专利名称：具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明提供一种具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，属于多孔陶瓷制备工艺技术领域。
背景技术：
多孔陶瓷是一种气孔功能陶瓷，其中含有大量开口贯通气孔，因而具有巨大的气孔率、气孔表面积及可调节的气孔形状、气孔三维空间的分布、连通等特点。因而利用多孔陶瓷除去颗粒杂质及有害有毒物质的方法应用范围愈来愈广泛。多孔陶瓷是由骨料、粘合剂和成孔剂等组分，根据颗粒堆积原理，采用传统的成型工艺，经高温烧制而成的。布用于过滤热煤气的陶瓷过滤器，除了要求具有高强度、抗高温热震性好、热膨胀系数小等特点，还需要具有对煤气的脱硫作用。因而对其材质组成、气孔结构等均有更高的要求。
多孔陶瓷的传统制备方法有添加成孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法及Sol-gel法等，近年来出现了一些新的制备方法，如阳极氧化法、化学气相沉积法(CVD)和电化学气相沉积法(EVD)、悬浮液浸渍法及溶胶-凝胶浸渍法等。90年代后期出现了凝胶注模成型法。而利用多孔陶瓷膜进行固-液和固-气分离，早在70年代就开始研究了，当时仅进行提纯和过滤细菌，后来随着研究的不断深入，逐步扩展应用于过滤、隔热、吸音及催化领域。我国在该领域起步较晚，对于多孔陶瓷的制备工艺及应用可以说仅处于试制或试用阶段，只有由陶瓷过芯组成的生活饮用水净化器投入批量生产，还没有用于IGCC电厂的热煤气的净化。制备具有脱硫作用的陶瓷过滤元件，国内还是一个空白。国外大多采用将脱硫剂掺在骨料中进行成型、烧结。这样不但会降低陶瓷的强度，还会因高温烧结造成脱硫剂的氧化而部分失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、陶瓷强度高、产品工作性能优良的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的成本低且操作简单的制备工艺。其技术内容为包括多孔陶瓷浆料的制备、陶瓷元件的成型、烧制，其特征在于(1)先将骨料70-75wt％、助烧结剂10～20wt％和粘结剂10～15wt％与水混合球磨制得混合浆料，然后外加-100目的复合成孔剂15～30wt％和0.1～0.3wt％的阿拉伯树胶混合均匀，调整PH值为9～10，获得多孔陶瓷浆料，经真空处理后注浆成型，然后脱模烧成陶瓷元件；(2)采用溶胶-凝胶法制备适合于热煤气脱硫的铁酸锌溶胶，再将过滤元件进行脱硫剂的涂膜，涂膜后在500℃下烧结而成，得到陶瓷过滤元件。
为实现上述目的，所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，骨料采用100μm～50μm粒度的氧化铝刚玉粉；助烧结剂中各组分及重量配比为膨润土∶长石等于1∶9～19；粘结剂中各组分为介休土、高岭土和滑石，其成分严格按堇青石的分子式MgO·Al2O3·3.3SiO2计量；复合成孔剂各组成及重量比为活性炭∶玉米淀粉＝10～20∶5～10，PH值调整剂采用Na2SiO3。
为实现上述目的，所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，陶瓷元件的坯体成型采用注浆成型或等静压成型，然后在1350℃下烧结而成。
为实现上述目的，所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制溶液，将两种溶液混合后按金属总量∶柠檬酸量＝1∶1.5的比例添加柠檬酸作为解胶剂，用氨水调节pH＝4～5后置于80℃的恒温水浴蒸发到粘度为3～9mPaS，形成稳定的铁酸锌溶胶。
为实现上述目的，所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，采用浸渍-提拉涂膜的方式，提拉的速度为5～10cm/min，将铁酸锌溶胶脱硫剂涂敷于陶瓷元件上，凉干后再浸渍-提拉，反复2～3次，最后将涂膜后的过滤元件在500℃下煅烧2小时。
本发明与现有技术相比，以适宜粒度的氧化铝刚玉粉为骨料、助烧结剂和粘结剂与水混合球磨制得混合浆料，然后外加-100目的复合成孔剂和阿拉伯树胶混合均匀，调整PH值为9～10，获得多孔陶瓷浆料，经真空处理后注浆成型，然后脱模烧成陶瓷元件，这种工艺与热压铸和等静压成型比较，成本低，操作简单，特别适合制备形状复杂的元件；再采用溶胶凝胶法制备出脱硫剂溶胶，将该溶胶采用浸渍-提拉法涂敷于过滤元件上，最后在低温下进行烧结就可使脱硫剂牢固地附着于多孔陶瓷上。这样制备的脱硫剂是纳米级的粒度，既能均匀地附着于器壁上和所有的孔道上，又不会堵塞气孔。因为气孔孔径是微米级，而脱硫剂涂层是纳米级，气孔率稍有降低，不影响对气孔率的要求，且在低温(500℃)下烧结不会使脱硫剂氧化而失效，该过滤元件既具有过滤煤气中的微粒作用又具有脱除其中的H2S的作用，可以用于IGCC电厂中热煤气过滤系统，抗热震性好，使用寿命长，脱硫效果好，脱硫剂易于还原，工作性能优良。
所得过滤元件的性能指标如下气孔率＞40％，气孔孔径主要分布在10～20μm，过滤精度为1μm左右；硫的脱除率＞95％，硫容量＞30g硫/g脱硫剂；元件的抗压强度＞15MPa，抗热震性-急冷急热次数＞14次。
具体实施例方式
1、陶瓷元件的制备工艺选用山东铝厂生产的W100及W80标号的刚玉粉(即分别为100μm和80μm)作为骨料，用量为75wt％；膨润土1wt％和长石14wt％作为助烧结剂，以介休土、高岭土、滑石为粘结剂，添加量为10wt％，其中各组分严格按堇青石的分子式MgO·Al2O3·3.3SiO2计量，将上述三类原料与水混合球磨10小时制得混合浆料，然后外加-100目的活性炭20wt％(以原料总重量为基准，下同)搅拌混合均匀并陈腐4小时，再外加10wt％的玉米淀粉和0.2wt％的阿拉伯树胶混合均匀，添加Na2SiO3调整PH值为≥9.5，获得多孔陶瓷浆料，经搅拌、真空处理后注浆成型，然后脱模干燥，在1350℃的温度下烧结40min得到陶瓷元件；2、脱硫剂铁酸锌的制备工艺将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制溶液，将两种溶液混合后按金属总量∶柠檬酸量＝1∶1.5的比例添加柠檬酸作为解胶剂，用氨水调节pH＝4左右后置于80℃的恒温水浴蒸发到粘度为4左右mPaS，形成稳定的铁酸锌溶胶。
3、陶瓷过滤元件的涂膜及烧制采用浸渍-提拉涂膜的方式，提拉的速度为5～10cm/min，将铁酸锌溶胶脱硫剂涂敷于陶瓷元件上，凉干后再浸渍-提拉，反复2～3次，最后将涂膜后的过滤元件在500℃下煅烧2小时，即得具有脱硫作用的陶瓷过滤元件。
权利要求
1.一种具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，包括多孔陶瓷浆料的制备、陶瓷元件的成型、烧制，其特征在于(1)先将骨料70～75wt％、助烧结剂10～20wt％和粘结剂10～15wt％与水混合球磨制得混合浆料，然后外加-100目的复合成孔剂15～30wt％和0.1～0.3wt％的阿拉伯树胶混合均匀，调整PH值为9～10，获得多孔陶瓷浆料，经真空处理后注浆成型，然后脱模烧成陶瓷元件；(2)采用溶胶-凝胶法制备适合于热煤气脱硫的铁酸锌溶胶，再将过滤元件进行脱硫剂的涂膜，涂膜后在500℃下烧结而成，得到陶瓷过滤元件。
2.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于骨料采用100μm～50μm粒度的氧化铝刚玉粉，助烧结剂中各组分及重量配比为膨润土∶长石等于1∶9～19。
3.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于粘结剂中各组分为介休土、高岭土和滑石，其成分严格按堇青石的分子式MgO·Al2O3·3.3SiO2计量。
4.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于复合成孔剂各组成及重量比为活性炭∶玉米淀粉＝10～20∶5～10，PH值调整剂采用Na2SiO3。
5.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于陶瓷元件的坯体成型采用注浆成型，然后在1350℃下烧结而成。
6.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制溶液，将两种溶液混合后按金属总量∶柠檬酸量＝1∶1.5的比例添加柠檬酸作为解胶剂，用氨水调节pH＝4～5后置于80℃的恒温水浴蒸发到粘度为3～9mPaS，形成稳定的铁酸锌溶胶。
7.如权利要求1所述的具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于采用浸渍—提拉涂膜的方式，提拉的速度为5～10cm/min，将铁酸锌溶胶脱硫剂涂敷于陶瓷元件上，凉干后再浸渍—提拉，反复2～3次，最后将涂膜后的过滤元件在500℃下煅烧2小时。
全文摘要
本发明提供一种具有脱硫作用的陶瓷过滤元件的制备工艺，包括多孔陶瓷浆料的制备、陶瓷元件的成型、烧制，其特征在于(1)先将骨料、助烧结剂和粘结剂按比例与水混合球磨制得混合浆料，然后外加－100目的复合成孔剂和阿拉伯树胶混合均匀，调整pH值为9～10，获得多孔陶瓷浆料，经真空处理后注浆成型，然后脱模烧成陶瓷元件；(2)采用溶胶－凝胶法制备适合于热煤气脱硫的铁酸锌溶胶，再将过滤元件进行脱硫剂的涂膜，涂膜后在500℃下烧结而成，得到陶瓷过滤元件。这样制备的脱硫剂是纳米级的粒度，既能均匀地附着于器壁上和所有的孔道上，又不会堵塞气孔，且在低温下烧结不会使脱硫剂氧化而失效，该过滤元件脱硫效果好，工作性能优良。
文档编号C10K1/00GK1629099SQ20031011450
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者许珂敬, 田贵山, 唐竹兴, 任京成, 孟凡涛, 魏春城 申请人:山东理工大学