一種氮化硅纖維過濾材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于過濾材料制備技術領域，具體涉及一種氮化硅纖維過濾材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國大范圍出現霧霾天氣，對人們的工作、生活以及身體健康造成了巨大影響，成為亟需解決的社會問題;一般認為，工業生產、煤炭發電、汽車尾氣等排放的微細顆粒物和硫、氮的氧化物不斷增多是形成微霧霾天氣的主要原因；因此，國家已經明確要求各種廢氣排放前中必須過濾除去其中的微細顆粒物。
[0003]對高溫廢氣進行過濾時，由于使用環境復雜，如氣體溫度高、氣體通常具有腐蝕以及煙塵顆粒可能與過濾材料發生化學反應等因素，高溫煙塵過濾材料成為高溫廢氣過濾的關鍵，其通常要滿足以下幾個條件:(I)具有良好的氣體滲透性，使其具有較高的除塵效率；
(2)具有較高的強度，能夠長期抵抗煙塵過濾時施加的壓力；(3)使用溫度高，并具有優良的抗熱震性;(4)優良化學穩定性，耐高溫腐蝕能力；(5)再生性能好，使用壽命長。
[0004]目前高溫煙塵過濾普遍使用碳化硅多孔陶瓷過濾材料作為膜支撐體，其孔徑較大，需要在其表面通過噴涂或者浸漬形成一層小孔徑的多孔膜;膜支撐體通常為粘土、堇青石等氧化物結合的碳化硅多孔陶瓷;如申請號為201010234149.8的專利以蘇州土為粘結劑制備碳化硅膜支撐體，進而在其表面噴涂氧化硅膜;此方法制備高溫煙塵過濾材料具有制備工藝成熟、成本低等優點，但在使用過程中由于粘土、堇青石等氧化物易被廢氣中的Na+、K+等腐蝕，導致過濾材料失效；因此，要提高碳化硅膜支撐體的耐腐蝕性就要避免使用粘土、堇青石等易被腐蝕的物質作為粘結劑，制備出高純度的碳化硅膜支撐體。
[0005]申請號為201210093466.1專利以有機高分子結合劑替代粘土等氧化物粘結劑，制備了純度99%的碳化硅過濾管;此方法可以顯著增強過濾材料的耐腐蝕性，提高其使用壽命，但其仍然不能解決兩次燒成導致表面膜易脫落的問題，且存在難以解決的問題:純質碳化硅材料很難燒結，其燒結溫度很高;此專利中純質碳化硅過濾材料的燒結溫度在真空或者惰性氣氛下最高達2400°C，這對燒結窯爐要求非常高，生產成本很高；申請號為201210094292.0的專利在此基礎上提出一種一次燒成的制備方法，即在碳化硅膜支撐體成型后，在其表面噴涂材質相同的多孔膜，然后燒制成型;此方法進一步解決了表面膜脫落問題，但其仍然存在燒結困難、成本高的問題，尚未見實際應用。
[0006]氮化硅與碳化硅具有類似優異的使用性能，但由于原料價格貴，氮化硅在這方面的應用較少；日本旭硝子株式會社在申請號為200410069982.6的中國專利中提出一種以金屬硅為原料，加入5?40%的陶瓷中空粒子或者有機燒失劑等氣孔形成材料，成型方法為壓制成型或擠壓成型或澆鑄成型，之后先在1200?1400°C低溫氮化，后升溫至1600?1800°C熱處理，制備氮化硅過濾器;此方法以較便宜的金屬硅為原料，但其熱處理需進行兩次，工藝復雜、成本高，且制備的氮化硅過濾器屬于多孔陶瓷，其平均孔徑大于7μπι。

【發明內容】

[0007]為解決上述技術問題，本發明的目的是提出一種氮化硅纖維過濾材料的制備方法。
[0008]一種氮化硅纖維過濾材料的制備方法，所述的制備方法將聚氨酯泡沫浸漬于含有氮化助劑的金屬硅漿料中，將浸漬有金屬硅漿料的聚氨酯泡沫干燥后放在氮化爐中進行氮化燒結，使金屬硅在氮化助劑的作用下轉變為α相纖維結構的氮化硅材料，從而得到氮化硅纖維過濾材料，其具體步驟如下:
(1)金屬硅漿料的配制:
將金屬硅粉、氮化助劑、分散劑、水、粘結劑通過攪拌或球磨混合均勻，得到穩定的金屬硅漿料；
(2)浸漬聚氨酯泡沫塑料:
聚氨酯泡沫塑料加工成所需形狀之后，浸入步驟(I)所得到的穩定的金屬硅漿料中，充分掛漿之后取出，去除聚氨酯泡沫塑料孔道中過剩的漿料；
(3)干燥:
將步驟(2)所得到的掛漿后的聚氨酯泡沫塑料先自然放置干燥，再放入烘箱升溫至120°C干燥，除去其中的自由水，得到干燥的坯體；
(4)氮化燒結
將步驟(3)所得的干燥坯體放入氮化爐中氮化燒結，得到氮化硅纖維過濾材料。
[0009]所述金屬硅粉的平均粒徑為I?100微米。
[0010]所述氮化助劑為鐵粉、鐵鹽、鎳鹽中的一種;所述氮化助劑的加入量為金屬硅粉質量的1~5%。
[0011]所述的分散劑為聚乙二醇、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸銨、四甲基氫氧化錢中的一種;所述分散劑的加入量為金屬娃粉質量的0.2?2%。
[0012]所述的粘結劑為環氧樹脂、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、糊精、木質素磺酸鹽、硅溶膠、磷酸二氫招中的一種;粘結劑的加入量為金屬娃粉質量的I?1 %。
[0013]所述水用量為金屬硅粉用量的0.4倍到I倍。
[0014]步驟(3)中的干燥工藝為先自然放置干燥I?3天，然后放入烘箱升溫至120°C干燥6h0
[0015]所述的氮化工藝為在氮氣氣氛下，爐溫升至1300?1450°C，保溫5?20K
[0016]本發明的一種氮化硅纖維過濾材料的制備方法，采用上述技術方案，具有如下特占.V.1、本發明添加氮化助劑促進金屬硅在較低溫度下轉化為α相氮化硅纖維，使材料具有良好的耐腐蝕性；
2、本發明制備過程中只需在1300?1450°C氮化燒成一次，節約能源，制備的氮化硅纖維過濾材料兼具膜支撐體和過濾膜的功能，不存在過濾膜脫落問題；
3、本發明的氮化硅纖維過濾材料具有均勻分布、交織的纖維結構，纖維間隙不足2微米;這種結構保證材料具有高氣體滲透率、高強度、優秀的抗熱震性，而且這種結構保證了本發明的氮化硅過濾材料表面不需要噴涂或者浸漬多孔膜層就能夠很好的過濾微細顆粒物，可達到控制PM2.5的要求，并利于反吹清洗，實現再生使用，使用壽命高。
[0017]4.本發明的纖維氮化硅過濾材料氮化燒結過程在普通氮化窯爐中即可完成，工藝成熟簡單，燒結溫度遠遠低于純碳化硅材料，易于實現且成本低。
[0018]5.本發明的纖維氮化硅過濾材料制備方法工藝容易調整和控制，可生產不同規格尺寸的廣品，廣品性能穩定。
[0019]6.本發明的纖維氮化硅過濾材料制備方法中使用的原料較為便宜的金屬硅粉，不需要昂貴的氮化硅粉，成本低，拓展了氮化硅材料的應用。
【附圖說明】
[0020]圖1氮化硅纖維過濾材料微觀結構。
[0021]【具體實施方式】:
結合附圖和具體實施例對本發明加以說明:
實施例1
將100單位平均粒徑為I微米的金屬硅粉、5單位鐵鹽、2單位聚乙二醇、100單位水、I單位環氧樹脂通過攪拌或球磨混合均勻，得到穩定的金屬硅漿料;將聚氨酯泡沫塑料加工成所需形狀之后，浸入所得穩定的金屬硅漿料中，充分掛漿之后取出，用擠壓、氣吹、甩動等方式除去聚氨酯泡沫塑料孔道中過剩的漿料;將所得掛漿的聚氨酯泡沫塑料先自然放置干燥3天，再放入烘箱升溫至120°C干燥6h，除去其中的自由水，得到干燥的坯體;將所得干燥的坯體放入氮化爐中氮化燒結升溫至1300°C保