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鄒小(xiao)姐：13326633089 -
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隨著工業(ye)進程的(de)不斷加快，工業(ye)生產(chan)排放的(de)高(gao)溫煙氣粉塵也對環(huan)境造成了(le)影響。為了(le)減少(shao)有害粉塵的(de)排放，就需要采用“高(gao)溫氣體(ti)除塵技術”。
高(gao)溫氣(qi)體(ti)(ti)(ti)除(chu)塵技(ji)術是指在高(gao)溫條件下（>260 ℃）進(jin)行(xing)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)凈化(hua)(hua)的(de)煙(yan)氣(qi)氣(qi)固分離技(ji)術。凈化(hua)(hua)后的(de)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)可(ke)以直接進(jin)行(xing)換熱(re)，有(you)效利(li)(li)用氣(qi)體(ti)(ti)(ti)中的(de)物(wu)理顯熱(re)和(he)化(hua)(hua)學(xue)潛熱(re)，最大效率(lv)地利(li)(li)用能(neng)源(yuan)。因此，它已(yi)成為電力(li)和(he)能(neng)源(yuan)等高(gao)溫工業(ye)和(he)過(guo)濾行(xing)業(ye)的(de)的(de)重要研究課(ke)題。
目前，高溫氣體(ti)過濾的關鍵技術之一為(wei)高溫過濾(lv)用多孔陶瓷材料，它也是目前在高(gao)溫(wen)煙氣(qi)過(guo)(guo)濾方面(mian)實際使(shi)用最多(duo)的濾材(cai)——這是由于陶瓷材(cai)料在高(gao)溫(wen)條(tiao)件(jian)下(xia)，耐腐蝕(shi)、抗(kang)磨損、化(hua)學性質穩定(ding)，且過(guo)(guo)濾精(jing)度(du)高(gao)。這些(xie)優勢使(shi)它能夠(gou)承受苛刻的工(gong)業條(tiao)件(jian)，逐漸成為(wei)重要的高(gao)溫(wen)氣(qi)體(ti)過(guo)(guo)濾材(cai)料之一。
多孔陶瓷(ci)材料(liao)
一、為什么(me)選擇碳化(hua)硅(gui)？
高(gao)溫煙氣(qi)除塵(chen)用陶(tao)瓷(ci)膜(mo)過濾材料主要由(you)兩個部分(fen)構成，即(ji)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)和支撐(cheng)體(ti)，它們(men)起到(dao)的作用分(fen)別如下(xia)：
（1）陶瓷膜(mo)：陶瓷膜(mo)很薄，附著(zhu)在(zai)(zai)支(zhi)撐體(ti)(ti)外表(biao)面上(shang)，僅100~200μm厚，對高溫含塵煙氣的(de)(de)過濾精度(du)起(qi)著(zhu)決定(ding)性(xing)作用。除需具有較高的(de)(de)孔隙率和機械強(qiang)度(du)，同(tong)時還(huan)需與支(zhi)撐體(ti)(ti)有良(liang)好的(de)(de)結合強(qiang)度(du)、相匹(pi)配的(de)(de)熱(re)膨脹系數，以防(fang)止在(zai)(zai)使用時陶瓷膜(mo)出(chu)現開(kai)裂(lie)，甚(shen)至剝落(luo)。
（2）支撐體(ti)：支撐體(ti)可為陶瓷(ci)膜提供可靠的(de)機械強度，能夠承(cheng)受多次較(jiao)(jiao)高壓力反吹“清洗”而不破碎，同時還需要耐(nai)受高溫煙氣中酸、堿環境的(de)腐蝕。另外，支撐體(ti)作為陶瓷(ci)過濾材料(liao)中的(de)重要部(bu)分，需要有(you)較(jiao)(jiao)大(da)的(de)孔徑和較(jiao)(jiao)高的(de)孔隙率，同時具有(you)較(jiao)(jiao)窄的(de)孔徑分布(bu)以降低(di)過濾壓降。
目(mu)前，已報(bao)道開發的(de)陶(tao)瓷過濾材料可(ke)分為：氧化物(wu)多孔陶(tao)瓷及非氧化物(wu)陶(tao)瓷。但是氧化物(wu)多孔陶(tao)瓷材料（、堇(jin)青石(shi)、莫來石(shi)等）應(ying)對苛(ke)刻的(de)工(gong)業環境時或多或少都(dou)存在一(yi)些不足，如氧化鋁(lv)陶(tao)瓷熱膨脹系數較高導致(zhi)抗熱沖擊性較差、堇(jin)青石(shi)陶(tao)瓷機械性能較差，耐腐(fu)蝕性也較差等。
碳(tan)化硅粉
而綜合考慮(lv)熱(re)導率、熱(re)膨脹性、高溫(wen)強(qiang)度與(yu)抗(kang)蠕變(bian)性等物理性能，與(yu)Si3N4、Al2O3等(deng)其他(ta)陶瓷材料相比(bi)，SiC具有較好的(de)高(gao)溫應用優勢。因此，碳化(hua)硅(gui)多孔陶瓷(ci)被(bei)認為是高溫(wen)過濾應用(yong)中最具有潛力的材料。
二、工作機制及性(xing)能要(yao)求(qiu)
下圖(tu)是(shi)碳化硅(gui)陶瓷(ci)膜(mo)過(guo)濾(lv)管的(de)宏(hong)觀形貌圖(tu)。它有(you)兩(liang)個(ge)重要的(de)組成部分，即由(you)大(da)尺寸(cun)(cun)碳化硅(gui)顆粒(li)制備(bei)的(de)涂覆膜(mo)載體(ti)和(he)由(you)小尺寸(cun)(cun)陶瓷(ci)顆粒(li)制備(bei)的(de)一(yi)層或多(duo)層陶瓷(ci)膜(mo)，它是(shi)具有(you)非對稱過(guo)濾(lv)結(jie)構的(de)多(duo)孔(kong)陶瓷(ci)。該結(jie)構的(de)優點在(zai)于確保了(le)(le)足(zu)夠的(de)過(guo)濾(lv)效(xiao)率和(he)過(guo)濾(lv)精度，并且因為大(da)的(de)孔(kong)徑較低(di)過(guo)濾(lv)壓(ya)降(jiang)，同時也降(jiang)低(di)了(le)(le)能量的(de)能耗。
多(duo)孔碳(tan)化硅陶(tao)瓷過(guo)濾管
在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)(mo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)的(de)(de)(de)工(gong)作過(guo)(guo)程中(zhong)（過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)結構如下(xia)圖所示(shi)），高(gao)(gao)溫(wen)(wen)含塵(chen)煙氣會從(cong)入(ru)口進(jin)入(ru)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)并在(zai)外(wai)(wai)(wai)加(jia)壓力下(xia)從(cong)多孔陶(tao)瓷(ci)膜(mo)(mo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)管的(de)(de)(de)外(wai)(wai)(wai)壁(bi)流向內壁(bi)，這個過(guo)(guo)程中(zhong)煙氣里的(de)(de)(de)塵(chen)粒被擋在(zai)陶(tao)瓷(ci)管膜(mo)(mo)外(wai)(wai)(wai)壁(bi)，而(er)從(cong)內壁(bi)流出(chu)的(de)(de)(de)即為凈凈的(de)(de)(de)熱(re)氣體。隨著過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)次數和(he)時間(jian)的(de)(de)(de)增加(jia)，陶(tao)瓷(ci)膜(mo)(mo)外(wai)(wai)(wai)壁(bi)上(shang)的(de)(de)(de)灰(hui)餅(bing)厚度會持續增加(jia)，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)內壁(bi)和(he)外(wai)(wai)(wai)壁(bi)兩側(ce)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)壓降隨之增大，當達到設定(ding)數值時，系統(tong)將由(you)反吹(chui)裝(zhuang)置進(jin)行脈(mo)沖反吹(chui)清灰(hui)，通過(guo)(guo)注(zhu)入(ru)高(gao)(gao)壓氣體出(chu)去外(wai)(wai)(wai)壁(bi)上(shang)的(de)(de)(de)灰(hui)餅(bing)。在(zai)周(zhou)期性(xing)脈(mo)沖反吹(chui)過(guo)(guo)程中(zhong)，由(you)于(yu)注(zhu)入(ru)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)壓氣體遠(yuan)低(di)于(yu)含塵(chen)煙氣的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度，因此多孔陶(tao)瓷(ci)膜(mo)(mo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)管需要經受(shou)周(zhou)期性(xing)的(de)(de)(de)熱(re)沖擊、冷沖擊同時還有內外(wai)(wai)(wai)壁(bi)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)壓差。這反映(ying)了陶(tao)瓷(ci)膜(mo)(mo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)管的(de)(de)(de)機械強度和(he)抗熱(re)震性(xing)能的(de)(de)(de)重要性(xing)。
以(yi)陶瓷膜管(guan)為核心器(qi)(qi)件的高溫(wen)除塵過濾(lv)器(qi)(qi)示(shi)意圖
（結構(gou)組成(cheng)為：1、殼體；2、保溫(wen)隔熱(re)層；3、清灰器；4、換熱(re)管(guan)；5、陶瓷膜過濾管(guan)；6、換熱(re)介質出口(kou)(kou)；7、測溫(wen)熱(re)電偶；8、出煙(yan)(yan)口(kou)(kou)；9、花(hua)板(ban)；10、蓋(gai)板(ban)；11、反吹氣體管(guan)道(dao)；12、反吹控制閥(fa)；13、反吹噴(pen)嘴；14、密(mi)封(feng)墊；15、換熱(re)介質入口(kou)(kou)；16、進煙(yan)(yan)口(kou)(kou)；17、卸灰閥(fa)）
另外，由于高溫(wen)煙(yan)氣性質復雜，其中固體顆粒(li)物(wu)可能(neng)含有多種元(yuan)素（如(ru)鈉、鉀、鈣、鐵、鋁、硅等）的(de)氧化物(wu)和(he)硫(liu)化物(wu)等，需要多孔陶瓷膜過濾管在高溫(wen)環(huan)境下具有良好(hao)的(de)抵御化學侵蝕的(de)能(neng)力(li)。
三、過(guo)濾用碳(tan)化硅多孔(kong)陶瓷的制(zhi)備要點
影響(xiang)(xiang)陶(tao)(tao)瓷膜(mo)強度的高(gao)低有眾多影響(xiang)(xiang)因素，若把范圍局限在多孔陶(tao)(tao)瓷的微觀結構(gou)中(zhong)，則“孔隙率”是最重(zhong)要的，其次還有孔隙率、孔徑(jing)形(xing)狀、大小、分布(bu)等。
大量研究表明，強(qiang)度(du)(du)和孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)屬于(yu)競爭關系，但(dan)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)強(qiang)度(du)(du)隨氣(qi)孔(kong)(kong)(kong)率(lv)(lv)增加(jia)而(er)(er)下降的(de)速度(du)(du)在(zai)不(bu)同的(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結構中是不(bu)一樣的(de)，例如(ru)，由顆粒(li)狀陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)粉料燒結而(er)(er)成的(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)強(qiang)度(du)(du)隨著孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)的(de)增加(jia)，呈現(xian)指數方式的(de)衰減過程；而(er)(er)采用生物模板法制(zhi)備(bei)的(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)強(qiang)度(du)(du)隨孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)方向具有很強(qiang)的(de)取向性，這不(bu)同于(yu)顆粒(li)堆積制(zhi)備(bei)的(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)，如(ru)何協調(diao)強(qiang)度(du)(du)和孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)是制(zhi)備(bei)工藝的(de)關鍵所在(zai)。
目前，多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)SiC陶(tao)瓷主要通過(guo)復制(zhi)、發泡(pao)和添加(jia)造(zao)孔(kong)(kong)劑的(de)方法制(zhi)備，不同的(de)加(jia)工(gong)方法開發應用(yong)于不同的(de)工(gong)業(ye)(ye)領域和使用(yong)環(huan)境，以(yi)滿足孔(kong)(kong)隙率、孔(kong)(kong)徑大小和連通度的(de)要求(qiu)。然而由于多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)SiC陶(tao)瓷的(de)燒(shao)結溫度至少在1600℃以(yi)上(shang)，因此要推廣普及(ji)多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)SiC陶(tao)瓷的(de)使用(yong)，關鍵是如(ru)何降低(di)其制(zhi)備溫度從而降低(di)成本，目前業(ye)(ye)內多(duo)(duo)(duo)通過(guo)原位(wei)反應鍵合(he)技術來實現低溫制(zhi)備(bei)的目(mu)的。
