一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法及其制得的产品

本发明涉及功能材料制备，尤其涉及一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法及其制得的产品。

背景技术：

1、随着全球城市化进程的加快和频繁的工业活动，大量成分复杂的废气、生活污水和工业废水的排放，严重破坏了生态平衡和物种的多样性，环境污染已成为全球性的危机。为减少环境污染和节约资源，开发低成本、节能环保、环境友好型的净化技术成为了人类迫切的需求。陶瓷过滤材料因具有优异的化学稳定性、热稳定性、耐污染性、机械强度高、易清洗、过滤效率高、使用寿命长等，在高温气体净化、水处理、生物发酵等领域引起了研究人员的广泛关注。目前现有技术常用的陶瓷膜主要原料为氧化铝、氧化硅、氧化锆等陶瓷材料，其具有两性氧化物、酸性氧化物或碱性氧化物的特征，但在某些苛刻介质(如高温和强酸碱)环境下使用时，现有陶瓷膜常发生强度严重下降甚至发生断裂等情况，在非常苛刻条件下使用时存在易堵塞难清洗、易被腐蚀(如碱性液清洗)、长期遭受腐蚀冲击后脆性大易断裂等不足，因而其在多领域的广泛使用带来了挑战。

2、sic是共价键很强的化合物，si-c键的键长为si、c通过si-c键结合成sic4和csi4配位四面体。sic4和csi4配位四面体通过sp3杂化轨道形成具有金刚石结构的典型共价键化合物。碳化硅多孔陶瓷具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性、较低的摩擦系数、优异的耐腐蚀性等成为过滤材料的最佳选择之一。目前商业化的sic陶瓷膜主要采用再结晶烧结工艺在惰性气氛中2100℃以上高温烧结，能耗高、制备复杂、生产成本较高，这与废水废气处理所需的低成本理念相悖。因此，开发低能耗、低成本、高性能的sic陶瓷膜制备方法至关重要。由于sic在烧结过程中与空气接触易氧化形成sio2，不仅在常温与强碱溶液反应，高温条件下也易受到硫氧化物、氮氧化物、水蒸气及碱金属化合物等的腐蚀，严重影响碳化硅陶瓷膜的抗热震性能和耐腐蚀性。因此，碳化硅材料的氧化成为了制备碳化硅陶瓷膜的关键问题，如何有效提升碳化硅材料的机械性能和耐腐蚀性是目前急需解决的问题、并具有重要的研究和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，以碳化硅粉体为骨料，氧化铝、二氧化钛为烧结助剂，核桃壳粉为造孔剂，通过原位形成莫来石晶体，从而增强碳化硅颗粒之间颈部粘结，以提高材料的机械性能、水通量和耐腐蚀性等性能。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。

2、本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供的一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)以碳化硅粉体为骨料，氧化铝、二氧化钛为烧结助剂，核桃壳粉为造孔剂，按照质量比碳化硅粉体∶氧化铝∶二氧化钛∶核桃壳粉＝70～87∶5～18∶8～12∶10～15混合后得到的混料，经球磨、陈腐、干燥后，得到混合粉体；

5、(2)将所述混合粉体进行造粒、干压成型，经干燥后得到碳化硅膜支撑体生坯；

6、(3)将所述碳化硅膜支撑体生坯进行烧结处理，得到高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体。

7、进一步地，本发明所述碳化硅粉体由粒度为d50＝80～150μm的粗碳化硅粉体和粒度为d50＝26～35μm的细粒径碳化硅组成；所述核桃壳粉的粒度为d50＝30～80μm。所述步骤(1)中按照料∶球∶水＝1∶1～2∶1球磨50～60min后，再加入浓度为1～5wt％的聚乙烯水溶液球磨混合20～30min，聚乙烯水溶液的用量为混料的5～10wt％；陈腐时间为12～36h。所述步骤(1)、步骤(2)中干燥温度为80～110℃，干燥时间为2～24h。

8、进一步地，本发明所述步骤(3)的烧结制度为，以2℃/min从室温加热至600～800℃，保温100～120min，再以5℃/min升温至1150～1300℃，保温110～140min，之后随炉自然冷却至室温。

9、本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

10、本发明提供的利用上述高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法所制得的产品，其以碳化硅颗粒为骨架，且在碳化硅颗粒之间的颈部粘结处主要有二氧化硅、莫来石晶体。所述陶瓷膜支撑体的抗折强度为36～73mpa、孔隙率为28～33％、平均孔径为1.67～5.32μm、水通量为0.7508～1.897×10-6l·m-2·h-1·bar-1；在90℃的20％硫酸溶液中于90℃腐蚀1h后其抗折强度为原有抗折强度的84％～108％，在90℃的1％氢氧化钠溶液中于90℃腐蚀1h后其抗折强度为原有抗折强度的94～103％。

11、本发明具有以下有益效果：

12、(1)本发明制备的碳化硅多孔陶瓷膜支撑体具有机械强度高、水通量大、耐腐蚀性能优异等特点。在烧结过程中，二氧化钛、氧化铝作为成核剂和烧结助剂，与二氧化硅原位形成莫来石晶体结合碳化硅形成多孔陶瓷支撑体，从而增强碳化硅颗粒之间的颈部粘结，使得材料的机械性能和耐腐蚀性具有显著的提高。高温下液相的sio2膜层的流动与物质的迁移使得支撑体孔隙连通度较好，从而提高了其水通量。

13、(2)本发明以氧化铝、二氧化钛作为烧结助剂，以废弃的核桃壳粉为造孔剂，采用原位反应烧结法制备出高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体，具有制备方法操作简单、节约资源、成本低廉、能源损耗少和便于工业化生产等优点，应用前景广阔，适用于废水处理、高温废气过滤等领域。

技术特征：

1.一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法及其制得的产品，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉体由粒度为d50＝80～150μm的粗碳化硅粉体和粒度为d50＝26～35μm的细粒径碳化硅组成；所述核桃壳粉的粒度为d50＝30～80μm。

3.根据权利要求1所述的高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中按照料∶球∶水＝1∶1～2∶1球磨50～60min后，再加入浓度为1～5wt％的聚乙烯水溶液球磨混合20～30min，聚乙烯水溶液的用量为混料的5～10wt％；陈腐时间为12～36h。

4.根据权利要求1所述的高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，其特-征在于：所述步骤(1)、步骤(2)中干燥温度为80～110℃，干燥时间为2～24h。

5.根据权利要求1所述的高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的烧结制度为，以2℃/min从室温加热至600～800℃，保温100～120min，再以5℃/min升温至1150～1300℃，保温110～140min，之后随炉自然冷却至室温。

6.利用权利要求1-5之一所述高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法制得的产品，其特征在于：所述陶瓷膜支撑体以碳化硅颗粒为骨架，且在碳化硅颗粒之间的颈部粘结处主要有二氧化硅、莫来石晶体。

7.根据权利要求6所述的产品，其特征在于：所述陶瓷膜支撑体的抗折强度为36～73mpa、孔隙率为28～33％、平均孔径为1.67～5.32μm、水通量为0.7508～1.897×10-6l·m-2·h-1·bar-1；在90℃的20％硫酸溶液中于90℃腐蚀1h后其抗折强度为原有抗折强度的84％～108％，在90℃的1％氢氧化钠溶液中于90℃腐蚀1h后其抗折强度为原有抗折强度的94～103％。

技术总结本发明公开了一种高耐腐蚀碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备方法及其制得的产品，以碳化硅粉体为骨料，氧化铝、二氧化钛为烧结助剂，核桃壳粉为造孔剂，所得到的碳化硅多孔陶瓷膜支撑体具有高抗折强度、高孔隙率、优异的耐腐蚀性能，适用于废水处理、高温废气处理等领域。本发明制备方法操作简单、节约资源、成本低廉、能源损耗少，易于工业化生产。技术研发人员：汪永清,梁砚,程龙受保护的技术使用者：景德镇陶瓷大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2