[发明专利]一种反应烧结碳化硅微滤膜层的制备方法

说明书

本发明涉及一种反应烧结碳化硅微滤膜层的制备方法，该制备方法包括：（1）将碳化硅粉体、碳源、水性硅溶胶和水混合，得到水基碳化硅浆料；（2）将所得水基碳化硅浆料涂覆于碳化硅膜支撑体表面，再经干燥后，在保护气氛中、1300℃～1600℃下热处理，得到所述碳化硅微滤膜层。

技术领域

本发明涉及一种反应烧结碳化硅微滤膜层的制备方法，属于陶瓷膜过滤技术领域。

背景技术

陶瓷膜过滤技术是目前国际上普遍公认的商用前景最好的高温烟气处理技术。与袋式除尘、静电除尘等其它净化方式相比，非对称陶瓷膜在耐高温、耐腐蚀、过滤精度与效率等方面具有明显优势。目前非对称陶瓷膜的材质包括Al₂O₃、莫来石、堇青石、TiO₂、ZrO₂、SiC等。氧化物陶瓷膜一般多用于固-液分离，如水处理陶瓷膜。碳化硅陶瓷膜与氧化物陶瓷膜相比，在高温强度、抗热震性与耐腐蚀特性方面更具优势，是理想的高温过滤材料，此外还可广泛应用于冶金、石油、化工等其它领域的高温高压气体净化、气固分离或物料回收。

非对称碳化硅陶瓷膜由除尘净化的微滤膜层与碳化硅膜支撑体组成，其中：碳化硅膜支撑体是具有良好渗透性、为非对称陶瓷膜提供强度的碳化硅多孔陶瓷；微滤膜层处于膜支撑体表面，具有微孔结构，拦截固态颗粒，起分离作用。目前国际上仅有少数几家公司生产非对称碳化硅陶瓷膜，包括美国Pall公司、丹麦LiqTech公司、德国Atech公司、山东工陶院、久吾高科等，其中美国Pall公司制造的非对称碳化硅陶瓷膜已广泛应用于传统火力发电厂及新型生物质发电等高温气固分离净化领域，占据全球主要市场。然而，对于目前的非对称碳化硅陶瓷膜，其膜支撑体的物相组成均为低温氧化物结合碳化硅，如Pall公司生产的碳化硅膜支撑体为粘土结合的碳化硅多孔陶瓷。氧化物结合碳化硅膜支撑体存在软化温度低的问题，其使用温度均不超过800℃。由于氧化物结合碳化硅膜支撑体使用温度的限制，目前的非对称碳化硅陶瓷膜的微滤膜层均是通过低温热处理的方式在氧化物结合碳化硅膜支撑体表面形成氧化物或氧化物结合碳化硅的微滤膜层，包括氧化硅微滤膜层、氧化铝微滤膜层、氧化锆微滤膜层、氧化硅结合碳化硅微滤膜层，等。氧化物或氧化物结合碳化硅的微滤膜层存在耐高温、耐腐蚀性能(尤其是在碱性条件下)相对较差的问题，导致微滤膜层出现脱落或粉化现象，显著降低非对称碳化硅陶瓷膜的使用寿命。

发明内容

针对目前非对称碳化硅陶瓷膜微滤膜层耐高温、耐腐蚀性较差的问题，本发明提出一种反应烧结碳化硅微滤膜层的制备方法。该方法利用反应烧结碳化硅陶瓷微滤膜层耐高温、耐腐蚀的特点，显著提升非对称碳化硅陶瓷膜的性能与使用寿命。

一方面，本发明提供了一种反应烧结碳化硅微滤膜层的制备方法，包括：

(1)将碳化硅粉体、碳源、水性硅溶胶和水混合，得到水基碳化硅浆料；

(2)将所得水基碳化硅浆料涂覆于碳化硅膜支撑体表面，再经干燥后，在保护气氛中、1300℃～1600℃下热处理，得到所述碳化硅微滤膜层。

本发明中，选用碳化硅粉体、碳源、水性硅溶胶和水作为原料，在原料中水性硅溶胶在作为反应烧结碳化硅的硅源的同时，也起到无机粘结剂的作用(碳化硅粉体颗粒通过反应生成的碳化硅相结合，也与碳化硅膜支撑体表面的SiC相结合)，使得涂覆的水基碳化硅浆料与常压固相烧结碳化硅膜支撑体之间结合紧密，形成无缺陷的微滤膜层素坯。

较佳地，所述碳化硅粉体的中位粒径为0.1～10μm；所述碳源为有机碳源或/和无机碳源，所述有机碳源为蔗糖、淀粉和糊精中的至少一种，所述无机碳源为炭黑和石墨中的至少一种。

较佳地，所述碳源的加入量为碳化硅粉体重量的2～20wt％；所述水性硅溶胶中氧化硅含量在5～40wt％之间，所述水性硅溶胶的加入量为碳化硅粉体重量的5～120wt％。

较佳地，所述水性硅溶胶中胶粒大小为5nm～80nm。