含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊及其製備方法
2023-06-10 15:53:41 2
專利名稱：含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊及其製備方法
技術領域：
本發明涉及ー種含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊及其製備方法，應用於汽車尾氣的SCR後處理系統以及FCEV燃料電池系統。
背景技術：
能源危機和環境汙染是人類進入二十一世紀必須面對的兩個非常嚴峻的問題。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，以及新能源汽車的燃料供給技術方面人們仍然面臨不少的難題。 汽車尾氣的SCR後處理系統是依靠尿素還原劑的精確供給並在催化劑的前端分解成氨氣後來去除NOX危害物，達到淨化尾氣的目的，實現車輛的國4或以上的標準的達標。但是，在實際使用中，這種依靠尿素分解成氨氣的液體尿素的計量噴射存在許多不足和難點，例如，尿素溶液在_11°C環境下結冰堵塞的問題，需要額外的管路加熱系統來解決；尿素溶液在135°C以上的溫度環境下才能分解，而公交系統的許多車輛走走停停，根本無法達到尿素溶液穩定的分解溫度的，無法產出氨氣，無法消除預定的NOX成分，最後造成液體尿素在排氣管中的積累，生產三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素噴嘴和發動機排氣管，致使車輛產生故障，影響正常的使用。而對於突破能源困境，解決未來能源問題的新能源汽車發展問題，氫燃料電池汽車被公認是ー個極為重要的技術路線。但是，如何穩定的獲得氫氣來源是個制約本領域發展的不小的難題。氨氣是ー種含氫密度較高的ー類氫前驅體，氨氣分子屬於活潑極性分子，分子的直徑尺寸約為3 4 A,常溫下非常活潑，極易擴散，不容易存儲。如果能夠解決好氨氣的儲存問題，就可以開闢一條新的氨氣利用的技術路線。傳統的氨氣儲存方式是高壓氣瓶，或者是以高濃度氨氣溶於水形成氨水來實現。如果採用高壓氣瓶來儲存氨氣，大批量エ業應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，又存在嚴重的腐蝕問題。在國家專利信息網，以「儲氨」為主題詞檢索，專利號為CN201120099229. 7的『ー種氣相法烏洛託品尾氣氨回收裝置』、專利號為CN201020677361. 7的『用於冷庫機房的配氨連接機構』、專利號為CN201020269811.9的『複合功能型儲氨器』、專利號為CN200520057558. X的『ー種蒸氨裝置』、專利號為CN201010244091. 5的『用於對SCR催化劑的工作進行檢驗的方法和系統』、專利號為CN200880104697. X的『SCR排氣後處理系統的運行方法及診斷方法』等6個專利沒有涉及到化合物的特徵成分，同本發明不相關。專利號為CN200910197860. 8的『ー種高效低溫儲氨材料的製備方法』的發明應用於SCR後處理系統，該專利採用氨基硼烷氨絡合物NH3BH3 (NH3) η (η = Γ3)進行儲氨，室溫最大儲氨量可達62. 4wt. %，但是該專利的特種物質氨基硼烷的價格昂貴，具有較高的爆炸危險和燃燒等級，不適合普通エ業領域的大批量推廣應用。專利號為CN200580026626. 9的『存儲和輸送氨的固體材料』的發明涉及存儲和輸送氨的固體材料。該存儲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用氨提供了ー種安全、輕質、便宜而且緻密的存儲。但該專利是把固體原料直接模壓成型，電熱加熱解吸氨氣，更側重於系統的控制策略，不涉及到混合物的改性和優化。CN200710156866. I的『ー種氨基絡合物及其製備方法和用途』的發明公開了ー種氨基絡合物及其製備方法和用途。該氨基絡合物的成分為MXm(NH3)n，是以脫氨後的氨基絡合物作為氨的吸收劑，通過低溫吸氨、高溫放氨實現氨氣的分離、淨化、儲存和運輸。該專利僅僅涉及到該氨基絡合物本身的製備エ藝和過程。專利號為CN200680005886. 2的『氨的高密度存儲』專利包含氨吸收/解吸固體材料，該材料容易製備和處理並可以極高密度的存儲氨，並且氨在受控條件下容易釋放。但是，該專利是採用固體料直接模壓成型，採用粘結劑，僅僅聲明了可能是ニ氧化矽纖維粘結齊U，並沒有加量比例，其它權利要求項和實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合物組成 ，沒有明確權利要求細項，本行業技術人士幾乎無法實施。鑑於此，本發明將依託金屬鹽，如氯化鍶、氯化鎂等，在某些特定條件下可以進行氨氣的吸附和解吸的原理，製備出ー種可以存儲氨氣的活性混合物多孔固體樣塊。該混合物多孔固體樣塊含有一定量的高比表面積活性炭，以增加金屬鹽的吸附和解吸能力，解決金屬鹽在吸附氨氣以後的體積膨脹問題，這是由於活性炭本身所具有的特殊性能所決定的。活性炭又稱活性炭黑，是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳，是傳統而現代的人造材料，又稱碳分子篩，主成分除了碳以外還有氧、氫等元素。活性炭在結構上由於微晶碳是不規則排列，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產生碳組織缺陷，因此它是ー種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。這種多孔結構具有很強的吸附能力，由於炭粒的表面積很大，所以能與氣體充分接觸。當這些氣體碰到毛細管被吸附，起浄化與存儲作用。
發明內容
本發明的目的是提供ー種含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊及其製備方法，其製備的混合物既保證了金屬鹽的儲氨特性又改善了其吸附特性，増加了混合物多孔固體樣塊的宏觀孔道數量，在製備儲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矽溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度和機械強度。本發明的技術方案是這樣實現的含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊，由無水氯化鍶、活性炭和エ業用矽溶膠混合而成，其特徵在於其製備方法，具體步驟如下按重量百分比將エ業無水氯化鍶鹽粉末51 87wt%、高比表面積活性炭5 12wt%、エ業用矽膠
l、wt%、去離子水3 19wt%和エ業酒精2 12wt%組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，攪拌時間f 10h，形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩3(T60min，再在6(Tl80°C，真空度為10—1 IKpa的條件下乾燥I 3h，或在6(Tl00°C的溫度下乾燥I 4h。本發明的積極效果是其製備的混合物既保證了金屬鹽的儲氨特性又改善了其吸附特性，増加了混合物多孔固體樣塊的宏觀孔道數量，在製備儲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矽溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度和機械強度，所製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存和釋放的使用要求。
圖I為本發明吸附氨氣後的熱失重曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進ー步說明
實施例I
將51wt%的エ業無水氯化鍶鹽粉末、9wt%的高比表面積活性炭、9wt%エ業用矽膠、19wt%的去離子水和12wt%的エ業酒精組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，攪拌Ih後形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩30min，再在60°C，真空度為KT1Kpa的條件下乾燥3h，即可得含有13. 6 wt%高比表面積活性炭的儲氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進行充氨，在自然通風的環境下進行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和乾燥系統，在O. IMpa的壓カ範圍內緩緩的進行充氨,充氨時間為3h ;充氨後該樣塊質量為13. 4g,即吸附氨氣3. 4g。然後再將樣塊在200°C下進行加熱處理，結果發現，加熱後樣塊質量變為10. Ig,即釋放了氨氣3. 3g，解吸效率為97%。圖I是該多孔固體樣塊吸附氨氣後的失重曲線如圖I所示，可以看出該混合物多孔樣塊解吸氨氣25%。實施例2
將87wt%的エ業無水氯化銀鹽粉末、5wt%的高比表面積活性炭、lwt%エ業用娃膠、3wt%的去離子水和4wt%的エ業酒精組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，攪拌IOh後形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩60min，再在80°C，真空度為IKpa的條件下乾燥4h，即可得含有5. 4wt%高比表面積活性炭的儲氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進行充氨，在自然通風的環境下進行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和乾燥系統，在
O.IMpa的壓カ範圍內緩緩的進行充氨,充氨時間為4h ;充氨後該樣塊質量為14. 5g,即吸附氨氣4. 5g。然後再將樣塊在200°C下進行加熱處理，結果發現，加熱後樣塊質量變為10. 9g，即釋放了氨氣3. 6g，解吸效率為80%。實施例3
將76wt%的エ業無水氯化鍶鹽粉末、12wt%的高比表面積活性炭、3wt%エ業用矽膠、7wt%的去離子水和2wt%的エ業酒精組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，攪拌4h後形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩50min，再在100°C的溫度下乾燥4h即可得含有13. 2wt%高比表面積活性炭的儲氨活性混合物多孔固體樣塊。將IOg多孔固體樣塊進行充氨，在自然通風的環境下進行，事先將可敞開式的密閉容器放入ー個水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和乾燥系統，在
O.2Mpa的壓カ範圍內緩緩的進行充氨，充氨時間為3h ;充氨後該樣塊質量為14. 2g,即吸附氨氣4. 2g。然後再將樣塊在200°C下進行加熱處理，結果發現，加熱後樣塊質量變為llg，即釋放了氨氣3. 2g，解吸效率為76%。
權利要求
1.一種含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊，由無水氯化鍶、活性炭和工業用矽溶膠混合而成，其特徵在於其製備方法，具體步驟如下按重量百分比將工業無水氯化鍶鹽粉末51 87wt%、高比表面積活性炭5 12wt%、工業用矽膠I 9wt%、去離子水3 19wt%和工業酒精2 12wt%組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，攪拌時間f 10h，形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩3(T60min，再在6(Tl8(TC，真空度為IQtlKpa的條件下乾燥l 3h，或在6(TlO(rC的溫度下乾燥l 4h。
全文摘要
本發明涉及一種含有活性碳的儲氨混合物多孔固體樣塊，由無水氯化鍶、活性炭和工業用矽溶膠混合而成，其特徵在於其製備方法，具體步驟如下按重量百分比將工業無水氯化鍶鹽粉末、高比表面積活性炭、工業用矽膠、去離子水和工業酒精組成混合物，通過攪拌機攪拌均勻，形成半乾性的混合粉體；該粉體添加到一可敞開式的密閉容器內進行機械振蕩，最後乾燥處理；其製備的混合物既保證了金屬鹽的儲氨特性又改善了其吸附特性，增加了混合物多孔固體樣塊的宏觀孔道數量，在製備儲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矽溶膠，有效地改善了混合物樣塊的粘度和機械強度。
文檔編號B01J20/30GK102728317SQ20121023884
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者於力娜, 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