[发明专利]一种节能蜂窝陶瓷的制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及适用于太阳能高温热发电、工业窑炉和热风炉蓄热蜂窝陶瓷加工使用的一种节能蜂窝陶瓷的制备方法。

背景技术：太阳能作为一种资源潜力巨大的可再生能源，在我国清洁能源战略中扮演举足轻重的角色。其中太阳能光热利用由于具有“低投入，高回报，可连续供能”的明显特征，对我国太阳能产业乃至能源整体供应今后的发展将产生重要影响。太阳能的建筑热利用技术和太阳能热发电技术已经明确列入国务院2006年颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020年)。太阳能是一种时间上非连续分布的能源形式，要使得其能连续地向用户供应能量，蓄热是一个重要环节。目前大多太阳能热利用蓄热材料存在一些缺点和不足，如《Method and apparatus for solar energy storage system using gas and rock》(ZHU YANONG(US).美国专利US2008066736)使用岩石作为蓄热材料；《Air conditioning apparatus and method》(WURM JAROSLAV，美国专利US4081024)利用金属，铸铁，岩石在太阳能空调中作为蓄热材料；《Thermophotovoltaic power source》(BEAULIEU，美国专利US4419532A)采用Al₂O₃-BeO等共晶氧化物作为蓄热材料，这些蓄热材料蓄热密度有限，且没有做成蜂窝陶瓷状，比表面积很小，充放热效率较低。《SOLAR HEAT STORAGE SYSTEM》(KATO YOZO+日本专利JP2002327962(A))使用混合油作为蓄热材料；《一种熔融盐传热蓄热介质及其制备方法》(丁静，中国专利CN101050355)采用硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠等熔融盐作为蓄热材料，这些蓄热材料的使用温度一般较低，且存在安全隐患。在复合蓄热材料方面，《一种金属基复合熔融盐蓄热材料的制备方法》(王华.中国发明专利CN1141355C)其方法是在多孔金属基材质中浸入熔融盐，然后在表面电积一层保护膜，但金属耐腐蚀和耐高温能力较差；《Development of PCM for Recovering High Temperature Waste Heat and Utilization for Producing Hydrogen by Reforming Reaction of Methane》(Kazushi SATO，Jun-ichiro YAG.International，Vol.42(2002)，No.2.215～219)提出了一种以铜为相变材料，在其表面电镀一层镍作为保护层，该方法制备的蓄热材料能在1200℃的条件下使用，以镍为保护层有一定的抗腐蚀能力，但这种方法制造成本较高，不适合在规模化太阳能热利用蓄热系统中使用。

蜂窝陶瓷是一种功能性多孔材料，具有较高的比表面积和良好的物理化学稳定性，在工业领域有广泛用途。目前制造蜂窝陶瓷的原料主要是莫来石、堇青石和碳化硅等优质合成原料，使蜂窝陶瓷的生产成本和能耗较高。比如朱沛志的中国发明专利《莫来石质蜂窝陶瓷载体》(CN1111093C)先要煅烧矾土，再以矾土熟料和高岭土为主要原料，经1200℃～1450℃烧成莫来石蜂窝陶瓷；Kevin R.Brundage的美国专利《Production of Porous Mullite Bodies》(US 6,254,822 B1)以合成的莫来石等为主要原料，经1400℃～1550℃烧成多孔陶瓷；为了减少合成材料用量并提高蜂窝陶瓷性能，刘光文的中国发明专利《红柱石蜂窝蓄热体及制备方法》(CN101857447A)直接采用红柱石精矿等为主要原料，经1350℃～1700℃烧成蜂窝陶瓷蓄热体；Jean-Andre Alar的美国专利《Ceramic Honeycomb Structures》(US 2010/0300053 A1)也是以红柱石精矿等为主要原料，经1450℃～1500℃温度范围内烧成制得蜂窝陶瓷，但使用红柱石精矿，生产成本也较高。

随着我国工业的高速发展，每年会产生大量废弃高铝质陶瓷材料和耐火材料，这些高铝废弃物大多没有得到高效的利用。此外，在生产过程中，传统的蜂窝陶瓷生产工艺大多会用桐油、菜油、甘油等润滑剂，这些高分子润滑剂在烧成过程中产生极其难闻的废气，对周边的环境造成极大污染。