CN107385261A - 一种用于超临界水氧化蒸发壁的多孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其特征在于：所述多孔采用由单一奥氏体金属粉末烧结制成，所述多孔材料的平均孔径为2～10μm，孔隙率在10％到35％。本发明还涉及一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法。本发明制得的蒸发壁多孔材料具有极好的强度和刚度，能够满足蒸发壁和反应器的连接和装配要求，并且具有合适的孔径和流通量来确保完整水膜的形成同时又不会过度降低反应器内部的温度而造成热量大量损失。

Description

一种用于超临界水氧化蒸发壁的多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明属于超临界水氧化技术领域，特别是一种用于超临界水氧化蒸发壁的多孔材料及其制备方法。
背景技术
超临界水氧化(SCWO)技术最早是在20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一项能完全地、彻底地将有机物结构破坏的深度氧化技术。美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中指出,最有前途的废物处理技术是SCWO法。超临界水氧化技术是在超过水的临界点(T＝374℃，P＝22.1MPa)的高温高压条件下，以氧气或其它氧化剂将有机物进行“燃烧”氧化的方法。与传统的废物处理方法相比，超临界水氧化技术能够实现废物处理的无害化、减量化和资源化。
反应器是SCWO反应的核心，所受的环境最苛刻。蒸发壁反应器作为一种能同时解决超临界水氧化技术过程中面临的腐蚀和盐沉积两大难题的设备成为SCWO技术开发中最受关注的反应器类型。蒸发壁作为蒸发壁反应器最关键的部件，它起到水膜形成、抗高温和腐蚀的作用，蒸发壁材料的选择至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料以及制备方法，多孔材料具有抗腐蚀性好，刚度及强度佳的优点。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其特征在于：所述多孔采用金属粉末烧结制成，所述多孔材料的平均孔径为2～10μm，孔隙率在10％到35％。
所述的金属粉末为奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末。
所述的金属粉末的粒径为10-50μm。
一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1).将单一金属粉末加入3-5％wt的酚醛树脂，混合均匀；
2).将混合均匀的粉末注入到模具中静压成形为胚体，成形压力为1-2吨/厘米2，。
3).将成形后的胚体放入真空烧结炉内进行烧结，真空度为1×10-3Pa，烧结温度
为1100～1350℃，烧结时间为2-4小时；
4).烧结结束后冷却至室温，形成平均孔径为2～10μm，孔隙率在10％到35％的
多孔材料。
所述的金属粉末为奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末。
所述的金属粉末的粒径为10-50μm。
本发明的有益效果为：
1、本发明的用于超临界水蒸发壁的多孔材料，采用奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末的一种，原材料本身的抗腐蚀能力能够保证在突发事故时，蒸发壁轻微腐蚀甚至不被腐蚀；且蒸发壁的多孔材料具有极好一的强度和刚度，能够满足蒸发壁和反应器的连接和装配要求。
2、本发明的用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其平均孔径在2～10μm，孔隙率在10％到35％，能够保证形成完整的水膜有效阻止物料返混现象导致的反应器腐蚀，同时又不会过度降低反应器内部的温度而造成热量大量损失。
3、本发明的用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，根据废水种类和系统蒸发壁水处设计温度，选取单一的奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末作为原材料，经与酚醛树脂混合后，静压、烧结成型；原材料本身具有抗腐蚀能力，从而能够保证在突发事故时，蒸发壁轻微腐蚀甚至不被腐蚀。
4、本发明的用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，通过添加3-5％wt的酚醛树脂，混合所制得的材料平均孔径在2～10μm，孔隙率在10％到35％，能够保证形成完整的水膜有效阻止物料返混现象导致的反应器腐蚀，同时又不会过度降低反应器内部的温度而造成热量大量损失；另外，本发明制得的蒸发壁材料具有极好一的强度和刚度，能够满足蒸发壁和反应器的连接和装配要求。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，是由金属粉末烧结制成的，其平均孔径在8μm，孔隙率为28％。金属粉末为单一的奥氏体不锈钢粉末，奥氏体不锈钢粉末牌号为316L，粒径为：25-50μm。
上述超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法为：
1)在25-50μm的奥氏体不锈钢粉末30Kg中，加入重量百分比5％，即1.5Kg的酚醛树脂，混合均匀。
2)将混合均匀的奥氏体不锈钢粉末注入到模具中等静压成形胚体，成形压力为1.2吨/厘米2。
3)将成形后的胚体放在真空烧结炉中进行烧结，真空度为1×10-3Pa，烧结温度为1120℃，烧结时间为3小时。
4)烧结结束后冷却至室温，即可得到平均孔径在8μm，孔隙率为28％的多孔材料成品。
现有的用于超临界水氧化的蒸发壁材料制备方法分为丝网烧结和粉末烧结两种，丝网烧结孔径比较大，水通量比较大，水经过蒸发壁水往往从下部流走，蒸发壁上部容易被烧灼或腐蚀；现有的粉末烧结制得的蒸发壁材料，加工性能较差，给蒸发壁反应器的连接和装配造成了不便，同时也会出现孔堵塞的现象。本发明孔径和孔隙率范围内制得的蒸发壁，不易发生堵塞，同时保证了上下水膜比较均匀，同时机械性能好加工方便。
实施例2
一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，是由金属粉末烧结制成的，其平均孔径在4.8μm，孔隙率为23％。粉末为单一的镍基合金粉末，镍基合金粉末牌号为inconel625，粒径为：15-25μm。
上述超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法为：
1)取粒径15-25μm的镍基合金粉末30Kg，加入重量百分比4％，即1.2Kg的酚醛树脂混合均匀。
2)将混合均匀的镍基合金粉末注入到模具中等静压成形胚体，成形压力为1.5吨/厘米2。
3)将成形后的胚体放在真空烧结炉中进行烧结，真空度为1×10-3Pa，烧结温度为1250℃，烧结时间为3小时。
4)烧结结束后冷却至室温，即可得到平均孔径在4.8μm，孔隙率为23％的多孔材料成品。
实施例3
一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，是由金属粉末烧结制成的，其平均孔径在3μm，孔隙率为18％。金属粉末为单一的钛合金粉末，钛合金粉末牌号为Monel400，粒径为：6-15μm。
上述超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法为：
1).取6-15μm的钛合金粉末30Kg，加入重量百分比3.5％，即1.05Kg的酚醛树脂混合均匀。
2).将混合均匀的钛合金粉末注入到模具中等静压成形胚体，成形压力为2吨/厘米2。
3).将成形后的胚体放在真空烧结炉中进行烧结，真空度为1×10-3Pa，烧结温度为1200℃，烧结时间为3小时。
4).烧结结束后冷却至室温，即可得到平均孔径在3μm，孔隙率为18％多孔材料成品。
实验数据
本发明制得的多孔材料，具有很好的透过性，同时合适的孔径和孔隙率，作为蒸发壁材料，既能保证形成水膜的完整性，又不易发生堵塞。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，替换、变化和修改都是可能的，因此本发明的范围不局限于实施例。

Claims (6)

1.一种用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其特征在于：所述多孔采用金属粉末烧结制成，所述多孔材料的平均孔径为2～10μm，孔隙率在10％到35％。
2.根据权利要求1所述的用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其特征在于：所述的金属粉末为奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末。
3.根据权利要求1或2所述的用于超临界水蒸发壁的多孔材料，其特征在于：所述的金属粉末的粒径为10-50μm。
4.一种如权利要求1、2或3的用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1).将单一金属粉末加入3-5％wt的酚醛树脂，混合均匀；
2).将混合均匀的粉末注入到模具中静压成形为胚体，成形压力为1-2吨/厘米2，。
3).将成形后的胚体放入真空烧结炉内进行烧结，真空度为1×10-3Pa，烧结温度为1100～1350℃，烧结时间为2-4小时；
4).烧结结束后冷却至室温，形成平均孔径为2～10μm，孔隙率在10％到35％的多孔材料。
5.根据权利要求4所述的用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，其特征在于：所述的金属粉末为奥氏体不锈钢粉末、镍基合金粉末或钛合金粉末。
6.根据权利要求4所述的用于超临界水蒸发壁的多孔材料的制备方法，其特征在于：所述的金属粉末的粒径为10-50μm。
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