Создание мембранно-каталитических систем нового поколения методами порошковой металлургии на основе нанопорошков

Исследована возможность получения высокопористых материалов на основе нанопорошков никеля (Ni) с использованием в качестве порообразователей микронных порошков гидрокарбоната аммония (NH₄HCO₃) и хлорида натрия (NaCl). Выбор указанных порообразователей обусловлен тем, что гидрокарбонат аммония термически нестоек и при нагревании разлагается, а хлорид натрия хорошо растворяется в воде. Для изготовления пористых изделий необходимой формы, заданных свойств и размеров применены методы порошковой металлургии – прессование, удаление порообразователя и спекание порошков. В экспериментах объемная доля порообразователей в порошковых смесях для прессования варьировалась в пределах 60 - 80 об. %. Давление прессования составляло 300 МПа. Спекание нанопорошков проводилось в интервале 600 - 900°C в потоке водорода. Выбирались режимы обработки, при которых образцы из никеля имели наибольшие значения открытой пористости при достаточном пределе прочности. Структурные характеристики пористого никеля менялись в следующих пределах: плотность – 2,5 - 3,9 г/см³, относительная плотность – 28,5 - 44,8%, открытая пористость – 48,6-71,3%, закрытая пористость – 1,0 - 13,0%. В отличие от существующих промышленных технологий в качестве исходного материала для создания высокопористых образцов использовались нанопорошки никеля. Это позволило, наряду с макропорами микронных размеров, создаваемыми порообразователем, получить развитую поверхность стенок пор, сформированных агломератами наночастиц Ni и обладающих собственной нанопористостью. Проведены эксперименты по осаждению каталитически активных центров (оксидов) на стенки пор. Создан пористый мембранно-каталитический конвертер на основе порошков оксида алюминия. Показано, что методами порошковой металлургии возможно создание объемных высокопористых никелевых носителей катализаторов с развитой поверхностью и иерархической структурой порового пространства на основе предварительного прессования смесей нанопорошков металла и порообразователей с последующим спеканием металлических частиц и удалением порообразователей.