陶瓷催化剂行业调查报告

蜂窝陶瓷催化剂行业调查报告

在20世纪60、70年代，美国Corning公司首先通过挤压成型技术制备了具有高性能、可作为汽车尾气催化净化器载体用的堇青石蜂窝陶瓷。该公司最初研制的蜂窝陶瓷的孔数为200孔/平方英寸(约31孔/cm2），壁厚为0.012英寸(约0.3mm）。在1979年，Corning公司推出了400孔/inch2，壁厚0.165mm的蜂窝陶瓷（后成为堇青石蜂窝陶瓷的工业标准）。目前，Corning公司能生产具有上百种外形、三种蜂窝孔结构和八种壁厚的蜂窝陶瓷。Corning公司的专家预言，在未来的五年内，1200孔/inch2的堇青石蜂窝陶瓷将替代400孔/inch2的蜂窝陶瓷作为行业标准。[1]

蜂窝陶瓷具有阻力小、单位体积几何表面积大，可在其载体表面浸涂催化剂而具有吸附和催化功能等优点。蜂窝陶瓷最早用作热交换器，随着环境保护法规的建立和对环境保护要求的提高，特别是对汽车排出的废气的严格限制，这就极大地推动了蜂窝陶瓷及其在蜂窝陶瓷上浸涂不同催化剂的发展[2]。在上世纪80年代中期，国内的许多科研单位就已开始研制低热膨胀系数的高性能堇青石蜂窝陶瓷。尽管这些研究取得了一定的进展，但并没有完全消除与国外先进产品的性能差距。进入90年代后，国家（特别是一些大城市，如北京，上海等）逐步提高了汽车尾气的排放标准。这就使汽车尾气催化净化器及其载体市场潜力进一步凸现出来。因此，国家及有关的生产、科研单位投入了更多的人力、物力以加强对堇青石蜂窝陶瓷的研究。

我国国内与国外在陶瓷催化剂方面还是存在在很大的差距。目前国内先进水平所生产的蜂窝陶瓷载体的孔密度在400～600孔/inch2，壁厚在0.2～0.3mm之间；而国外能生产孔数高达1200孔/inch2、璧厚在0.1mm左右的蜂窝陶瓷。国内制品的比表面一般不超过28cm2/cm3，而国外600孔/inch2的制品的比表面积高于34.52cm2/cm3。载体比表面积较低，是导致国内生产的催化净化器催化效率较低主要原因之一。国产蜂窝陶瓷的吸水率不均匀（一般在22～30％之间波动），导致所吸附的活性物质和催化剂的分布不均匀，易使活性氧化物和催化剂脱落，最终影响催化净化效率。而国外产品的吸水率一般不会超过25±1％的范围，保证了催化剂能均匀、稳性的吸附在载体表面，故催化效果持久、良好。

目前世界上最大的两个蜂窝陶瓷的生产厂家是美国康宁公司( 约占世界市场的50%) 和日本NGK 公司(约占40%) 。这两大厂家均采用堇青石作为蜂窝载体, 其原因是: (1) 价格便宜; (2) 原材料易取得; (3) 生产工艺简单易实现; ( 4) 性能基本上能够满足使用需要。[3] 蜂窝陶瓷常作为汽车排气用催化剂载体，要求其预热性好，压力损失小，使发动机输出功率降低少，同时由于净化器常常处于快速升温降温和发动机启动时的振动变化之中，又要求具有耐热，耐热冲击和机械强度好的性能，而董青石质蜂窝陶瓷具有较大的比表面积，较小的体积密度以及压力损失小，热膨胀系数低等一系列特性，因此用作排气催化剂载体最理想。[4]

堇青石蜂窝陶瓷的诸多应用都有一个基本特征，即环境温度急剧变化。这就要求其须具有良好的抗热冲击性能，而大幅度提高抗热冲击性能的关键就在于降低其热膨胀系数。国外科研人员通过大量的科学研究和技术开发，研制出了性能优良的堇青石陶瓷材料，特别是具有较低热膨胀的堇青石蜂窝陶瓷。但作为高温催化剂载体和热交换器用的堇青石蜂窝陶瓷须具有近零热膨胀系数，才能有效地抵御其在周而复始的热循环中所承受的热应力的破坏作用，具备必要的使用寿命。因此，如何进一步降低堇青石陶瓷，特别是堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数仍是陶瓷材料领域中重点研究的课题。在进一步降低其热膨胀系数的同时，研制具有更高的孔密度(据报道极限孔密度可达3000孔/inch2)、更薄的间壁(壁厚可小于0.07毫米，

即相当于人的头发的直径)是堇青石蜂窝陶瓷的研究、发展趋势，其目的在于增大比表面积，提高催化净化效率。此外，较薄的间壁还能提高抗热冲击性能，减少载体的体积，缩短点火时间，并有利于降低背压，提高燃料的利用率。但较大的孔密度和较薄的间壁，无疑会损害蜂窝陶瓷的强度。在不影响材料其他性能的前提下，如何提高材料的强度，也是当前和今后研究的课题之一。

目前，如何降低堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数，控制其吸附能力的均匀性，确保其具有足够的机械强度，适当提高孔密度和降低壁厚，使堇青石蜂窝陶瓷满足国内汽车尾气排放标准对其性能的要求，仍是国内研究的方向和重点。随着我国汽车尾气控制标准的逐渐提高以及经济和科技实力的不断增强，进一步提高其性能是一种必然的趋势。

[1] 堇青石蜂窝陶瓷的研究白佳海

[2] 蜂窝陶瓷催化剂在我国环境保护方面的应用赵炳成

[3] 蜂窝陶瓷的制备与应用侯来广

[4] 蜂窝陶瓷催化剂的开发及其应用史惠萍