一种壁流式蜂窝陶瓷的膜层改性材料及其修饰改性陶瓷过滤体的方法

摘要

本发明公开了一种壁流式蜂窝陶瓷的膜层改性材料，为由堇青石粉料和聚丙烯酸钠溶液组成的浆料；所述浆料中堇青石粉料的固含量为3～15wt%；所述聚丙烯酸钠溶液中聚丙烯酸钠含量为0.1～2.0wt%。此外还公开了采用上述膜层材料对陶瓷过滤体进行修饰改性的方法。本发明通过对壁流式蜂窝陶瓷表面进行涂覆改性，避免了粉尘颗粒对孔道壁内微孔的塞积，并易于粉尘颗粒的清理，从而显著提高了陶瓷元件的过滤效率，并延长了陶瓷元件的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种对含尘气体净化处理用壁流 式蜂窝陶瓷进行改性的材料及其修饰改性陶瓷过滤体的方法。

背景技术

目前，壁流式蜂窝陶瓷作为含尘废气净化、尤其是高温含尘气体除尘处理用过 滤元件，已广泛应用于柴油机尾气处理等废气净化技术领域。然而，壁流式蜂窝陶 瓷在长期的除尘运行过程中，微细粉尘容易随气流进入孔道壁内的微孔中，并在联 通微孔的颈部塞积，从而降低蜂窝陶瓷的孔隙率、增大气体过滤阻力、降低对含尘 废气过滤的处理效率。尽管采用高压脉冲反吹等方式可以清除部分孔道壁内微孔中 的颗粒物，但由于孔道壁中微孔是不规则的联通结构，在高压脉冲气体反吹过程中， 仍然有大量颗粒物在微孔的颈部塞积，导致大量粉尘颗粒残留在蜂窝陶瓷过滤体的 孔道壁中。随着运行时间的延长和反吹次数的增多，该部分残留粉尘颗粒在孔道壁 内微孔中形成紧密堆积，大幅度降低了过滤效率，最终致使过滤元件报废。

为改善和提高壁流式蜂窝陶瓷的性能，目前现有技术对该领域的研究一般仅局 限于陶瓷过滤体的材料选择、组成配方、成型工艺、烧成工艺等方面。例如，与一 般陶瓷过滤体相比，堇青石质陶瓷具有低热膨胀性、耐高温、耐热冲击等特性，因 此是目前高温含尘废气处理主要选用的过滤元件。但现有技术仍然无法很好地解决 上述粉尘颗粒塞积的问题，急需研究开发有效的技术措施以提高壁流式蜂窝陶瓷的 使用性能，提高过滤效率、延长使用寿命。

目前，现有技术对于壁流式蜂窝陶瓷表面的修饰改性研究极少涉及，也尚未见 到有关采用堇青石材料对壁流式蜂窝陶瓷进行修饰改性的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种壁流式蜂窝陶瓷的膜层改性 材料，以实现对壁流式蜂窝陶瓷表面的涂覆改性，避免粉尘颗粒对孔道壁内微孔的 塞积，并易于粉尘颗粒的清理，从而显著提高陶瓷元件的过滤效率、延长使用寿命。 本发明的另一目的在于提供采用上述膜层材料对陶瓷过滤体进行修饰改性的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种壁流式蜂窝陶瓷的膜层改性材料，为由堇青石粉料和聚丙烯 酸钠溶液组成的浆料；所述浆料中堇青石粉料的固含量为3～15wt%；堇青石粉料 的平均粒径以5～65μm为宜；所述聚丙烯酸钠溶液中聚丙烯酸钠含量为0.1～2.0 wt%，优选0.1～1.0wt%。所述聚丙烯酸钠的分子量以10⁵～10⁸为宜。

进一步地，本发明所述堇青石粉料由粒径分别为45～75μm、25～45μm、0.5～ 25μm的粗颗粒、中颗粒、细颗粒组成，其中堇青石粉料总量中粗颗粒为0～40wt%、 中颗粒为10～50wt%、细颗粒为30～60wt%。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述膜层改性材料修饰改性陶瓷过滤体的方法，包括以下步骤：

(1)改性浆料的制备：将上述堇青石粉料加入聚丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀得 到改性浆料；

(2)修饰改性处理：将陶瓷过滤体缓慢浸入改性浆料中，停留10～60s后缓慢 取出，干燥；优选地，停留时间10～30s；

(3)改性陶瓷过滤体的热处理：将浸浆后的陶瓷过滤体于1150～1320℃温度下 烧成，得到经堇青石材料修饰改性的陶瓷过滤体。

本发明采用浸渍提拉法将膜层材料涂覆于陶瓷过滤体表面而实现陶瓷表面的修 饰改性，通过在陶瓷过滤体表面形成一过滤膜层而将含尘废气中的粉尘颗粒物截留， 避免了陶瓷孔道壁中微孔的堵塞，也有利于粉尘的清理，有效提高了陶瓷过滤体的 除尘过滤效果。

进一步地，本发明所述步骤(1)中堇青石和聚丙烯酸钠溶液在pH值为8～9下搅 拌混合，搅拌时间为10～30h。

上述方案中，本发明所述陶瓷过滤体为堇青石质壁流式蜂窝陶瓷，使得膜层改 性材料与蜂窝陶瓷体之间相匹配，有助于提高涂覆膜层与陶瓷体的结合稳固性和高 温抗热震性。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过以改性材料对壁流式蜂窝陶瓷表面进行涂覆改性的方式，有效 改善了壁流式蜂窝陶瓷的使用性能。

(2)本发明通过在壁流式蜂窝陶瓷表面形成一层极薄且平均孔径小于蜂窝陶瓷 本身的过滤膜层，从而可将含尘废气中的粉尘颗粒物在进入蜂窝陶瓷孔道壁之前就 被该膜层所截留，不会导致蜂窝陶瓷孔道壁中微孔的堵塞；而且由于所形成的膜层 厚度极薄且尺寸可控，因此其对含尘废气过滤阻力的影响很小。此外，由于粉尘被 膜层截留后主要附着于膜层表面，因此更有利于采用高压脉冲反吹等方式进行截留 粉尘的清理。从而显著提高了壁流式蜂窝陶瓷的分离效率，具有良好的分离效果， 而且有助于延长壁流式蜂窝陶瓷的使用寿命。

(3)本发明堇青石膜层改性材料，能够更好地与堇青石质壁流式蜂窝陶瓷相匹 配及结合，高低温交替作用下不易脱落，尤其适用于高温含尘废气的净化处理。

(4)本发明采用浸渍提拉法便可实现对壁流式蜂窝陶瓷的表面修饰改性，工艺 简单、操作条件易控，有利于进一步的推广和应用。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明实施例一种壁流式蜂窝陶瓷的膜层改性材料，为由堇青石粉料和聚丙烯 酸钠溶液组成的浆料；堇青石粉料由粒径分别为45～75μm、25～45μm、0.5～25μm 的粗颗粒、中颗粒、细颗粒组成，其中堇青石粉料总量中粗颗粒为0～40wt%、中 颗粒为10～50wt%、细颗粒为30～60wt%；浆料中堇青石粉料的固含量为3～15 wt%；聚丙烯酸钠溶液中聚丙烯酸钠含量为0.1～2.0wt%，聚丙烯酸钠的分子量为 10⁵～10⁸。

本发明实施例上述膜层改性材料修饰改性陶瓷过滤体的方法，用于修饰改性堇 青石质壁流式蜂窝陶瓷，其步骤如下：

(1)改性浆料的制备：将上述聚丙烯酸钠溶液进行高速搅拌，持续时间10～30h， 获得均匀的高粘度聚丙烯酸钠溶液；然后将上述堇青石粉料加入聚丙烯酸钠溶液中， 加入氨水调节pH值至8～9，搅拌10～30h，得到高稳定性的改性浆料；

(2)修饰改性处理：将堇青石质壁流式蜂窝陶瓷缓慢浸入改性浆料中，停留10～ 30s后缓慢取出，晾干；

(3)改性陶瓷过滤体的热处理：将浸浆后的堇青石质壁流式蜂窝陶瓷于1150～ 1320℃温度下烧成，保温60min，得到经堇青石材料修饰改性的堇青石质壁流式蜂 窝陶瓷。

本发明各实施例膜层材料的组成配方、修饰改性方法的工艺参数见表1。

将本发明实施例涂覆有堇青石膜层材料的堇青石质壁流式蜂窝陶瓷进行膜层平 均孔径测试、膜层厚度检测、膜层孔隙率测试、膜层耐高压脉冲气体能力测试。并 对含0.5～10μm直径粉煤灰的高温废气（450℃，粉尘浓度15g/m³）进行过滤效率测 试。测试结果见表1。

表1本发明各实施例膜层材料组成、修饰改性工艺参数及产品测试性能