專利名稱：多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種既具有過(guò)濾功能又具有對(duì)有機(jī)物和有害氣體的的降解功能的蜂窩陶瓷凈化器的制備工藝，屬于功能陶瓷制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蜂窩陶瓷是一種氣孔功能陶瓷，其中含有大量氣孔，因而具有巨大的氣孔率、氣孔表面積及可調(diào)節(jié)的氣孔形狀等特點(diǎn)。因而利用蜂窩陶瓷除去顆粒雜質(zhì)及有害有毒物質(zhì)的方法應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛。蜂窩陶瓷是由骨料和粘合劑等組分，采用傳統(tǒng)的成型工藝，經(jīng)高溫?zé)贫傻摹Ｓ糜谶^(guò)濾汽車尾氣、凈化煙氣和凈化水的蜂窩陶瓷過(guò)濾器，除了要求具有較高的強(qiáng)度、抗高溫?zé)嵴鹦院?、熱膨脹系?shù)小等特點(diǎn)，還需要能夠消除氣體中的有害氣體如H2S、NOx、SO2等和有機(jī)物具有降解作用。因而對(duì)其材質(zhì)組成、氣孔結(jié)構(gòu)等均有更高的要求。
蜂窩陶瓷的制備方法主要是采用擠壓成型法。技術(shù)的關(guān)鍵是模板的選擇設(shè)計(jì)、原料配方及燒結(jié)工藝。高孔密度(400～600孔/in2)、薄壁(0.15-0.1mm)的堇青石蜂窩陶瓷是采用獨(dú)特工藝與配方和精細(xì)模具制備的高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品。分直孔蜂窩陶瓷過(guò)濾板和泡沫陶瓷過(guò)濾器產(chǎn)品，直孔蜂窩陶瓷過(guò)濾板廣泛應(yīng)用于冶金、鑄造行業(yè)金屬熔融物過(guò)濾，采用莫來(lái)石質(zhì)(堇青石質(zhì))的陶瓷材料，高質(zhì)高密度直孔網(wǎng)眼，使產(chǎn)品具有很高的耐熱沖擊和耐高燒鑄溫度的特性，直孔式設(shè)計(jì)保證了流量和強(qiáng)度間的平衡，有效地去除雜質(zhì)和渣粒等，使鑄件機(jī)械性能、表面質(zhì)量及產(chǎn)品合格率大大提高。泡沫陶瓷過(guò)濾器產(chǎn)品是一種特殊工藝制作的，具有泡沫狀多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷制品，其具有化學(xué)性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高、耐高溫、抗熱震性好、比表面積大等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于冶金、鑄造、環(huán)保等領(lǐng)域。
我國(guó)汽車持有量有2000多萬(wàn)輛，采用尾氣凈化器是治理汽車尾氣的有效手段。而凈化器的關(guān)鍵部件是堇青石蜂窩陶瓷。每支凈化器需用蜂窩陶瓷2立升計(jì)，若每年治理1000萬(wàn)輛汽車，需堇青石蜂窩陶瓷2000萬(wàn)立升，市場(chǎng)前景良好。該產(chǎn)品還可應(yīng)用于其他有機(jī)廢氣凈化以及金屬液過(guò)濾，提高鑄件質(zhì)量。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有出口創(chuàng)匯前景。按投資規(guī)模計(jì)算，年產(chǎn)值10000萬(wàn)元，毛利5000萬(wàn)元，回收期2至3年。
傳統(tǒng)的蜂窩陶瓷過(guò)濾器過(guò)濾汽車尾氣或煙氣過(guò)程中也存在堵塞和不能消除有害氣體或物質(zhì)等問(wèn)題。制備多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾器，國(guó)內(nèi)還是一個(gè)空白。國(guó)外大多采用將脫硫劑和催化劑等摻在骨料中進(jìn)行成型、高溫(＞1300℃)燒結(jié)。這樣不但會(huì)降低陶瓷的強(qiáng)度，還會(huì)因高溫?zé)Y(jié)造成脫硫劑的氧化而部分失效，TiO2催化劑在大于700℃下會(huì)由具活性的銳鈦礦相變成幾乎無(wú)活性的金紅石相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、陶瓷強(qiáng)度高、產(chǎn)品工作性能優(yōu)良、成本低且操作簡(jiǎn)單的具有脫硫、消除其它有害氣體作用的多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝。其技術(shù)方案為包括蜂窩陶瓷的制備和在蜂窩陶瓷上制備納米光催化-脫硫膜，其特征在于(1)將粒徑為50～100μm的工業(yè)氧化鋁粉、粒徑不大于100μm的高嶺土和粒徑不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陳腐后擠壓成形蜂窩陶瓷坯體，干燥后在1390℃的高溫爐中保溫4小時(shí)制得蜂窩陶瓷；(2)采用溶膠-凝膠法分別制備TiO2溶膠和ZnFe2O4溶膠，然后將二者按一定比例混合成穩(wěn)定的混合溶膠，采用浸漬-提拉法將該混合溶膠涂敷于蜂窩陶瓷上，干燥后再在500℃煅燒1小時(shí)完成一次涂膜，這樣浸漬-提拉-干燥-煅燒反復(fù)3～6次，制得蜂窩陶瓷過(guò)濾元件。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，將乙酰丙酮∶鈦酸四丁酯∶無(wú)水乙醇按(0.1～1)∶1∶(4～6)的體積比混合攪拌30分鐘后，再加入同體積的無(wú)水乙醇及少量冰醋酸或硝酸，調(diào)節(jié)上述混合液的pH值為2～3，再在70～80℃的恒溫水浴中攪拌使其粘度為3～9mPa·S而形成穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠；將9水硝酸鐵與6水硝酸鋅按2∶1的摩爾比例配制成混合溶液，按金屬總量∶檸檬酸量為1∶1.5的重量比例添加檸檬酸作為解膠劑，再用氨水調(diào)節(jié)pH值為4～5后，置于70～80℃的恒溫水浴蒸發(fā)到粘度為3～9mPa·S，形成穩(wěn)定的鐵酸鋅溶膠；將制得的鐵酸鋅溶膠和二氧化鈦溶膠以(1～3)∶100的比例混合攪拌形成穩(wěn)定的TiO2/ZnFe2O4混合溶膠。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用浸漬-提拉涂膜的方式，提拉的速度為5～10cm/min，將TiO2/ZnFe2O4混合溶膠涂敷于蜂窩陶瓷上，干燥后在500℃下煅燒1小時(shí)，完成一次涂膜，這樣浸漬-提拉-干燥-煅燒反復(fù)進(jìn)行3～6次即得到具有一定涂膜厚度的多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、將納米光催化材料和脫硫劑與蜂窩陶瓷有機(jī)地結(jié)合在一起，使其既具有過(guò)濾作用又具有殺菌、消毒、降解、脫硫等作用，又能解決蜂窩陶瓷的堵塞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器的多功能化，且制造成本很低；2、將納米TiO2/ZnFe2O4混合溶膠均勻地固著于蜂窩陶瓷外表面及孔壁上并在較低溫度下燒成，這樣避免了ZnFe2O4高溫下的氧化失效和TiO2在高溫下形成無(wú)催化活性的金紅石相，而在TiO2中適當(dāng)添加ZnFe2O4，既可使其具有脫硫性能又能提高其光催化活性；3、所得蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的性能指標(biāo)如下蜂窩陶瓷的抗壓強(qiáng)度＞20MPa，抗熱震性-急冷急熱次數(shù)＞14次不開(kāi)裂；過(guò)濾精度1～2μm，硫脫除率＞95％；降解率＞95％，殺菌率＞95％。
具體實(shí)施例方式
步驟1、制備蜂窩陶瓷將山東鋁廠生產(chǎn)的W100標(biāo)號(hào)的工業(yè)氧化鋁粉、蘇州產(chǎn)的粒徑不大于43μm的高嶺土、海城滑石礦產(chǎn)的粒徑不大于43μm的滑石粉，三者以14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陳腐后擠壓成形蜂窩陶瓷坯體，干燥后在1390℃的高溫爐中保溫4小時(shí)即得蜂窩陶瓷。
步驟2、TiO2/ZnFe2O4混合溶膠的制備將乙酰丙酮∶鈦酸四丁酯∶無(wú)水乙醇以0.5∶1∶4的體積比混合攪拌30分鐘，再加入同體積的無(wú)水乙醇水及少量硝酸、調(diào)整上述混合溶液的pH值為2，再在72℃的恒溫水浴中攪拌使其粘度為7mPa·S而形成穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠；將9水硝酸鐵與6水硝酸鋅按2∶1的摩爾比例配制成混合溶液，再按金屬總量∶檸檬酸量為1∶1.5的重量比例添加檸檬酸作為解膠劑，用氨水調(diào)節(jié)pH值為4后置于80℃的恒溫水浴蒸發(fā)到粘度為7mPa·S，形成穩(wěn)定的鐵酸鋅溶膠；將制得的鐵酸鋅溶膠和二氧化鈦溶膠以1.5∶100的重量比混合攪拌形成穩(wěn)定的TiO2/ZnFe2O4混合溶膠。
步驟3、多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的涂膜及燒制采用浸漬-提拉涂膜的方式，提拉的速度為6cm/min，將混合溶膠涂敷于蜂窩陶瓷上，干燥后在500℃下煅燒1小時(shí)，這樣浸漬-提拉-干燥-煅燒反復(fù)進(jìn)行3次，即得到目標(biāo)多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件。
權(quán)利要求
1.一種多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝，包括蜂窩陶瓷的制備和在蜂窩陶瓷上制備納米光催化-脫硫膜的制備工藝，其特征在于(1)將粒徑為50～100μm的工業(yè)氧化鋁粉、粒徑不大于100μm的高嶺土和粒徑不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陳腐后擠壓成形蜂窩陶瓷坯體，干燥后在1390℃的高溫爐中保溫4小時(shí)制得蜂窩陶瓷；(2)采用溶膠-凝膠法分別制備TiO2溶膠和ZnFe2O4溶膠，然后將二者按一定比例混合成穩(wěn)定的混合溶膠，采用浸漬-提拉法將該混合溶膠涂敷于蜂窩陶瓷上，干燥后再在500℃煅燒1小時(shí)完成一次涂膜，這樣浸漬-提拉-干燥-煅燒反復(fù)3～6次，制得蜂窩陶瓷過(guò)濾元件。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝，其特征在于將乙酰丙酮∶鈦酸四丁酯∶無(wú)水乙醇按(0.1～1)∶1∶(4～6)的體積比混合攪拌30分鐘后，再加入同體積的無(wú)水乙醇及少量冰醋酸或硝酸，調(diào)節(jié)上述混合液的pH值為2～3，再在70～80℃的恒溫水浴中攪拌使其粘度為3～9mPa·S而形成穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠；將9水硝酸鐵與6水硝酸鋅按2∶1的摩爾比例配制成混合溶液，按金屬總量∶檸檬酸量為1∶1.5的重量比例添加檸檬酸作為解膠劑，再用氨水調(diào)節(jié)pH值為4～5后，置于70～80℃的恒溫水浴蒸發(fā)到粘度為3～9mPa·S，形成穩(wěn)定的鐵酸鋅溶膠；將制得的鐵酸鋅溶膠和二氧化鈦溶膠以(1～3)∶100的比例混合攪拌形成穩(wěn)定的TiO2/ZnFe2O4混合溶膠。
3.如權(quán)利要求1所述的多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝，其特征在于采用浸漬-提拉涂膜的方式，提拉的速度為5～10cm/min，將TiO2/ZnFe2O4-混合溶膠涂敷于蜂窩陶瓷上，干燥后在500℃下煅燒1小時(shí)，完成一次涂膜，這樣浸漬-提拉-干燥-煅燒反復(fù)進(jìn)行3～6次即得到具有一定涂膜厚度的多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多功能蜂窩陶瓷過(guò)濾元件的制備工藝，包括制備蜂窩陶瓷和在蜂窩陶瓷上制備納米光催化－脫硫膜，其特征在于(1)將粒徑為50～100μm的工業(yè)氧化鋁粉、粒徑不大于100μm的高嶺土和粒徑不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陳腐后擠壓成形蜂窩陶瓷坯體，干燥后在1390℃的高溫爐中保溫4小時(shí)制得蜂窩陶瓷；(2)采用溶膠－凝膠法分別制備TiO
文檔編號(hào)B01J35/04GK101088959SQ20061004487
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者許珂敬 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)