专利名称：一种高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种用于过滤高温含尘废气的壁流式蜂窝陶瓷过滤体及其制备方法。
背景技术：
工业废气的净化处理是各个国家都非常重视的环保课题。而高温含尘废气，由于具有温度高(500 1200°C)、粉尘粒径小(5 30 μ m)等特点，因此其净化核心材料除了需要满足除尘效率高、再生性能好、使用寿命长等基本要求外，还必须具有优良的抗热震、耐高温、耐酸碱腐蚀能力及化学稳定性。因此，高温含尘废气的净化处理其技术要求非常苛刻，对核心元件及装置的要求较高，也给这方面的研究开发带来了很大的难度。
目前，现有技术工业废气净化处理的方式主要有旋风除尘、静电除尘、袋式除尘、 过滤除尘等。其中，旋风除尘对于小于10 μ m的灰尘，除尘效率只能达到60%左右，无法达到环保排放标准，只能用于高温除尘的预处理。静电除尘其效率可达90%以上，具有压力降低、无堵塞等优点，但其一次性投资过高，且运行过程中耗电巨大、运行费用过高；此外， 电极在高温下难以维持电晕稳定性和材料本身的热稳定性，加之对粉尘比电阻和气体成分等性质的敏感性及电极的腐蚀等问题，电极寿命一般较短，因此静电除尘技术也不适用于较高温度的净化除尘。袋式除尘具有效率高(可达90 99. 99%)、适应性较强、设备结构简单、投资少、不受粉尘比电阻等性质的影响、不会造成二次污染、便于直接回收干料等优点， 但其耐高温能力有限，常用的滤料一般仅适用于120 130°C温度范围，而玻璃纤维等滤料也仅可耐温250°C、最高不超过280°C ;此外，对于粘性强或吸湿性强的粉尘，由于烟气温度低于露点时会产生结露而堵塞滤袋，因此这类粉尘不适宜采用袋式除尘进行处理。
而过滤除尘方式，其核心元件采用多孔陶瓷过滤体，是目前净化处理高温含尘废气最为先进的技术。这种方式通过调控多孔陶瓷材料的孔径大小而达到过滤高温废气的目的，要求多孔陶瓷过滤体具有抗热震、高气孔率、高强度和合适的孔径分布等性能，才能有效及高效率地过滤高温含尘废气。实践中，对于捕获粒径在5 30 μ m的粉尘，一般要求陶瓷过滤体的热膨胀系数彡2. OX 10_6/°C、热交换温度差700 800°C、孔隙率大于40%、强度达到15MPa以上，平均孔径在5 15 μ m之间，这些性能是决定能否有效过滤高温含尘废气的关键。然而，对于陶瓷过滤体，其热膨胀系数、抗热冲击性能、孔隙率、强度和孔径之间是相互影响和制约的，例如，若要提高气孔率和增大平均孔径，则必须以牺牲材料的强度为代价。目前，现有技术通常采用单一原料或普通颗粒制备陶瓷过滤体，普遍存在着抗热冲击性能差、强度低或孔隙率低等问题，从而难以满足实际处理要求。为此，如何制备出能够满足上述性能要求的陶瓷过滤体是目前高温含尘废气处理技术领域所面临的急需解决的问题。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗热震、性能优异、适用于高温废气净化处理的壁流式蜂窝陶瓷过滤体，以满足高温含尘废气净化处理的技术要求。本发明的另一目的在于提供上述壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法。本发明的目的通过以下技术方案予以实现本发明提供的一种高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，包括基础原料和造孔 糾；所述基础原料其组成为堇青石55 85wt%、钛酸铝10 30wt%、苏州土 2 8wt%、氧 化铝2. 4 7. 5wt% ;所述造孔剂其用量为基础原料的I 3wt%。本发明以具有较低热膨胀 系数的堇青石和钛酸铝为基础，通过苏州土和氧化铝的包裹作用以及高温下发生反应原位 生成针状莫来石，从而获得高强度的陶瓷过滤体。上述方案中，为保证陶瓷过滤体具有高气孔率和合适的孔径分布，本发明所述堇 青石和钛酸铝均由粒径为180 120 μ m的粗颗粒、120 96 μ m的中颗粒、96 75 μ m的 M颗粒组成；所述堇青石其各粒径的用量分别为基础原料的5 45wt% ;所述钛酸铝其各粒 径的用量分别为基础原料的I 15wt%。优选方案为，所述堇青石其粗颗粒、中颗粒、细颗粒 的用量分别为基础原料的8 40wt%、25 40wt%、5 40wt%。所述钛酸铝其粗颗粒、中颗 粒、细颗粒的用量分别为基础原料的I 15wt%、4 12wt%、l 5wt%。进一步地，本发明所述造孔剂的粒径为100 120 μ m,可采用核桃壳粉。本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现本发明提供的上述高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，包括以下 步骤(I)将所述苏州土、氧化铝、造孔剂加入混料机中、并外加羟丙基甲基纤维素一起 混合30 60min ;之后再加入堇青石、钛酸招混合30 60min得到混合物料；(2)在所述混合物料中添加溶剂混合30 60min而得到泥料；(3)将所述泥料经过陈腐、真空练泥制备成泥段，在成型机上通过挤压成形，获得 壁流式蜂窝陶瓷过滤体坯体；(4)所述坯体干燥后，在1300 1340°C温度下烧成，保温30 60min，即得壁流式 峰窝陶瓷过滤体。进一步地，本发明制备方法所述步骤(I)中羟丙基甲基纤维素的用量为基础原料 的3 8wt%。所述步骤⑵中溶剂为甘油和水，其用量分别为基础原料的3 6被％和20 25wt%。上述方案中，本发明制备方法所述步骤(4)烧成过程中，RT 1250°C的温度段为弱还原气氛(即燃烧系数α=燃料实际燃烧消耗的空气量/ 燃料理论燃烧消耗的空气量=0.85 0.95)，1250°C 最高烧成温度的温度段为中性气氛(即燃烧系数α=燃料实际燃烧消耗的空气量/ 燃料理论燃烧消耗的空气量=1.0)
本发明具有以下有益效果(I)采用本发明配方体系及其粒径组成，通过烧结反应、并利用颗粒之间的堆积填 充，可以获得具有优良抗热冲击性能、较高气孔率、较高强度以及平均孔径在5 15μπι之 间的壁流式蜂窝陶瓷过滤体，克服了现有技术采用单一原料或普通颗粒所制备的陶瓷过滤 体抗热冲击性能差、强度低或孔隙率低等问题，从而能够很好地满足高温含尘废气净化处 理的技术要求。(2)本发明以具有较低热膨胀系数的堇青石和钛酸铝为基础，通过添加苏州土和氧化铝，使其均匀地包裹在堇青石和钛酸铝颗粒的表面。高温下苏州土和氧化铝发生反应， 一方面可以促进坯体的烧结，降低烧成温度和提高过滤体的强度；另一方面可原位生成针状莫来石，从而进一步起到增强过滤体的作用。
(3)添加使用造孔剂可起到调控过滤体气孔率和孔径分布的作用，以满足不同高温废气净化过滤体性能的要求。采用核桃壳粉作为造孔剂，由于其质地较硬，在泥料制备、 成形过程中不易变形，因而能够有效地调控过滤体气孔率和孔径分布。
(4)本发明制备工艺稳定可靠，易于控制，有利于推广和应用。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例一
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 120μιη粗颗粒堇青石40vvt%120 96μηι中颗粒堇青石32wt%96 75μηι细颗粒堇青石8wt%180 120μιη粗颗粒钛酸铝5vvt%120 96μιη中颗粒钛酸铝4wt%96 75μηι细颗粒钛酸铝i wt%苏州土5.2\\t°氧化措4.8\vi%
另夕卜，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉(100 120μπι，下同)2.2wt%、轻丙基甲基纤维素6wt%、甘油4wt%、水23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法如下
(I)将苏州土、氧化铝、造孔剂加入混料机中、并外加羟丙基甲基纤维素一起混合 30min ;之后再加入堇青石、钛酸招混合30min得到混合物料；
(2)在混合物料中添加甘油和水混合30min而得到泥料；
(3)将泥料经过陈腐、真空练泥制备成泥段，在成型机上通过挤压成形，获得壁流式蜂窝陶瓷过滤体坯体；
(4)将坯体经过微波干燥定型(6kW、8min)、烘箱(60 80°C )干燥24h，然后在 1310°C温度下烧成(其中RT 1250°C的温度段为弱还原气氛，1250°C 1310°C的温度段为中性气氛)，保温60min,即得到壁流式蜂窝陶瓷过滤体(规格150mmX 150mmX 300mm、1600 孔，下同)。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率44.2%、抗压强度23. 5MPa、平均孔径13. 2 μ m、热膨胀系数I. 65X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不
实施例二
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 12 O μιη粗颗粒堇靑石32wt%120 96μτη中颗粒堇青石40wt%
96 75μ 细颗粒堇青石8wt%180 120μ 粗颗粒钛酸铝4wt%120 96μηι中颗粒钛酸铝5wt%96 75μιη细颗粒钦酸铝Iwt% 苏州土5.2wt%氧化铝4.8wt%
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 2wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率45.2%、抗压强度26.5MPa、平均孔径15. O μ m、热膨胀系数I. 63X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不m ο
实施例三
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 120|xm粗颗粒堇青石8wt%120 96μιη中颗粒堇青石32wt%96 75μιη细颗粒堇青石40wt%180 120μιη粗颗粒钛酸铝h\t%120 96μιη中颗粒钛酸铝4wt%96 75μιη细颗粒钦酸铝5wt%苏州十5.2wt%氧化铝4.8vvt%
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 2wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法如下
(I)将苏州土、氧化铝、造孔剂加入混料机中、并外加羟丙基甲基纤维素一起混合 60min ;之后再加入堇青石、钛酸招混合40min得到混合物料；
(2)在混合物料中添加甘油和水混合60min而得到泥料；
(3)将泥料经过陈腐、真空练泥制备成泥段，在成型机上通过挤压成形，获得壁流式蜂窝陶瓷过滤体坯体；6
(4)将坯体经过微波干燥定型(6kW、8min)、烘箱(60 80°C )干燥24h，然后在 1340°C温度下烧成(其中RT 1250°C的温度段为弱还原气氛，1250°C 1340°C的温度段为中性气氛)，保温30min，即得到壁流式蜂窝陶瓷过滤体。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率43.2%、抗压强度 28. 6MPa、平均孔径11. 2 μ m、热膨胀系数I. 7 X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不裂。
实施例四
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其组成同实施例一。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法与实施例一不同之处在于本实施例步骤(4)中的烧成温度为1330°C，保温40min。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率42.2%、抗压强度27.5MPa、平均孔径7. 5μπκ热膨胀系数I. 71 X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不裂。
实施例五
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 120μηι粗颗粒堇青石30\vt%120 96μηι中颗粒堇青石25wt%96 75μπι细颗粒堇青石5wt%180 120μπι粗颗粒钛酸铝i 5wt0/o120 96μηι中颗粒钛酸铝12wt%96 75μ 细颗粒钛酸铝3vvt%苏州土5.2wt%氧化铝4.8wt%
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 2wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 3wt%、水 20wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率44. 8%、抗压强度22. 8MPa、平均孔径12. O μ m、热膨胀系数I. 35X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不m ο
实施例六
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 120μηι粗颗粒堇青石30vvt%120 96μηι中颗粒堇青石25wt%96 75μ η细颗粒堇青石5wt%180 120μιη粗颗粒钛酸铝12.5wt%120 96μιη中颗粒钛酸铝10wt%96 75μιη细颗粒钛酸铝2.5wt%苏州土7.8wt%氧化铝7.2wt%
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉lwt%、羟丙基甲基纤维素 3wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法如下
(I)将苏州土、氧化铝、造孔剂加入混料机中、并外加羟丙基甲基纤维素一起混合 40min ;之后再加入堇青石 、钛酸招混合60min得到混合物料；
(2)在混合物料中添加甘油和水混合50min而得到泥料；
(3)将泥料经过陈腐、真空练泥制备成泥段，在成型机上通过挤压成形，获得壁流式蜂窝陶瓷过滤体坯体；
(4)将坯体经过微波干燥定型(6kW、8min)、烘箱(60 80°C )干燥24h，然后在 1300°C温度下烧成(其中RT 1250°C的温度段为弱还原气氛，1250°C 1300°C的温度段为中性气氛)，保温50min，即得到壁流式蜂窝陶瓷过滤体。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率40.8%、抗压强度 31. 8MPa、平均孔径6. 5 μ m、热膨胀系数I. 80 X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不裂。
实施例七
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成为
180 120μπι粗颗粒堇青石32.5wt%120 96μηι中颗粒堇青石26wt%96 75μιη细颗粒堇青石6.5wt%180 120μιη粗颗粒钛酸铝15wt%120 96μηι中颗粒钛酸铝12wt%96 75μιη细颗粒钦酸铝3wt%苏州土2.6wt%氧化 IB2.4wt%
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 2wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率45.0%、抗压强度22. 8MPa、平均孔径12. 5 μ m、热膨胀系数I. 23X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不m ο
实施例八
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成同实施例七。
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉3wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率46.0%、抗压强度20.3MPa、平均孔径14. 5 μ m、热膨胀系数I. 22X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不 m ο
实施例九
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成同实施例七。
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 4wt%、羟丙基甲基纤维素 8wt%、甘油 4wt%、水 23wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率45.6%、抗压强度21.5MPa、平均孔径13. 5 μ m、热膨胀系数I. 22X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不m ο
实施例十
I、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其基础原料的组成同实施例七。
另外，以上述基础原料为基础，加入造孔剂核桃壳粉2. 2wt%、羟丙基甲基纤维素 6wt%、甘油 6wt%、水 25wt%。
2、本实施例高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法同实施例一。
3、本实施例壁流式蜂窝陶瓷过滤体的性能指标如下气孔率44.6%、抗压强度22.3MPa、平均孔径12. 6 μ m、热膨胀系数I. 23X 1(T6/°C、热稳定性20 850°C风冷一次不m ο
本发明高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体及其制备方法，各组分的用量及工艺参数不局限于上述列举的实施例。
权利要求
1.一种高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其特征在于包括基础原料和造孔剂；所述基础原料其组成为堇青石55 85wt%、钛酸铝10 30wt%、苏州土 2 8wt%、氧化铝2. 4 7. 5wt% ;所述造孔剂其用量为基础原料的I 3wt%。
2.根据权利要求I所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其特征在于所述堇青石和钛酸铝均由粒径为180 120 μ m的粗颗粒、120 96 μ m的中颗粒、96 75 μ m的细颗粒组成；所述堇青石其各粒径的用量分别为基础原料的5 45wt% ;所述钛酸铝其各粒径的用量分别为基础原料的I 15wt%。
3.根据权利要求2所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其特征在于所述堇青石其粗颗粒、中颗粒、细颗粒的用量分别为基础原料的8 40wt%、25 40wt%、5 40wt%o所述钛酸铝其粗颗粒、中颗粒、细颗粒的用量分别为基础原料的I 15wt%、4 12wt%> I 5wt%0
4.根据权利要求I所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其特征在于所述造孔剂的粒径为100 120 μ m。
5.根据权利要求I或4所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，其特征在于所述造孔剂为核桃壳粉。
6.权利要求1-5之一所述高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将所述苏州土、氧化铝、造孔剂加入混料机中、并外加羟丙基甲基纤维素一起混合30 60min ;之后再加入堇青石、钛酸招混合30 60min得到混合物料； (2)在所述混合物料中添加溶剂混合30 60min而得到泥料； (3)将所述泥料经过陈腐、真空练泥制备成泥段，在成型机上通过挤压成形，获得壁流式蜂窝陶瓷过滤体坯体； (4)所述坯体干燥后，在1300 1340°C温度下烧成，保温30 60min，即得壁流式蜂窝陶瓷过滤体。
7.根据权利要求6所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中羟丙基甲基纤维素的用量为基础原料的3 8wt%。
8.根据权利要求6所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中溶剂为甘油和水，其用量分别为基础原料的3 6被％和20 25wt%。
9.根据权利要求6所述的高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体的制备方法，其特征在于所述步骤(4)烧成过程中，RT 1250°C的温度段为弱还原气氛，1250°C 最高烧成温度的温度段为中性气氛。
全文摘要
本发明公开了一种高温废气净化用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，包括基础原料和造孔剂；所述基础原料其组成为堇青石55～85wt%、钛酸铝10～30wt%、苏州土2～8wt%、氧化铝2.4～7.5wt%；所述造孔剂其用量为基础原料的1～3wt%。此外还公开了上述陶瓷过滤体的制备方法。本发明陶瓷过滤体具有抗热震、强度高、气孔率高等特点，性能优异，能够很好地满足高温含尘废气净化处理的技术要求；而且制备工艺稳定可靠，易于控制，从而有利于推广和应用。
文档编号C04B38/02GK102924068SQ201210460350
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者周健儿, 李家科, 汪永清, 王德林, 罗民华, 张军贵, 李俊 申请人:景德镇陶瓷学院