RU2294317C2 - Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles - Google Patents
Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294317C2 RU2294317C2 RU2004129682/03A RU2004129682A RU2294317C2 RU 2294317 C2 RU2294317 C2 RU 2294317C2 RU 2004129682/03 A RU2004129682/03 A RU 2004129682/03A RU 2004129682 A RU2004129682 A RU 2004129682A RU 2294317 C2 RU2294317 C2 RU 2294317C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porosity
- articles
- cellular structure
- products
- increased
- Prior art date
Links
Landscapes
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой, которые могут широко использоваться в качестве стационарных носителей блочных катализаторов для проведения конверсии природного газа, восстановления непредельных углеводородов, ароматических нитросоединений, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, гетерогенного нитрования органических соединений, а также фильтров для фильтрации металлов, насадки для массообменных процессов, высокотемпературных теплоизоляционных материалов и других целей.The invention relates to the field of chemical technology of highly porous ceramic materials with a mesh-cellular structure, which can be widely used as stationary carriers of block catalysts for the conversion of natural gas, reduction of unsaturated hydrocarbons, aromatic nitro compounds, aldehydes, ketones, carboxylic acids, heterogeneous nitration of organic compounds, as well as filters for filtering metals, nozzles for mass transfer processes, high-temperature thermal insulation tion materials and other purposes.
Изобретенные высокопористые материалы с сетчато-ячеистой структурой получаются воспроизведением структуры вспененного ретикулированного полиуретана путем нанесения керамического порошка, содержащего наполнитель и активный к спеканию порошок оксида алюминия с добавками в виде шликера на различных связках с последующим выжиганием основы и нагревом оставшегося керамического каркаса до температуры, при которой керамическое изделие приобретает заданные свойства. Общая пористость керамического изделия составляет 85-92% с размером ячеек 200-5000 мкм при открытой пористости перемычек между ячейками 20-30%, которые имеют размер пор 1-2 мкм. Для сравнения пористость сотовых материалов, получаемых экструдированием порошковых пластичных масс через фильеры с последующей сушкой и спеканием, ~50-80%, а размер каналов 800-7000 мкм.The invented highly porous materials with a mesh-cellular structure are obtained by reproducing the structure of a foamed reticulated polyurethane by applying a ceramic powder containing a filler and sintering active alumina powder with additives in the form of a slip on various bundles, followed by burning the base and heating the remaining ceramic frame to a temperature at which a ceramic product acquires the desired properties. The total porosity of the ceramic product is 85-92% with a mesh size of 200-5000 microns with an open porosity of the bridges between the cells of 20-30%, which have a pore size of 1-2 microns. For comparison, the porosity of cellular materials obtained by extruding powder plastic masses through dies with subsequent drying and sintering is ~ 50-80%, and the channel size is 800-7000 μm.
Комплекс требований, предъявляемых к блочным катализаторам, включает в первую очередь механическую прочность и высокую каталитическую активность при минимальном сопротивлении движению потока. Отмечается, что по механическим характеристикам ячеистые структуры уступают сотовым. В то же время процессы массо- и теплообмена в ячеистых структурах протекают существенно эффективнее, что приводит к росту их каталитической активности.The set of requirements for block catalysts includes primarily mechanical strength and high catalytic activity with minimal resistance to flow movement. It is noted that in terms of mechanical characteristics, cellular structures are inferior to cellular ones. At the same time, the processes of mass and heat transfer in cellular structures proceed much more efficiently, which leads to an increase in their catalytic activity.
В России разработка высокопористых материалов по вышеуказанному способу для различных целей ведется с начала 60-х годов, в том числе в Российском инженерно-техническом центре порошковой металлургии, г.Пермь под руководством Анциферова В.А.In Russia, the development of highly porous materials according to the above method for various purposes has been going on since the beginning of the 60s, including in the Russian Engineering and Technical Center for Powder Metallurgy, Perm, under the direction of V.A. Antsiferov.
Высокопористый материал на основе оксида алюминия с заданной структурой перемычек ячеек был получен на кафедре керамики и огнеупоров РХТУ им. Д.И.Менделеева проф. Лукиным Е.С. в 1999 г., из которого изготовлен ряд ячеистых катализаторов с активным компонентом из элементов VIII группы (никель, палладий) для жидкофазного гидрирования ароматических нитросоединений.A highly porous alumina-based material with a predetermined structure of cell bridges was obtained at the Department of Ceramics and Refractories, Russian Technical University. D.I. Mendeleev prof. Lukin E.S. in 1999, from which a number of cellular catalysts with the active component of Group VIII elements (nickel, palladium) for liquid-phase hydrogenation of aromatic nitro compounds were made.
Для изготовления изделий из высокопористых керамических материалов с сетчато-ячеистой структурой в настоящее время в основном используют алюмосиликатные материалы, шликер которых наносят на ретикулированный пенополиуретан, а изделия отжимают от избытка шликера, высушивают до постоянной массы и обжигают при температуре до 1350°С.Currently, aluminosilicate materials are mainly used for the manufacture of products from highly porous ceramic materials with a mesh-cellular structure, the slip of which is applied to the reticulated polyurethane foam, and the products are squeezed from excess slip, dried to constant weight and fired at temperatures up to 1350 ° C.
Высокопористый ячеистый керамический материал (прототип) [А.И.Козлов, Е.С.Лукин. Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, патент РФ №2233700, приоритет от 11 июня 2002 г.] получают на основе смеси инертного наполнителя и активного к спеканию порошка оксида алюминия с добавками любых оксидов II и IV группы таблицы Менделеева в любом количестве с добавкой связующего, с последующим высушиванием изделий, выжиганием органической основы и обжигом керамического каркаса при температурах 1450-1500°С.Highly porous cellular ceramic material (prototype) [A.I. Kozlov, E.S. Lukin. The composition of the charge for a highly porous material with a mesh-cellular structure for catalyst carriers, RF patent No. 2233700, priority dated June 11, 2002] is obtained on the basis of a mixture of an inert filler and sintering powder of alumina with additives of any oxides of groups II and IV of the periodic table in any quantity with the addition of a binder, followed by drying of the products, burning of the organic base and firing of the ceramic frame at temperatures of 1450-1500 ° C.
Общая пористость керамических изделий составляет 85-92% при открытой пористости перемычек между ячейками 20-30%, имеющих размер пор 1-2 мкм.The total porosity of ceramic products is 85-92% with an open porosity of the bridges between the cells of 20-30%, having a pore size of 1-2 microns.
Образцы из высокопористого ячеистого корунда выдерживают статическую нагрузку от 0,5 до 2 МПа в зависимости от состава, пористости и режимов термообработки.Samples of highly porous cellular corundum withstand a static load of 0.5 to 2 MPa, depending on the composition, porosity, and heat treatment conditions.
Используемая для формования керамическая суспензия имеет низкую вязкость и высокую текучесть, что позволяет равномерно наносить ее на структурные элементы сетчато-ячеистой заготовки. Закрепление керамического слоя на поверхности полимерной матрицы происходит в процессе сушки при удалении влаги, содержащейся в клеящем составе, и в окончательном виде заготовка имеет уже некоторую механическую прочность. Обычно такие суспензии содержат тугоплавкий порошок, имеющий размер частиц 1-5 мкм, порошки плавней и легирующих добавок такого же уровня дисперсности, 40-60% дисперсной среды, реологические вещества (чаще бентонит), а также органические клеящие добавки. Однако большой проблемой остается низкая наполненность суспензий и, как следствие, низкая прочность высокопористого материала после обжига, не превышающая 1 МПа для пористости более 85%, поэтому необходимо правильно выбирать клеящие и реологические добавки и их концентрации для конкретного оксидного состава суспензии и применяемого пенополиуретана.The ceramic suspension used for molding has a low viscosity and high fluidity, which allows it to be uniformly applied to the structural elements of the mesh-preform. The fixing of the ceramic layer on the surface of the polymer matrix occurs during the drying process when removing moisture contained in the adhesive, and in the final form the workpiece already has some mechanical strength. Typically, such suspensions contain a refractory powder having a particle size of 1-5 μm, flux and alloying powders of the same dispersion level, 40-60% of a dispersed medium, rheological substances (usually bentonite), as well as organic adhesives. However, the low content of suspensions and, as a result, the low strength of highly porous material after firing, not exceeding 1 MPa for porosity of more than 85%, remains a big problem, so it is necessary to choose the right adhesive and rheological additives and their concentrations for the specific oxide composition of the suspension and the polyurethane foam used.
Наиболее перспективный путь - введение в керамическую суспензию клеящих веществ, способных образовывать пленку на поверхности органической пены, выгорающую без остатка вместе с материалом матрицы. Для этих целей применяют такие вещества, как декстрин, карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт (ПВС). Отмечается, что при наличии в жидкой фазе шликера ПВС исключается использование традиционных разжижителей (таких как кислоты и щелочи) ввиду отрицательного влияния рН среды на реологические характеристики водного раствора полимера (ПВС может коагулировать и утратить свойства клеящей добавки).The most promising way is the introduction into the ceramic suspension of adhesives that can form a film on the surface of organic foam, which burns out without residue along with the matrix material. For these purposes, substances such as dextrin, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA) are used. It is noted that in the presence of a PVA slip in the liquid phase, the use of traditional thinners (such as acids and alkalis) is excluded due to the negative effect of the pH of the medium on the rheological characteristics of the aqueous polymer solution (PVA can coagulate and lose the properties of the adhesive additive).
При изготовлении образцов из оксида алюминия с органической клеящей добавкой на основе ПВС было установлено, что обработка раствором хлоридов алюминия высушенных образцов приводит к их потемнению после последующей сушки; образцы же после обжига практически не имеют усадки и не подвергаются деформации. Это обусловлено тем, что ПВС на поверхности образцов под воздействием кислой среды раствора хлорида алюминия превращается в простой эфир поливинилового спирта, обладающего высокой адгезией к различным поверхностям и более высокой температурой деструкции, чем у ПВС. Это позволяет в максимальной степени подвергать отжатию излишки керамического шликера из пропитанных образцов полиуретана, что обеспечивает повышение пористости керамических изделий после обжига до 93-95% с сохранением высокой прочности при отсутствии усадки и деформации и сохранение формы изделий сложной конфигурации. Повышение пористости позволяет существенно снизить газо- и гидросопротивление движущемуся потоку.In the manufacture of samples of aluminum oxide with an organic adhesive additive based on PVA, it was found that treatment with a solution of aluminum chloride of dried samples leads to their darkening after subsequent drying; the samples after firing practically have no shrinkage and do not undergo deformation. This is due to the fact that the PVA on the surface of the samples under the influence of the acidic medium of a solution of aluminum chloride turns into a simple polyvinyl alcohol ether, which has high adhesion to various surfaces and a higher temperature of destruction than PVA. This allows you to maximize the squeezing of the excess ceramic slip from the impregnated polyurethane samples, which ensures an increase in porosity of ceramic products after firing up to 93-95% while maintaining high strength in the absence of shrinkage and deformation and preserving the shape of products of complex configuration. The increase in porosity can significantly reduce gas and hydroresistance to a moving stream.
Целью изобретения является повышение пористости до 93-95% при сохранении высокой прочности (до 1,5-2 МПа), что при отсутствии усадки и деформации при обжиге обеспечивает сохранение формы и размеров крупногабаритных изделий и изделий сложной формы при существенном снижении газо- и гидросопротивления керамики (до уровня 2-3 мм вод. ст. на длине 100 мм).The aim of the invention is to increase porosity to 93-95% while maintaining high strength (up to 1.5-2 MPa), which, in the absence of shrinkage and deformation during firing, ensures the preservation of the shape and size of large-sized products and products of complex shape with a significant reduction in gas and hydraulic resistance ceramics (up to the level of 2-3 mm of water. Art. at a length of 100 mm).
Технический результат достигается тем, что изделия из полиуретана с сетчато-ячеистой структурой после пропитки шликером, состоящим из инертного наполнителя в виде электроплавленного корунда или смеси электроплавленного корунда и карбида кремния и дисперсного порошка оксида алюминия с добавками оксидов металлов II и IV группы таблицы Менделеева, подвергают отжатию избытков шликера в максимальной степени, высушиванию для удаления влаги и придания прочности, обработке раствором алюмозоля или хлорида алюминия без или с введением элементов активных добавок при рН 4±0,2 с последующим дополнительным высушиванием, обжигу для выгорания полиуретана и получения керамических изделий с заданной сетчато-ячеистой структурой и свойствами.The technical result is achieved by the fact that polyurethane products with a mesh-cellular structure after impregnation with a slip consisting of an inert filler in the form of electrofused corundum or a mixture of electrofused corundum and silicon carbide and dispersed aluminum oxide powder with additives of metal oxides of groups II and IV of the periodic table are subjected squeezing excess slurry to the maximum extent, drying to remove moisture and impart strength, treatment with a solution of aluminosol or aluminum chloride without or with the introduction of elements in active additives at pH 4 ± 0.2 with subsequent additional drying, firing to burn polyurethane and obtain ceramic products with a given mesh-cell structure and properties.
После нанесения алюмозоля на изделия с последующим прокаливанием для развития поверхности носителя и нанесения каталитически активного элемента полученный катализатор может быть использован в самых разнообразных химических процессах.After applying aluminosol to the products, followed by calcining to develop the surface of the carrier and applying the catalytically active element, the resulting catalyst can be used in a wide variety of chemical processes.
Составы и свойства образцов носителей катализаторов по предложенному методу приведены в таблице. The compositions and properties of samples of catalyst supports according to the proposed method are shown in the table.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004129682A RU2004129682A (en) | 2006-03-27 |
RU2294317C2 true RU2294317C2 (en) | 2007-02-27 |
Family
ID=36388555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004129682/03A RU2294317C2 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2294317C2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475464C2 (en) * | 2011-05-26 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of making highly porous cellular ceramic articles |
RU2498430C2 (en) * | 2012-01-31 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours |
RU2525396C1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" | Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure |
RU2564672C1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-10-10 | Акционерное общество "Российская электроника" | Method of making highly porous catalyst support |
RU2571875C1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Method to produce ceramic high-porosity block-cell materials |
RU2635161C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of producing highly porous zirconium dioxide |
-
2004
- 2004-10-14 RU RU2004129682/03A patent/RU2294317C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475464C2 (en) * | 2011-05-26 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of making highly porous cellular ceramic articles |
RU2498430C2 (en) * | 2012-01-31 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours |
RU2525396C1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" | Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure |
RU2564672C1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-10-10 | Акционерное общество "Российская электроника" | Method of making highly porous catalyst support |
RU2571875C1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Method to produce ceramic high-porosity block-cell materials |
RU2635161C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of producing highly porous zirconium dioxide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004129682A (en) | 2006-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2580121B2 (en) | Monolithic catalyst carrier and method for producing the same | |
KR940000869B1 (en) | Preparation of monolithic catalyst supports having an integrated high surface area phase | |
RU2456056C2 (en) | Ceramic filter with carbon coat, and method of its production | |
JPS61212329A (en) | Preparation of high surface area flocculated substance for catalyst carrier and preparation of monolithic carrier structure containing the same | |
RU2377224C1 (en) | Method of making highly porous cellular ceramic objects | |
CN109414691A (en) | The manufacturing method of honeycomb structure and the honeycomb structure | |
JPH0366373B2 (en) | ||
EP1144333A1 (en) | High strength/high surface area alumina ceramics | |
CN101795856A (en) | Porous washcoat-bonded fiber substrate | |
JP2002535229A5 (en) | ||
RU2294317C2 (en) | Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles | |
NL7905722A (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING A MONOLITHIC CARRIER FOR CATALYSTS FOR CONTROLLING EMISSIONS OF CARBON MONOXIDE. | |
US3943064A (en) | High strength alumina-silica catalyst substrates having high surface area | |
JPH07509182A (en) | Catalyst carrier and its manufacturing method | |
RU2233700C2 (en) | Composition of charge for high-porous cellular- structure material for catalyst carriers | |
RU2475464C2 (en) | Method of making highly porous cellular ceramic articles | |
WO2010024913A1 (en) | Gas pore former in cellular monoliths | |
JP6949019B2 (en) | Honeycomb structure and method for manufacturing the honeycomb structure | |
JP2651170B2 (en) | Ceramics porous body | |
JPS6159361B2 (en) | ||
RU2525396C1 (en) | Composition of charge for high-porosity ceramic material with latticed-cellular structure | |
JPH0597537A (en) | Production of ceramic porous material | |
US20100329975A1 (en) | Cordierite-Forming Compositions With Hydratable Alumina And Methods Therefor | |
JP6944834B2 (en) | Honeycomb catalyst | |
RU2383389C1 (en) | Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181015 |