CN101721857A - 多孔复合滤管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔复合滤管，包括厚度为2-10mm管子状的结构层，结构层的表面设置有厚度为50-200μm的功能层，结构层的孔径为20-150μm，结构层与功能层孔径比为2.5至5。本发明还公开了上述多孔复合滤管的制备方法，称取复层粉末与载体配置成悬浮液，采用流化技术经布气搅拌，然后采用非均相气雾化技术，使得悬浮液气雾化沉积或涂敷在多孔材料基体的外表面，在真空或氢气气氛下，温度600-1400℃烧结，保温1-3小时，制得。本发明提高过滤元件的过滤精度和渗透通量，克服陶瓷多孔材料和常规烧结金属多孔材料的缺点，具有高强度的同时还具良好的过滤性、透气性，并且抗腐蚀、抗氧化、耐高温、不易断裂。

Description

多孔复合滤管及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种应用于气体或液体的净化过滤、除尘工艺或除尘系统中的多孔复合滤管，本发明还涉及该多孔复合滤管的制备方法。

背景技术

过滤材料主要有烧结金属多孔材料和陶瓷多孔材料两大类。其中多孔陶瓷由于耐高温、耐腐蚀等优点是目前高温过滤元件的主要材料，但多孔陶瓷由于受产品本身脆性和抗热震性能差，制造水平及应用技术的限制，在高温循环载荷下安装和使用过程中经常断裂；常规烧结金属多孔材料由于易受H2S腐蚀、不耐高温、抗氧化性差等原因，其应用受到很大限制。所以，目前通常采用复合金属滤管来代替陶瓷多孔材料和常规烧结金属多孔材料。当前所研制的复合金属滤管，普遍采用的是多层不对称结构，即在结构层和功能层之间还包含有一层或多层的中间过渡层，这样复合滤管就要经过多次烧结过程，加大制备成本，影响复合滤管的发展和推广。《具有开口孔隙度的多孔薄层及其制备方法》(专利号ZL00818015.6，公开号CN1414891，公开日2003.04.30)的发明专利，公布了一种由含可烧结粉末的混合物制备具有开口孔隙度的多孔薄层的方法，该方法在混合液的制作过程中加入了一定比例的成孔剂，虽然在烧结过程中进行了脱除，但降低了多孔薄层的抗腐蚀、抗氧化能力，且该专利文本中对材料过滤精度相对应的透气性没有明确的表述。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔复合滤管，克服陶瓷多孔材料和常规烧结金属多孔材料的缺点，具有高强度的同时还具有良好的过滤性、透气性，并且抗腐蚀、抗氧化、耐高温、不易断裂。

本发明的另一目的是提供上述多孔复合滤管的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种多孔复合滤管，由管状的结构层和结构层外表面涂敷的功能层组成，结构层为多孔材料，多孔材料的孔径为20-150μm，结构层的厚度为2-10mm，功能层由按质量百分比为30％-60％的复层粉末和70％-40％的载体混合后涂敷于结构层表面而成，复层粉末和载体的质量总量为100％，功能层的厚度为50-200μ，结构层的多孔材料孔径与功能层材料孔径的比率为2.5至5。

本发明所采用的另一种技术方案是，上述多孔复合滤管的制备方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：按照粉末冶金法，选择金属或者合金为原料，制备出管状的多孔材料基体做为结构层，多孔材料的孔径20-150μm，结构层厚度为2-10mm；

步骤2：按质量百分比，称取30％-60％的复层粉末，70％-40％的载体，以上各组份总量100％，其中，复层粉末的平均粒径为3μm-10μm；然后将称取的复层粉末与载体混合，得到悬浮液；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液采用流化技术经布气搅拌，然后采用非均相气雾化技术，使得悬浮液气雾化沉积或涂敷在步骤1制得的多孔材料基体的外表面做为功能层，功能层厚度为50-200μm，制得复合滤管生坯；

步骤4：在真空或氢气气氛下，在温度600-1400℃烧结步骤3制得的复合滤管生坯，保温1-3小时，然后冷却，即制得多孔复合滤管。

本发明的多孔复合滤管，具有高的渗透通量、过滤精度和强度。它是由单种、多种粉末或合金粉末烧结而成，共分两层，包括结构层和功能层。结构层主要起支承作用，满足材料的强度要求；功能层孔径细小、主要起表面过滤作用。内外两层结构设计使过滤管在实现表面过滤的同时具有超高效、易再生、阻力低、操作维护方便等优点。本发明多孔复合滤管克服了多孔陶瓷和常规多孔金属滤管本身的缺点，具有耐高温、抗腐蚀、高效、易再生、阻力低、操作维护方便等优点。

附图说明

图1为本发明多孔复合滤管的结构示意图；

图2为本发明多孔复合滤管的断面SEM照片。

图中，1.基体微观结构，2.膜层微观结构，3.功能层，4.结构层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明的多孔复合滤管的结构如图1所示，包括管子状的结构层4以及在结构层4的外表面设置的功能层3。

结构层4为多孔材料基体，即按照粉末冶金法，选择金属或者合金为原料，制备出孔径20-150μm的多孔材料基体，厚度为2-10mm，长度和直径不限。功能层3为悬浮在有机溶液中的复层粉末，通过气雾化沉积或涂敷技术在多孔材料基体外表面形成的一层膜。功能层3的厚度为50-200μm。其中结构层4与功能层3之间孔径的比率为2.5至5。

本发明多孔复合滤管断面SEM照片如图2所示；其中，1是基体微观结构，2是膜层微观结构，可以看出基体粗颗粒与膜层细颗粒之间已完全烧结，存在一定数量烧结颈。

本发明的多孔复合滤管的制备方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：按照粉末冶金法，制备出孔径20-150μm的多孔材料基体，厚度为2-10mm，长度和直径不限；

粉末冶金法即本领域人员熟知的用金属粉末或合金粉末作为原料，经过成型和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程；

步骤2：按质量百分比，称取30％-60％的复层粉末，70％-40％的载体，以上各组份总量100％，其中，复层粉末为金属、合金或陶瓷中的一种或多种组合，复层粉末的平均粒径为3μm-10μm；载体为有机溶剂，如乙醇、四氯化碳等，将称取的复层粉末与载体混合，得到悬浮液；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液采用流化技术经布气搅拌，然后采用非均相气雾化技术，使得气雾化沉积或涂敷在步骤1制得的多孔材料基体的外表面，制成复合滤管生坯；

其中，流化技术具体指的是：在悬浮液中均匀引入自下而上的高压气体，气体的流速和压力以形成稳定的流化床为依据，与固体颗粒的大小、质量和悬浮液体的粘度等有关，一般高于常压，在1-10kgf左右，使之不断流动，犹如流体，保证悬浮液均匀连续的输送。

非均相气雾化技术指的是：悬浮液中的连续相液体和分散相固体颗粒通过流化经1-10kgf压力输送经喷嘴雾化后沉积或涂敷在基体管表面，形成膜层。

步骤4：在真空或氢气气氛下，在温度600-1400℃烧结步骤3制得的复合滤管生坯，保温1-3小时，然后冷却，即制得多孔复合滤管。

本发明的发明点在于：把复层粉末悬浮在有机溶液中，通过气雾化沉积或涂敷技术在基体外表面形成一定厚度的功能层，通过低温共烧结，使功能层与基体合二为一，提高过滤元件的过滤精度和渗透通量。在上述方法中，结构层材料为金属或者合金。其次，功能层材料的粉末粒度与结构层的孔径匹配为一个至关重要的问题，当结构层的多孔基体粉末和功能层的复层粉末粒度之间的比率在2.5至5之间，使小粒子在结构层上架桥成膜而尽可能不使小粒子进入到结构层的孔中，影响整个滤管的过滤效率。

本发明的多孔复合滤管与现有技术相比，还具有以下优点：

(1)可以一次烧结制备出两层不对称复合金属滤管，降低生产成本。

(2)在悬浮液的制作过程中不加入任何添加剂，不会影响过滤管抗腐蚀、抗氧化能力。

(3)由于采用的是表面过滤技术，降低了过滤时的阻力，因此具有超高的过滤效率且操作维护方便。

(4)采用流化技术，解决了悬浮液的均匀分布和有效输送等问题，制备出均匀分布的复层。

(5)采用非均相气雾化技术，使膜层厚度均匀可控、表面光滑，在提高过滤精度的同时，保持了原基体管渗透通量，因此提高了复合滤管的过滤效率，延长运行周期。

(6)采用低温共烧结技术，使得复合金属滤管的孔隙率＞40％，过滤精度为0.1-3μm，相对透气系数＞100m3/h.m2.kPa，与基体结合强度＞30Mpa。

实施例1：

制备孔径20μm厚度为10mm的不锈钢滤管，将重量份数为60份、平均粒径为3μm的铁铝粉与重量份数为40份的乙醇混合，装入布气搅拌桶中，配制成悬浮液。将悬浮液通过气雾化设备在雾化压力下，逐层沉积到不锈钢滤管外表面，厚度为200μm。然后在氢气气氛下，烧结温度600℃，保温1小时，即制得。

经检测，复合滤管功能层厚度200μm，该复合滤管孔隙率40％，过滤精度0.1μm，相对透气系数100m3/h.m2.kPa。可广泛应用于管道高温煤气净化、燃煤锅炉、核废气处理、电石气炉、垃圾焚烧炉、化工行业高温催化气体净化与催化剂回收、高压热气体净化等领域。

实施例2：

制备孔径150μm厚度为2mm的不锈钢滤管，将重量份数为50份、平均粒径为5μm的不锈钢粉与重量份数为50份的乙醇混合，装入布气搅拌桶中，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤管外表面，厚度为100μm。在氢气气氛下，复合滤管烧结温度1400℃，保温3小时，即制得。

经检测，复合滤管功能层厚度100μm，该复合滤管孔隙率42％，过滤精度1μm，相对透气系数120m3/h.m2.kPa。可用于液体、气体的微滤。

实施例3：

制备出孔径100μm厚度为5mm的钛滤管，将重量份数为30份、平均粒径为10μm的陶瓷粉末与重量份数为70份的载体四氯化碳混合，装入布气搅拌桶中，配制成悬浮液。将悬浮液通过气雾化设备在雾化压力下，逐层沉积到钛滤管外表面，厚度为50μm。在真空下，复合滤管烧结温度1000℃，保温2小时，即制得。

经检测，复合滤管功能层厚度50μm，该复合滤管孔隙率43％，过滤精度3μm，相对透气系数180m3/h.m2.kPa。可用于液体、气体的粗滤，如除去水中的固体悬浮物，气体中的尘埃等。

通过实施例1至实施例3制得本发明的多孔复合滤管与现有技术滤管的性能对照如表1所示，

表1本发明滤管和现有技术滤管性能对照表

可以看出本发明的复合滤管的过滤精度更高，并且在相同的过滤精度下，本发明的多孔复合滤管透气性能更好。

Claims (5)

1.一种多孔复合滤管，其特征在于，由管状的结构层(4)和结构层(4)外表面涂敷的功能层(3)组成，所述结构层(4)为多孔材料，多孔材料的孔径为20-150μm，结构层(4)的厚度为2-10mm，所述功能层(3)由按质量百分比为30％-60％的复层粉末和70％-40％的载体混合后涂敷于结构层(4)表面而成，复层粉末和载体的质量总量为100％，功能层(3)的厚度为50-200μ，所述结构层(4)的多孔材料孔径与功能层(3)材料孔径的比率为2.5至5。

2.按照权利要求1所述的多孔复合滤管，其特征在于，所述复层粉末为金属、合金或陶瓷中的一种或多种组合，所述载体为有机溶剂，选用乙醇或四氯化碳。

3.一种如权利要求1所述的多孔复合滤管的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤进行：

步骤1：按照粉末冶金法，选择金属或者合金为原料，制备出管状的多孔材料基体做为结构层，多孔材料的孔径20-150μm，结构层厚度为2-10mm；

步骤2：按质量百分比，称取30％-60％的复层粉末，70％-40％的载体，以上各组份总量100％，其中，复层粉末的平均粒径为3μm-10μm；然后将称取的复层粉末与载体混合，得到悬浮液；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液采用流化技术经布气搅拌，然后采用非均相气雾化技术，使得悬浮液气雾化沉积或涂敷在步骤1制得的多孔材料基体的外表面做为功能层，功能层厚度为50-200μm，制得复合滤管生坯；

步骤4：在真空或氢气气氛下，在温度600-1400℃烧结步骤3制得的复合滤管生坯，保温1-3小时，然后冷却，即制得多孔复合滤管。

4.根据权利要求3所述的多孔复合滤管的制备方法，其特征在于，所述复层粉末为金属、合金或陶瓷中的一种或多种组合。

5.根据权利要求3所述的多孔复合滤管的制备方法，其特征在于，所述载体为有机溶剂，选用乙醇或四氯化碳。

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