CN112457044A - 一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，属于陶瓷膜制备技术领域，通过将陶瓷粉末烧结的膜基板作为膜基板，陶瓷材料在煅烧过程中利用其本身原位长柱状晶粒生长来实现补强，同时，在膜基板内填充多个陶瓷补强球,陶瓷补强球随水流充溢于密集孔隙内，有效提高了陶瓷补强球于膜基板内部的分布均匀性，再向膜基板上注入防腐陶瓷浆液，防腐陶瓷浆液流平于膜基板的密集孔隙内，加热处理膜基板后，多个陶瓷补强球受热熔融，与防腐陶瓷浆液之间起到很好的锚固效果，即增强膜基板的整体机械强度以及耐腐蚀度，又提高了膜基板的气体过滤效果，最后在两个膜基板之间填充层叠过滤桥层，进一步增强了该陶瓷膜膜基板强度以及过滤效果。

Description

一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺
技术领域
本发明涉及陶瓷膜制备技术领域，更具体地说，涉及一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺。
背景技术
陶瓷膜是无机膜中的一种，属于膜分离过滤技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为基材支撑体，并在基材单面或双面涂布一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层，形成多孔性的安全性功能隔膜，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性经表面涂膜、高温烧制而成。
陶瓷过滤膜被广泛应用在高温气体分离除尘净化技术中，已成为材料、冶金、化工、电力等行业实现气固分离、节能环保的关键部件。市面上陶瓷膜主要为管状，其存在膜装填密度低，单位体积有效过滤面积小，分离效率低，且还难以很好地满足实际工况下对强度以及抗化学侵蚀能力等方面的苛刻要求。
为此，我们提出一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺来有效解决现有技术中所存在的一些问题。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，通过将陶瓷粉末烧结的膜基板作为膜基板，陶瓷材料在煅烧过程中利用其本身原位长柱状晶粒生长来实现补强，同时，在膜基板内填充多个陶瓷补强球,陶瓷补强球随水流充溢于密集孔隙内，有效提高了陶瓷补强球于膜基板内部的分布均匀性，再向膜基板上注入防腐陶瓷浆液，防腐陶瓷浆液流平于膜基板的密集孔隙内，加热处理膜基板后，多个陶瓷补强球受热熔融，与防腐陶瓷浆液之间起到很好的锚固效果，即增强膜基板的整体机械强度以及耐腐蚀度，又提高了膜基板的气体过滤效果，最后在两个膜基板之间填充层叠过滤桥层，进一步增强了该陶瓷膜膜基板强度以及过滤效果。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，包括以下步骤：
S1、制备膜基板，准备无机陶瓷材料，将其粉碎获得陶瓷粉末，将陶瓷粉末压制成板状薄胚体，对板状薄胚体进行高温烧结得到具有密集孔隙的膜基板；
S2、对膜基板进行冲洗，去除密集孔隙内所残留粉末体，并干燥备用；
S3、准备多个陶瓷补强球，将陶瓷补强球与水按1:1混合配制成混合颗粒液，在膜基板的底端贴附一层渗水膜，将混合颗粒液导入膜基板内，水从膜基板的密集孔隙中渗出，多个陶瓷补强球留存于密集孔隙内；
S4、对S3中的膜基板进行通风干燥，去除其内部水分，再向膜基板上注入防腐陶瓷浆液，防腐陶瓷浆液流平于膜基板的密集孔隙内，撕去渗水膜，并对膜基板进行高温加热处理，多个陶瓷补强球受热炸裂并锚固于防腐陶瓷浆液内，以提高陶瓷补强球与防腐陶瓷浆液以及膜基板的粘结强度；
S5、待S4中的膜基板冷却降温后，将两个膜基板上下堆叠设置，并在两个膜基板之间设置层叠过滤桥层，层叠过滤桥层的上下端面分别与两个膜基板相粘接，即得到自补强型耐高温陶瓷膜。
进一步的，所述无机陶瓷材料选用氮化硅、二氧化硅、氧化钛，所述氮化硅、二氧化硅、氧化钛的质量比为2:2:1，氮化硅陶瓷在烧结过程中利用其本身特有的原位长柱状晶粒生长来实现补强，而二氧化硅与氧化钛的添加在实现多孔膜基板膜基板内部形成密集孔隙的前提下，则更进一步增强其机械强度。
进一步的，所述S1中在板状薄胚体的外端面铺设一层金属粉末与石墨颗粒的混合体，所述金属粉末与石墨颗粒的质量比为1:2，进一步增强了膜基板的强度以及耐高温性能。
进一步的，所述陶瓷补强球包括位于外侧的中空氧化铝颗粒，所述中空氧化铝颗粒的内部填充有热熔胀裂球，所述热熔胀裂球的内部填充有补强混合体，所述中空氧化铝颗粒的外侧壁上嵌设有多个热熔层。
进一步的，所述中空氧化铝颗粒的侧壁上开设有用于热熔层嵌设连接的渗料腔，所述热熔层采用热熔性材料制成。
进一步的，所述热熔胀裂球为热熔扩张囊，所述热熔扩张囊同样采用热熔性材料制成。
进一步的，所述补强混合体为补强微颗粒与热胀性气体混合组成，所述补强微颗粒选用陶瓷短纤维、晶须中的一种或多种，所述热胀性气体采用二氧化碳，多个陶瓷补强球随水渗透于膜基板的密集孔隙内，陶瓷补强球的内径直远小于为密集孔隙的直径大小，多个陶瓷补强球用于填充密集孔隙，在对膜基板进行加热升温后，热熔层以及热熔胀裂球受热熔融，且补强混合体在受热过后，热胀性气体体积扩大，推动补强微颗粒通过渗料腔向外胀裂，多个补强微颗粒填充于防腐陶瓷浆液内，有效增强了膜基板的整体机械强度，且填充于防腐陶瓷浆液内部的中空氧化铝颗粒则同样具有过滤作用。
进一步的，所述中空氧化铝颗粒的外侧壁上活动嵌设连接有多个锚固纤维，多个所述锚固纤维的内端贯穿中空氧化铝颗粒并固定连接于热熔胀裂球上，所述锚固纤维的外端呈锥形结构，当热熔胀裂球热熔胀裂后，多个锚固纤维在热胀性气体向外喷发推动下插入防腐陶瓷浆液内，进一步增强了中空氧化铝颗粒与防腐陶瓷浆液的锚固效果。
进一步的，所述层叠过滤桥层包括相互较差设置的多个陶瓷纤维板，多个所述陶瓷纤维板之间形成过滤腔，多个所述过滤腔内填充有陶瓷颗粒剂。
进一步的，所述陶瓷纤维板的外端面上均分布有纤维刺，所述陶瓷颗粒剂内添加有碳酸钙，在两个膜基板之间填充层叠过滤桥层,层叠过滤桥层有相互交错设置的陶瓷纤维板以及填充于陶瓷纤维板内部的陶瓷颗粒剂组成，进一步增强了膜基板的整体机械强度以及该陶瓷膜的过滤效果。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过将陶瓷粉末烧结的膜基板作为膜基板，陶瓷材料在煅烧过程中利用其本身原位长柱状晶粒生长来实现补强，同时，在膜基板内填充多个陶瓷补强球,陶瓷补强球随水流充溢于密集孔隙内，有效提高了陶瓷补强球于膜基板内部的分布均匀性，再向膜基板上注入防腐陶瓷浆液，防腐陶瓷浆液流平于膜基板的密集孔隙内，加热处理膜基板后，多个陶瓷补强球受热熔融，与防腐陶瓷浆液之间起到很好的锚固效果，即增强膜基板的整体机械强度以及耐腐蚀度，又提高了膜基板的气体过滤效果，最后在两个膜基板之间填充层叠过滤桥层，进一步增强了该陶瓷膜膜基板强度以及过滤效果。
（2）无机陶瓷材料选用氮化硅、二氧化硅、氧化钛，氮化硅、二氧化硅、氧化钛的质量比为2:2:1，氮化硅陶瓷在烧结过程中利用其本身特有的原位长柱状晶粒生长来实现补强，而二氧化硅与氧化钛的添加在实现多孔膜基板膜基板内部形成密集孔隙的前提下，则更进一步增强其机械强度。
（3）S1中在板状薄胚体的外端面铺设一层金属粉末与石墨颗粒的混合体，金属粉末与石墨颗粒的质量比为1:2，进一步增强了膜基板的强度以及耐高温性能。
（4）陶瓷补强球包括位于外侧的中空氧化铝颗粒，中空氧化铝颗粒的内部填充有热熔胀裂球，热熔胀裂球的内部填充有补强混合体，中空氧化铝颗粒的外侧壁上嵌设有多个热熔层，中空氧化铝颗粒的侧壁上开设有用于热熔层嵌设连接的渗料腔，热熔层采用热熔性材料制成，热熔胀裂球为热熔扩张囊，热熔扩张囊同样采用热熔性材料制成，当对膜基板进行加热后，陶瓷补强球热熔胀裂，易于内内部的补强混合体溢出并与防腐陶瓷浆液相混合。
（5）补强混合体为补强微颗粒与热胀性气体混合组成，补强微颗粒选用陶瓷短纤维、晶须中的一种或多种，热胀性气体采用二氧化碳，多个陶瓷补强球随水渗透于膜基板的密集孔隙内，陶瓷补强球的内径直远小于为密集孔隙的直径大小，多个陶瓷补强球用于填充密集孔隙，在对膜基板进行加热升温后，热熔层以及热熔胀裂球受热熔融，且补强混合体在受热过后，热胀性气体体积扩大，推动补强微颗粒通过渗料腔向外胀裂，多个补强微颗粒填充于防腐陶瓷浆液内，有效增强了膜基板的整体机械强度，且填充于防腐陶瓷浆液内部的中空氧化铝颗粒则同样具有过滤作用。
（6）中空氧化铝颗粒的外侧壁上活动嵌设连接有多个锚固纤维，多个锚固纤维的内端贯穿中空氧化铝颗粒并固定连接于热熔胀裂球上，锚固纤维的外端呈锥形结构，当热熔胀裂球热熔胀裂后，多个锚固纤维在热胀性气体向外喷发推动下插入防腐陶瓷浆液内，进一步增强了中空氧化铝颗粒与防腐陶瓷浆液的锚固效果。
（7）层叠过滤桥层包括相互较差设置的多个陶瓷纤维板，多个陶瓷纤维板之间形成过滤腔，多个过滤腔内填充有陶瓷颗粒剂，陶瓷纤维板的外端面上均分布有纤维刺，陶瓷颗粒剂内添加有碳酸钙，在两个膜基板之间填充层叠过滤桥层,层叠过滤桥层有相互交错设置的陶瓷纤维板以及填充于陶瓷纤维板内部的陶瓷颗粒剂组成，进一步增强了膜基板的整体机械强度以及该陶瓷膜的过滤效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的膜基板与层叠过滤桥层结合处的结构示意图；
图3为本发明的陶瓷补强球热胀充溢于膜基板内的结构示意图；
图4为本发明的陶瓷补强球的内部示意图；
图5为本发明的陶瓷补强球的形态示意图；
图6为本发明的层叠过滤桥层处的部分示意图。
图中标号说明：
1膜基板、2层叠过滤桥层、201陶瓷纤维板、202陶瓷颗粒剂、3陶瓷补强球、301中空氧化铝颗粒、3011热熔层、302热熔胀裂球、303补强混合体、304锚固纤维、4防腐陶瓷浆液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-3，一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，包括以下步骤：
S1、制备膜基板，准备无机陶瓷材料，将其粉碎获得陶瓷粉末，将陶瓷粉末压制成板状薄胚体，对板状薄胚体进行高温烧结得到具有密集孔隙的膜基板1；
S2、对膜基板1进行冲洗，去除密集孔隙内所残留粉末体，并干燥备用；
S3、准备多个陶瓷补强球3，将陶瓷补强球3与水按1:1混合配制成混合颗粒液，在膜基板1的底端贴附一层渗水膜，将混合颗粒液导入膜基板1内，水从膜基板1的密集孔隙中渗出，多个陶瓷补强球3留存于密集孔隙内；
S4、对S3中的膜基板1进行通风干燥，去除其内部水分，再向膜基板1上注入防腐陶瓷浆液4，防腐陶瓷浆液4流平于膜基板1的密集孔隙内，撕去渗水膜，并对膜基板1进行高温加热处理，多个陶瓷补强球3受热炸裂并锚固于防腐陶瓷浆液4内，以提高陶瓷补强球3与防腐陶瓷浆液4以及膜基板1的粘结强度；
S5、待S4中的膜基板1冷却降温后，将两个膜基板1上下堆叠设置，并在两个膜基板1之间设置层叠过滤桥层2，层叠过滤桥层2的上下端面分别与两个膜基板1相粘接，即得到自补强型耐高温陶瓷膜。
其中，无机陶瓷材料选用氮化硅、二氧化硅、氧化钛，氮化硅、二氧化硅、氧化钛的质量比为2:2:1，氮化硅陶瓷在烧结过程中利用其本身特有的原位长柱状晶粒生长来实现补强，而二氧化硅与氧化钛的添加在实现膜基板1内部形成密集孔隙的前提下，则更进一步增强其机械强度，S1中在板状薄胚体的外端面铺设一层金属粉末与石墨颗粒的混合体，金属粉末与石墨颗粒的质量比为1:2，进一步增强了膜基板1的强度以及耐高温性能。
请参阅图2-5，陶瓷补强球3包括位于外侧的中空氧化铝颗粒301，中空氧化铝颗粒301的内部填充有热熔胀裂球302，热熔胀裂球302的内部填充有补强混合体，中空氧化铝颗粒301的外侧壁上嵌设有多个热熔层3011，中空氧化铝颗粒301的侧壁上开设有用于热熔层3011嵌设连接的渗料腔，热熔层3011采用热熔性材料制成，热熔胀裂球302为热熔扩张囊，热熔扩张囊同样采用热熔性材料制成，补强混合体303为补强微颗粒与热胀性气体混合组成，补强微颗粒选用陶瓷短纤维、晶须中的一种或多种，热胀性气体采用二氧化碳，多个陶瓷补强球3随水渗透于膜基板1的密集孔隙内，陶瓷补强球3的内径直远小于为密集孔隙的直径大小，多个陶瓷补强球3用于填充密集孔隙，在对膜基板1进行加热升温后，热熔层3011以及热熔胀裂球302受热熔融，且补强混合体303在受热过后，热胀性气体体积扩大，推动补强微颗粒通过渗料腔向外胀裂，多个补强微颗粒填充于防腐陶瓷浆液4内，有效增强了膜基板1的整体机械强度，进一步起到补强作用，且填充于防腐陶瓷浆液4内部的中空氧化铝颗粒301则同样具有过滤作用，同时，热胀性气体充溢于防腐陶瓷浆液4内部，起到制孔作用，防腐陶瓷浆液4采用陶瓷液体、防腐剂以及热固性树脂组成，即具有过滤作用，又具有粘合加固作用。
中空氧化铝颗粒301的外侧壁上活动嵌设连接有多个锚固纤维304，多个锚固纤维304的内端贯穿中空氧化铝颗粒301并固定连接于热熔胀裂球302上，锚固纤维304的外端呈锥形结构，当热熔胀裂球302热熔胀裂后，多个锚固纤维304在热胀性气体向外喷发推动下插入防腐陶瓷浆液4内，锚固纤维304的内端限位于中空氧化铝颗粒301的内端，进一步增强了中空氧化铝颗粒301与防腐陶瓷浆液4的锚固效果。
请参阅图2和图6，层叠过滤桥层2包括相互较差设置的多个陶瓷纤维板201，多个陶瓷纤维板201之间形成过滤腔，多个过滤腔内填充有陶瓷颗粒剂202，陶瓷纤维板201的外端面上均分布有纤维刺，陶瓷颗粒剂202内添加有碳酸钙，在两个膜基板1之间填充层叠过滤桥层2,层叠过滤桥层2有相互交错设置的陶瓷纤维板201以及填充于陶瓷纤维板201内部的陶瓷颗粒剂202组成，陶瓷颗粒剂202通过粘结剂粘附于陶瓷纤维板201上，进一步增强了膜基板1的整体机械强度以及该陶瓷膜的过滤效果。
本发明通过将陶瓷粉末烧结的膜基板1作为膜基板，陶瓷材料在煅烧过程中利用其本身特有的原位长柱状晶粒生长来实现补强，同时，在膜基板1内所形成的密集孔隙内部填充多个陶瓷补强球3,陶瓷补强球3随水流充溢于密集孔隙内，有效提高了陶瓷补强球3于膜基板1内部的分布均匀性，再向膜基板1上注入防腐陶瓷浆液4，防腐陶瓷浆液4流平于膜基板1的密集孔隙内，加热处理膜基板1后，多个陶瓷补强球3受热熔融，与防腐陶瓷浆液4之间起到很好的锚固效果，即增强膜基板1的整体机械强度以及耐腐蚀度，又提高了膜基板1的气体过滤效果，最后在两个膜基板1之间填充层叠过滤桥层2，进一步增强了该陶瓷膜膜基板1强度以及过滤效果。
本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
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；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备膜基板，准备无机陶瓷材料，将其粉碎获得陶瓷粉末，将陶瓷粉末压制成板状薄胚体，对板状薄胚体进行高温烧结得到具有密集孔隙的膜基板（1）；
S2、对膜基板（1）进行冲洗，去除密集孔隙内所残留粉末体，并干燥备用；
S3、准备多个陶瓷补强球（3），将陶瓷补强球（3）与水按1:1混合配制成混合颗粒液，在膜基板（1）的底端贴附一层渗水膜，将混合颗粒液导入膜基板（1）内，水从膜基板（1）的密集孔隙中渗出，多个陶瓷补强球（3）留存于密集孔隙内；
S4、对S3中的膜基板（1）进行通风干燥，去除其内部水分，再向膜基板（1）上注入防腐陶瓷浆液（4），防腐陶瓷浆液（4）流平于膜基板（1）的密集孔隙内，撕去渗水膜，并对膜基板（1）进行高温加热处理，多个陶瓷补强球（3）受热炸裂并锚固于防腐陶瓷浆液（4）内，以提高陶瓷补强球（3）与防腐陶瓷浆液（4）以及膜基板（1）的粘结强度；
S5、待S4中的膜基板（1）冷却降温后，将两个膜基板（1）上下堆叠设置，并在两个膜基板（1）之间设置层叠过滤桥层（2），层叠过滤桥层（2）的上下端面分别与两个膜基板（1）相粘接，即得到自补强型耐高温陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述无机陶瓷材料选用氮化硅、二氧化硅、氧化钛，所述氮化硅、二氧化硅、氧化钛的质量比为2:2:1。
3.根据权利要求1所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述S1中在板状薄胚体的外端面铺设一层金属粉末与石墨颗粒的混合体，所述金属粉末与石墨颗粒的质量比为1:2，进一步增强了1的强度以及耐高温性能。
4.根据权利要求1所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述陶瓷补强球（3）包括位于外侧的中空氧化铝颗粒（301），所述中空氧化铝颗粒（301）的内部填充有热熔胀裂球（302），所述热熔胀裂球（302）的内部填充有补强混合体，所述中空氧化铝颗粒（301）的外侧壁上嵌设有多个热熔层（3011）。
5.根据权利要求4所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述中空氧化铝颗粒（301）的侧壁上开设有用于热熔层（3011）嵌设连接的渗料腔，所述热熔层（3011）采用热熔性材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述热熔胀裂球（302）为热熔扩张囊，所述热熔扩张囊同样采用热熔性材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述补强混合体（303）为补强微颗粒与热胀性气体混合组成，所述补强微颗粒选用陶瓷短纤维、晶须中的一种或多种，所述热胀性气体采用二氧化碳。
8.根据权利要求7所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述中空氧化铝颗粒（301）的外侧壁上活动嵌设连接有多个锚固纤维（304），多个所述锚固纤维（304）的内端贯穿中空氧化铝颗粒（301）并固定连接于热熔胀裂球（302）上，所述锚固纤维（304）的外端呈锥形结构。
9.根据权利要求1所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述层叠过滤桥层（2）包括相互较差设置的多个陶瓷纤维板（201），多个所述陶瓷纤维板（201）之间形成过滤腔，多个所述过滤腔内填充有陶瓷颗粒剂（202）。
10.根据权利要求9所述的一种废气处理用自补强型耐高温陶瓷膜制备工艺，其特征在于：所述陶瓷纤维板（201）的外端面上均分布有纤维刺，所述陶瓷颗粒剂（202）内添加有碳酸钙。
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