专利名称：高温高压无机过滤膜用多孔陶瓷载体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高温高压无机过滤膜用多孔陶瓷载体及其制备方法。
背景技术：
随着能源问题的凸现，煤炭的综合有效利用变得越来越重要。在煤炭的利用中，需要解决的一个关键问题是高温过滤除尘技术，高温陶瓷过滤膜被认为是解决这一问题最有效的途径。在多孔陶瓷载体上覆盖一层或多层膜，就形成了所谓的陶瓷过滤膜管。陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、机械强度大、结构稳定不变形、寿命长等突出优点，因而是被广泛接受，并被称誉为热粒子过滤材料的最佳选择。作为一类新型绿色科技的膜材料，高温陶瓷过滤膜管比起高聚物膜有一系列的特点热稳定性好，化学稳定性好，强度高，结构造型稳定，可进行酸碱或热蒸汽清洗、高压反冲等再生操作。然而由于无机陶瓷过滤膜质脆、弹性小、易碎，因此必须将它们附着在具有一定机械强度的基体(载体)上使用。因而作为载体就必须具有良好的孔隙率、机械强度、化学惰性、与顶膜有良好的结合性、在高温高压和强腐蚀环境下不易与顶膜脱裂。所以从某种程度上说，载体的选择和制备是高温陶瓷过滤膜研究的基础。由于碳化硅多孔陶瓷具有膨胀系数低、抗热震性好、高温下良好的机械和化学稳定性等特点，其作为无机过滤膜的载体被广泛应用在催化剂载体以及气固分离和熔融金属的分离过滤方面。所以碳化硅多孔陶瓷就成为高温陶瓷过滤膜管载体的首选材料。制备无机过滤膜用多孔碳化硅陶瓷载体，国内外目前通常采用挤制成型的手段。对于尺寸较短的载体，这样的成型方法不失为一种理想的选择；但对于长度有一定要求的载体，这种方法就出现了局限性。首先，挤制制品在烧成过程中，由于长度的原因，经常出现断裂的现象，导致成品率很低；其次，由于不能保证通体原料的一致性，所以即使在载体烧成没有出现断裂的情况下，也无法保证整体机械强度的一致性，而无法满足较长时间使用的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种在高温高压使用环境下、具有理想的化学稳定性、强度和适宜的孔径分布、孔隙率的无机过滤膜用多孔陶瓷载体及其制备方法。本发明所提供的多孔碳化硅陶瓷载体由主料碳化硅、辅料结合剂和造孔剂制成，其中，所述碳化硅和结合剂的质量比为80 90 10 20，所述造孔剂的体积分数为所述碳化娃、结合剂和造孔剂体积之和的35 45%。其中，所述主料碳化硅为精细粒径分级的碳化硅，其平均粒径可为250 300 μ m。该精细粒径分级的碳化硅主料具体可通过下述方法制备得到将一定粒径(250 300 μ m) SiC粉料倒入陶瓷缸体内，先经过H2SO4充分酸洗，再经过NaOH充分碱洗，在100 20(TC完全干燥，经严格筛选分级制备成所需颗粒粒径等级的碳化硅主料。所述结合剂具体可由粘土、高岭土及长石等物相组成，其中，粘土、高岭土及长石的质量比依次为4 8 4 8 2 4。所述造孔剂具体可为平均粒径为60 100 μ m、含量高于90%的下述物质活性碳、紫木节或焦炭粉。本发明的多孔碳化硅陶瓷载体的制备方法，包括下述步骤I)在碳化硅粉末中加入结合剂和造孔剂，配成混合粉体；向所述混合粉体中加入去离子水配成浆料；2)将步骤I)的浆料球磨混合后，经喷雾干燥造粒或压滤干燥后过60目筛得到粉体；将粉体采用真空热铸成型，制成坯体；
3)将坯体进行无压烧结，冷却后得所述多孔碳化硅陶瓷载体。其中，步骤3)中所述烧结在空气气氛中进行，所述烧结的温度为1250 1350°C，保温时间2 4小时。步骤I)中所述混合粉体与去离子水的配比为I : I. 5 2.0。步骤2)中所述球磨的时间为12 24小时。由于本发明经过碳化硅原料的精细粒径分级形成主料，利用特种工艺添加结合剂和造孔剂，并采用独特的真空热铸成型等技术，能极大提高多孔载体的强度及孔隙率。所制备的碳化硅多孔陶瓷具有抗热震性好、膨胀系数低、在高温高压下具有良好的机械和化学稳定性等优异综合性能。在这种多孔碳化硅支撑材料上制备的无机过滤膜具有孔隙率高、硬度高、耐磨且工作过程中不发生化学变化等特点，因而从材质上降低了无机过滤膜在使用过程中出现的由于高温磨损、硬度下降、脆性大而导致失效的几率，提高了无机过滤膜的使用寿命和使用效果。此外采用无压烧结方法同时提高了多孔陶瓷载体的生产效率，降低了生产成本。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中所用的精细粒径分级碳化硅主料按照下述方法进行制备将一定粒径(250 300 μ m) SiC粉料倒入陶瓷缸体内，先经过H2SO4充分酸洗，再经过NaOH充分碱洗，在100 20(TC完全干燥，经严格筛选分级制备成平均粒径为250 300 μ m不同颗粒等级的碳化娃主料。实施例一将88克平均粒径为280 μ m碳化硅主料，12克结合剂(粘土 5g、高岭土 4g、长石3g)和体积分数40%的活性碳(平均粒径90 μ m)混合，倒入200ml去离子水中进行球磨24小时，浆料在喷雾干燥塔中造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，通过真空热铸到钢制模具中，加压、冷却，制成圆筒型坯体。坯体放入炉内带有埋粉的刚玉坩锅中，于空气气氛下，在1300°C保温4h的条件下烧成，随炉自然冷却，得到多孔碳化硅陶瓷载体。测试结果制备的SiC多孔陶瓷载体的孔隙率为43%，平均孔径是55 μ m，抗压强度达到28MPa。完全能够保证高温高压使用条件下对载体的要求。其中，孔隙率参照GB/T 1966-1996标准中的测试方法；抗压强度参照GB/T1964-1996标准中的测试方法实施例二 将80克平均粒径为250 μ m碳化硅主料，20克结合剂(粘土 8g、高岭土 8g、长石4g)和体积分数35%紫木节(平均粒径100 μ m)混合,倒入180ml去离子水中进行球磨12小时，浆料在喷雾干燥塔中造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，通过真空热铸到钢制模具中，加压、冷却，制成圆筒型坯体。坯体放入炉内带有埋粉的刚玉坩锅中，于空气气氛下，在1250°C保温3h的条件下烧成，随炉自然冷却，得到多孔碳化硅陶瓷载体。测试结果制备的SiC多孔陶瓷载体的孔隙率为45%，平均孔径是57 μ m，抗压强度达到23MPa。完全能够保证高温高压使用条件下对载体的要求。实施例三将90克平均粒径为300 μ m碳化硅主料，10克结合剂(粘土 4g、高岭土 3g、长石3g)和体积分数42%焦炭粉(平均粒径60 μ m)混合，倒入220ml去离子水中进行球磨16小时，浆料通过压滤干燥后过60目筛。按实际所需称取相应重量的粉料，通过真空热铸到钢制模具中，加压、冷却，制成圆筒型坯体。坯体放入炉内带有埋粉的刚玉坩锅中，于空气气氛下，在1350°C保温2h的条件下烧成，随炉自然冷却，得到多孔碳化硅陶瓷载体。测试结果制备的SiC多孔陶瓷载体的孔隙率为38%，平均孔径是46 μ m,抗压强度达到35MPa。完全能够保证高温高压使用条件下对载体的要求。实施例四将83克平均粒径为270 μ m碳化硅主料，17克结合剂(粘土 8g、高岭土 5g、长石4g)和体积分数43%活性碳(平均粒径75 μ m)混合，倒入235ml去离子水中进行球磨20小时，浆料在喷雾干燥塔中造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，通过真空热铸到钢制模具中，加压、冷却，制成圆筒型坯体。坯体放入炉内带有埋粉的刚玉坩锅中，于空气气氛下，在1320°C保温4h的条件下烧成，随炉自然冷却，得到多孔碳化硅陶瓷载体。测试结果制备的SiC多孔陶瓷载体的孔隙率为46%，平均孔径是53 μ m，强度达到26. 6MPa。完全能够保证高温高压使用条件下对载体的要求。
权利要求
1.一种多孔碳化硅陶瓷载体，由碳化硅、结合剂和造孔剂制成，其中，所述碳化硅和结合剂的质量比为80 90 10 20，所述造孔剂的体积分数为所述碳化硅、结合剂和造孔剂体积之和的35 45%。
2.根据权利要求I所述的多孔碳化硅陶瓷载体，其特征在于所述碳化硅为精细粒径分级的碳化硅，其平均粒径为250 300 μ m。
3.根据权利要求I或2所述的多孔碳化硅陶瓷载体，其特征在于所述结合剂由粘土、 高岭土和长石组成；其中，粘土、高岭土和长石的质量比依次为4 8 4 8 2 4。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多孔碳化硅陶瓷载体，其特征在于所述造孔剂为平均粒径为60 100 μ m、含量高于90%的下述任意一种物质活性碳、紫木节和焦炭粉。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多孔碳化硅陶瓷载体，其特征在于所述多孔碳化硅陶瓷载体是按照包括下述步骤的方法制备得到的1)在所述碳化硅中加入所述结合剂和造孔剂，配成混合粉体；向所述混合粉体中加入去离子水配成浆料；2)将步骤I)的浆料球磨混合后，经喷雾干燥造粒或压滤干燥后过60目筛得到粉体；将粉体采用真空热铸成型，制成坯体；3)将所述坯体进行无压烧结，冷却后得所述多孔碳化硅陶瓷载体。
6.根据权利要求5所述的多孔碳化硅陶瓷载体，其特征在于步骤3)中所述烧结在空气气氛中进行，所述烧结的温度为1250 1350°C，保温时间2 4小时。
7.制备权利要求1-4中任一项所述的多孔碳化硅陶瓷载体的方法，包括下述步骤1)在所述碳化硅中加入所述结合剂和造孔剂，配成混合粉体；向所述混合粉体中加入去离子水配成浆料；2)将步骤I)的浆料球磨混合后，经喷雾干燥造粒或压滤干燥后过60目筛得到粉体；将粉体采用真空热铸成型，制成坯体；3)将所述坯体进行无压烧结，冷却后得所述多孔碳化硅陶瓷载体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤3)中所述烧结在空气气氛中进行，所述烧结的温度为1250 1350°C，保温时间2 4小时。
全文摘要
本发明公开了一种高温高压无机过滤膜用多孔陶瓷载体及其制备方法。该多孔碳化硅陶瓷载体由碳化硅、结合剂和造孔剂制成，其中，碳化硅和结合剂的质量比为80～90∶10～20，造孔剂的用量为所述碳化硅、结合剂和造孔剂体积之和的35～45％。制备方法如下在碳化硅粉末中加入结合剂和造孔剂，球磨、干燥、真空热铸成型；将成型后的坯体进行无压烧结，烧结温度为1250～1350℃，保温时间2～4小时。由于本发明采用的原料经精细粒径分级而形成主料，利用特种工艺添加结合剂和造孔剂，并采用独特的真空热铸成型等技术，能有效提高多孔载体的机械强度及孔隙率。所制备的碳化硅多孔陶瓷载体具有抗热震性好、热膨胀系数低、高温高压下良好的机械和化学稳定性等优异性能。
文档编号C04B35/565GK102617179SQ201210103839
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者徐国民, 徐国良, 梁龙, 汪长安, 衷待群, 黄勇 申请人:清华大学