一种气固分离陶瓷膜及其制备方法
【专利说明】一种气固分罔陶瓷膜及其制备方法
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技术领域
[0002] 本发明公开一种气固分离陶瓷膜及其制备方法，属于无机分离材料技术领域。
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【背景技术】
[0004] 当前我国大气环境形势十分严峻，大范围雾霾天气频发，部分城市PM2. 5严重超 标，以细颗粒为特征的大气污染问题日益凸显，对人体健康和环境质量造成了巨大危害，严 重制约社会经济的可持续发展。在钢铁、水泥、电力、煤化工等工业窑炉所排放的高温烟气 的治理成为首要解决的问题之一。
[0005] 解决高温烟气的粉尘排放超标问题需要气固分离设备，传统气固分离工艺，如电 除尘器、袋式除尘、旋风除尘等工艺，普遍存在操作温度低，分离效率不高等缺点，不能满足 工业化要求，随着高性能气固分离陶瓷膜的出现，为解决这一难题提供了切实可行的新型 技术路线。
[0006] 气固分离陶瓷膜一般采用碳化硅材料为基体，是通过在碳化硅原料中加入造孔剂 等，运用等静压、挤出成型等成型工艺，经过涂膜、高温烧结得到的具有一定透气性能的高 温过滤管件。
[0007] 碳化硅陶瓷膜材料是一种复合物陶瓷材料，由过滤层和支撑层组成，是一种非对 称性结构的微孔材料。其中支撑层起着刚性骨架的作用，过滤层起主要的过滤作用，属于表 面过滤范畴。碳化硅基陶瓷膜材料较其它材料具有耐高温、高强度、导热性好、线膨胀系数 小、抗热冲击性强、透气性好、低压降等优良性能，是首选的高温陶瓷过滤材料。但在一些工 况特别恶劣的烟气过滤过程中，碳化硅陶瓷膜支撑体与膜层会由于材料韧性较差，发生脆 性断裂现象。
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【发明内容】
[0009] 本发明的目的是：解决碳化硅陶瓷膜在气固分离过程中，由于支撑体与膜层之间 的韧性较大导致了膜层断裂的问题。
[0010] 本发明的主要解决手段是通过在支撑层或者膜层中加入增韧剂的方法，在不降低 气固分离陶瓷膜各项优异性能的前提下，提高气固分离陶瓷膜的韧性，使气固分离陶瓷膜 在高温高压等特别恶劣的工况下，不会发生脆性断裂现象。
[0011] 技术方案是： 一种气固分离陶瓷膜，包括有支撑层和膜层，在支撑层或者膜层中的任意一个或者两 者中包含有增韧助剂颗粒；所述的支撑层是以碳化硅为基质。
[0012] 所述的增韧颗粒选自氧化锆粉体、硅酸铝纤维或者莫来石粉体。
[0013] 在支撑层中加入的增韧助剂颗粒的平均粒径属于微米级。
[0014] 在膜层中加入的增韧助剂颗粒的平均粒径属于纳米级。
[0015] 所述的陶瓷膜的平均孔径范围是在0? 01~5. 0 ym，优选地是0? 1~3. 0 ym，更优 选的是0.5~3.0 ym。
[0016] 所述的支撑层中，碳化硅的所占的质量百分比为60wt%以上，增韧助剂所占的质 量百分比优选是〇? 5~40%，更优选2~35%、也可以是5~30%、8~20%、10~15%。
[0017] 所述的膜层中，基质材料为陶瓷粉体，所述的陶瓷粉体选自氧化铝、碳化硅、莫来 石、堇青石或者钛酸铝中的一种或者几种。
[0018] 所述的陶瓷粉体在膜层中所占的质量百分比可以是60wt%以上；增韧助剂所占的 质量百分比优选是〇. 5~40%，更优选2~35%、也可以是5~30%、8~20%、10~15%。
[0019] 根据本发明的另一个目的，上述的气固分离陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤： (i) 、取碳化硅粉体，与成孔剂混合制备湿坯料，挤压成型后，再经过烧结，得到支撑 体； (ii) 、取陶瓷粉体，与分散介质混合后制备出用于涂膜液浆料，再将浆料涂于支撑体的 表面，得到湿膜； (iii) 、将湿膜经过干燥、烧结之后，制得气固分离膜； 其中，在第（i)或者第（ii)步中，需要在混合步骤中加入增韧助剂颗粒。
[0020] 第（i)步中，碳化硅支撑体骨料平均粒径为20~600 y m。
[0021] 第（ii)步中，所述的陶瓷粉体的平均粒径为0. 5~50 ym。
[0022] 第⑴步中，混合过程中还需要加入成孔剂。
[0023] 第（ii)步中，混合过程中还需要加增孔剂、增稠剂、粘合剂或者分散剂中的一种 或几种。
[0024] 有益效果 本发明的主要优点是： 一、气固分离陶瓷膜改性方法简单 只需在陶瓷膜支撑体原料中添加氧化锆粉体硅酸铝纤维、莫来石等少量微米级增韧助 剂，在陶瓷膜膜层原料中添加氧化锆等纳米级增韧助剂即可，与原料均匀混合即可。
[0025] 二、延长气固分离陶瓷膜的使用寿命 在一些工况特别恶劣的烟气过滤过程中，碳化硅陶瓷膜支撑体与膜层会由于材料韧性 较差，发生脆性断裂现象。采用改性工艺制备出的气固分离陶瓷膜，脆性得到降低，韧性明 显提高，使用时间得以延长。
[0026] 三、降低气固分离陶瓷膜除尘器运行与维护成本 增韧剂购买方便、成本低，且延长了使用寿命，更换时间得以延长，运行与维护成本明 显降低。
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【具体实施方式】
[0028] 下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理 解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技 术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件（例如参考徐南平等著的《无机膜 分离技术与应用》，化学工业出版社，2003)或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未 注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0029] 本文使用的近似语在整个说明书和权利要求书中可用于修饰任何数量表述，其可 在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下准许进行改变。因此，由诸如"约"的术语修 饰的值并不局限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语可与用于测量该值的仪器 的精度相对应。除非上下文或语句中另有指出，否则范围界限可以进行组合和/或互换，并 且这种范围被确定为且包括本文中所包括的所有子范围。除了在操作实施例中或其他地方 中指明之外，说明书和权利要求书中所使用的所有表示成分的量、反应条件等等的数字或 表达在所有情况下都应被理解为受到词语"约"的修饰。
[0030]以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围 限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子区间，犹如每个数值和子区 间被明确列举出。例如，"大约〇. 1%至约5%"的浓度范围应当理解为不仅包括明确列举出 的约0. 1%至约5%的浓度，还包括有所指范围内的单个浓度(如，1%、2%、3%和4%)和子区间 (例如，〇? 1% 至 〇? 5%、1% 至 2. 2%、3. 3% 至 4. 4%)。
[0031] 本发明中，术语"微米级"和"纳米级"是按照超细粉体技术领域的所惯用的理解， "微米级" 一般指颗粒平均粒径范围在I y m~5 y m ;而"纳米级"是指颗粒平均粒径范围在 0? Inm ~IOOnm0
[0032] 本发明中，术语"增韧颗粒"为陶瓷技术领域中为了提高烧结得到的陶瓷的韧性而 在原料中加入的助剂颗粒，可以理解的增韧颗粒为颗粒或者粉体，一般可以选自氧化锆粉 体、硅酸铝纤维或者莫来石粉体等陶瓷颗粒。
[0033] 本发明中所制备的气固分离陶瓷膜是指非对称膜，其底部为支撑体层，在支撑体 层的上部为膜层，在一些情况下，也可以在支撑体层与膜层之间设置中间层。
[0034] I撑体层 支撑体层的主要材质为碳化硅，碳化硅在其中所占的质量百分比为60wt%以上，也可 以是70wt%、80wt%以上、90wt%以