[發明專利]一種高溫煙氣過濾用定向貫通多孔陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201410476726.2
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104402411A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 程西云;彭美華;周彪;張建峰;嚴茂偉
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B38/06;C04B35/622
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭;張澤思

技術領域

????本發明屬于陶瓷材料技術領域，尤其涉及一種高溫煙氣過濾用定向貫通多孔陶瓷及其制備方法。

背景技術

????冶金、機械、化工、電力等行業的各種工業爐窯所排放出來的廢氣不僅溫度高，而且含有大量的粉塵和有害氣體，是造成環境污染的主要因素之一。高溫條件下，由于廢氣粘滯力變化較大，濕度大幅下降，細顆粒凝聚現象降低，對微粒的分離難度較高。旋風除塵不能滿足高的凈化需求；濕式除塵難以使熱能得到綜合利用；靜電除塵存在一次性投資高，占地面積大和絕緣安全等方面問題。多孔陶瓷過濾除塵是采用多孔陶瓷材料在含塵氣流通過時將粉塵攔截捕集，從而達到過濾分離目的。多孔陶瓷過濾除塵成本低、效率高，且陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕等特點，因而在高溫廢氣除塵方面倍受關注。

??????目前，高溫煙氣過濾用多孔陶瓷主要有三種結構。第一種為采用均質Al₂O₃材料壓制而成的多孔陶瓷，該結構存在較高的過濾背壓和較低的過濾精度；第二種為采用支撐體和過濾膜兩部分構成的復合結構，其中支撐體由大粒徑陶瓷顆粒組成，過濾膜由小粒徑顆粒組成，孔隙小，用于過濾煙塵，該結構相比均質Al₂O₃多孔陶瓷背壓有所降低，但容易積累灰餅，平鋪覆蓋在過濾膜上使得背壓大幅升高；第三種為孔梯度多孔陶瓷，由于該類陶瓷具有孔徑梯度變化結構，因而克服了傳統陶瓷過濾背壓高和過濾效率低的問題，具有較高的煙灰存儲能力，更適應脈沖反吹清洗，能有效減小或消除過濾過程的粉塵“架橋”現象，是近些年來開發研究較多的一種結構陶瓷。西安交通大學高鐵瑜在分析研究陶瓷過濾元件過濾性能的幾種重要機制及影響因素時曾提出，為減小或消除過濾過程的粉塵“架橋”現象，應該使孔隙率沿軸向從開口端到封閉端逐漸減小，孔隙率沿軸向的這種變化對脈沖反吹清洗也是有利的。

中國專利一種孔梯度碳化硅多孔陶瓷及其制備方法”（申請號：201110252396.5，公開號：102417366A）公開了一種孔梯度碳化硅多孔陶瓷及其制備技術，該發明以聚碳硅烷和碳化硅粉體為原料，碳粉為造孔劑，通過干壓成型和燒結工藝制備梯度多孔陶瓷，其梯度結構主要依賴于碳粉的直徑和添加量，孔的連通性主要依賴于聚碳硅烷的裂解，背壓高，適用范圍較窄。中國專利一種以冰為模板制備氧化鋯梯度多孔陶瓷的方法”（申請號：201110264529.0，公開號：102424603A）公開了一種以冰為模板制備氧化鋯梯度多孔陶瓷的方法，以冰為成孔模板，經真空冷凍干燥和燒結工藝得到氧化鋯多孔陶瓷，但是其抗壓強度僅為8MPa，且孔定向貫通效果不理想，與實際過濾中對背壓低和強度高的需要相距甚遠。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種高溫煙氣過濾用定向貫通多孔陶瓷的制備方法，該制備方法通過冷凍定向技術制得的多孔陶瓷為定向貫通梯度孔結構，孔徑沿開口端至封閉端呈梯度變化。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：

一種高溫煙氣過濾用定向貫通多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟：(1)將重量份為40～60份的氧化鋁粉、30～50份的低溫玻璃燒結助劑、1～3份的陶瓷水體系分散劑、1份減水劑混合，得到混合粉體；(2)在所述混合粉體中加入蒸餾水，得到混合液，其中所述混合粉體與所述蒸餾水的重量之比為0.7～1.2；(3)將所述混合液裝入球磨罐中，進行球磨混合，配制成均勻漿料；(4)將所述漿料倒入底部拋光處理的模具中，將所述模具置于冷凍速度為1～2℃/min的制冷端上冷凍，使漿料完全凍結；(5)將所述凍結的漿料在真空冷凍干燥機中低溫低壓干燥40h，脫模得到陶瓷素坯；(6)將所述素坯放入高溫電阻爐中燒結，即制得所述多孔陶瓷。該制備方法得到的多孔陶瓷的孔洞沿開口端至封閉端定向貫通且孔徑呈梯度變化，孔徑范圍為φ10～160μm。

本發明采用冷凍定向成型技術制備具有定向結構的多孔陶瓷，將分散好的穩定陶瓷漿料注入模具，在低于液相介質凝固溫度條件下，液相冷凍結晶，漿料凝固，固化后的凍結體進行低壓干燥處理，凍結介質直接升華排出，獲得干燥的、具有沿冷凍溫度梯度方向的定向孔結構陶瓷坯體；最后經高溫燒結獲得具有一定機械強度的多孔陶瓷。