CN108503367A - 一种高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料，过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。本发明创新性的提出了一种新的多孔碳化硅的制备方法，本发明的方法原料易得，制造成本低。

Description

一种高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料
技术领域
本发明涉及耐高温环保材料领域，特别涉及高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料。
背景技术
当前社会环保问题成为炙手可热的话题，因为其对人类社会的影响已经让人无法继续忽视，其中大气中颗粒污染已成为其中重要一项环境因素。此外，粉尘不仅污染环境，汽轮机、柴油机等一些设备中如果进入的气体混有颗粒杂质，将对汽轮或柴油发动机产生严重危害，缩短其使用寿命。因而对高温高压气体进行净化除尘逐渐成了一个热点。柴油和混合柴油车降低污染的方法是减少燃料消耗、CO2的排放及对化石燃料的依赖。然而，一般的机动车排放标准越来越受到限制，尤其是柴油发动机车。环境保护法律法规制定的排放标准逐渐提高，柴油车燃烧产生的废气也要进行严格把控，安装废气后处理装置，对废气进行合理的物理化学反应处理后，才能减少氮氧化物有害气体及碳颗粒物的排放，从而减少大气环境负载。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料，从而克服现有技术的缺点。
本发明提供了一种高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。
优选地，上述技术方案中，将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为900-1000℃，热解时间为3-4h。
优选地，上述技术方案中，第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1600-1700℃，第一高温热处理时间为4-5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为40-50℃/min，1000℃以上，升温速率为50-60℃/min。
优选地，上述技术方案中，在碳化硅的分散液中，PVB浓度为15-18wt％，碳化硅的浓度为300-400g/L。
优选地，上述技术方案中，对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra100-130。
优选地，上述技术方案中，利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径2-4mm，喷涂距离为100-150mm，喷涂气压为1-3MPa，喷洒液体输出量为600-800mL/min。
优选地，上述技术方案中，对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为500-600℃，第一阶段预烧结时间为2-3h，第二阶段预烧结温度为800-900℃，第一阶段预烧结时间为4-5h。
优选地，上述技术方案中，对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1700-1800℃，烧结时间为4-5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为40-50℃/min，1000-1400℃，升温速率为50-60℃/min，1400℃以上，升温速率为20-30℃/min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：现有技术对碳化硅的制备方法及表面改性做了大量研究，但是并没有继续给出其应用的定性研究结论。由于缺乏可靠的实验数据和切实可行的制备工艺，现有技术仍然不能将多孔碳化硅直接应用于柴油发动机的尾气处理，所以目前发动机尾气处理材料一般仍然使用三元催化剂，三元催化机价格较高，并且容易发生催化剂中毒，对于使用条件的要求较为苛刻。相比而言，碳化硅多孔材料的尾气处理完全是基于吸附理论的，所以不存在反应条件的限制，使用条件极为宽松，即便是碳化硅材料发生破碎，也仍然能够继续使用。本发明为了解决本领域缺乏制备多孔碳化硅的有效技术的缺陷，创新性的提出了一种新的多孔碳化硅的制备方法，本发明的方法原料易得，可能做到废物利用，并且本发明的方法流程容易实现，能够有效降低吸附材料的成本。
具体实施方式
提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为900℃，热解时间为3h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1600℃，第一高温热处理时间为4h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为40℃/min，1000℃以上，升温速率为50℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为15wt％，碳化硅的浓度为300g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra100。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径2mm，喷涂距离为100mm，喷涂气压为1MPa，喷洒液体输出量为600mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为500℃，第一阶段预烧结时间为2h，第二阶段预烧结温度为800℃，第一阶段预烧结时间为4h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1700℃，烧结时间为4h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为40℃/min，1000-1400℃，升温速率为50℃/min，1400℃以上，升温速率为20℃/min。
实施例2
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为1000℃，热解时间为4h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1700℃，第一高温热处理时间为5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为50℃/min，1000℃以上，升温速率为60℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为18wt％，碳化硅的浓度为400g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra130。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径4mm，喷涂距离为150mm，喷涂气压为3MPa，喷洒液体输出量为800mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为600℃，第一阶段预烧结时间为3h，第二阶段预烧结温度为900℃，第一阶段预烧结时间为5h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1800℃，烧结时间为5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为50℃/min，1000-1400℃，升温速率为60℃/min，1400℃以上，升温速率为30℃/min。
实施例3
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为950℃，热解时间为3.5h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1650℃，第一高温热处理时间为4.5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000℃以上，升温速率为55℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为16wt％，碳化硅的浓度为350g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra120。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径3mm，喷涂距离为120mm，喷涂气压为2MPa，喷洒液体输出量为700mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为550℃，第一阶段预烧结时间为2.5h，第二阶段预烧结温度为850℃，第一阶段预烧结时间为4.5h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1750℃，烧结时间为4.5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000-1400℃，升温速率为55℃/min，1400℃以上，升温速率为25℃/min。
实施例4
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为1200℃，热解时间为5h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1800℃，第一高温热处理时间为6h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为60℃/min，1000℃以上，升温速率为70℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为16wt％，碳化硅的浓度为350g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra120。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径3mm，喷涂距离为120mm，喷涂气压为2MPa，喷洒液体输出量为700mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为550℃，第一阶段预烧结时间为2.5h，第二阶段预烧结温度为850℃，第一阶段预烧结时间为4.5h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1750℃，烧结时间为4.5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000-1400℃，升温速率为55℃/min，1400℃以上，升温速率为25℃/min。
实施例5
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为950℃，热解时间为3.5h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1650℃，第一高温热处理时间为4.5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000℃以上，升温速率为55℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为10wt％，碳化硅的浓度为100g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra150。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径5mm，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.5MPa，喷洒液体输出量为1000mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为550℃，第一阶段预烧结时间为2.5h，第二阶段预烧结温度为850℃，第一阶段预烧结时间为4.5h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1750℃，烧结时间为4.5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000-1400℃，升温速率为55℃/min，1400℃以上，升温速率为25℃/min。
实施例6
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为950℃，热解时间为3.5h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1650℃，第一高温热处理时间为4.5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000℃以上，升温速率为55℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为16wt％，碳化硅的浓度为350g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra120。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径3mm，喷涂距离为120mm，喷涂气压为2MPa，喷洒液体输出量为700mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为700℃，第一阶段预烧结时间为4h，第二阶段预烧结温度为1000℃，第一阶段预烧结时间为6h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1750℃，烧结时间为4.5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000-1400℃，升温速率为55℃/min，1400℃以上，升温速率为25℃/min。
实施例7
过滤材料是由如下方法制备的：提供玉米秸秆原料以及硅粉末；将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；在玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；对混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；将碳化硅粉体加入乙醇；向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；对铝合金基材进行表面处理；利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；对多孔碳化硅膜进行预烧结；对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。将玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为950℃，热解时间为3.5h。第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1650℃，第一高温热处理时间为4.5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为45℃/min，1000℃以上，升温速率为55℃/min。在碳化硅的分散液中，PVB浓度为16wt％，碳化硅的浓度为350g/L。对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra120。利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径3mm，喷涂距离为120mm，喷涂气压为2MPa，喷洒液体输出量为700mL/min。对多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为550℃，第一阶段预烧结时间为2.5h，第二阶段预烧结温度为850℃，第一阶段预烧结时间为4.5h。对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1500℃，烧结时间为3h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为30℃/min，1000-1400℃，升温速率为40℃/min，1400℃以上，升温速率为10℃/min。
对实施例1-7进行氮氧化物和未烧碳氢化合物吸附率测试，测试方法遵循国家标准，测试结果相对于实施例1进行归一化处理。
表1
氮氧化物吸附率 未烧碳氢化合物吸附率
实施例1 100％ 100％
实施例2 103％ 97％
实施例3 104％ 101％
实施例4 82％ 73％
实施例5 81％ 81％
实施例6 73％ 69％
实施例7 71％ 70％
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高温烟气除尘用复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：所述过滤材料是由如下方法制备的：
提供玉米秸秆原料以及硅粉末；
将所述玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解，得到碳化的玉米秸秆；
在所述玉米秸秆原料上铺洒硅粉末，得到混合粉体；
对所述混合粉体进行第一高温热处理，得到碳化硅粉体；
将所述碳化硅粉体加入乙醇；
向碳化硅的乙醇悬浮液中加入PVB，得到碳化硅的分散液；
对铝合金基材进行表面处理；
利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜；
对所述多孔碳化硅膜进行预烧结；
对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结。
2.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：将所述玉米秸秆原料搅碎并对搅碎的玉米秸秆原料进行热解具体工艺为：热解气压低于0.01Pa，热解温度为900-1000℃，热解时间为3-4h。
3.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：所述第一高温热处理具体工艺为：第一高温热处理气氛为氮气，第一高温热处理温度为1600-1700℃，第一高温热处理时间为4-5h，第一高温热处理升温速率为：300-1000℃，升温速率为40-50℃/min，1000℃以上，升温速率为50-60℃/min。
4.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：在所述碳化硅的分散液中，PVB浓度为15-18wt％，碳化硅的浓度为300-400g/L。
5.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：对铝合金基材进行表面处理具体为：对铝合金表面进行喷砂，使得铝合金表面粗糙度为Ra100-130。
6.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：利用空气喷涂技术在经过表面处理的铝合金表面生成多孔碳化硅膜具体为：喷嘴直径2-4mm，喷涂距离为100-150mm，喷涂气压为1-3MPa，喷洒液体输出量为600-800mL/min。
7.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：对所述多孔碳化硅膜进行预烧结具体为工艺为：预烧结分为两阶段：第一阶段预烧结温度为500-600℃，第一阶段预烧结时间为2-3h，第二阶段预烧结温度为800-900℃，第一阶段预烧结时间为4-5h。
8.如权利要求1所述的复合型陶瓷过滤材料，其特征在于：对预烧结的多孔碳化硅膜进行烧结具体为：烧结温度为1700-1800℃，烧结时间为4-5h，烧结升温速率为：300-1000℃，升温速率为40-50℃/min，1000-1400℃，升温速率为50-60℃/min，1400℃以上，升温速率为20-30℃/min。
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