состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой

Классы МПК:B01J21/00 Катализаторы, содержащие элементы, оксиды или гидроксиды магния, бора, алюминия, углерода, кремния, титана, циркония или гафния
B01J32/00 Носители катализаторов вообще
B01J35/04 пористые, ситовые, решетчатые или сотовые структуры
C04B35/00 Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом; керамические составы; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-01-28
публикация патента:

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 состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой   структурой, патент № 2525396 -А12О3. Алюмозоль наносят в таком количестве, чтобы удельная поверхность носителя увеличилась в несколько раз по сравнению с исходной удельной поверхностью керамического материала. Частицы состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой   структурой, патент № 25253961О3 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.%


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2525396

patent-2525396.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J21/00 Катализаторы, содержащие элементы, оксиды или гидроксиды магния, бора, алюминия, углерода, кремния, титана, циркония или гафния

Патенты РФ в классе B01J21/00:
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ получения ультранизкосернистых дизельных фракций -  патент 2528986 (20.09.2014)
способ получения этилена -  патент 2528830 (20.09.2014)
способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния -  патент 2528667 (20.09.2014)
катализатор для переработки тяжелого нефтяного сырья и способ его приготовления -  патент 2527573 (10.09.2014)
катализатор получения элементной серы по процессу клауса, способ его приготовления и способ проведения процесса клауса -  патент 2527259 (27.08.2014)
способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале -  патент 2525543 (20.08.2014)
катализатор для получения синтетических базовых масел и способ его приготовления -  патент 2525119 (10.08.2014)
способ конверсии оксидов углерода -  патент 2524951 (10.08.2014)
катализатор для прямого получения синтетической нефти, обогащенной изопарафинами, и способ его получения -  патент 2524217 (27.07.2014)

Класс B01J32/00 Носители катализаторов вообще

Патенты РФ в классе B01J32/00:
фольга из нержавеющей стали и носитель катализатора для устройства очистки выхлопного газа, использующий эту фольгу -  патент 2518873 (10.06.2014)
способ получения нитрата металла на подложке -  патент 2516467 (20.05.2014)
носитель электрокатализатора для низкотемпературных спиртовых топливных элементов -  патент 2504051 (10.01.2014)
носитель, содержащий муллит, для катализаторов для получения этиленоксида -  патент 2495715 (20.10.2013)
способ получения дизельного топлива из твердых синтетических углеводородов, полученных по методу фишера-тропша, и катализатор для его осуществления -  патент 2493237 (20.09.2013)
геометрически классифицированный, имеющий определенную форму твердый носитель для катализатора эпоксидирования олефина -  патент 2492925 (20.09.2013)
способ изготовления текстильного катализатора (варианты) -  патент 2490065 (20.08.2013)
элемент каталитической насадки (варианты) и способ осуществления экзотермических каталитических реакций -  патент 2489210 (10.08.2013)
способ получения углеродного носителя для катализаторов -  патент 2484899 (20.06.2013)
катализатор гидроочистки углеводородного сырья, носитель для катализатора гидроочистки, способ приготовления носителя, способ приготовления катализатора и способ гидроочистки углеводородного сырья -  патент 2478428 (10.04.2013)

Класс B01J35/04 пористые, ситовые, решетчатые или сотовые структуры

Патенты РФ в классе B01J35/04:
фильтр для фильтрования вещества в виде частиц из выхлопных газов, выпускаемых из двигателя с принудительным зажиганием -  патент 2529532 (27.09.2014)
сотовый элемент с многоступенчатым нагревом -  патент 2525990 (20.08.2014)
фольга из нержавеющей стали и носитель катализатора для устройства очистки выхлопного газа, использующий эту фольгу -  патент 2518873 (10.06.2014)
сотовый элемент из фольги и способ его изготовления -  патент 2517941 (10.06.2014)
окислительный катализатор -  патент 2505355 (27.01.2014)
удерживающие nox материалы и ловушки, устойчивые к термическому старению -  патент 2504431 (20.01.2014)
способ приготовления катализатора для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и катализатор, полученный этим способом -  патент 2502561 (27.12.2013)
сотовый элемент с профилированным металлическим листом -  патент 2500902 (10.12.2013)
каталитический реактор -  патент 2495714 (20.10.2013)
способ эксплуатации устройства, имеющего по меньшей мере один электронагреваемый сотовый элемент -  патент 2495260 (10.10.2013)

Класс C04B35/00 Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом; керамические составы; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий

Патенты РФ в классе C04B35/00:
нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
композиционный керамический материал -  патент 2529540 (27.09.2014)
деталь малой толщины из термоструктурного композиционного материала и способ ее изготовления -  патент 2529529 (27.09.2014)
керамический материал с низкой температурой обжига -  патент 2527965 (10.09.2014)
огнеупорный блок для стеклоплавильной печи -  патент 2527947 (10.09.2014)
способ получения керамики из оксида иттербия -  патент 2527362 (27.08.2014)
керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами tin -  патент 2526453 (20.08.2014)
спин-стекольный магнитный материал -  патент 2526086 (20.08.2014)
способ получения кварцевой керамики -  патент 2525892 (20.08.2014)
способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден -  патент 2525890 (20.08.2014)


Наверх