CN108727003A - 一种耐高温过滤材料及其制备方法和耐高温除尘滤管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于过滤材料领域，尤其涉及一种耐高温过滤材料及其制备方法和耐高温除尘滤管。本发明提供的耐高温过滤材料由包括以下重量份组分的原料和水混合后煅烧制成：陶瓷纤维40～60份；有机纤维15～20份；有机结合剂5～10份；无机结合剂20～30份；所述陶瓷纤维的直径为2～5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm；所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种；所述有机纤维的长度为6～10mm。本发明通过对原料配方进行优化选择，制成了高性能的耐高温过滤材料，该材料的内部为纤维交织结构，具有良好的机械强度和抗热震性能，而且材料内部的孔洞丰富且相互连通，大大提升了材料的除尘效率。
Description
技术领域
本发明属于过滤材料领域，尤其涉及一种耐高温过滤材料及其制备方法和耐高温除尘滤管。
背景技术
石化、冶金、电力等行业在生产制造过程中通常会产生高温含尘气体。如果不对高温含尘气体中的粉尘进行过滤分离的话，不仅会对环境造成污染，还会给高温气体的热能回收带来不便，因此高温含尘气体必须进行除尘。
高温气体除尘技术的研究开发始于上世纪70年代，传统的除尘方式多为湿法除尘，先将高温气体进行冷却，然后冷态下进行除尘，这样浪费了大量热资源。为了实现高温气体资源的综合利用，高温气体的直接净化除尘技术被开发出来，常见的直接高温除尘设备有高温旋风除尘器，旋流式分离器以及介质过滤除尘器等。其中，介质过滤除尘器是目前的研究热点。
介质过滤除尘器的核心组件是除尘滤管，而目前适用于滤除高温气体中粉尘的除尘滤管的机械强度、抗热震性能和除尘效率还有待进一步的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高温过滤材料及其制备方法和耐高温除尘滤管，本发明提供的耐高温过滤材料具有良好的机械强度、抗热震性能和除尘效率。
本发明提供了一种耐高温过滤材料，由包括以下重量份组分的原料和水混合后煅烧制成：
所述陶瓷纤维的直径为2～5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm；
所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种；所述有机纤维的长度为6～10mm。
优选的，所述陶瓷纤维中的氧化铝含量≥44wt％；所述陶瓷纤维中的氧化铝和二氧化硅的合计含量≥98wt％。
优选的，所述有机结合剂包括羧甲基纤维素和/或淀粉；
所述无机结合剂包括硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种。
优选的，所述水占所述陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水总质量的50～60wt％。
本发明提供了一种上述技术方案所述耐高温过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂、无机结合剂和水混合，得到纤维浆料；
b)将所述纤维浆料进行煅烧，得到耐高温过滤材料。
优选的，所述步骤a)具体包括：
a1)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水混合，得到中间浆料；
a2)将所述中间浆料和无机结合剂混合，得到纤维浆料。
优选的，步骤b)中，所述纤维浆料在进行煅烧之前，先依次进行成型和干燥。
优选的，所述干燥的温度为90～110℃；所述干燥的时间为20～25h。
优选的，步骤b)中，所述煅烧的温度为800～1200℃；所述煅烧的时间为3～5h。
本发明提供了一种耐高温除尘滤管，所述耐高温除尘滤管的材质为上述技术方案所述的耐高温过滤材料或上述技术方案所述方法制得的耐高温过滤材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种耐高温过滤材料及其制备方法和耐高温除尘滤管。本发明提供的耐高温过滤材料由包括以下重量份组分的原料和水混合后煅烧制成：陶瓷纤维40～60份；有机纤维15～20份；有机结合剂5～10份；无机结合剂20～30份；所述陶瓷纤维的直径为2～5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm；所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种；所述有机纤维的长度为6～10mm。本发明通过对原料配方进行优化选择，制成了高性能的耐高温过滤材料，该材料的内部为纤维交织结构，具有良好的机械强度和抗热震性能，而且材料内部的孔洞丰富且相互连通，大大提升了材料的除尘效率。实验结果表明，本发明提供的耐高温过滤材料的耐压强度≥9MPa，抗折强度＞8MPa，1000℃～20℃抗热震次数≥10次，孔隙率＞60％，除尘效率＞97％。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种耐高温过滤材料，由包括以下重量份组分的原料和水混合后煅烧制成：
所述陶瓷纤维的直径为2～5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm；
所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种；所述有机纤维的长度为6～10mm。
本发明提供的耐高温过滤材料由的原料和水混合后煅烧制成。其中，所述原料包括陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和无机结合剂。其中，所述陶瓷纤维中的氧化铝含量优选≥44wt％，更优选为45～60wt％，具体可为45wt％、46wt％、47wt％、48wt％、49wt％、50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％、或60wt％；所述陶瓷纤维中的氧化铝和二氧化硅的合计含量≥98％，具体可为98wt％、98.5wt％、99wt％或99.5wt％；所述陶瓷纤维优选为球磨陶瓷纤维；所述陶瓷纤维的直径为2～5μm，具体可为2μm、3μm、4μm或5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm，具体可为30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm。在本发明中，原料中所述陶瓷纤维的含量为40～60重量份，具体可为40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份、50重量份、51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份、56重量份、57重量份、58重量份、59重量份或60重量份。
在本发明中，所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种，优选包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的两种或三种；所述有机纤维的长度为6～10mm，具体可为6mm、7mm、8mm、9mm或10mm；所述有机纤维的数均分子量优选为2～50万，具体可为2～2.5万、20～25万或30～40万。在本发明提供的一个实施例中，所述有机纤维包括黏胶纤维和聚丙烯纤维，所述黏胶纤维的纤维长度优选为10mm，所述黏胶纤维的数均分子量优选为30～40万，所述聚丙烯纤维的纤维长度优选为6mm，所述黏胶纤维的数均分子量优选为20～25万，所述黏胶纤维和聚丙烯纤维的质量比优选为(5～10)：8，更优选为7:8。在本发明中，原料中所述有机纤维的含量为15～20重量份，具体可为15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份。
在本发明中，所述有机结合剂包括但不限于羧甲基纤维素和/或淀粉，优选包括羧甲基纤维素和淀粉。在本发明中，原料中所述有机结合剂的含量为5～10重量份，具体可为5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或10重量份。
在本发明中，所述无机结合剂包括但不限于硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种，优选包括硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的两种或三种；所述无机结合剂的固含量优选为10～40wt％，具体可为10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％。在本发明提供的一个实施例中，所述无机结合剂包括硅溶胶和锆溶胶，所述硅溶胶的固含量优选为30wt％，所述锆溶胶的固含量优选为15wt％，所述硅溶胶和锆溶胶的质量比优选为(0.5～2)：1，更优选为1:1。在本发明中，原料中所述无机结合剂的含量为20～30重量份，具体可为20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份。
在本发明中，所述水优选占所述陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水总质量的50～60wt％，具体可为50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％或60wt％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述耐高温过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂、无机结合剂和水混合，得到纤维浆料；
b)将所述纤维浆料进行煅烧，得到耐高温过滤材料。
在本发明提供的制备方法中，首先将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂、无机结合剂和水混合，得到纤维浆料，其具体过程优选包括a1)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水混合，得到中间浆料；a2)将所述中间浆料和无机结合剂混合，得到纤维浆料。在本发明中，所述中间浆料中陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂的总含量优选为50～60wt％，具体可为50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％或60wt％；步骤a1)中所述混合的方式优选为搅拌，所述混合的时间优选为10～20min，具体可为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min；步骤a2)中所述混合的方式优选为搅拌，所述混合的时间优选为5～10min，具体可为5min、6min、7min、8min、9min或10min。
得到纤维浆料后，将所述纤维浆料进行煅烧。在本发明中，所述纤维浆料在进行煅烧之前，优选先依次进行成型和干燥。其中，所述成型的方式优选为挤出成型；所述干燥的温度优选为90～110℃。具体可为90℃、95℃、100℃、105℃或110℃；所述干燥的时间优选为20～25h，具体可为20h、21h、22h、23h、24h或25h。在本发明中，所述煅烧的温度优选为800～1200℃，具体可为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃；所述煅烧的时间为3～5h，具体可为3h、3.5h、4h、4.5h或5h；所述煅烧优选在辊道窑中进行，所述辊道窑的线速度优选为8～12m/h，具体可为8m/h、9m/h、10m/h、11m/h或12m/h。煅烧结束后，得到耐高温过滤材料。在本发明中，为了使煅烧得到的耐高温过滤材料表面更加的光洁平整，优选对煅烧得到的耐高温过滤材料进行磨光和修整。
本发明通过对原料配方进行优化选择，制成了高性能的耐高温过滤材料，该材料的内部为纤维交织结构，具有良好的机械强度和抗热震性能，而且材料内部的孔洞丰富且相互连通，大大提升了材料的除尘效率。此外，本发明提供的耐高温过滤材料的质量也较轻，便于运输、安装和更换。实验结果表明，本发明提供的耐高温过滤材料的耐压强度≥9MPa，抗折强度＞8MPa，1000℃～20℃抗热震次数≥10次，孔隙率＞60％，除尘效率＞97％，体积密度≤1000kg/m3。
本发明还提供了一种耐高温除尘滤管，所述耐高温除尘滤管的材质为上述技术方案所述的耐高温过滤材料或上述技术方案所述方法制得的耐高温过滤材料。由于本发明提供的耐高温过滤材料具有良好的机械强度、抗热震性能和除尘效率，且质量较轻，因此本发明提供的耐高温除尘滤管也具有机械强度大、抗热震性能好、除尘效率高和质轻的优点。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
由如下重量份数的原料制成：球磨陶瓷纤维40重量份、有机结合剂10重量份、无机结合剂30重量份、有机纤维20重量份。其中球磨陶瓷纤维平均直径2μm，长度30μm，化学成分：氧化铝含量50wt％，氧化铝和二氧化硅合量98.5wt％；有机结合剂为临沂恒源实业有限公司生产的玉米淀粉；无机结合剂为临沂市科翰硅制品有限公司生产的硅溶胶，硅溶胶的固含量为30wt％；有机纤维为廊坊帅腾化工有限公司生产的聚丙烯纤维，纤维长度为6mm，纤维数均分子量20～25万。
具体的制备方法包括以下步骤：
(1)将球磨陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂投入预先注入水的搅拌机中，并开启搅拌机，搅拌10min，浆料浓度为50wt％；
(2)待物料搅拌混合均匀后，加入无机结合剂，搅拌5min；
(3)采用挤出方式成型，然后进行干燥，干燥温度90℃，干燥时间25小时；
(4)使用辊道窑对烘干后的产品进行煅烧，煅烧温度800℃，线速8米/小时，煅烧的时间为5h；
(5)煅烧完成后进行磨光、修整得到制品。
实施例2
由如下重量份数的原料制成：球磨陶瓷纤维50重量份、有机结合剂8重量份、无机结合剂25重量份、有机纤维17重量份。其中球磨陶瓷纤维平均直径4μm，长度60μm，化学成分：氧化铝含量48wt％，氧化铝和二氧化硅合量99wt％；有机结合剂为大城县亦博化工有限公司生产的羧甲基纤维素；无机结合剂为淄博金琪化工有限公司生产的铝溶胶，铝溶胶的固含量为25wt％；有机纤维为南通市华通纤维公司生产的聚酯纤维，纤维长度为8mm，纤维数均分子量2～2.5万。
具体的制备方法包括以下步骤：
(1)将球磨陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂投入预先注入水的搅拌机中，并开启搅拌机，搅拌15min，浆料浓度为55wt％；
(2)待物料搅拌混合均匀后，加入无机结合剂，搅拌8min；
(3)采用挤出方式成型，然后进行干燥，干燥温度100℃，干燥时间23小时；
(4)使用辊道窑对烘干后的产品进行煅烧，煅烧温度1000℃，线速10米/小时，煅烧的时间为4h；
(5)煅烧完成后进行磨光、修整得到制品。
实施例3
由如下重量份数的原料制成：球磨陶瓷纤维60重量份、有机结合剂5重量份、无机结合剂20重量份、有机纤维15重量份。其中球磨陶瓷纤维平均直径5μm，长度100μm，化学成分：氧化铝含量54wt％，氧化铝和二氧化硅合量99wt％；有机结合剂为大城县亦博化工有限公司生产的羧甲基纤维素；无机结合剂为宣城晶瑞新材料有限公司生产的锆溶胶，锆溶胶的固含量为15wt％；有机纤维为绍兴县金羚化纤有限公司生产的黏胶纤维，纤维长度为10mm，纤维数均分子量30～40万。
具体的制备方法包括以下步骤：
(1)将球磨陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂投入预先注入水的搅拌机中，并开启搅拌机，搅拌20min，浆料浓度为60wt％；
(2)待物料搅拌混合均匀后，加入无机结合剂，搅拌10min；
(3)采用挤出方式成型，然后进行干燥，干燥温度110℃，干燥时间20小时；
(4)使用辊道窑对烘干后的产品进行煅烧，煅烧温度1200℃，线速12米/小时，煅烧的时间为3h；
(5)煅烧完成后进行磨光、修整得到制品。
实施例4
由如下重量份数的原料制成：球磨陶瓷纤维60重量份、有机结合剂5重量份、无机结合剂20重量份、有机纤维15重量份。其中球磨陶瓷纤维平均直径5μm，长度100μm，化学成分：氧化铝含量54wt％，氧化铝和二氧化硅合量99wt％；有机结合剂为大城县亦博化工有限公司生产的羧甲基纤维素；无机结合剂为宣城晶瑞新材料有限公司生产的锆溶胶，锆溶胶的固含量为15wt％；有机纤维包括7重量份绍兴县金羚化纤有限公司生产的黏胶纤维(纤维长度为10mm，纤维数均分子量30～40万)和8重量份廊坊帅腾化工有限公司生产的聚丙烯纤维(纤维长度为6mm，纤维数均分子量20～25万)。
具体的制备方法包括以下步骤：
(1)将球磨陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂投入预先注入水的搅拌机中，并开启搅拌机，搅拌20min，浆料浓度为60wt％；
(2)待物料搅拌混合均匀后，加入无机结合剂，搅拌10min；
(3)采用挤出方式成型，然后进行干燥，干燥温度110℃，干燥时间20小时；
(4)使用辊道窑对烘干后的产品进行煅烧，煅烧温度1200℃，线速12米/小时，煅烧的时间为3h；
(5)煅烧完成后进行磨光、修整得到制品。
实施例5
由如下重量份数的原料制成：球磨陶瓷纤维40重量份、有机结合剂10重量份、无机结合剂30重量份、有机纤维20重量份。其中球磨陶瓷纤维平均直径2μm，长度30μm，化学成分：氧化铝含量50wt％，氧化铝和二氧化硅合量98.5wt％；有机结合剂为临沂恒源实业有限公司生产的玉米淀粉；无机结合剂包括15重量份临沂市科翰硅制品有限公司生产的硅溶胶(硅溶胶的固含量为30wt％)和15重量份宣城晶瑞新材料有限公司生产的锆溶胶(锆溶胶的固含量为15wt％)；有机纤维为廊坊帅腾化工有限公司生产的聚丙烯纤维，纤维长度为6mm，纤维数均分子量20～25万。
具体的制备方法包括以下步骤：
(1)将球磨陶瓷纤维、有机纤维和有机结合剂投入预先注入水的搅拌机中，并开启搅拌机，搅拌10min，浆料浓度为50wt％；
(2)待物料搅拌混合均匀后，加入无机结合剂，搅拌5min；
(3)采用挤出方式成型，然后进行干燥，干燥温度90℃，干燥时间25小时；
(4)使用辊道窑对烘干后的产品进行煅烧，煅烧温度800℃，线速8米/小时，煅烧的时间为5h；
(5)煅烧完成后进行磨光、修整得到制品。
实施例6
性能指标测试
将本发明实施例1～5制备得到的陶瓷纤维高温除尘滤管依次编号为A、B、C、D、E。对五种样品的体积密度、耐压强度、孔隙率、除尘效率、抗折强度和1000℃～20℃抗热震次数等指标进行测试，得到如表1所示数据：
表1陶瓷纤维高温除尘滤管的性能指标
市场上常见的高温陶瓷滤管耐压强度为9MPa左右，抗折强度一般为5MPa左右，孔隙率一般为40％左右，除尘效率为92～95％以上，抗热震次数一般为4～7次。
由上表数据可知，本发明所述的陶瓷纤维高温除尘滤管除具有优异的耐压强度外，抗折强度和抗热震性能相比于传统高温陶瓷滤管有了明显提升；同时滤管的孔隙率在60％以上，有效提高了除尘效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐高温过滤材料，由包括以下重量份组分的原料和水混合后煅烧制成：
所述陶瓷纤维的直径为2～5μm；所述陶瓷纤维的长度为30～100μm；
所述有机纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和黏胶纤维中的一种或多种；所述有机纤维的长度为6～10mm。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述陶瓷纤维中的氧化铝含量≥44wt％；所述陶瓷纤维中的氧化铝和二氧化硅的合计含量≥98wt％。
3.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述有机结合剂包括羧甲基纤维素和/或淀粉；
所述无机结合剂包括硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述水占所述陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水总质量的50～60wt％。
5.一种权利要求1所述耐高温过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂、无机结合剂和水混合，得到纤维浆料；
b)将所述纤维浆料进行煅烧，得到耐高温过滤材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括：
a1)将陶瓷纤维、有机纤维、有机结合剂和水混合，得到中间浆料；
a2)将所述中间浆料和无机结合剂混合，得到纤维浆料。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述纤维浆料在进行煅烧之前，先依次进行成型和干燥。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为90～110℃；所述干燥的时间为20～25h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述煅烧的温度为800～1200℃；所述煅烧的时间为3～5h。
10.一种耐高温除尘滤管，其特征在于，所述耐高温除尘滤管的材质为权利要求1～4任一项所述的耐高温过滤材料或权利要求5～9任一项所述方法制得的耐高温过滤材料。
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