CN107365169A - 一种高效烟气过滤复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高效烟气过滤复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高效烟气过滤复合材料的制备方法，其特征在于，将聚碳硅烷（PCS）研磨成细粉，再将PCS、二甲苯助溶剂、二乙烯基苯（DVB）按照1：（3~5）：（0.3~0.5）的质量比，在80~100℃的恒温水浴中搅拌混合均匀，柔性碳泡沫真空浸渍配制好的先驱体浆液，然后150~200℃的电热鼓风干燥箱中交联8~12h，将浸渍交联后的材料放入高温真空炉中，氩气气氛1000~1200℃高温裂解，重复浸渍交联、裂解3~5次后，1000~1200℃化学气相沉积碳化硅5~10h，冷却至室温后，取出即可得到高效烟气过滤复合材料。本发明具有的优点：1、复合材料力学性能得到极大提升；2、复合材料具有极高的开孔隙率，孔径小且多，渗流性能优异，压降低；3、碳泡沫成本低，易得到，制备工艺简单，便于产业化生产。

Description

一种高效烟气过滤复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别涉及一种高效烟气过滤复合材料的制备方法。
背景技术
我国目前大部分地区雾霾污染十分严重，人民生活深受雾霾危害，目前对于雾霾的治理难以彻底，除霾方式有限，且效果甚微，治标不治本的方式难以将我国现阶段存在的雾霾污染问题彻底解决。除霾要从源头治理抓起，雾霾的罪魁祸首就是煤炭材料燃烧，煤炭燃烧后高温烟气没有得到有效处理直接排放到大气中。一方面，造成空气中微小颗粒（PM2.5）含量急剧上升，导致了严重的雾霾污染；另一方面，对于煤炭燃烧后的高温烟气能源利用率低，能源损失大。因此，降低工业烟气排放，提高能源利用率，发展优异、高效、可靠的高温烟气过滤材料应用于燃煤工业是利国利民的大事。
柔性泡沫碳是一种碳素骨架和相互连通的孔腔组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料，碳原子之间以一定的成键方式相互连接，密度约为0.05~0.1g/cm3，孔隙率高达99%以上，气体渗流性能优异，但柔性泡沫碳抗压强度低，难以承受烟气过滤过程压降以及反吹再生产生高压冲击，因此，需要通过改性提高柔性碳泡沫的抗压性能。陶瓷材料因具有优良的热稳定性和化学稳定性，可在高达 1000℃温度下工作，并且在氧化、还原等高温环境下具有很好的抗腐蚀性而成为高温气体除尘的优良选材之一，比如碳化硅具有强度高、导热性好、热膨胀系数小、抗热冲击性强、高温高强度特点，能在高温交变热冲击环境中长期服役。这使得陶瓷过滤材料在高温下具有突出的抗载荷能力。因此，本发明采用柔性碳泡沫与高强碳化硅陶瓷复合制备高效烟气过滤复合材料。
申请号为201010297960.0的中国发明专利公开了一种碳化硅高温陶瓷过滤管及其制备方法，碳化硅高温陶瓷过滤管用于高温气体过滤除尘，碳化硅高温陶瓷过滤管长度为1500~3000mm，平均孔径 40~120μm，气孔率 30~60%，抗压强度 50~80MPa，抗热震性 1000℃~20℃冷空气10次不裂，产品尺寸大，密度均匀，强度较高，热稳定性和透气率好。制备方法依次包括配料、成型和烧成，其特征在于成型采用等静压成型，成型压力控制为 40~150MPa，烧成温度控制为 1250~1450℃，保温时间 2~3 小时，科学合理、简便易行、能够保证产品性能。
申请号为200810017051.X的中国发明专利公开了一种碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法，该专利提供了一种具有梯度孔隙结构，烧结温度低，使用温度高；高的孔隙率，低的压力降，大的几何表面积和曲折的流径；强度高，使用寿命长，生产成本低；容易再生，可重复使用的立项的碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法。该发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器，采用不同孔隙结构的多层陶瓷材料复合烧结而成，包括主体坯体层、过渡复膜层进而表面复膜层。
但是以上两种过滤材料都是纯陶瓷材料，存在脆性大，在交变热冲击下会导致快速损毁。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种高效烟气过滤复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
（1）将柔性碳泡沫材料浸入无水乙醇中，超声振荡清洗30~60min，取出后用蒸馏水冲洗5~10min，烘箱中100~120℃烘干后备用；
（2）将块体聚碳硅烷（PCS）研磨成细粉，再将PCS、二甲苯助溶剂、二乙烯基苯（DVB）按照1：（3~5）：（0.3~0.5）的质量比，在80~100℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
（3）将步骤（1）处理好的柔性碳泡沫真空浸渍步骤（2）配制好的先驱体浆液中，真空浸渍工艺为：先将真空浸渍罐内压强抽至10-1~100Pa，匀速吸入先驱体浆液，稳定5~10min后，再将真空浸渍罐内压强加压至正压100~1000Pa，稳压15~30min，取出备用；
（4）将步骤（4）浸渍好的柔性碳泡沫材料放入150~200℃的电热鼓风干燥箱中交联8~12h，交联完后冷却至室温；
（5）将浸渍交联后的材料放入高温真空炉中，氩气气氛升温至1000~1200℃高温裂解，升温速率为1~8℃/min，保温2~4h后冷却至室温取出；
（6）重复步骤（3）~（5）3~5次后，将材料放入高温真空炉中，以三氯甲基硅烷为碳化硅气源，氢气为载气，氩气为稀释气体，1000~1200℃化学气相沉积碳化硅5~10h，冷却至室温后，取出即可得到高效烟气过滤复合材料。
本发明具有的优点：1、复合材料力学性能得到极大提升；2、复合材料具有极高的开孔隙率，孔径小且多，渗流性能优异，压降低；3、碳泡沫成本低，易得到，制备工艺简单，便于产业化生产。
附图说明
图1为高效烟气过滤复合材料的技术路线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
（1）将柔性碳泡沫材料浸入无水乙醇中，超声振荡清洗30min，取出后用蒸馏水冲洗10min，烘箱中120℃烘干后备用；
（2）将块体聚碳硅烷（PCS）研磨成细粉，再将PCS、二甲苯助溶剂、二乙烯基苯（DVB）按照1：3：0.3的质量比，在80℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
（3）将步骤（1）处理好的柔性碳泡沫真空浸渍步骤（2）配制好的先驱体浆液中，真空浸渍工艺为：先将真空浸渍罐内压强抽至10Pa，匀速吸入先驱体浆液，稳定5min后，再将真空浸渍罐内压强加压至正压1000Pa，稳压30min，取出备用；
（4）将步骤（4）浸渍好的柔性碳泡沫材料放入150℃的电热鼓风干燥箱中交联8h，交联完后冷却至室温；
（5）将浸渍交联后的材料放入高温真空炉中，氩气气氛升温至1100℃高温裂解，升温速率为4℃/min，保温2h后冷却至室温取出；
（6）重复步骤（3）~（5）5次后，将材料放入高温真空炉中，以三氯甲基硅烷为碳化硅气源，氢气为载气，氩气为稀释气体，1050℃化学气相沉积碳化硅10h，冷却至室温后，取出即可得到高效烟气过滤复合材料。
实施例2
（1）将柔性碳泡沫材料浸入无水乙醇中，超声振荡清洗30min，取出后用蒸馏水冲洗10min，烘箱中110℃烘干后备用；
（2）将块体聚碳硅烷（PCS）研磨成细粉，再将PCS、二甲苯助溶剂、二乙烯基苯（DVB）按照1：3：0.5的质量比，在80℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
（3）将步骤（1）处理好的柔性碳泡沫真空浸渍步骤（2）配制好的先驱体浆液中，真空浸渍工艺为：先将真空浸渍罐内压强抽至10-1Pa，匀速吸入先驱体浆液，稳定10min后，再将真空浸渍罐内压强加压至正压2000Pa，稳压15min，取出备用；
（4）将步骤（4）浸渍好的柔性碳泡沫材料放入150℃的电热鼓风干燥箱中交联8h，交联完后冷却至室温；
（5）将浸渍交联后的材料放入高温真空炉中，氩气气氛升温至1000℃高温裂解，升温速率为4℃/min，保温2h后冷却至室温取出；
（6）重复步骤（3）~（5）5次后，将材料放入高温真空炉中，以三氯甲基硅烷为碳化硅气源，氢气为载气，氩气为稀释气体，1050℃化学气相沉积碳化硅10h，冷却至室温后，取出即可得到高效烟气过滤复合材料。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种高效烟气过滤复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
（1）将柔性碳泡沫材料浸入无水乙醇中，超声振荡清洗30~60min，取出后用蒸馏水冲洗5~10min，烘箱中100~120℃烘干后备用；
（2）将块体聚碳硅烷（PCS）研磨成细粉，再将PCS、二甲苯助溶剂、二乙烯基苯（DVB）按照1：（3~5）：（0.3~0.5）的质量比，在80~100℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
（3）将步骤（1）处理好的柔性碳泡沫真空浸渍步骤（2）配制好的先驱体浆液中，真空浸渍工艺为：先将真空浸渍罐内压强抽至10-1~100Pa，匀速吸入先驱体浆液，稳定5~10min后，再将真空浸渍罐内压强加压至正压100~1000Pa，稳压15~30min，取出备用；
（4）将步骤（4）浸渍好的柔性碳泡沫材料放入150~200℃的电热鼓风干燥箱中交联8~12h，交联完后冷却至室温；
（5）将浸渍交联后的材料放入高温真空炉中，氩气气氛升温至1000~1200℃高温裂解，升温速率为1~8℃/min，保温2~4h后冷却至室温取出；
（6）重复步骤（3）~（5）3~5次后，将材料放入高温真空炉中，以三氯甲基硅烷为碳化硅气源，氢气为载气，氩气为稀释气体，1000~1200℃化学气相沉积碳化硅5~10h，冷却至室温后，取出即可得到高效烟气过滤复合材料。
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Application publication date: 20171121

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