Introdução
No campo da purificação de gases de escapamento de automóveis, as cerâmicas alveolares são muito importantes como transportadores de catalisadores. Ao combinar o transportador de catalisador com catalisadores (como metais preciosos como platina, ródio, paládio etc.), ou seja, criar um dispositivo de purificação catalítica de gás de escape e montá-lo no sistema de emissão de escape, os componentes nocivos no gás de escape (como monóxido de carbono CO, hidrocarboneto HC, óxidos de nitrogênio NOx etc.) podem ser ativados e reagidos quimicamente e transformados em dióxido de carbono, água e nitrogênio inofensivos, eliminando assim o gás de escape nocivo.
Devido à sua boa refratariedade, baixa taxa de expansão térmica e outras propriedades, as cerâmicas alveolares de cordierita se tornaram os principais componentes dos dispositivos de purificação de gás de escape para diesel, gasolina e gás natural, servindo tanto como suporte do catalisador quanto como canal de emissão de escape para automóveis.
As cerâmicas de cordierita (figura 1) como portadoras de catalisador têm as seguintes vantagens:
- Com uma estrutura de favo de mel e uma área de superfície específica de large, elas favorecem a fixação e a dispersão de substâncias ativas do catalisador, o que melhora muito a atividade do catalisador.
- Boa Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica: A temperatura do escapamento dos motores de automóveis geralmente varia de 250 a 800ºC, ou até mais de 800ºC. A cordierita não se decompõe nem sofre mudança de fase sob altas temperaturas, o que garante a atividade e a vida útil do catalisador.
- O coeficiente de expansão térmica é small. O motor do automóvel liga e desliga com frequência; o baixo coeficiente de expansão térmica da cordierita é favorável para evitar a ruptura do dispositivo de purificação a longo prazo em um ambiente de trabalho repetido de resfriamento e aquecimento rápidos, o que ajuda a garantir o efeito do catalisador e a segurança da tubulação de escape.
- A cerâmica de cordierita apresenta baixa Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.capacidade de calor específico. O motor é propenso a produzir mais CO e HC durante uma partida a frio; a cordierita como veículo pode fazer com que o catalisador atinja a temperatura de trabalho e desempenhe o papel catalítico em um período de tempo mais curto devido ao seu calor específico mais baixo.
- A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica é adequada. Contêineres, caminhões large e outros veículos a diesel geralmente precisam percorrer longas distâncias e por muito tempo, portanto, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e as propriedades de dissipação de calor do transportador do catalisador são muito importantes.
Condições de medição
Neste exemplo de aplicação, uma amostra de cordierita foi testada quanto à Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e à capacidade de calor específica usando o Analisador Térmico Simultâneo STA 449 F3 . O coeficiente de expansão térmica e a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica dessa amostra também foram caracterizados com o instrumento de expansão térmica DIL 402 Classic e o instrumento de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica LFA 467 HT HyperFlash. A temperatura de teste foi de temperatura ambiente a 800°C, a faixa de temperatura do escapamento do motor.
Resultados dos testes e discussão
Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). Estabilidade térmica e teste de calor específico
Os resultados do teste das medições de STA são os seguintes. Em primeiro lugar, a partir da curva termogravimétrica (TGA) (figura 2), pode-se observar que a amostra não sofre perda de peso na faixa de temperatura de teste.
A partir da curva DSC (figura 3), pode-se observar que ela não apresenta absorção óbvia ou picos exotérmicos na faixa de temperatura de teste, ou seja, não há Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição ou mudança de fase. Isso indica que a amostra apresenta boa Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica na faixa de temperatura do escapamento do motor. Durante o teste, a safira foi usada como amostra padrão, e foi possível obter simultaneamente a capacidade térmica específica da amostra pelo método de proporção. Com base nos resultados da figura, pode-se observar que a capacidade de calor específica da amostra aumenta com o aumento da temperatura, e a capacidade de calor específica a 50 °C e 800 °C é de 0,729 J/(g*K) e 0,969 J/(g*K), respectivamente. Em comparação com as cerâmicas α-Al2O3 convencionais (valores de calor específico de 0,823 J/(g*K) e 1,237 J/(g*K) a 50°C e 800°C, respectivamente), o calor específico dessa amostra é menor. Para garantir a eficácia do teste de calor específico, cadinhos de PtRh de 190 μl com revestimento de Al2O3 foram usados para o teste.
Coeficiente do teste de expansão térmica
Os resultados do teste do dilatômetro são mostrados na figura 4. É possível observar que a amostra de cordierita encolhe e depois se expande com o aumento da temperatura na faixa de temperatura desde a temperatura ambiente até 800 °C, com um pico de temperatura de 233,6 °C. O coeficiente de expansão térmica (ou seja, o coeficiente de expansão de engenharia) na faixa de 30°C a 233,8°C é -0,6316E-06 1/K. O coeficiente de expansão térmica na faixa de 30°C a 800°C é de 0,4138E-06 1/K, o que indica que o coeficiente de expansão térmica da amostra é de fato small na faixa de temperatura do escapamento do motor (a cerâmica α-Al2O3 tem um coeficiente de expansão térmica de 8,03E-06 1/K na faixa de 25°C a 900°C). small Vale a pena mencionar que, devido ao coeficiente de expansão térmica das amostras, tanto o suporte da amostra quanto a amostra foram feitos de sílica fundida para os testes.
Os resultados do teste de LFA (figura 5) são os seguintes. O LFA pode medir diretamente a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica da amostra. A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da amostra pode ser obtida pela multiplicação da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade e da capacidade de calor específica. A faixa de temperatura do teste LFA é de 25°C a 800°C, o intervalo de temperatura é de 100 K e três pontos de fulgor são testados em cada ponto de temperatura. Com base nas informações da tabela, é possível observar que os resultados dos três pontos de fulgor no mesmo ponto de temperatura são muito próximos uns dos outros, o que indica que o instrumento tem boa repetibilidade de teste. No gráfico de tendências abaixo, pode-se observar que tanto a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica quanto a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da amostra diminuem com o aumento da temperatura.
Conclusão
No setor, as cerâmicas porosas de cordierita são preparadas por vários métodos, como empilhamento de partículas, formação de espuma e moldagem por extrusão. As propriedades das cerâmicas de cordierita obtidas por diferentes métodos de preparação e formulações têm suas próprias vantagens e desvantagens.
Neste trabalho, uma amostra de cordierita foi testada por meio dos métodos STA, DIL e LFA para caracterizar a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica, o calor específico, as propriedades de expansão térmica e a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da amostra.
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