[發明專利]一種具有表層網狀分布碳化硅納米線過濾結構

在審

• 申請號: 201710604402.6
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107174883A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 余盛杰;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: B01D46/24
• 分類號: B01D46/24;B01D39/20
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技術領域

本發明涉及一種陶瓷基復合材料，特別涉及一種具有表層網狀分布碳化硅納米線過濾結構。

背景技術

我國目前大部分地區霧霾污染十分嚴重，人民生活深受霧霾危害，目前對于霧霾的治理難以徹底，除霾方式有限，且效果甚微，治標不治本的方式難以將我國現階段存在的霧霾污染問題徹底解決。除霾要從源頭治理抓起，霧霾的罪魁禍首就是煤炭材料燃燒，煤炭燃燒后高溫煙氣沒有得到有效處理直接排放到大氣中。一方面，造成空氣中微小顆粒（PM2.5）含量急劇上升，導致了嚴重的霧霾污染；另一方面，對于煤炭燃燒后的高溫煙氣能源利用率低，能源損失大。因此，降低工業煙氣排放，提高能源利用率，發展優異、高效、可靠的高溫煙氣過濾材料應用于燃煤工業是利國利民的大事。

在現代工業生產過程中，涉及含塵氣體在高溫下直接凈化除塵和應用的領域十分廣泛，如能源工業中煤的氣化聯合循環發電，（IGCC）工藝流程的高溫煤氣,石化和化工工業的高溫反應氣體，冶金工業高爐與轉爐高溫煤氣，玻璃工業的高溫尾氣，鍋爐、焚燒爐的高溫廢氣等。高溫工業氣體含有大量的物理顯熱、化學潛熱、動力能以及可利用的物質，如固體催化劑，它的合理利用有著十分巨大的經濟價值。高溫氣體的凈化除塵是實現高溫氣體資源合理利用所必不可少的關鍵技術，同時也是一項先進的環保技術。在高溫過濾介質的研制方面,多年來圍繞著陶瓷過濾材料抗熱震性的改善、金屬過濾材料耐高溫腐蝕性的提高開展了大量的研究工作，取得了實質性進展，尤其是陶瓷纖維增強復合多孔材料的開發使得陶瓷過濾材料抗熱震性的得到顯著改善。

申請號為201210093722.7的中國發明專利公開了一種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法，該種純質碳化硅過濾膜層具有高通孔隙率、低壓降、強度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點，制備方法易于實現，能夠保證產品性能。純質碳化硅過濾膜層的組成為純質 SiC，表面膜層由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑 0.1～20μm，膜層孔隙率在 25～50％之間。 采用細碳化顆粒、硅粉、造孔劑添加劑及有機樹脂配制膜層原料， 采用噴涂或浸漬方法表面制備膜層， 經干燥后，燒結得到純質碳化硅膜層。本發明可在氧化氣氛下使用，也可以在還原氣氛下使用，耐酸、堿腐蝕性能強，可用于煤氣化化工及 IGCC、 PFBC 煤氣化發電、高溫煙氣、汽車尾氣、水凈化等各種高、低溫流體過濾凈化。但是該制備方法得到的碳化硅過濾膜層結合性差，復雜環境中耐溫容限較低。

申請號為201410699493.2的中國發明專利公開了一種碳化硅過濾膜層及其低溫制備方法，碳化硅過濾膜層的組成為純質 SiC，表面膜層由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑 20nm～20μm，膜層孔隙率在 40～50％之間，具有高通孔隙率、低壓降、強度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點。采用細碳化硅顆粒、有機硅前驅體、造孔劑添加劑配制膜層漿料，采用噴涂表面制備膜層，經干燥后，燒結得到純質碳化硅膜層。本發明采用有機硅前驅體裂解生成結合相，燒結溫度低，孔隙結構控制容易，所制備膜層即可在氧化氣氛下使用，也可以在還原氣氛下使用，耐酸、堿腐蝕性能強，可用于煤氣化化工及 IGCC、PFBC 煤氣化發電、高溫煙氣、汽車尾氣 、水凈化等各種高、低流體過濾凈化。該專利是采用有機物先驅體浸漬裂解產物作為結合相，結合強度低，在含酸堿流體沖刷下容易脫落。

目前，陶瓷過濾材料基本結構包括支撐體、纖維過渡層和陶瓷過濾膜，而陶瓷過濾膜與支撐體結合強度有限，在高溫煙氣過濾和氣體反吹過程中的高低溫交變情況，會出現陶瓷過濾膜脫落現象，本發明希望通過設計過濾材料內部孔隙梯度分布一體化結構，取代表面陶瓷過濾膜，提高材料的可靠性。

發明內容

1、本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，旨在提供一種具有表層網狀分布碳化硅納米線過濾結構，其特征在于，包括過濾結構為中空圓管結構，多孔SiC/SiC復合材料為過濾支撐體，多孔SiC/SiC復合材料中基體SiC與纖維之間有一層ZrO₂界面，多孔SiC/SiC復合材料的表層具有網狀SiC納米線結構。

所述的多孔SiC/SiC復合材料厚度為5~10mm，孔隙率為30%~45%。

所述的ZrO₂界面采用溶膠凝膠法制備，厚度為500nm~1μm。

所述的網狀SiC納米線采用化學氣相沉積法制備，直徑為50nm~200nm。

本發明具有的優點：1、過濾結構輕質高強；2、原位生長的表層網狀SiC納米線結構相互交織，提高過濾效率；3、材料一體化成型，取代表層過濾膜，材料可靠性提高。