本實(shí)用新型涉及一種過(guò)濾材料以及應(yīng)用該過(guò)濾材料的過(guò)濾元件。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)控制孔徑的方法主要為通過(guò)改變粉末形貌、不同粒徑粉末間的搭配使用實(shí)現(xiàn)對(duì)孔徑的調(diào)控、調(diào)價(jià)軋制工藝、燒結(jié)制度等制備工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。但改變粉末在改變孔徑的同時(shí)對(duì)膜的通孔隙度有較大影響，整個(gè)孔結(jié)構(gòu)形態(tài)及曲折因子等都將發(fā)生變化。通過(guò)燒結(jié)制度調(diào)節(jié)孔徑，對(duì)溫場(chǎng)的要求較高，孔徑≤5μm的孔隙在溫度較高的條件下極易閉合形成閉孔，對(duì)需要制備小孔徑膜材料的要求不易滿足，通孔率減少透氣度下降；例如，以-400目的電解鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為15-20μm，通量≥3000m³/m²·h·kpa；以5-10μm的電解鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為5-10μm，通量約300m³/m²·h·kpa；以10-15μm的羰基鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為14-18μm，通量約2000m³/m²·h·kpa，孔徑在大幅降低的同時(shí)通量受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種過(guò)濾材料及其制備方法，該過(guò)濾材料的孔徑較小，孔隙率高且制備方法簡(jiǎn)單。本實(shí)用新型還要提供應(yīng)用該過(guò)濾材料的過(guò)濾元件。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種過(guò)濾材料，所述過(guò)濾材料包括多孔材料基材，在多孔材料基材的孔隙表面附著有電鍍涂層，所述電鍍涂層包含合金或金屬單質(zhì)。當(dāng)電鍍涂層附著于多孔材料基材的孔隙表面時(shí)，可以在保持孔的數(shù)量恒定的前提下有效減小孔徑大小，在保持較高的孔隙率的前提下提升過(guò)濾精度。由合金或金屬單質(zhì)組成的電鍍涂層具有更好的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫，可以顯著延長(zhǎng)多孔材料基材的使用壽命。

進(jìn)一步，所述電鍍涂層還包括均勻分散的固體顆粒。固體顆粒在電鍍涂層表面堆積，不僅形成二次孔隙，而且使過(guò)濾材料的比表面積顯著提升；如果電鍍涂層光滑且較厚，則涂層易脫落及導(dǎo)致堵塞孔隙，因此最終過(guò)濾材料的孔徑難以達(dá)到納米級(jí)。與光滑的涂層相比，含有固體顆粒的涂層可以使過(guò)濾材料的孔徑達(dá)到納米級(jí)且保持較高的孔隙率。

進(jìn)一步，所述固體顆粒的平均粒徑為0.01-19μm。如果固體顆粒的粒徑過(guò)大，則可能導(dǎo)致電鍍涂層的附著力差，所得過(guò)濾材料易因涂層的脫落而使孔隙被堵塞；如果固體顆粒的粒徑過(guò)小，那么所得涂層表面光滑，所得過(guò)濾材料的比表面積小。進(jìn)一步，所述固體顆粒指各種難溶的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等，如SiC和MoS₂。

進(jìn)一步，所述多孔材料基材為泡沫金屬。進(jìn)一步，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鎳合金、泡沫銅、泡沫銅合金、泡沫鋁、泡沫鋁合金中的任意一種。泡沫金屬是一種具有超高孔隙率的三維網(wǎng)狀材料，但是其較大的孔徑限制了其應(yīng)用。由于泡沫金屬的孔徑較大，因此多孔材料基材可進(jìn)一步優(yōu)選為壓縮后的泡沫金屬。進(jìn)一步，所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加壓縮而成。所述泡沫金屬的平均孔徑為0.01-0.5mm，孔隙率為60-95％。

進(jìn)一步，所述壓縮為軋制。當(dāng)所述多孔材料基材由一層泡沫金屬軋制而成時(shí)，通過(guò)軋制得到的多孔薄膜的孔徑及厚度分布均勻。當(dāng)所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加軋制而成時(shí)，通過(guò)軋制得到的多孔薄膜不僅孔徑及厚度分布均勻，而且各層泡沫金屬之間的結(jié)合力更強(qiáng)，不易剝離。進(jìn)一步，所述軋制為熱軋或冷軋。

進(jìn)一步，所述軋制的壓力為50-600T(1T等于133.322Pa)。軋制壓力過(guò)大，可能導(dǎo)致最終過(guò)濾材料的孔隙過(guò)小，當(dāng)過(guò)濾材料較厚時(shí)，過(guò)濾阻力顯著增加。軋制壓力過(guò)小，不僅孔徑難以達(dá)到要求，而且相鄰泡沫金屬之間的結(jié)合力差。所述軋制的壓力優(yōu)選為200-400T。通過(guò)調(diào)節(jié)軋制壓力的大小，可以制備出不同孔徑的過(guò)濾材料，不同孔徑的過(guò)濾材料可以進(jìn)一步組成多級(jí)過(guò)濾元件。

進(jìn)一步，所述多孔材料基材由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成，其與公布號(hào)為CN104759629A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中記載的柔性多孔金屬膜的制備方法相似或采用現(xiàn)有的其它類(lèi)似方法制成。上述多孔材料因其制備工藝的限制，其孔徑一般較大，當(dāng)應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾精度差，難以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。采用上述方法，以所述多孔材料為基材，通過(guò)在基材的孔隙表面增加電鍍涂層，可以有效減小基材的孔徑，從而提升其過(guò)濾精度。進(jìn)一步，所述多孔材料基材的平均孔徑為5-100μm，孔隙率為25-70％。

進(jìn)一步，所述金屬單質(zhì)為鋅、鎳、鎢、鎂、鈦、鈀、鎘、金、銀、錫、銅或鋁；所述合金為鋅合金、鋁合金、鎳合金、鎢合金、銀合金或鎂合金。由上述材料組成的電鍍涂層的物化穩(wěn)定性好，可以顯著提升多孔材料基材的使用壽命和使用范圍。當(dāng)電鍍涂層材料為鋅或鋁時(shí)，能起到陰極保護(hù)的作用，提升多孔材料基材的耐腐蝕性能。

上述過(guò)濾材料的制備包括以下步驟：(1)配制包含涂層金屬的陽(yáng)離子的電解液；(2)以涂層金屬為陽(yáng)極，多孔材料基材為陰極，將陽(yáng)極和陰極插入電解液中；(3)在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，使涂層金屬的陽(yáng)離子在多孔材料基材的孔隙表面被還原并沉積形成電鍍涂層。通過(guò)控制沉積的時(shí)間，可以調(diào)控最終過(guò)濾材料的孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)多孔材料基材質(zhì)軟且薄時(shí)，使基材舒展固定之后再沉積，從而使涂層分布均勻。與傳統(tǒng)的制備工藝相比，工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)效率高。

在沉積之前最好對(duì)多孔材料基材的孔隙表面進(jìn)行表面處理，表面處理包括清洗、調(diào)整基材表面平整度以及粗化處理，其作用在于使電鍍涂層的附著力更強(qiáng)，不易脫落，使用壽命長(zhǎng)。其中，清洗的作用在于去除孔隙表面的油脂等影響涂層附著強(qiáng)度的雜質(zhì)；調(diào)整基材表面的平整度是為了使涂層分布均勻；粗化處理是采用機(jī)械法或化學(xué)法來(lái)提升基材孔隙表面的表面粗糙度，從而增加電鍍涂層與孔隙表面的接觸面積，提升二者之間的結(jié)合力。

進(jìn)一步，為了獲得更均勻的電鍍涂層且提升沉積的速度，可以在沉積之前對(duì)基材的孔隙表面進(jìn)行敏化處理；所述敏化處理包括將基材浸泡于PH為4.0-4.5的氯化亞錫敏化液中以及隨后的水洗過(guò)程。

進(jìn)一步，所述電解液中還含有均勻分散的固體顆粒。在一定的電壓作用下，電解液中的涂層金屬陽(yáng)離子與固體顆粒共沉積到基材的孔隙表面，固體顆粒在涂層表面堆積，使涂層的表面粗糙度和比表面積顯著提升。

進(jìn)一步，所述固體顆粒的平均粒徑為0.01-19μm。如果固體顆粒的粒徑過(guò)大，則可能導(dǎo)致電鍍涂層的附著力差，所得過(guò)濾材料易因涂層的脫落而使孔隙被堵塞；如果固體顆粒的粒徑過(guò)小，那么所得涂層表面光滑，所得過(guò)濾材料的比表面積小。進(jìn)一步，所述固體顆粒指各種難溶的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等，如SiC和MoS₂。

進(jìn)一步，上述方法還包括在沉積之前對(duì)所述多孔材料基材進(jìn)行預(yù)軋制。通過(guò)預(yù)軋制可以進(jìn)一步降低多孔材料基材的孔徑，減小涂層的厚度及沉積的時(shí)間。進(jìn)一步，所述多孔材料基材由至少兩張泡沫金屬疊加軋制而成，多層泡沫金屬軋制而成的基材具有更好的強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述軋制的壓力為50-600T。

由于本實(shí)用新型所采用的多孔材料基材的可成型性好、強(qiáng)度高，因此可以將對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料制成各種形狀的過(guò)濾元件?；蚋鶕?jù)現(xiàn)有過(guò)濾元件的形狀，在對(duì)應(yīng)形狀的多孔材料基材上增加電鍍涂層。不同孔徑的過(guò)濾材料可以進(jìn)一步組成多級(jí)過(guò)濾元件。該過(guò)濾元件應(yīng)用于氣體凈化，尤其是應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，由于與其對(duì)應(yīng)地多孔材料基材相比，具有電鍍涂層的過(guò)濾材料的平均孔徑顯著減小，因此其過(guò)濾精度更高，可以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。

附圖說(shuō)明

圖1為過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

采用Ni-Cu固溶體合金構(gòu)成的多孔材料為基材(1)，其平均孔徑為20μm，孔隙率為50％，對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料的制備方法如下：1)配制電解液：所述電解液含有185g/L的KCl、78g/L的ZnCl₂、24g/L的H₃BO₃、32g/L的BFJ-23A和1.1mL/L的ZN-28，采用超聲分散均勻，PH為5-5.5；2)基材(1)表面處理：首先，采用平均粒度為10μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為50g/L、溫度為80℃的氫氧化鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；3)敏化處理：以PH為4.0-4.5的氯化亞錫溶液為敏化劑，將基材(1)置于敏化劑中浸漬30min，然后取出并水洗干燥；4)以敏化后的基材(1)為陰極，以鋅棒為陽(yáng)極，將陽(yáng)極和陰極插入電解液中，二者之間的距離為15cm；5)在30℃下,在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，使陰極的電流密度為2.5A/dm²，則電解液中的鋅離子在基材(1)的孔隙表面(2)被還原并沉積形成均勻的鋅涂層(3)。經(jīng)過(guò)30min的沉積，所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為7μm、孔隙率為43％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且鋅涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

實(shí)施例2

采用泡沫鋁為多孔材料基材(1)，其平均孔徑為0.3mm，孔隙率為80％，在300T的壓力下軋制2min，軋制后的泡沫鋁的平均孔徑為0.14mm，孔隙率為71％；對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料的制備方法如下：1)配制電解液：所述電解液為AlCl₃-NaCl-KCl三元熔融鹽體系，包含重量份數(shù)為11％的NaCl，11％的KCl和78％的AlCl₃；2)基材(1)表面處理：首先，采用平均粒度為15μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為60g/L、溫度為80℃的磷酸鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；3)敏化處理：以PH為4.0-4.5的氯化亞錫溶液為敏化劑，將基材(1)置于敏化劑中浸漬30min，然后取出并水洗干燥；4)以敏化后的基材(1)為陰極，以鋁棒為陽(yáng)極，將陽(yáng)極和陰極插入電解液中，二者之間的距離為15cm；5)在160℃下，在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，使陰極電流密度為5A/dm²，則電解液中的鋁離子在基材(1)的孔隙表面(2)被還原并沉積形成均勻的鋁涂層(3)。經(jīng)過(guò)240min的沉積，所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為30μm，孔隙率為59％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且鋁涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

實(shí)施例3

采用兩張平均孔徑為0.25mm、孔隙率為90％的泡沫鎳為多孔材料基材(1)，將兩張泡沫鎳疊加并在350T的壓力下熱軋制4min，軋制后的平均孔徑為0.08mm，孔隙率為79％；對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料的制備方法如下：1)配制電解液：所述電解液包含0.1mol/L的SnSO₄、0.2mol/L的K₄P₂O₇、0.01mol/L的AgNO₃和50mg/L的聚乙二醇6000，采用超聲分散均勻，其PH為7.5-8.5；2)基材(1)表面處理：首先，采用平均粒度為20μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為60g/L、溫度為80℃的磷酸鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；3)敏化處理：以PH為4.0-4.5的氯化亞錫溶液為敏化劑，將基材(1)置于敏化劑中浸漬30min，然后取出并水洗干燥；4)以敏化后的基材(1)為陰極，以鉑金鈦網(wǎng)為陽(yáng)極，將陽(yáng)極和陰極插入的電解液中，二者之間的距離為15cm；5)在25℃下，在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，使陰極的電流密度為3A/dm²，則電解液中的錫離子和銀離子在基材(1)的孔隙表面(2)被還原并沉積形成均勻的錫-銀涂層(3)，經(jīng)過(guò)180min的沉積，所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為15μm、孔隙率為67％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且錫-銀涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

實(shí)施例4

采用Ni-Cr固溶體合金構(gòu)成的多孔材料為基材(1)，其平均孔徑為20μm，孔隙率為45％；對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料的制備方法如下：1)配制電解液：所述電解液含有185g/L的KCl、78g/L的ZnCl₂、24g/L的H₃BO₃、32g/L的BFJ-23A、1.1mL/L的ZN-28和5g/L的SiC顆粒(4)，其PH為5-5.5，SiC顆粒(4)的平均粒徑為1μm，采用超聲分散使SiC顆粒(4)分散均勻；2)基材(1)表面處理：首先，采用平均粒度為10μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為50g/L、溫度為80℃的氫氧化鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；3)敏化處理：以PH為4.0-4.5的氯化亞錫溶液為敏化劑，將基材(1)置于敏化劑中浸漬30min，然后取出并水洗干燥；4)以敏化后的基材(1)為陰極，以鋅棒為陽(yáng)極，將陽(yáng)極和陰極插入電解液中，二者之間的距離為15cm；5)在30℃下，在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，使陰極的電流密度為3A/dm²，則鋅離子在基材(1)的孔隙表面(2)被還原并與SiC顆粒(4)共沉積形成均勻的鋅-SiC顆粒復(fù)合涂層(3)，經(jīng)過(guò)180min的沉積，所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為1μm，孔隙率為32％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且鋅-SiC顆粒復(fù)合涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

將上述過(guò)濾材料裁剪、折疊為平板型、圓筒型或其他形狀的過(guò)濾元件，可以但不僅限于采用以下兩種方式。一種是將兩張不同孔徑的過(guò)濾材料制成兩級(jí)過(guò)濾元件，平均孔徑較大的第一級(jí)過(guò)濾材料先與待過(guò)濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被第二級(jí)過(guò)濾材料截留。另外一種是將兩種不同孔徑的多孔材料基材疊加軋制，然后再采用上述方法附著熱噴涂涂層，然后制成過(guò)濾元件，平均孔徑較大的一側(cè)先與待過(guò)濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被另一側(cè)截留。