[发明专利]一种高孔隙率陶瓷过滤材料及其制备方法

说明书

本发明属于精细陶瓷过滤领域，具体涉及一种高孔隙率陶瓷过滤材料及其制备方法。以陶瓷纤维为主要原料经可塑成型、干燥、烧成而制成三维网络状结构陶瓷过滤材料，其具有气孔率高、抗折强度较高、过滤阻力低的特征。本发明采用氧化硅粉为结合剂，高温下通过与陶瓷纤维表面的反应使陶瓷纤维结合牢固，提高了过滤材料的强度；陶瓷纤维交叉结合构成了高孔隙率的三维网络结构，其气孔率远高于传统的用颗粒状原料制成的多孔陶瓷过滤材料；在相同过滤精度条件下，其过滤阻力大大低于传统多孔陶瓷过滤材料。由于本发明制备的高孔隙率陶瓷过滤材料不含碱金属、碱土金属离子，具有较好的耐高温性及耐腐蚀性。由本方法制得的高孔隙率陶瓷过滤材料可用于气体、液体的过滤。

技术领域

本发明属于精细陶瓷过滤领域，具体涉及一种高孔隙率陶瓷过滤材料、其制备方法及其用途。

背景技术

近年来，大气污染引发的雾霾现象不仅影响了人们的日常生活，而且危害人体健康，已经成为一个急需解决的问题。大气污染中颗粒物的排放很大一部分来源于工业生产污染，特别是燃煤发电、化工、冶金、水泥生产等行业。这些行业的排放气体中颗粒物污染往往较高，目前采用的电收尘、布袋收尘具有一定的除尘效果，但在烟气温度高的情况下需进行冷却降温处理或加入冷风进行降温处理，加入冷风后烟气的排放量相对增加，相应增加了除尘设备的投资。采用耐高温的多孔陶瓷材料可直接处理高温烟气，处理后的烟气颗粒物排放量低，优于传统的布袋除尘和电除尘设备，达到降低雾霾的效果。传统的用于过滤的多孔陶瓷采用颗粒状原料进行生产，其产品气孔率在50％以下，过滤阻力偏大。孔径为10微米左右的传统多孔陶瓷材料在1米/分钟风速下过滤烟气时的过滤阻力达到30000Pa，影响了其在工业除尘、过滤中的应用效果。因此，迫切需要一种用于高温烟气除尘的高孔隙低阻力的陶瓷过滤材料。目前高孔隙率陶瓷过滤材料主要采用真空抽滤成型和前躯体有机泡沫成型两种方法。真空抽滤成型过程复杂、工序多、生产效率低，产品常常出现应力集中现象而开裂，造成成品率下降。前躯体有机泡沫成型法生产的产品孔径大，过滤精度有限，只适合在熔融金属过滤上使用，不能生产孔径为微米级的多孔陶瓷过滤材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高孔隙率陶瓷过滤材料、其制备方法及其用途。该高孔隙率陶瓷过滤材料以陶瓷纤维为主要原料经可塑成型、干燥、烧成而制成，因原料本身是纤维状的，取代了传统的颗粒状原料，其生产的最终陶瓷产品具有三维网络状结构，气孔率高、过滤阻力低、抗折强度较高、耐高温性能和耐腐蚀性能好。

本发明的另一目的在于提供一种高孔隙率陶瓷过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)原材料选择

所用原料选择陶瓷纤维为高孔隙率陶瓷过滤材料的骨架材料，包括莫来石纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维中的一种或两种以上的混合物，通过陶瓷纤维的交叉结合构成三维网络状结构，形成多通道的连贯气孔；选择氧化硅粉为结合剂，高温下通过与陶瓷纤维表面的反应使陶瓷纤维结合牢固，提高过滤材料的强度；选择炭质材料，例如活性炭、淀粉或木屑，尤其是活性炭为造孔剂，高温下造孔剂氧化燃烧产生的气体溢出，从而在材料内部形成气孔及连续贯通的孔道，进一步提高材料的孔隙率。

(2)原料制备及成型

将陶瓷纤维、氧化硅粉、造孔剂和水按照质量比为30-80∶70-20∶10-50∶30-50的比例混合并搅拌均匀，通过练泥机炼制成可塑泥料，将可塑泥料置于密闭容器中陈腐，再经过真空挤制成型设备成型得到中空管状及平板状坯体。

(3)干燥及烧成

将挤出的坯体置于干燥装置中干燥24-48小时，并在1000～1200℃条件下烧成，保温时间1-3小时。

上述高孔隙率陶瓷过滤材料的制备方法中，所述陶瓷纤维为莫来石纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维中的一种或两种以上的混合物。这些陶瓷纤维在配料混合之前，首先经过水洗法除渣，再进行短切均匀化处理，处理后的纤维尺寸长径比为5-40∶1，优选为20-40∶1，最优选为20-35∶1。