一种碳化硅基气固分离材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅基气固分离材料及其制备方法，所述碳化硅基气固分离材料各原料组分及其质量份配比如下：碳化硅粉体65～85份，二氧化硅粉体8～13份，造孔剂0.5～2份，分散剂1～4份，粘结剂5～10份。其制备方法为：将碳化硅粉体、二氧化硅粉体、造孔剂、分散剂、粘结剂混合后球磨得到浆料，再将浆料通过模具浇筑，然后置于鼓风干燥箱中烘干，待样品烘干后放入马弗炉中预烧以去除造孔剂，最后将预烧好的样品置于管式炉中，以CO2为保护气体进行烧结，随炉冷却至室温得到。本发明专利技术提供的碳化硅气固分离材料具有优越的高温强度、耐腐蚀性、化学稳定性等性能，满足高温烟气甚至高温腐蚀性烟气的气固分离需求。性烟气的气固分离需求。性烟气的气固分离需求。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅基气固分离材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于采用刚性空心滤体的粒子分离器
，涉及一种碳化硅基气固分离材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]自21世纪以来，我国经济与社会进入了一个高速发展的阶段，但随之而来的是越来越多的环境污染。以空气污染为例，随着我国人均汽车拥有率的提高，汽车尾气中的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物等有害物质已严重危害着我国空气质量。为控制汽车尾气排放，改善空气质量，相关领域的技术人员采用在车尾气排放系统当中设置一种多孔材料净化装置，通过利用该种装置的催化净化作用，有效降低了汽车运行过程中产生的废气量，还能降解混合气体，使有害气体转化为无害气体。
[0003]工业废气作为空气污染的一大主要来源，其含有的细颗粒粉尘与二氧化硫等有害物质不仅造成PM2.5指数超标，还通过形成酸雨对人们的生产生活与自然环境产生恶劣影响。目前，国内工业废气主要通过除尘、脱硫与脱硝工艺实现对废气的净化，然而现在主流的旋风除尘、静电除尘、颗粒床除尘技术等，普遍都存在除尘效率低、使用复杂、设备使用寿命短等缺点。新型的除尘工艺多孔材料除尘技术由于其可控的除尘精度与高效的除尘效率受到了重视。
[0004]但采用多孔材料对汽车尾气与工业废气进行处理对多孔材料本身提出了严格的要求，因为净化过程需要在高温环境下进行，因此材料本身必须具备良好的高温强度与抗热震性能。而且由于现在的工业废气与汽车尾气中含有许多氧化物与硫化物，以金属材料制备而成的除尘多孔材料在化学稳定性与使用寿命上存在明显的问题，因此学者们开始使用耐腐蚀的无机材料制备出的多孔陶瓷代替传统金属材料用于高温除尘，但现有的多孔陶瓷除尘材料在强度、热稳定性与化学稳定性上仍有着明显的不足，因此制备高性能的除尘用多孔陶瓷材料具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种碳化硅基气固分离材料及其制备方法，该碳化硅基气固分离材料具有优越的高温强度、耐腐蚀性、化学稳定性等性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]提供一种碳化硅基气固分离材料，所述碳化硅基气固分离材料各原料组分及其质量份配比如下：碳化硅粉体65～85份，二氧化硅粉体8～13份，造孔剂0.5～2份，分散剂1～4份，粘结剂5～10份。
[0008]按上述方案，所述碳化硅基气固分离材料显气孔率为40～50％，平均孔径10～16μm，抗折强度为33～40MPa，参照《GB/T 1970
‑
1996多孔陶瓷耐酸、碱腐蚀性能试验方法》测试其耐酸与耐碱强度损失率均能维持在0.3％以下，室温～1200℃热循环50次强度损失率仅
为13～16％(成品置于硅铝棒炉中由室温经4h升至1200℃，保温10min，随后取出置于20℃水中水淬后，即为一次热循环)。
[0009]按上述方案，所述碳化硅粉体粒度为10～15μm，纯度为95wt％以上。
[0010]按上述方案，所述二氧化硅粉体粒度为2～5μm，纯度为96wt％以上。
[0011]按上述方案，所述造孔剂为石墨，粒度为14～17μm，纯度为98wt％以上。
[0012]按上述方案，所述分散剂由氢氟酸溶液与四甲基氢氧化铵溶液、聚乙烯亚胺、甲基纤维素中的一种或几种复配制得，其中氢氟酸溶液质量浓度为15～20％，四甲基氢氧化铵溶液质量浓度为20～25％，聚乙烯亚胺数均分子量为700～1200万，甲基纤维素纯度大于99wt％。采用氢氟酸溶液作为分散剂，不仅可以使烧成体系中的粉体具有良好的分散性，有利于高温烧结进行，而且氢氟酸的强酸性可以洗去碳化硅粉体表面的杂质离子或无定型氧化硅，进而提高碳化硅粉体在浆料中的表面zeta电位，增大碳化硅颗粒之间的静电斥力，从而改善悬浮液的流变特性，提高浆料的固相含量，使得制备出来的成品中碳化硅纯度提高(由于碳化硅是以牢固的共价键为主的化合物，且共价键性极强，所以碳化硅有着很高的硬度，显微硬度达30Gpa，在高温状态下仍保持高的键合强度，不易发生塑性变形和蠕变，因此生成的高纯度碳化硅有利于增强成品的高温稳定性与机械强度)，此外，氢氟酸与粘结剂中所含有的氧化铝在高温环境下可发生反应生成氟化铝，氟化铝可与碳化硅表面的氧化硅反应生成氟黄玉，氟黄玉在高温下可分解形成莫来石相，从而增强碳化硅多孔陶瓷的机械性能与化学稳定性。而四甲基氢氧化铵可改善粉体的表面电荷，通过提高其zeta电位的绝对值来增大颗粒间的静电排斥力，并在颗粒表面形成比较稳定的吸附层，以吸附层的空间位阻作用实现增强颗粒间斥力的目的，从而使得碳化硅粉体达到稳定分散；聚乙烯亚胺与甲基纤维素是性能良好的表面活性剂，加入后可与碳化硅粉体颗粒表面的原子形成氢键、配位键或利用范德华力，正负电荷作用吸附在碳化硅粉体表面，进而改善碳化硅颗粒粉体的亲水性与流动性。
[0013]按上述方案，所述粘结剂为钾长石粉末，钾长石粉末中K2O含量大于7.5％(这里含量均指质量百分含量)，Fe2O3含量小于1.03％，K2O+Na2O含量大于14％，Al2O3含量19～22％，SiO2含量为68～70％，钾长石密度为2.54～2.57g/cm3。本专利技术采用钾长石作为粘结剂，钾长石在烧成前可起到瘠性原料的作用，其中SiO2可减少干燥收缩，缩短干燥时间，改善干燥性能；烧成时，K2O与Na2O可作为助熔剂，降低烧成温度，加速SiO2与Al2O3形成莫来石，莫来石与碳化硅相容性好，可与碳化硅颗粒形成稳定粘结，同时，钾长石熔融产生的玻璃体可以填充莫来石晶粒空隙，提高碳化硅的强度，并且由于碳化硅不易液化或气化，烧结阶段收缩小，材料本身耐腐蚀性能好，使得制备出的产品强度与化学稳定性得到明显提升。
[0014]本专利技术还提供上述碳化硅基气固分离材料的制备方法，具体步骤如下：
[0015]1)按比例称取原料，备用；
[0016]2)将碳化硅粉体、二氧化硅粉体、造孔剂、分散剂、粘结剂混合后球磨得到浆料，再将浆料通过模具浇筑，然后置于鼓风干燥箱中烘干，待样品烘干后放入马弗炉中预烧以去除造孔剂，最后将预烧好的样品置于管式炉中，以CO2为保护气体进行烧结，随炉冷却至室温得到碳化硅基气固分离材料。
[0017]按上述方案，步骤2)所述球磨工艺条件为：以300～400r/min的转速球磨1～2h。
[0018]按上述方案，步骤2)置于鼓风干燥箱中烘干的工艺条件为：100～120℃下烘2～
3h。
[0019]按上述方案，步骤2)所述预烧工艺条件为：室温下以4～6℃/min的升温速率升温至680～700℃下保温1～2h。
[0020]按上述方案，步骤2)所述烧结工艺条件为：室温下以10～15℃/min的升温速率升温至1300～1450℃下保温2～3h。
[0021]本专利技术还包括上述碳化硅基气固分离材料在气固分离领域的应用。如高温除尘等。
[0022]碳化硅化学性质比较稳定，耐腐蚀性能优异，本专利技术基于碳化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅基气固分离材料，其特征在于，所述碳化硅基气固分离材料各原料组分及其质量份配比如下：碳化硅粉体65～85份，二氧化硅粉体8～13份，造孔剂0.5～2份，分散剂1～4份，粘结剂5～10份。2.根据权利要求1所述的碳化硅基气固分离材料，其特征在于，所述碳化硅基气固分离材料显气孔率为40～50％，平均孔径10～16μm，抗折强度为33～40MPa，参照《GB/T 1970
‑
1996多孔陶瓷耐酸、碱腐蚀性能试验方法》测试其耐酸与耐碱强度损失率均能维持在0.3％以下，室温～1200℃热循环50次强度损失率为13～16％。3.根据权利要求1所述的碳化硅基气固分离材料，其特征在于，所述碳化硅粉体粒度为10～15μm，纯度为95wt％以上；所述二氧化硅粉体粒度为2～5μm，纯度为96wt％以上。4.根据权利要求1所述的碳化硅基气固分离材料，其特征在于，所述造孔剂为石墨，粒度为14～17μm，纯度为98wt％以上。5.根据权利要求1所述的碳化硅基气固分离材料，其特征在于，所述分散剂由氢氟酸溶液与四甲基氢氧化铵溶液、聚乙烯亚胺、甲基纤维素中的一种或几种复配制得，其中氢氟酸溶液质量浓度为15～20％，四甲基氢氧化铵溶液质量浓度为20～25％，聚乙烯亚胺数均分子量为700～1200万，甲基纤维素纯度大于99wt％。6.根据权利要求1所述的碳化硅基...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈凡，刘非易，徐慢，韦国苏，余泳幸，聂昊龙，肖龙泉，张子艺，刘耀东，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：