[发明专利]一种具有表层网状分布碳化硅纳米线过滤结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料，特别涉及一种具有表层网状分布碳化硅纳米线过滤结构。

背景技术

我国目前大部分地区雾霾污染十分严重，人民生活深受雾霾危害，目前对于雾霾的治理难以彻底，除霾方式有限，且效果甚微，治标不治本的方式难以将我国现阶段存在的雾霾污染问题彻底解决。除霾要从源头治理抓起，雾霾的罪魁祸首就是煤炭材料燃烧，煤炭燃烧后高温烟气没有得到有效处理直接排放到大气中。一方面，造成空气中微小颗粒（PM2.5）含量急剧上升，导致了严重的雾霾污染；另一方面，对于煤炭燃烧后的高温烟气能源利用率低，能源损失大。因此，降低工业烟气排放，提高能源利用率，发展优异、高效、可靠的高温烟气过滤材料应用于燃煤工业是利国利民的大事。

在现代工业生产过程中，涉及含尘气体在高温下直接净化除尘和应用的领域十分广泛，如能源工业中煤的气化联合循环发电，（IGCC）工艺流程的高温煤气,石化和化工工业的高温反应气体，冶金工业高炉与转炉高温煤气，玻璃工业的高温尾气，锅炉、焚烧炉的高温废气等。高温工业气体含有大量的物理显热、化学潜热、动力能以及可利用的物质，如固体催化剂，它的合理利用有着十分巨大的经济价值。高温气体的净化除尘是实现高温气体资源合理利用所必不可少的关键技术，同时也是一项先进的环保技术。在高温过滤介质的研制方面,多年来围绕着陶瓷过滤材料抗热震性的改善、金属过滤材料耐高温腐蚀性的提高开展了大量的研究工作，取得了实质性进展，尤其是陶瓷纤维增强复合多孔材料的开发使得陶瓷过滤材料抗热震性的得到显著改善。

申请号为201210093722.7的中国发明专利公开了一种纯质碳化硅过滤膜层及其制备方法，该种纯质碳化硅过滤膜层具有高通孔隙率、低压降、强度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点，制备方法易于实现，能够保证产品性能。纯质碳化硅过滤膜层的组成为纯质 SiC，表面膜层由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径 0.1～20μm，膜层孔隙率在 25～50％之间。 采用细碳化颗粒、硅粉、造孔剂添加剂及有机树脂配制膜层原料， 采用喷涂或浸渍方法表面制备膜层， 经干燥后，烧结得到纯质碳化硅膜层。本发明可在氧化气氛下使用，也可以在还原气氛下使用，耐酸、碱腐蚀性能强，可用于煤气化化工及 IGCC、 PFBC 煤气化发电、高温烟气、汽车尾气、水净化等各种高、低温流体过滤净化。但是该制备方法得到的碳化硅过滤膜层结合性差，复杂环境中耐温容限较低。

申请号为201410699493.2的中国发明专利公开了一种碳化硅过滤膜层及其低温制备方法，碳化硅过滤膜层的组成为纯质 SiC，表面膜层由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径 20nm～20μm，膜层孔隙率在 40～50％之间，具有高通孔隙率、低压降、强度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点。采用细碳化硅颗粒、有机硅前驱体、造孔剂添加剂配制膜层浆料，采用喷涂表面制备膜层，经干燥后，烧结得到纯质碳化硅膜层。本发明采用有机硅前驱体裂解生成结合相，烧结温度低，孔隙结构控制容易，所制备膜层即可在氧化气氛下使用，也可以在还原气氛下使用，耐酸、碱腐蚀性能强，可用于煤气化化工及 IGCC、PFBC 煤气化发电、高温烟气、汽车尾气 、水净化等各种高、低流体过滤净化。该专利是采用有机物先驱体浸渍裂解产物作为结合相，结合强度低，在含酸碱流体冲刷下容易脱落。

目前，陶瓷过滤材料基本结构包括支撑体、纤维过渡层和陶瓷过滤膜，而陶瓷过滤膜与支撑体结合强度有限，在高温烟气过滤和气体反吹过程中的高低温交变情况，会出现陶瓷过滤膜脱落现象，本发明希望通过设计过滤材料内部孔隙梯度分布一体化结构，取代表面陶瓷过滤膜，提高材料的可靠性。

发明内容

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种具有表层网状分布碳化硅纳米线过滤结构，其特征在于，包括过滤结构为中空圆管结构，多孔SiC/SiC复合材料为过滤支撑体，多孔SiC/SiC复合材料中基体SiC与纤维之间有一层ZrO₂界面，多孔SiC/SiC复合材料的表层具有网状SiC纳米线结构。

所述的多孔SiC/SiC复合材料厚度为5~10mm，孔隙率为30%~45%。

所述的ZrO₂界面采用溶胶凝胶法制备，厚度为500nm~1μm。

所述的网状SiC纳米线采用化学气相沉积法制备，直径为50nm~200nm。

本发明具有的优点：1、过滤结构轻质高强；2、原位生长的表层网状SiC纳米线结构相互交织，提高过滤效率；3、材料一体化成型，取代表层过滤膜，材料可靠性提高。