[发明专利]一种柴油车用整体式cDPF复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柴油车用整体式cDPF复合材料及其制备方法，包括以下步骤：制备晶须改性后的堇青石；将硝酸镧、硝酸钴、乙酸锰、去离子水与柠檬酸混合配置成混合溶液；将堇青石浸入混合溶液中，取出干燥后放入马弗炉中焙烧，得到产品。本发明所述的复合材料使用莫来石晶须表面改性过的堇青石作为基底，具有更高的比表面积，可以负载更多的催化剂，极大提高DPF的过滤效率，在晶须表面负载钙钛矿LaCoO3催化剂可以实现DPF的被动再生，制备出的整体式cDPF复合材料具有高效过滤性能和可被动再生性能。

技术领域

本发明属于柴油车尾气处理技术领域，尤其是涉及一种柴油车用整体式cDPF复合材料及其制备方法。

背景技术

柴油机颗粒物过滤器（Diesel Particulate Filter，缩写DPF）具有较高的颗粒物净化效率，被公认为是柴油机碳烟颗粒后处理最有效的方式。DPF常采用壁流式设计，这样的设计可以使尾气从开口的一端穿过多孔陶瓷的壁面后进入相邻的出口端通道，此时尾气中的颗粒物会滞留在多孔陶瓷壁面上，实现了尾气中颗粒物的捕集。堇青石基蜂窝陶瓷是一种优良的DPF材料，其化学组成为：2MgO：5SiO₂：2Al₂O₃，并且具有较高的机械强度、较低的热膨胀系数以及良好的高温结构稳定性。但是，堇青石较低的比表面积（0.7 m²/g）导致其表面涂覆催化剂活性组分的含量减少，从而削弱了整体式cDPF的催化活性。

工业上通常采用涂覆ɤ-Al₂O₃来增加堇青石基体的比表面积，但ɤ-Al₂O₃对超细颗粒物捕集效率非常有限，因此对堇青石载体进行结构改性，在其表面合成制备一种大比表面积且高捕集量的网状晶须结构，借用动物体皮肤纤毛的仿生学设计理念，优化堇青石载体表面微观结构并提高自身的比表面积，增加DPF对碳烟颗粒的捕集净化效率。同时，随着DPF对碳烟颗粒捕集时间的延长，碳烟颗粒在DPF表面形成堆积，会导致DPF的背压增加，影响发动机的正常运行。为了解决这一问题，需要对DPF进行再生净化处理。目前通常采用主动再生和被动再生两种方法清除DPF捕集的碳烟颗粒以达到过滤器的再生，主动再生是在碳烟颗粒累积量达到一定程度时，利用主动加热的方法使得排气温度或DPF温度达到碳烟燃烧的温度约550-650℃；而被动再生是在DPF上负载催化涂层，形成整体式cDPF催化剂，降低DPF内部碳烟颗粒的燃烧温度。催化剂高效的反应活性是保证机动车尾气排放达标的重要环节，因此如何提高DPF催化剂的净化能力及其稳固的表面负载是今后的研究重点和突破点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油车用整体式cDPF复合材料及其制备方法，以提高催化剂的负载量，提升过滤性能，实现DPF的被动再生。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柴油车用整体式cDPF复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备晶须改性后的堇青石；

（2）将硝酸镧、硝酸钴、乙酸锰与去离子水混合搅拌形成溶液，溶液与柠檬酸混合配置成混合溶液；

（3）将晶须改性后的堇青石浸入混合溶液中，一段时间后取出干燥，得到样品；

（4）样品放入马弗炉中焙烧，得到整体式cDPF复合材料。

优选地，步骤（1）的具体作法如下：

将十八水合硫酸铝焙烧得到脱水后的硫酸铝，将硅藻土、硫酸铝及硫酸钠研磨混合均匀后倒入坩埚中的堇青石上使堇青石被完全覆盖，将坩埚放入马弗炉中焙烧，得到晶须改性后的堇青石。

优选地，硅藻土、硫酸铝、硫酸钠的物质的的量之比为1:3:40。