверхностью для катализатора из высокопористых прочных керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой с разработанным составом шихты состоит в нанесении на них алюмозоля методом пропитки с последующим прокаливанием при температуре 900°С. В порах и на поверхности перемычек высокопористых прочных керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой образуются пористые частицы γ-А12О3. Алюмозоль наносят в таком количестве, чтобы удельная поверхность носителя увеличилась в несколько раз по сравнению с исходной удельной поверхностью керамического материала. Частицы γ-А1О3 прочно припекаются к поверхности перемычек, содержащих стеклофазу заданного состава.

Полученный керамический носитель катализаторов с сетчато-ячеистой структурой характеризуется высокой механической прочностью на сжатие от 4,0 до 7,5 МПа.

Применение предлагаемого изобретения позволяет получить высокопористое прочное керамическое изделие с сетчато-ячеистой структурой полифункционального назначения.

Полученное высокопористое прочное керамическое изделие с сетчато-ячеистой структурой может найти широкое применение в качестве носителя для катализаторов для газофазных и жидкофазных процессов, в конструкциях фильтров для фильтрации загрязненных жидкостей и газов, насадки для массо- и теплообменных процессов, высокотемпературных теплоизоляционных материалов и для других целей.

После нанесения каталитически активного компонента на поверхность приготовленного высокопористого прочного керамического изделия с сетчато-ячеистой структурой полученный катализатор может быть использован в различных каталитических гетерогенных газофазных и жидкофазных химических процессах: конверсии природного газа, окисления СО и СН, восстановления NOx, непредельных углеводородов, ароматических соединений, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и др.

Состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, состоящий из инертного наполнителя - электроплавленного корунда и дисперсной фазы с упрочняющей добавкой, отличающийся тем, что для повышения прочности материала в качестве дисперсной фазы используют высокоглиноземистую фарфоровую массу, в качестве упрочняющей добавки - композицию из MgO+SiC, обеспечивающую образование фазы эвтектического состава в системе MgO-SiO2 при обжиге в интервале температур 1250-1300°С со следующим соотношением компонентов:
электроплавленный корунд - 5-20 мас.%;
высокоглиноземистая фарфоровая масса - 76,5-90 мас.%;
упрочняющая добавка MgO+SiC - 3,5-5 мас.%



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области криоэлектроники и может быть использовано при создании элементов наноэлектроники, активных элементов криоэлектронных схем, работающих в условиях космического вакуума и холода и использующих новые проводящие керамические материалы с очень малым температурным коэффициентом изменения сопротивления.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов резанием, и может быть использовано при изготовлении износостойкого режущего инструмента из керамики.

Изобретение относится к изготовлению композиционного материала на основе субоксида бора, который может быть применён в качестве абразива. .
Изобретение относится к технологии керамических материалов, в частности к материалам на основе диоксида циркония, и может быть использовано при изготовлении изделий сложной конфигурации, в частности деталей подшипников скольжения и других трущихся пар.

Изобретение относится к области получения высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов, применяемых в производстве соленоидов, быстродействующих счетных устройств, оборудования для медицины, а также в технике низких температур.
Изобретение относится к производству керамических проппантов, предназначенных для использования в нефтедобывающей промышленности при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта.
Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано для изготовления строительных материалов. .
Изобретение относится к металлургическим способам изготовления сверхпроводящих проводов, лент для использования в линиях электропередач, магнитных системах, электрогенераторах, накопителях энергии.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к фольге из нержавеющей стали, используемой в носителе катализатора устройства очистки выхлопного газа автомобиля.

Изобретение относится к сотовому элементу из гладкого профилированного листа фольги и к способу его изготовления. Сотовый элемент выполнен из гладкого листа фольги и профилированного листа фольги.

Настоящее изобретение относится к окислительному катализатору, способу его изготовления, способу обработки выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, к системе выпуска отработавших газов и к транспортному средству.

Изобретение относится к материалам для удерживания NOx. Описан катализатор для удерживания оксида азота, содержащий: субстрат; первый слой покрытия из пористого оксида на субстрате, где указанный первый слой покрытия из пористого оксида содержит удерживающий оксид азота материал, содержащий частицы подложки из оксида церия с нанесенным на них карбонатом бария; и второй слой покрытия из пористого оксида над первым слоем покрытия из пористого оксида, содержащий единственный металл платиновой группы, при этом второй слой покрытия из пористого оксида по существу не содержит платины, церия и бария, а указанный единственный металл платиновой группы представляет собой родий, нанесенный на частицы жаропрочного оксида металла, содержащие оксид алюминия, легированный оксидом циркония в количестве до 30%.

Изобретение относится к способам получения блочных катализаторов, катализаторам очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Описан способ приготовления катализатора для очистки ОГ ДВС, в котором для нанесения промежуточного покрытия и активной фазы используют водную суспензию, включающую гидроксид алюминия - бемит (АlOOН), восстанавливающий дисахарид и растворимые соли Се, Zr, Y, La в виде солей азотной кислоты в пропорции, необходимой для образования в покрытии тетрагоналыюй фазы Zr0,5Ce0,5O2, стабильной в области температур 500-1000°C и соотношения в покрытии (Ме2O3+ZrO2+СеO2):γ-Аl2O3-1:1, где Me - Y, La, а также одну или несколько неорганических солей металлов платиновой группы, причем термообработку покрытия проводят одновременно с восстановлением при температуре 550-1000°C.

Изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов. Сущность изобретения: сотовый элемент (1) с по меньшей мере одним корпусом (2) и с по меньшей мере одной сотовой структурой (3) для системы (4) снижения токсичности отработавших газов (ОГ), которая имеет один металлический лист (5).

Изобретение относится к разработке катализаторов для осуществления термохимической конверсии углеводородных и кислородсодержащих топлив за счет тепла отходящих газов двигателей внутреннего сгорания, являющихся составной частью гибридных силовых установок.

Изобретение относится к каталитическому реактору, содержащему пару пластин, расположенных параллельно через заданные интервалы, задающих путь, по которому течет текучая среда, канальный элемент, соединенный с пластинами в пути и разделяющий путь на каналы, и носитель катализатора, введенный в каждый из каналов и простирающийся вдоль каждого канала.

Изобретение относится к способу эксплуатации устройства, имеющего по меньшей мере один электронагревательный элемент, используемый для обработки отработавших газов (ОГ).

Изобретение относится к носителям для каталитических систем и их использованию. Носитель для каталитической системы, содержащей по меньшей мере один каталитически активный металл, размещенный на ней, включающий имеющий определенную геометрическую форму тугоплавкий твердый носитель из оксида алюминия (Аl2O3), в котором толщина по меньшей мере одной стенки указанного имеющего определенную геометрическую форму тугоплавкого твердого носителя из оксида алюминия (Аl2O3) составляет менее 2,5 мм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к фольге из нержавеющей стали, используемой в носителе катализатора устройства очистки выхлопного газа автомобиля.
Наверх