CN110935237A - 高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。其技术方案是：以60～70wt％的碳化硅、8～15wt％的氧化铝粉、10～15wt％的碳源和10～15wt％的单质硅为原料，外加占原料12～18wt％的铝溶胶、0.1～0.6wt％的聚羧酸盐和20～30wt％的水，搅拌，即得碳化硅浆料；将两种孔径的聚氨酯海绵浸入碳化硅浆料中，取出后用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯，上下叠合整齐，烘干，于埋炭气氛或氮气气氛中以三种不同速率依次升温至200～250℃、600～700℃和1200～1400℃，随炉冷却，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。本发明工艺简单和生产成本低，制备的制品背压低、层级过滤精度高、强度大和抗热震性能优良。

Description

高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于碳化硅多孔陶瓷技术领域。尤其涉及一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
近年来，随着工业化进程不断加快，电力、建材、冶金和化工等行业所排放的高温烟气粉尘对环境造成了严重污染。高温烟气中富含的大量微纳颗粒物长期停留在大气中，以此引发的雾霾现象不仅影响人们的生活，而且危害着身体健康。高温烟气过滤处于一个高温、高压及腐蚀性气体环境，要求过滤元件具备耐高温、化学稳定性优良和过滤精度高等特点，而现有的布袋除尘设备无法在高于300℃的环境下运行，同时布袋不能对烟气中微、纳颗粒有效截留。
目前，多孔陶瓷过滤材料，特别是碳化硅多孔陶瓷因具备优良的抗热震性能、抗蠕变性和高的机械强度被实际使用最多的高温过滤材料之一。但是，为提高过滤精度，碳化硅多孔陶瓷需具备低的孔径，导致过滤片的过滤阻力显著增大，进而影响碳化硅多孔陶瓷的使用寿命以及增加风机等辅助设备的投入；若通过增加碳化硅多孔陶瓷的气孔率来降低过滤阻力，碳化硅多孔陶瓷的力学性能势必下降明显。为解决碳化硅多孔陶瓷的过滤阻力与过滤精度矛盾的问题，技术人员进行了深入的研究和技术开发：
如“一种高温烟气过滤用定向贯通多孔陶瓷及其制备方法”(CN104402411B)的专利技术，公开了一种以低温玻璃粉为烧结助剂，通过低温冷冻、真空中低温干燥成孔，制得具有定向贯通的氧化铝多孔陶瓷过滤器。该技术制得的氧化铝多孔陶瓷以低温玻璃粉为助烧剂，虽能提高多孔陶瓷过滤器的常温强度，但形成的低熔相严重降低了过滤器的耐高温性能，限制了在高温烟气过滤的工业化应用。另外，氧化铝自身的高线膨胀系数和烧结过程中形成的低熔相，显著降低了氧化铝多孔陶瓷的抗热震性能，影响氧化铝多孔陶瓷在高温烟气过滤中的使用寿命。
又如“一种高抗热震性高温烟气过滤陶瓷的制备方法”(CN102442831B)的专利技术，公开了一种以碳粉、淀粉、木屑、煤渣等为造孔剂，经干压成型和冷等静压成型，经高温造孔剂烧失成孔制备堇青石基多孔陶瓷过滤器。该发明制备的高温烟气过滤陶瓷因采用造孔剂烧失成孔，虽能对毫米、微米级颗粒物进行截留，但无法对比表面积大的亚微米或纳米级颗粒物的捕捉进行有效捕捉。因而，制备的高温烟气过滤陶瓷的层级过滤精度低。再者，该发明采用干压成型和冷等静压二次成型，导致过滤陶瓷的背压高。同时，该工艺复杂，在制备大尺寸高温烟气过滤陶瓷时在设备方面投入巨大，制约着其工业化应用前景。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和生产成本低的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，用该方法制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷背压低、层级过滤精度高、强度大和抗热震性能优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、以60～70wt％的碳化硅、8～15wt％的氧化铝粉、10～15wt％的碳源和10～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～18wt％的铝溶胶、0.1～0.6wt％的聚羧酸盐和20～30wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛或氮气气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1200～1400℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
所述碳化硅的平均粒度≤45μm，碳化硅的SiC含量≥97wt％。
所述碳源为沥青粉和鳞片石墨中的一种以上；沥青粉的平均粒径≤74μm，鳞片石墨的平均粒径≤10μm；沥青粉的残碳率≥40wt％，鳞片石墨的C含量≥96wt％。
所述氧化铝粉形貌为球形，所述氧化铝粉的Al2O3含量≥98wt％，氧化铝粉的平均粒度≤2μm。
所述单质硅的平均粒度≤45μm，单质硅的Si含量≥98wt％。
所述聚氨酯海绵的平均孔径为20～60ppi，聚氨酯海绵的开孔率≥98％。
所述铝溶胶的固含量为30～50％，pH值＞8。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明先将碳化硅、氧化铝、碳源、单质硅、铝溶胶、聚羧酸盐和水混合，制得碳化硅浆料；再将两种不同孔径的聚氨酯海绵浸渍于所述碳化硅浆料，经对辊挤压成型，制得平面尺寸相同的多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体；再将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷素坯上下完全叠合，干燥，制得多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体；最后在埋炭或氮气气氛中经1200～1400℃热处理2～4h，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，故能显著地降低成本和简化工艺。
本发明制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷具备背压低、层级过滤精度高、强度高和抗热震性能优良的特点。其理由是：
首先，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷采用不同孔径的两种聚氨酯海绵为模板制备而成，由于海绵模板具备三维网状多孔结构，能赋予多级孔碳化硅多孔陶瓷低的背压；同时，两种不同孔径的多级孔碳化硅多孔陶瓷的上下叠合，能有效分段截留毫米级、微米级别的颗粒。
再者，对于亚微米级和纳米级别的颗粒物，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷内原位形成的具有网络交错结构的SiC晶须能高效地吸附并阻截微小颗粒物，达到高精度层级过滤的效果。对所制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷而言，在高温还原气氛或氮气气氛下，添加的单质硅、铝溶胶在多孔陶瓷基体内部形成大量含硅蒸气(Si(g)、SiO(g))；当含硅蒸气扩散至基体内碳源的活性位点或与聚氨酯泡沫分解的碳化物气体结合时，将通过固﹣气、气﹣气反应机理原位形成SiC或Si3N4晶须。SiC或Si3N4晶须的原位形成能在碳化硅多孔陶瓷的孔隙内织构纳米晶须网络，这种高比表面积能对烟气中的微、纳颗粒进行强力吸附，达到高效过滤的效果。
另外，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷基体内形成的SiC或Si3N4晶须等陶瓷相能对多级孔碳化硅多孔陶瓷过滤器起到原位增强、增韧的作用，故制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷与目前经等静压成型结合燃尽物成孔制备的多孔陶瓷过滤器相比较，不仅能显著降低背压和提高层级过滤精度，还能显著提高强度和抗热震性能。
本发明制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷经检测：透气度为235～328m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99～99.999％@0.2μm；800℃耐压强度为6.8～10.9MPa；800℃和25℃风冷循环次数为30～45次。
因此，本发明具有工艺简单和生产成本低的特点，制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的背压低、层级过滤精度高、强度大和抗热震性能优良。
附图说明
图1是本发明制备的一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷孔隙内原位织构的纳米晶须网络结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及原料的技术参数统一描述如下：
所述碳化硅的平均粒度≤45μm，碳化硅的SiC含量≥97wt％。
所述沥青粉的平均粒径≤74μm，所述鳞片石墨的平均粒径≤10μm；沥青粉的残碳率≥40wt％，鳞片石墨的C含量≥96wt％。
所述氧化铝粉形貌为球形，所述氧化铝粉的Al2O3含量≥98wt％，氧化铝粉的平均粒度≤2μm。
所述单质硅的平均粒度≤45μm，单质硅的Si含量≥98wt％。
所述聚氨酯海绵的平均孔径为20～60ppi，聚氨酯海绵的开孔率≥98％。
所述铝溶胶的固含量为30～50％，pH值＞8。
实施例1
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60～65wt％的碳化硅、12～15wt％的氧化铝粉、10～12wt％的鳞片石墨和12～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～15wt％的铝溶胶、0.1～0.4wt％的聚羧酸盐和20～25wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为50～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1300～1400℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为235～282m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.995％@0.2μm；800℃耐压强度为7.3～10.6MPa；800℃和25℃风冷循环次数为35～42次。
实施例2
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以65～70wt％的碳化硅、8～12wt％的氧化铝粉、12～15wt％的鳞片石墨和10～12wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料15～18wt％的铝溶胶、0.1～0.4wt％的聚羧酸盐和20～25wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为50～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于氮气气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1300～1400℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为257～303m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.994％@0.2μm；800℃耐压强度为7.5～10.8MPa；800℃和25℃风冷循环次数为38～43次。
实施例3
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60～65wt％的碳化硅、12～15wt％的氧化铝粉、10～12wt％的沥青粉和12～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～15wt％的铝溶胶、0.1～0.4wt％的聚羧酸盐和20～25wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为40～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1200～1300℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为289～321m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.993％@0.2μm；800℃耐压强度为6.8～9.2MPa；800℃和25℃风冷循环次数为30～36次。
实施例4
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以65～70wt％的碳化硅、8～12wt％的氧化铝粉、12～15wt％的沥青粉和12～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～16wt％的铝溶胶、0.3～0.6wt％的聚羧酸盐和25～30wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为40～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1200～1300℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为283～328m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.993％@0.2μm；800℃耐压强度为6.9～9.4MPa；800℃和25℃风冷循环次数为31～38次。
实施例5
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60～65wt％的碳化硅、12～15wt％的氧化铝粉、5～6wt％的鳞片石墨、5～7wt％的沥青粉和12～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～16wt％的铝溶胶、0.3～0.5wt％的聚羧酸盐和25～30wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为30～40ppi和孔径为50～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于氮气气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1250～1350℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为243～301m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.995％@0.2μm；800℃耐压强度为7.0～10.5MPa；800℃和25℃风冷循环次数为37～44次。
实施例6
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以65～70wt％的碳化硅、8～12wt％的氧化铝粉、5～7wt％的鳞片石墨、6～8wt％的沥青粉和10～12wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料15～18wt％的铝溶胶、0.3～0.6wt％的聚羧酸盐和24～28wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为50～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1250～1350℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为238～289m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.993％～99.999％@0.2μm；800℃耐压强度为7.3～10.6MPa；800℃和25℃风冷循环次数为38～45次。
实施例7
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60～65wt％的碳化硅、12～15wt％的氧化铝粉、5～6wt％的鳞片石墨、5～7wt％的沥青粉和12～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料12～16wt％的铝溶胶、0.3～0.5wt％的聚羧酸盐和25～30wt％的水，搅拌30～50min，制得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为20～30ppi和孔径为50～60ppi两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1200～1300℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，即得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为276～326m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.993％～99.995％@0.2μm；800℃耐压强度为8.3～10.8MPa；800℃和25℃风冷循环次数为38～45次。
实施例8
一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以65～70wt％的碳化硅、8～12wt％的氧化铝粉、5～7wt％的鳞片石墨、6～8wt％的沥青粉和10～12wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料。再向混合料中加入占所述原料15～18wt％的铝溶胶、0.3～0.6wt％的聚羧酸盐和24～28wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
步骤二、将孔径为30～40ppi和孔径为50～60ppi的两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体。
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于氮气气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1300～1400℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
本实施例制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，经检测：透气度为270～313m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99％～99.995％@0.2μm；800℃耐压强度为8.4～10.9MPa；800℃和25℃风冷循环次数为37～43次。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
本具体实施方式先将碳化硅、氧化铝、碳源、单质硅、铝溶胶、聚羧酸盐和水混合，制得碳化硅浆料；再将两种不同孔径的聚氨酯海绵浸渍于所述碳化硅浆料，经对辊挤压成型，制得平面尺寸相同的多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体；再将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷素坯上下完全叠合，干燥，制得多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体；最后在埋炭或氮气气氛中经1200～1400℃热处理2～4h，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，故能显著地降低成本和简化工艺。
本具体实施方式制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷具备背压低、层级过滤精度高、强度高和抗热震性能优良的特点。其理由是：
首先，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷采用不同孔径的两种聚氨酯海绵为模板制备而成，由于海绵模板具备三维网状多孔结构，能赋予多级孔碳化硅多孔陶瓷低的背压；同时，两种不同孔径的多级孔碳化硅多孔陶瓷的上下叠合，能有效分段截留毫米级、微米级别的颗粒。
再者，对于亚微米级和纳米级别的颗粒物，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷内原位形成的具有网络交错结构的SiC晶须能高效地吸附并阻截微小颗粒物，达到高精度层级过滤的效果。对所制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷而言，在高温还原气氛或氮气气氛下，添加的单质硅、铝溶胶在多孔陶瓷基体内部形成大量含硅蒸气(Si(g)、SiO(g))；当含硅蒸气扩散至基体内碳源的活性位点或与聚氨酯泡沫分解的碳化物气体结合时，将通过固﹣气、气﹣气反应机理原位形成SiC或Si3N4晶须。原位形成SiC或Si3N4晶须能在碳化硅多孔陶瓷的孔隙内织构出如图1所示的纳米晶须网络，图1是实施例3制备的一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷孔隙内原位织构的纳米晶须网络结构图，从图1可以看出，这种原位形成的陶瓷晶须网络具备极大的比表面积，并且晶须相互交织，能逐层对亚微米和纳米级别的颗粒物进行截留，达到高效过滤高温烟气的效果。
另外，高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷基体内形成的SiC或Si3N4晶须等陶瓷相能对多级孔碳化硅多孔陶瓷过滤器起到原位增强、增韧的作用，故制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷与目前经等静压成型结合燃尽物成孔制备的多孔陶瓷过滤器相比较，不仅能显著降低背压和提高层级过滤精度，还能显著提高强度和抗热震性能。
本具体实施方式制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷经检测：透气度为235～328m3·cm/m2·h·mmH2O；过滤效率为99.99～99.999％@0.2μm；800℃耐压强度为6.8～10.9MPa；800℃～25℃风冷循环次数为30～45次。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产成本低的特点，制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的背压低、层级过滤精度高、强度大和抗热震性能优良。

Claims (8)

1.一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60～70wt％的碳化硅、8～15wt％的氧化铝粉、10～15wt％的碳源和10～15wt％的单质硅为原料，搅拌均匀，即得混合料；再向混合料中加入占所述原料12～18wt％的铝溶胶、0.1～0.6wt％的聚羧酸盐和20～30wt％的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料；
步骤二、将两种孔径的聚氨酯海绵浸入所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，再分别采用对辊挤压成型，得到两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯；然后将所述两种平面尺寸相同的多孔陶瓷素坯上下叠合整齐，自然干燥20～24h，90～110℃条件下烘干12～24h，得到多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体；
步骤三、将所述多级孔碳化硅多孔陶瓷坯体置入气氛烧结炉，于埋炭气氛或氮气气氛中：先以0.5～2.5℃/min的速率升温至200～250℃，再以0.5～1℃/min的速率升温至600～700℃，然后以1.5～3℃/min的速率升温至1200～1400℃，保温2～4h，最后随炉冷却至室温，制得高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
2.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述碳化硅的平均粒度≤45μm，碳化硅的SiC含量≥97wt％。
3.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述碳源为沥青粉和鳞片石墨中的一种以上；沥青粉的平均粒径≤74μm，鳞片石墨的平均粒径≤10μm；沥青粉的残碳率≥40wt％，鳞片石墨的C含量≥96wt％。
4.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述氧化铝粉形貌为球形，所述氧化铝粉的Al2O3含量≥98wt％，氧化铝粉的平均粒度≤2μm。
5.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述单质硅的平均粒度≤45μm，单质硅的Si含量≥98wt％。
6.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述聚氨酯海绵的平均孔径为20～60ppi，聚氨酯海绵的开孔率≥98％。
7.如权利要求1所述的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述铝溶胶的固含量为30～50％，pH值＞8。
8.一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷，其特征在于所述高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷是根据权利要求1～7项中任一项所述高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法所制备的高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷。
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