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国内多孔陶瓷及陶瓷膜材料发展

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2021-02-18 12:21:11 * 浏览: 0

国内最早开展多孔陶瓷材料研究始于上世纪70年代初,山东工业陶瓷研究设计院先后采用一种热浇注成型工艺研制开发了石英质、刚玉质、铝矾土质等多孔陶瓷制品,这种多孔陶瓷材料具有10~200um可控孔径、气孔率25%~40%,具有良好的耐酸性和耐碱性性能,产品以管状制品为主,主要用于一些气体过滤和液体过滤等。进入90年代,该院采用涂层技术,又开发了一种具有孔梯度结构的陶瓷微滤膜过滤材料。这种陶瓷微滤膜材料是在原有刚玉质多孔陶瓷材料基础上,通过在材料外表面或内表面采用喷涂、浸渍、烧结技术涂覆一层孔径0.5~30um、厚度100~300um的均匀氧化铝膜过滤层,其中刚玉质多孔陶瓷材料作为膜支撑体,具有较高机械强度、较大孔径(60~150um)和较小的过滤阻力。与传统多孔管陶瓷材料相比,这种具有孔梯度结构的陶瓷膜材料具有过滤精度高、过滤阻力小、清洗再生效果好等优点,实现了传统多孔陶瓷材料技术升级。

90年代后期,随着国外陶瓷超滤膜、纳滤膜技术的发展,国内相关单位也开始开展了用于错流过滤的多通道陶瓷材料的研究开发工作。其中,南京工业大学研究团队,最早完成了多通道陶瓷微滤膜、超滤膜、纳滤膜的研究开发工作。这种多通道陶瓷膜材料主要是以高纯氧化铝(或刚玉砂)为原料,首先采用挤出成型工艺制备孔径3~5um多通道(包括单通道、7通道、19通道、37通道等)管状陶瓷膜支撑体,然后在支撑体通道内表面采用粒子烧结工艺或溶胶-凝胶工艺制备一层或多层膜过滤层,膜层孔径从0.8um到几个纳米不等,膜层材料主要有氧化铝质、氧化钛质、氧化锆质或其复合材料。特殊的通道结构设计、光滑的膜表面、较高进一步拓宽了产品应用领域。目前,国内在多通道陶瓷膜材料的研究及开发应用方面已达到较高水平,在膜材料制备、抗污染性能研究、膜材料修饰与复合技术、应用开发方面也都取得了较大进展,多通道陶瓷膜材料在目前国内陶瓷膜材料领域占有较大比重。

进入21世纪以来,随着国家节能减排政策实施,高温气体净化技术对先进膜过滤材料的需要,具有耐高温、耐高压、过滤效率高、适用范围广的高温陶瓷膜材料引起国内重视。山东工业陶瓷研究设计院也在多年从事陶瓷膜材料研究开发基础上,从上世纪90年代末开始,开展了高温陶瓷膜材料的研究开发工作。先后采用热浇注成型工艺、挤出成型工艺以及等静压成型工艺先后完成了刚玉质、堇青石质以及碳化硅质陶瓷及陶瓷纤维复合膜材料的研究开发。其中以多孔堇青石陶瓷材料为支撑体,以莫来石-硅酸铝纤维为复合膜过滤层的堇青石质陶瓷纤维复合膜材料与其它多孔陶瓷材料相比,具有气孔率高、过滤阻力小体积密度小、耐高温性能优良等优点,可用于700℃以下各种高温气体(烟尘)净化,过滤精度小于1um,过滤阻力小于2000Pa,净化后气体杂质浓度一般小于10mg/N·m3。产品可广泛应用于冶炼、建材、焚烧炉等高温烟尘净化领域。另一种高温陶瓷膜过滤材料为碳化硅基陶瓷纤维复合膜材料,它是以先进的冷等静压近净尺寸成型工艺首先制备高温碳化硅陶瓷膜支撑体,以多晶莫来石短切纤维、刚玉砂等为原料,采用喷涂和烧结工艺在多支撑体表面形成一层均匀的陶瓷纤维复合分离膜层,膜层孔径可以控制在5~20um,厚度100~200um。通过支撑体层和膜分离层不同孔结构设计,可以获得不同机械性能、不同微孔性能的高温膜分离材料。这种高温碳化硅基纤维复合膜过滤材料使用温度可以达到900℃,工作压力可以达到几个兆帕,过滤精度可以达到0.2um,过滤后气体杂质浓度可以达到5mg/N·m3以下。产品可广泛用于各种高温、高压气体净化,如煤化工领域高温粗煤气净化、多晶硅、有机硅、石油化工领域高温合成气净化等。

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