[发明专利]一种微孔陶瓷支撑体的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种微孔陶瓷过滤元件的制备工艺，尤其涉及钢铁等行业冶金炉窑高温烟气的净化处理，属于PM2.5捕集技术领域。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于等于2.5μm的颗粒物，具有粒径小、比表面积大的特点，易吸附有毒害物质且具有很强的穿透力，可抵达细支气管壁，影响呼吸系统健康，直接危害人们身体健康。在我国，有些重要工业城市，来源于钢铁行业的PM2.5超过三成，引起了人们的高度关注。

钢铁冶金中产生的烧结烟气粉尘量大，影响面广，且含有氯化氢（HCl）、硫氧化物（SO_x）、氮氧化物（NO_x）、氟化氢（HF）等腐蚀性气体，并伴有重金属污染物，治理难度很大。另外，烟气温度较高，随工艺操作状况的变化，烟气温度一般在120～180℃上下。而目前在铁前系统中主要采用干法袋式除尘工艺来净化烧结烟气，以多绒纤维或玻璃纤维作滤料，对PM2.5甚至PM10的过滤效果都非常有限。采用电场力直接作用在带电粒子的静电除尘技术因PM2.5微粒子本身所具有的固有特征及电场对其荷电的机理不利于收集，在对于细小的可吸入颗粒的去除效果一直不理想，也有必要对PM2.5的过滤捕集的除尘工艺进行改进。

采用微孔功能膜对颗粒物进行物理隔离和过滤是一种非常有效的气固分离技术。相关技术目前在工业洁净煤上有一定的应用，由德国Pall Schumacher GmbH公司、Dupont Lanxide Composites公司、日本Asahi玻璃管公司和德国BWF公司所垄断。中国钢研科技集团有限公司曾研制出金属介质高温过滤元件，并推广应用到石化行业。但因钢铁烧结烟气具有亚微米颗粒物排放浓度高、比电阻较高、含湿量大、粉尘粘附性强、腐蚀性强的特点，金属膜管在恶劣工况下容易损毁，性能下降，从而限制了其在冶金行业的应用。在过滤精度和制作成本方面，也不能满足PM2.5捕集技术需求。在无机介质过滤元件方面国内研究起步晚，在钢铁烧结烟气排放PM2.5的过滤捕集应用方面，无机膜管的科学研究几乎是空白。

发明内容

本发明旨在提供一种具有细颗粒捕集效率高、耐高温、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形、寿命长的PM2.5微孔陶瓷过滤元件，同时提供一种易于实施、便于精确控制、生产成本低的制备工艺。

一种PM2.5微孔陶瓷过滤元件，由不同孔径的微滤分离膜、微孔陶瓷支撑体组成双层或多层梯度夹心结构，其特征在于微孔陶瓷支撑体置于中间进行内滤，气孔堆叠成呈喇叭束状的方式分布，孔径由100μm依次递减到30μm，微孔陶瓷支撑体的外表面为孔径介于2nm-20μm之间的微滤分离膜进行外滤。

微孔陶瓷支撑体的组分及重量配比为：莫来石30-50份，粒径控制在150-300μm；堇青石20-30份，粒径控制在150-300μm；粘土、钾长石或滑石组成的粘结剂，10-20份，粒径控制在80-150μm；造孔剂2-10份，粒径控制在30-100μm；羧甲基纤维纳，2-3份，粒径控制在30-80μm。

上述造孔剂优选熔点较高又可溶于水、酸或碱溶液的各种盐或化合物，例如YSZ、PMMA，也可以是在高温条件燃烧的石墨、活性炭纤维。

经多次试验发现，选用刚玉质热稳定性较差，碳化硅抗氧化、腐蚀能力弱，莫来石、堇青石的抗热震能力、抗氧化能力和机械强度都较好，但堇青石因其热胀系数小，在含碱金属及硫组分较高的钢铁炉窑烟气过滤中，组成晶体结构中晶粒的增长不同会造成产品微裂纹的产生，故本发明中通过混合堇青石和莫来石，以有效防止这种现象，同时延长微孔陶瓷支撑体的使用寿命。

微孔陶瓷支撑体的制备工艺步骤为：

（1）称取莫来石30-50份、堇青石20-30份，置于适量的水溶液中煮沸后，在800转/min的转速下球磨4h，然后干燥、过筛，得到粒径150-300μm的混合粉料，并按粒径大小分别置于不同的容器中。

（2）用标准筛分别筛取不同粒径的造孔剂，将不同粒径的造孔剂按种类、大小分别置于不同的容器中，造孔剂2-10份，粒径控制在30-100μm。

（3）将步骤1得到的混合粉料对应造孔剂的粒径大小，依次加入到可以溶解其的溶剂中，同时加入2-3份分散剂羧甲基纤维纳，用磁力搅拌1h。

（4）加入粘土、钾长石或滑石10-25份，用磁力搅拌1h后，再用超声波震荡30min，最后静置2h，得到悬浮分层且有一定流动性的聚合物溶液。

（5）将不同粒径大小的聚合物溶液放入真空烘箱干燥4h，冷却至室温。