[發明專利]一種常壓固相燒結碳化硅膜支撐體及其制備方法

在審

• 申請號: 201811564686.1
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109678522A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 黃政仁;吳海波;楊麗慧;劉學建;陳忠明;姚秀敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/577
• 分類號: C04B35/577;C04B35/622;C04B38/00;B01D46/54
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種常壓固相燒結碳化硅膜支撐體及其制備方法，該制備方法包括：將亞微米級碳化硅粉或納米級碳化硅粉中的一種、微米級碳化硅粉、碳粉、燒結助劑和有機粘結劑混合，得到混合粉體，所述亞微米級碳化硅粉或納米級碳化硅粉中的一種和微米級碳化硅粉的質量比為1：（3～40），優選為1：（3～25）；在所得混合粉體中加入塑化劑、潤滑劑和水混煉后，得到水基碳化硅泥料；將所得水基碳化硅泥料進行擠出成型并干燥，再升溫至1750℃～2200℃燒結，得到所述碳化硅膜支撐體。

技術領域

本發明涉及一種常壓固相燒結碳化硅膜支撐體及其制備方法，屬于陶瓷膜過濾技術領域。

背景技術

陶瓷膜過濾技術是目前國際上普遍公認的商用前景最好的高溫煙氣處理技術。與袋式除塵、靜電除塵等其它凈化方式相比，非對稱陶瓷膜在耐高溫、耐腐蝕、過濾精度與效率等方面具有明顯優勢。目前非對稱陶瓷膜的材質包括Al₂O₃、莫來石、堇青石、TiO₂、ZrO₂、SiC等。氧化物陶瓷膜一般多用于固-液分離，如水處理陶瓷膜。碳化硅陶瓷膜與氧化物陶瓷膜相比，在高溫強度、抗熱震性與耐腐蝕特性方面更具優勢，是理想的高溫過濾材料，此外還可廣泛應用于冶金、石油、化工等其它領域的高溫高壓氣體凈化、氣固分離或物料回收。

非對稱碳化硅陶瓷膜由除塵凈化的微濾膜層與碳化硅膜支撐體組成，其中：碳化硅膜支撐體是具有良好滲透性、為非對稱陶瓷膜提供強度的碳化硅多孔陶瓷，其性能直接決定陶瓷膜管的過濾效果與使用壽命。目前商業化的陶瓷膜支撐體主要為氧化物材質，國際上僅有少數幾家公司生產碳化硅膜支撐體，包括美國Pall公司、丹麥LiqTech公司、德國Atech公司、山東工陶院、久吾高科等，其中美國Pall公司制造的非對稱碳化硅陶瓷膜已廣泛應用于傳統火力發電廠及新型生物質發電等高溫氣固分離凈化領域，占據全球主要市場。然而，對于目前商業化的非對稱碳化硅陶瓷膜支撐體的物相組成均為氧化物結合碳化硅，如Pall公司生產的碳化硅膜支撐體為粘土結合的碳化硅多孔陶瓷。近年來隨著我國對環境問題的日益重視，SiC膜支撐體材料受到國內研究者的廣泛關注。2000年，西安交大率先開展了SiC膜支撐體的研究，此后清華大學、海南大學、沈陽金屬所、江蘇省陶瓷研究所、佛山市陶瓷研究所、山東工陶院等也開展了SiC膜支撐體的研究開發工作，所研究碳化硅的膜支撐體均為氧化物結合碳化硅膜支撐體。氧化物結合碳化硅膜支撐體存在軟化溫度低、化學穩定性較差(特別是常用的氧化硅與粘土結合相)的問題，故氧化物結合碳化硅膜支撐體使用溫度均不超過800℃。同時，在高溫、惡劣環境的使用過程中，氧化物結合碳化硅膜支撐體會發生明顯的蠕變和腐蝕，導致支撐體的破壞失效，進而降低使役壽命。

發明內容

針對傳統氧化物結合碳化硅膜支撐體使用溫度低、耐腐蝕性差等問題，本發明的目的在于提供一種碳化硅膜支撐體及其制備方法。

一方面，本發明提供了一種碳化硅膜支撐體的制備方法，包括：

將亞微米級碳化硅粉或納米級碳化硅粉中的一種、微米級碳化硅粉、碳粉、燒結助劑和有機粘結劑混合，得到混合粉體，所述亞微米級碳化硅粉或納米級碳化硅粉中的一種和微米級碳化硅粉的質量比為1：(3～40)，優選為1：(3～25)；

在所得混合粉體中加入塑化劑、潤滑劑和水混煉后，得到水基碳化硅泥料；

將所得水基碳化硅泥料進行擠出成型并干燥，再升溫至1750℃～2200℃燒結，得到所述碳化硅膜支撐體。

在本公開中，采用常壓固相燒結方法制備碳化硅膜支撐體，通過控制混合粉體中的微米級碳化硅粉體的粒徑、亞微米級(或納米級)與微米級碳化硅粉質量比(1：(3～40)，優選為1：(3～25))控制碳化硅膜支撐體的孔隙率(25％～45％)，孔徑大小(0.1μm～20μm)通過混合粉體中的微米級碳化硅粉體的粒徑控制。而且，采用常壓固相燒結方法制備的碳化硅膜支撐體的具有優異的高溫強度與耐腐蝕性，顯著優于氧化物結合碳化硅膜支撐體與反應燒結碳化硅膜支撐體。