專利名稱：一種pm2.5微孔陶瓷過濾元件及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件及其制備工藝，尤其涉及鋼鐵等行業(yè)冶金爐窯高溫?zé)煔獾膬艋幚恚瑢儆赑M2.5捕集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
PM2.5是指大氣中直徑小于等于2.5 μ m的顆粒物，具有粒徑小、比表面積大的特點，易吸附有毒害物質(zhì)且具有很強的穿透力，可抵達(dá)細(xì)支氣管壁，影響呼吸系統(tǒng)健康，直接危害人們身體健康。在我國，有些重要工業(yè)城市，來源于鋼鐵行業(yè)的PM2.5超過三成，引起了人們的聞度關(guān)注。鋼鐵冶金中產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣粉塵量大，影響面廣，且含有氯化氫(HCl )、硫氧化物(S0X)、氮氧化物(N0X)、氟化氫(HF)等腐蝕性氣體，并伴有重金屬污染物，治理難度很大。另夕卜，煙氣溫度較高，隨工藝操作狀況的變化，煙氣溫度一般在120 180°C上下。而目前在鐵前系統(tǒng)中主要采用干法袋式除塵工藝來凈化燒結(jié)煙氣，以多絨纖維或玻璃纖維作濾料，對PM2.5甚至PMlO的過濾效果都非常有限。采用電場力直接作用在帶電粒子的靜電除塵技術(shù)因PM2.5微粒子本身所具有的固有特征及電場對其荷電的機理不利于收集，在對于細(xì)小的可吸入顆粒的去除效果一直不理想，也有必要對PM2.5的過濾捕集的除塵工藝進(jìn)行改進(jìn)。采用微孔功能膜對顆粒物進(jìn)行物理隔離和過濾是一種非常有效的氣固分離技術(shù)。相關(guān)技術(shù)目前在工業(yè)潔凈煤上有一定的應(yīng)用，由德國Pall Schumacher GmbH公司、DupontLanxide Composites公司、日本Asahi玻璃管公司和德國BWF公司所壟斷。中國鋼研科技集團(tuán)有限公司曾研制出金屬介質(zhì)高溫過濾元件，并推廣應(yīng)用到石化行業(yè)。但因鋼鐵燒結(jié)煙氣具有亞微米顆粒物排放濃度高、比電阻較高、含濕量大、粉塵粘附性強、腐蝕性強的特點，金屬膜管在惡劣工況下容易損毀，性能下降，從而限制了其在冶金行業(yè)的應(yīng)用。在過濾精度和制作成本方面，也不能滿足PM2.5捕集技術(shù)需求。在無機介質(zhì)過濾元件方面國內(nèi)研究起步晚，在鋼鐵燒結(jié)煙氣排放PM2.5的過濾捕集應(yīng)用方面，無機膜管的科學(xué)研究幾乎是空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種具有細(xì)顆粒捕集效率高、耐高溫、耐腐蝕、耐清洗、機械強度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變形、壽命長的PM2.5微孔陶瓷過濾元件，同時提供一種易于實施、便于精確控制、生產(chǎn)成本低的制備工藝。一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其特征在于微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100 μ m依次遞減到30 μ m，微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20 μ m之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。微孔陶瓷支撐體的組分及重量配比為:莫來石30-50份，粒徑控制在150-300 μ m ；堇青石20-30份，粒徑控制在150-300 μ m ;粘土、鉀長石或滑石組成的粘結(jié)劑，10-20份，粒徑控制在80-150 μ m ;造孔劑2-10份，粒徑控制在30-100 μ m ;羧甲基纖維納，2_3份，粒徑控制在30-80 μ m。上述造孔劑優(yōu)選熔點較高又可溶于水、酸或堿溶液的各種鹽或化合物，例如YSZ、PMMA，也可以是在高溫條件燃燒的石墨、活性炭纖維。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，選用剛玉質(zhì)熱穩(wěn)定性較差，碳化硅抗氧化、腐蝕能力弱，莫來石、堇青石的抗熱震能力、抗氧化能力和機械強度都較好，但堇青石因其熱脹系數(shù)小，在含堿金屬及硫組分較高的鋼鐵爐窯煙氣過濾中，組成晶體結(jié)構(gòu)中晶粒的增長不同會造成產(chǎn)品微裂紋的產(chǎn)生，故本發(fā)明中通過混合堇青石和莫來石，以有效防止這種現(xiàn)象，同時延長微孔陶瓷支撐體的使用壽命。微孔陶瓷支撐體的制備工藝步驟為:
(I)稱取莫來石30-50份、堇青石20-30份，置于適量的水溶液中煮沸后，在800轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h，然后干燥、過篩，得到粒徑150-300 μ m的混合粉料，并按粒徑大小分別置于不同的容器中。(2)用標(biāo)準(zhǔn)篩分別篩取不同粒徑的造孔劑，將不同粒徑的造孔劑按種類、大小分別置于不同的容器中，造孔劑2-10份，粒徑控制在30-100 μ m。(3)將步驟I得到的混合粉料對應(yīng)造孔劑的粒徑大小，依次加入到可以溶解其的溶劑中，同時加入2-3份分散劑羧甲基纖維納，用磁力攪拌lh。(4)加入粘土、鉀長石或滑石10-25份，用磁力攪拌Ih后，再用超聲波震蕩30min，最后靜置2h，得到懸浮分層且有一定流動性的聚合物溶液。(5)將不同粒徑大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷卻至室溫。(6)將步驟5得到的含有不同粒徑和孔隙率的聚合物膜，按粒徑從大到小的順序裝入模具，用壓機以冷等靜壓方式使聚合物膜成為致密坯體。(7)將步驟6得到的致密坯體在1100-1250°C的高溫下燒制，得到微孔陶瓷支撐體。(8)如果造孔劑為不可燃燒、不能熔化、不與其他組分反應(yīng)的各種鹽或化合物，還要將步驟7得到的微孔陶瓷支撐體，浸入熱鹽酸中5-6h洗鹽，取出后干燥即得氣孔堆疊成類似于天然骨結(jié)構(gòu)的束狀過濾孔的成品。天然骨中，骨密質(zhì)分布于骨的表面，主要滿足機械性能的要求；骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，分布于骨的內(nèi)層，骨髓填充于骨松質(zhì)的網(wǎng)眼中。本發(fā)明的重大創(chuàng)新點在于，在制備微孔陶瓷支撐體時利用仿生研究的視角，模擬天然骨的生長機理，通過調(diào)節(jié)骨料和造孔劑的顆粒大小和孔徑，利用孔徑大小依次排列用干壓的方法使氣孔依喇叭束狀的方式分布開來，以制備具有天然骨中骨密質(zhì)和骨松質(zhì)孔特點的梯度孔。而傳統(tǒng)的微孔陶瓷支撐體是均質(zhì)結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明是非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，孔徑按排列秩序由大到小。微濾分離膜的組分及重量配比為:去離子水100份；納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維2-4份，纖維直徑控制在40-80μπι，纖維長徑比控制在8-100 ;仲丁醇鋁1_3份；硅溶膠 0.1-0.2 份；ΗΝ030.2-0.5 份。微濾分離膜的制備采用溶膠-凝膠法，利用凝膠化過程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理過程中留下的小于20 μ m或納米級的氣孔，形成孔徑分布寬、膜厚可控的非對稱多孔結(jié)構(gòu)。其原理為先將無機鹽或金屬醇鹽作為前驅(qū)物，分散在溶劑中，然后經(jīng)過水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體進(jìn)行聚合，開始成為溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，經(jīng)過干燥和熱處理制備出納米粒子和所需要材料。本發(fā)明中，微濾分離膜的具體制備工藝為:
(1)將仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入溫度高于80°C的去離子水中進(jìn)行水解，生成伯姆石沉淀，加入濃度為8%-15%的HNO3,使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠；鋁鹽溶液中，鋁離子呈水合狀態(tài)，即[Al(H2O)6]'由于鋁離子的正電荷與配位水分子中氫離子相斥，使氫離子釋放出來，水解反應(yīng):
[Al (H2O) 6] 3+ = [Al (OH) (H2O) 5] 2.+H.[Al (OH) (H2O) 5] 2+= [Al (OH) 2 (H2O) 4] ++H+
[Al (OH) 2 (H2O) 4] += [Al (OH) 3 (H2O) 3] °+H+
(2)水解反應(yīng)生成的沉淀物[Al(OH) 3 (H2O) 3]°在溶液酸度提高時，能夠溶解，變成離子，形成沉淀-膠溶反應(yīng):
η [Al (OH) 3 (H2O) 3] °+χΗΝ03= {[Al (OH) 3 (H2O) 3] nHx} x++xN03_
膠溶反應(yīng)中膠核呈正電性，外層吸附了電量相等的負(fù)電離子。由于電位的存在使膠體系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。(3)在經(jīng)過縮合聚集形成的溶膠中，加入經(jīng)高能球磨制得的納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維 粉體，進(jìn)行磁力攪拌和超聲波分散，持續(xù)2-3h ;在攪拌的同時，加入少量硅溶膠，以避免或減少在干燥和燒制過程中產(chǎn)生微裂紋；
(4)將溶膠液通過化學(xué)氣相沉積或高壓噴涂工藝附著在微孔陶瓷支撐體的外表面上，然后經(jīng)蒸發(fā)干燥使溶膠中的顆粒發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠。(5)將凝膠經(jīng)恒溫40°C干燥6h，再緩慢升溫到60°C干燥4h，升溫到100°C干燥3h，再置于窯爐升溫至500°C灼燒10h，最后升溫到900-1100°C，保溫2h，自然冷卻就會留下大量小于20 μ m或納米級的微小氣孔，最終形成可應(yīng)用于過濾PM2.5高溫氣體的微濾分離膜。經(jīng)發(fā)明人多次試驗發(fā)現(xiàn)，微濾分離膜的燒制過程中，溫度超過1100°C，制品晶型會從Y相轉(zhuǎn)變成α相，結(jié)構(gòu)和體積都會產(chǎn)生變化，導(dǎo)致孔徑增大；而在900-1100°C時，整體孔徑較小，孔徑變化不大。由于微孔陶瓷過濾鋼鐵窯爐的高溫氣體，主要是通過慣性沖撞、擴(kuò)散和截留，而氣孔孔道迂回曲折，加上流體介質(zhì)在微孔陶瓷過濾元件表面上形成的架橋效應(yīng)及慣性沖撞和布朗運動的影響，其過濾精 度要比氣孔孔徑小得多，一般是氣孔孔徑的1/25 1/15。為應(yīng)用于PM2.5的熱氣體過濾，使過濾精度達(dá)到I μ m左右，本發(fā)明中微濾分離膜的孔徑控制在介于2nm_20 μ m之間。本發(fā)明的PM2.5微孔陶瓷過濾元件，其中微孔陶瓷支撐體孔徑30-100 μ m，氣孔率45-60%，成型壓力390-450Mpa，抗彎強度30_50Mpa，使用操作溫度達(dá)到1100°C以上，容重1.20-1.6g/cm3 ;孔徑介于2nm-20ym之間的微濾分離膜，氣孔率70_85%，抗彎強度12-15Mpa。這些特性保障了在微濾分離膜的制備過程中，避免溶膠滲入支撐體大孔，造成膜的穿孔，同時又能精確控制微孔陶瓷支撐體、微濾分離膜的孔徑大小與骨料纖維、溶膠粒徑的相應(yīng)關(guān)系，克服傳 統(tǒng)陶瓷過濾元件壓力損失高和過濾效率低的問題。本發(fā)明的PM2.5微孔陶瓷過濾元件實現(xiàn)了以下技術(shù)效果:(I)高的機械強度、耐高溫(可到達(dá)≥9000C )和優(yōu)良的耐介質(zhì)腐蝕性能；(2)高的過濾精度(I μ m)和過濾氣速以及低的壓力降；(3)易于反吹、操作穩(wěn)定、過濾效率高；(4)具有良好的熱穩(wěn)定性能，能夠承受頻繁的高壓脈沖冷氣體的反吹造成的熱沖擊。另外，本發(fā)明的制備方法簡單易實施，方便操作，生產(chǎn)成本低，可精確控制孔徑和孔結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實施例一
一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其中微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100 μ m依次遞減到30 μ m,微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20 μ m之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。微孔陶瓷支撐體的制備過程是:
(I)稱取莫來石50份、堇青石20份，置于300份的水溶液中煮沸后，在800轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h，然后干燥、過篩，得到粒徑150-300 μ m的混合粉料，并按粒徑大小分別置于不同的容器中。(2)用標(biāo)準(zhǔn)篩分別篩取不同粒徑的造孔劑YSZ，將不同粒徑的造孔劑按種類、大小分別置于不同的容器中，造孔劑10份，粒徑控制在30-100 μ m。(3)將步驟I得到的混合粉料對應(yīng)造孔劑的粒徑大小，依次加入到可以溶解其的溶劑中，同時加入2份分散劑羧甲基纖維納，用磁力攪拌lh。(4)加入粒徑在80-150 μ m的粘土、鉀長石10份，用磁力攪拌Ih后，再用超聲波震蕩30min，最后靜置2h，得到懸浮分層且有一定流動性的聚合物溶液。(5)將不同粒徑大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷卻至室溫。(6)將步驟5得到的含有不同粒徑和孔隙率的聚合物膜，按粒徑從大到小的順序裝入模具，用壓機以冷等靜壓方式使聚合物膜成為致密坯體。(7)將步驟6得到的致密坯體在1250°C的高溫下燒制，得到微孔陶瓷支撐體。(8)將步驟7得到的微孔陶瓷支撐體，浸入熱鹽酸中6h洗鹽，取出后干燥即得氣孔堆疊成類似于天然骨結(jié)構(gòu)的束狀過濾孔的成品。微濾分離膜的制備過程是:
(I)將I份仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入100份溫度高于80°C的去離子水中進(jìn)行水解，生成boehmite沉淀，加入0.5份濃度為8%的HNO3,使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠。(2)水解反應(yīng)生成的沉淀物在溶液酸度提高時，溶解成離子，形成沉淀-膠溶反應(yīng)。(3)在經(jīng)過縮合聚集形成的溶膠中，加入經(jīng)高能球磨制得的納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維粉體4份(纖維直徑控制在40-60 μ m，纖維長徑比控制在8-60)，進(jìn)行磁力攪拌和超聲波分散，持續(xù)2-3h ;在攪拌的同時，加入0.1份硅溶膠。(4)將溶膠液通過化學(xué)氣相沉積或高壓噴涂工藝附著在微孔陶瓷支撐體的外表面上，然后經(jīng)蒸發(fā)干燥使溶膠中的顆粒發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠。(5)將凝膠經(jīng)恒溫40°C干燥6h，再緩慢升溫到60°C干燥4h，升溫到100°C干燥3h，再置于窯爐升溫至500°C灼燒10h，最后升溫到900-1100°C，保溫2h，自然冷卻得到可應(yīng)用于過濾PM2.5高溫氣體的微濾分離膜。
實施例二
一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其中微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100 μ m依次遞減到30 μ m,微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20 μ m之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。微孔陶瓷支撐體的制備過程是:
(I)稱取莫來石30份、堇青石30份，置于200份的水溶液中煮沸后，在800轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h，然后干燥、過篩，得到粒徑150-300 μ m的混合粉料，并按粒徑大小分別置于不同的容器中。(2)用標(biāo)準(zhǔn)篩分別篩取不同粒徑的造孔活性炭纖維，將不同粒徑的造孔劑按種類、大小分別置于不同的容器中，造孔劑2份，粒徑控制在30-100 μ m。(3)將步驟I得到的混合粉料對應(yīng)造孔劑的粒徑大小，依次加入到可以溶解其的溶劑中，同時加入3份分散劑羧甲基纖維納，用磁力攪拌lh。(4)加入粒徑在80-150 μ m的粘土、滑石20份，用磁力攪拌Ih后，再用超聲波震蕩30min，最后靜置2h，得到懸浮分層且有一定流動性的聚合物溶液。(5)將不同粒徑大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷卻至室溫。(6)將步驟5得到的含有不同粒徑和孔隙率的聚合物膜，按粒徑從大到小的順序裝入模具，用壓機以冷等靜壓方式使聚合物膜成為致密坯體。(7)將步驟6得到的致密坯體在1100°C的高溫下燒制，得到微孔陶瓷支撐體。微濾分離膜的制備過程是:
(I)將3份仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入100份溫度高于80°C的去離子水中進(jìn)行水解，生成boehmite沉淀，加入0.2份濃度為8%的HNO3,使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠。(2)水解反應(yīng)生成的沉淀物在溶液酸度提高時，溶解成離子，形成沉淀-膠溶反應(yīng)。(3)在經(jīng)過縮合聚集形成的溶膠中，加入經(jīng)高能球磨制得的納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維粉體2份(纖維直徑控制在60-80 μ m，纖維長徑比控制在80-100)，進(jìn)行磁力攪拌和超聲波分散，持續(xù)2-3h ;在攪拌的同時，加入0.2份硅溶膠。(4)將溶膠液通過化學(xué)氣相沉積或高壓噴涂工藝附著在微孔陶瓷支撐體的外表面上，然后經(jīng)蒸發(fā)干燥使溶膠中的顆粒發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠。(5)將凝膠經(jīng)恒溫40°C干燥6h，再緩慢升溫到60°C干燥4h，升溫到100°C干燥3h，再置于窯爐升溫至500°C灼燒10h，最后升溫到900-1100°C，保溫2h，自然冷卻得到可應(yīng)用于過濾PM2.5高溫氣體的微濾分離膜。實施例三
一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其中微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100 μ m依次遞減到30 μ m,微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20 μ m之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。微孔陶瓷支撐體的制備過程是:
(I)稱取莫來石40份、堇青石25份，置于250份的水溶液中煮沸后，在800轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h，然后干燥、過篩，得到粒徑150-300 μ m的混合粉料，并按粒徑大小分別置于不同的容器中。(2)用標(biāo)準(zhǔn)篩分別篩取不同粒徑的造孔劑PMMA，將不同粒徑的造孔劑按種類、大小分別置于不同的容器中，造孔劑8份，粒徑控制在30-100 μ m。(3)將步驟I得到的混合粉料對應(yīng)造孔劑的粒徑大小，依次加入到可以溶解其的溶劑中，同時加入2.5份分散劑羧甲基纖維納，用磁力攪拌lh。(4)加入粒徑在80_150μπι的粘土 15份，用磁力攪拌Ih后，再用超聲波震蕩30min，最后靜置2h，得到懸浮分層且有一定流動性的聚合物溶液。(5)將不同粒徑大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷卻至室溫。(6)將步驟5得到的含有不同粒徑和孔隙率的聚合物膜，按粒徑從大到小的順序裝入模具，用壓機以冷等靜壓方式使聚合物膜成為致密坯體。(7)將步驟6得到的致密坯體在1200°C的高溫下燒制，得到微孔陶瓷支撐體。(8)將步驟7得到的微孔陶瓷支撐體，浸入熱鹽酸中5.5h洗鹽，取出后干燥即得氣孔堆疊成類似于天然骨結(jié)構(gòu)的束狀過濾孔的成品。微濾分離膜的制備過程是:
(I)將2份仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入100份溫度高于80°C的去離子水中進(jìn)行水解，生成boehmite沉淀,加入0.3份濃度為8%的HNO3,使沉淀膠溶,經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠。(2)水解反應(yīng)生成的沉淀物在溶液酸度提高時，溶解成離子，形成沉淀-膠溶反應(yīng)。(3)在經(jīng)過縮合聚集形成的溶膠中，加入經(jīng)高能球磨制得的納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維粉體3份(纖維直徑在50 μ m，纖維長徑比為40)，進(jìn)行磁力攪拌和超聲波分散，持續(xù)2-3h ;在攪拌的同時，加入0.15份硅溶膠。(4)將溶膠液通過化學(xué)氣相沉積或高壓噴涂工藝附著在微孔陶瓷支撐體的外表面上，然后經(jīng)蒸發(fā)干燥使溶膠中的顆粒發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠。(5)將凝膠經(jīng)恒溫40°C干燥6h，再緩慢升溫到60°C干燥4h，升溫到100°C干燥3h，再置于窯爐升溫至500°C灼燒10h，最后升溫到900-1100°C，保溫2h，自然冷卻得到可應(yīng)用于過濾PM2.5高溫氣體的微濾分離膜。
權(quán)利要求
1.一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其特征在于微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100 μ m依次遞減到30 μ m，微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20 μ m之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，其特征在于所述的微孔陶瓷支撐體仿天然骨結(jié)構(gòu)，孔徑按按排列秩序由大到小遞減，形成非均質(zhì)的梯度孔。
3.—種權(quán)利要求1所述的微孔陶瓷支撐體，其特征在于其組分及重量配比為:莫來石30-50份，粒徑控制在150-300 μ m ;堇青石20-30份，粒徑控制在150-300 μ m ;粘土、鉀長石或滑石組成的粘結(jié)劑，10-20份，粒徑控制在80-150 μ m ;造孔劑2_10份，粒徑控制在30-100 μ m ;羧甲基纖維納，2-3份，粒徑控制在30-80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微孔陶瓷支撐體，其特征在于所述的造孔劑是熔點較高又可溶于水、酸或堿溶液的各種鹽或化合物，或者是石墨、活性炭纖維。
5.一種權(quán)利要求1所述的微濾分離膜，其特征在于其組分及重量配比為:去離子水100份；納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維2-4份，纖維直徑控制在40-80 μ m,纖維長徑比控制在 8-100 ;仲丁醇鋁 1-3 份；硅溶膠 0.1-0.2 份；HNO30.2-0.5 份。
6.一種權(quán)利要求1所述的微孔陶瓷支撐體的制備工藝，其特征在于步驟如下: (1)稱取莫來石、堇青石，置于水溶液中煮沸后，球磨4h，然后干燥、過篩，得到粒徑150-300 μ m的混合粉料，并按粒徑大小分別置于不同的容器中； (2)用標(biāo)準(zhǔn)篩分別篩取不同粒徑的造孔劑，將不同粒徑的造孔劑按種類、大小分別置于不同的容器中，粒徑控制在30-100 μ m ； (3)將步驟I得到的混合 粉料對應(yīng)造孔劑的粒徑大小，依次加入到可以溶解其的溶劑中，同時加入羧甲基纖維納，用磁力攪拌Ih ； (4)加入粘土、鉀長石或滑石，用磁力攪拌、超聲波震蕩，再靜置2h，得到聚合物溶液； (5)將不同粒徑大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷卻至室溫； (6)將步驟5得到的含有不同粒徑和孔隙率的聚合物膜，按粒徑從大到小的順序裝入模具，用壓機以冷等靜壓方式使聚合物膜成為致密坯體； (7)將步驟6得到的致密坯體在1100-1250°C的高溫下燒制，得到微孔陶瓷支撐體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微孔陶瓷支撐體的制備工藝，其特征在于造孔劑為不可燃燒、不能熔化的鹽或化合物時，制得的微孔陶瓷支撐體還要浸入熱鹽酸中進(jìn)行洗鹽，再取出干燥。
8.—種權(quán)利要求1所述的微濾分離膜的制備工藝，其特征在于步驟如下: (1)將仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入溫度高于80°C的去離子水中進(jìn)行水解，生成伯姆石沉淀，加入HNO3,使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠； (2)水解反應(yīng)生成的沉淀物在溶液酸度提高時，溶解成離子，形成沉淀-膠溶反應(yīng)； (3)在經(jīng)過縮合聚集形成的溶膠中，加入經(jīng)高能球磨制得的納米氧化鋁纖維或含鋯硅酸鋁纖維粉體，進(jìn)行磁力攪拌和超聲波分散；同時加入硅溶膠； (4)將溶膠液通過化學(xué)氣相沉積或高壓噴涂工藝附著在微孔陶瓷支撐體的外表面上，然后經(jīng)蒸發(fā)干燥使溶膠中的顆粒發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠； (5)將凝膠經(jīng)恒溫40°C干燥6h，再緩慢升溫到60°C干燥4h，升溫到100°C干燥3h，再置于窯爐升溫至500°C灼燒10h，最后升溫到900-1100°C，保溫2h，自然冷卻后得到過濾PM2.5高溫氣體的 微濾分離膜。
全文摘要
一種PM2.5微孔陶瓷過濾元件，由不同孔徑的微濾分離膜、微孔陶瓷支撐體組成雙層或多層梯度夾心結(jié)構(gòu)，其特征在于微孔陶瓷支撐體置于中間進(jìn)行內(nèi)濾，氣孔堆疊成呈喇叭束狀的方式分布，孔徑由100μm依次遞減到30μm，微孔陶瓷支撐體的外表面為孔徑介于2nm-20μm之間的微濾分離膜進(jìn)行外濾。本發(fā)明的PM2.5微孔陶瓷過濾元件，具有高的機械強度、耐高溫、耐腐蝕和高的過濾精度和過濾效率，且易于反吹再生，具有良好的熱穩(wěn)定性能。本發(fā)明的制備方法簡單易實施，方便操作，生產(chǎn)成本低，可精確控制孔徑和孔結(jié)構(gòu)。
文檔編號C04B35/185GK103157328SQ20131007193
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者周向陽, 肖熳, 黃志剛, 楊娟, 王輝, 文康, 龍波 申請人:湖南長重機器股份有限公司