CN100439282C - 多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺 - Google Patents

多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺，包括制备蜂窝陶瓷和在蜂窝陶瓷上制备纳米光催化-脱硫膜，其特征在于：(1)将粒径为50～100μm的工业氧化铝粉、粒径不大于100μm的高岭土和粒径不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陈腐后挤压成形蜂窝陶瓷坯体，干燥后在1390℃的高温炉中保温4小时制得蜂窝陶瓷；(2)采用溶胶-凝胶法分别制备TiO2溶胶和ZnFe2O4溶胶，然后将二者按100∶(1～3)比例混合成稳定的混合溶胶，采用浸渍-提拉法将该混合溶胶涂敷于蜂窝陶瓷上，干燥后再在500℃煅烧1小时完成一次涂膜，这样浸渍-提拉-干燥-煅烧反复3～6次，制得蜂窝陶瓷过滤元件，具有良好的消除有害气体和脱硫效果。

Description

多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺
技术领域
本发明提供一种既具有过滤功能又具有对有机物和有害气体的的降解功能的蜂窝陶瓷净化器的制备工艺，属于功能陶瓷制备工艺技术领域。
背景技术
蜂窝陶瓷是一种气孔功能陶瓷，其中含有大量气孔，因而具有巨大的气孔率、气孔表面积及可调节的气孔形状等特点。因而利用蜂窝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。蜂窝陶瓷是由骨料和粘合剂等组分，采用传统的成型工艺，经高温烧制而成的。用于过滤汽车尾气、净化烟气和净化水的蜂窝陶瓷过滤器，除了要求具有较高的强度、抗高温热震性好、热膨胀系数小等特点，还需要能够消除气体中的有害气体如H2S、NOx、SO2等和有机物具有降解作用。因而对其材质组成、气孔结构等均有更高的要求。
蜂窝陶瓷的制备方法主要是采用挤压成型法。技术的关键是模板的选择设计、原料配方及烧结工艺。高孔密度(400～600孔/in2)、薄壁(0.15-0.1mm)的堇青石蜂窝陶瓷是采用独特工艺与配方和精细模具制备的高技术陶瓷产品。分直孔蜂窝陶瓷过滤板和泡沫陶瓷过滤器产品，直孔蜂窝陶瓷过滤板广泛应用于冶金、铸造行业金属熔融物过滤，采用莫来石质(堇青石质)的陶瓷材料，高质高密度直孔网眼，使产品具有很高的耐热冲击和耐高烧铸温度的特性，直孔式设计保证了流量和强度间的平衡，有效地去除杂质和渣粒等，使铸件机械性能、表面质量及产品合格率大大提高。泡沫陶瓷过滤器产品是一种特殊工艺制作的，具有泡沫状多孔结构的陶瓷制品，其具有化学性能稳定、强度高、耐高温、抗热震性好、比表面积大等诸多优点，被广泛用于冶金、铸造、环保等领域。
我国汽车持有量有2000多万辆，采用尾气净化器是治理汽车尾气的有效手段。而净化器的关键部件是堇青石蜂窝陶瓷。每支净化器需用蜂窝陶瓷2立升计，若每年治理1000万辆汽车，需堇青石蜂窝陶瓷2000万立升，市场前景良好。该产品还可应用于其他有机废气净化以及金属液过滤，提高铸件质量。
传统的蜂窝陶瓷过滤器过滤汽车尾气或烟气过程中也存在堵塞和不能消除有害气体或物质等问题。制备多功能蜂窝陶瓷过滤器，国内还是一个空白。国外大多采用将脱硫剂和催化剂等掺在骨料中进行成型、高温(＞1300℃)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，TiO2催化剂在大于700℃下会由具活性的锐钛矿相变成几乎无活性的金红石相。
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、成本低且操作简单的具有脱硫、消除其它有害气体作用的多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺。其技术方案为：
包括蜂窝陶瓷的制备和在蜂窝陶瓷上制备纳米光催化-脱硫膜，其特征在于：(1)将粒径为50～100μm的工业氧化铝粉、粒径不大于100μm的高岭土和粒径不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陈腐后挤压成形蜂窝陶瓷坯体，干燥后在1390℃的高温炉中保温4小时制得蜂窝陶瓷；(2)采用溶胶-凝胶法分别制备TiO2溶胶和ZnFe2O4溶胶，然后将二者按100∶(1～3)比例混合成稳定的混合溶胶，采用浸渍-提拉法将该混合溶胶涂敷于蜂窝陶瓷上，干燥后再在500℃煅烧1小时完成一次涂膜，这样浸渍-提拉-干燥-煅烧反复3～6次，制得蜂窝陶瓷过滤元件。
为实现上述目的，将乙酰丙酮∶钛酸四丁酯∶无水乙醇按(0.1～1)∶1∶(4～6)的体积比混合搅拌30分钟后，再加入同体积的无水乙醇及少量冰醋酸或硝酸，调节上述混合液的pH值为2～3，再在70～80℃的恒温水浴中搅拌使其粘度为3～9mPa·S而形成稳定的二氧化钛溶胶；将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制成混合溶液，按金属总量∶柠檬酸量为1∶1.5的重量比例添加柠檬酸作为解胶剂，再用氨水调节pH值为4～5后，置于70～80℃的恒温水浴蒸发到粘度为3～9mPa·S，形成稳定的铁酸锌溶胶。
为实现上述目的，采用浸渍-提拉涂膜的方式，提拉的速度为5～10cm/min。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、将纳米光催化材料和脱硫剂与蜂窝陶瓷有机地结合在一起，使其既具有过滤作用又具有杀菌、消毒、降解、脱硫等作用，又能解决蜂窝陶瓷的堵塞问题，实现过滤器的多功能化，且制造成本很低；
2、将纳米TiO2/ZnFe2O4混合溶胶均匀地固着于蜂窝陶瓷外表面及孔壁上并在较低温度下烧成，这样避免了ZnFe2O4高温下的氧化失效和TiO2在高温下形成无催化活性的金红石相，而在TiO2中适当添加ZnFe2O4，既可使其具有脱硫性能又能提高其光催化活性；
3、所得蜂窝陶瓷过滤元件的性能指标如下：蜂窝陶瓷的抗压强度＞20MPa，抗热震性-急冷急热次数＞14次不开裂；过滤精度1～2μm，硫脱除率＞95％；降解率＞95％，杀菌率＞95％。
具体实施方式
步骤1、制备蜂窝陶瓷：将山东铝厂生产的W100标号的工业氧化铝粉、苏州产的粒径不大于43μm的高岭土、海城滑石矿产的粒径不大于43μm的滑石粉，三者以14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陈腐后挤压成形蜂窝陶瓷坯体，干燥后在1390℃的高温炉中保温4小时即得蜂窝陶瓷。
步骤2、TiO2/ZnFe2O4混合溶胶的制备：将乙酰丙酮∶钛酸四丁酯∶无水乙醇以0.5∶1∶4的体积比混合搅拌30分钟，再加入同体积的无水乙醇水及少量硝酸、调整上述混合溶液的pH值为2，再在72℃的恒温水浴中搅拌使其粘度为7mPa·S而形成稳定的二氧化钛溶胶；将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制成混合溶液，再按金属总量∶柠檬酸量为1∶1.5的重量比例添加柠檬酸作为解胶剂，用氨水调节pH值为4后置于80℃的恒温水浴蒸发到粘度为7mPa·S，形成稳定的铁酸锌溶胶；将制得的铁酸锌溶胶和二氧化钛溶胶以1.5∶100的重量比混合搅拌形成稳定的TiO2/ZnFe2O4混合溶胶。
步骤3、多功能蜂窝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6cm/min，将混合溶胶涂敷于蜂窝陶瓷上，干燥后在500℃下煅烧1小时，这样浸渍-提拉-干燥-煅烧反复进行3次，即得到目标多功能蜂窝陶瓷过滤元件。

Claims (3)

1、一种多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺，包括蜂窝陶瓷的制备和在蜂窝陶瓷上制备纳米光催化-脱硫膜的制备工艺，其特征在于：(1)将粒径为50～100μm的工业氧化铝粉、粒径不大于100μm的高岭土和粒径不大于43μm的滑石粉，三者按14∶43∶43的重量比依次混合、榨泥，待泥料陈腐后挤压成形蜂窝陶瓷坯体，干燥后在1390℃的高温炉中保温4小时制得蜂窝陶瓷；(2)采用溶胶-凝胶法分别制备TiO2溶胶和ZnFe2O4溶胶，然后将二者按100∶(1～3)比例混合成稳定的混合溶胶，采用浸渍-提拉法将该混合溶胶涂敷于蜂窝陶瓷上，干燥后再在500℃煅烧1小时完成一次涂膜，这样浸渍-提拉-干燥-煅烧反复3～6次，制得蜂窝陶瓷过滤元件。
2、如权利要求1所述的多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于：将乙酰丙酮∶钛酸四丁酯∶无水乙醇按(0.1～1)∶1∶(4～6)的体积比混合搅拌30分钟后，再加入同体积的无水乙醇及少量冰醋酸或硝酸，调节上述混合液的pH值为2～3，再在70～80℃的恒温水浴中搅拌使其粘度为3～9mPa·S而形成稳定的二氧化钛溶胶；将9水硝酸铁与6水硝酸锌按2∶1的摩尔比例配制成混合溶液，按金属总量∶柠檬酸量为1∶1.5的重量比例添加柠檬酸作为解胶剂，再用氨水调节pH值为4～5后，置于70～80℃的恒温水浴蒸发到粘度为3～9mPa·S，形成稳定的铁酸锌溶胶。
3、如权利要求1所述的多功能蜂窝陶瓷过滤元件的制备工艺，其特征在于：采用浸渍一提拉涂膜的方式，提拉的速度为5～10cm/min。
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