耐高温高效气体过滤材料的研制

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近年来,空气质量问题已经受到社会的广泛关注,对高精度过滤除尘材料的研究已成为目前的一个研究热点。  本文主要研究了陶瓷纤维过滤除尘材料的制备和性能。本文以两种无机粘结剂[水玻璃、磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)]、两种纤维(多晶莫来石纤维、硅酸铝纤维)、去离子水、纤维分散剂和造孔剂等材料制备陶瓷纤维过滤材料,对其性能进行了研究,并利用X射线粉末衍射仪、扫描电镜、金相显微镜、压汞仪和热膨胀仪对材料的物相组成、材料形貌、孔结构、纤维长径比、纤维分散效果、孔径大小与分布、孔体积和线性热膨胀系数等进行了分析和表征。  研究了不同粘结剂和不同纤维材料对所制备过滤材料性能的影响。实验结果表明:以Al(H2PO4)3为粘结剂时,在900℃加热处理后,使样品在冷却后的抗弯强度达到最大值8.63MPa;以水玻璃为粘结剂时,当多晶莫来石纤维和硅酸铝纤维比例为9∶1时,样品的抗弯强度达到最大值为8.65MPa,过滤阻力为92Pa/m/min,气孔率为72.35%;硅酸铝纤维长径比越小,其制备的过滤材料抗弯强度和阻力越大,气孔率越小。  通过对陶瓷纤维过滤材料进行的性能检测试验表明:过滤材料过滤效率为99.995%,过滤后出口处粉尘浓度为0.25mg/Nm3。在过滤过程中,经过过滤、脉冲清灰这样的循环过程后,阻力值趋于稳定;表面涂覆Al2O3的过滤材料阻力相对较大;采用口径为10mm的喷嘴和0.5MPa的压力进行脉冲清灰时效果较好。  对材料性能进行分析和表征,结果表明:Al(H2PO4)3并没有和纤维之间发生反应,其本身在不同温度下发生的化学反应比较复杂。在不同温度段的产物主要有AlH2P3O10、 AlPO4、 Al2O3、 P2O5、 B-Al(PO3)3、 A-Al(PO3)3、B-AlPO4和T-AlPO4等,随热处理温度的升高,相互之间发生转变。900℃时粘结剂中Al(PO3)3的含量增加,可使材料的强度增加。两种粘结剂在800℃时开始出现熔融,在纤维彼此交错的连接处形成粘结桥,将无序排列的纤维粘结在一起,从而使纤维多孔材料具有一定的强度;纤维的相互交错形成了很多大小不均、相互贯穿的孔隙,其孔径主要分布在20μm~70μm之间。当纤维材料为多晶莫来石纤维,粘结剂分别为磷酸二氢铝和水玻璃时,所制备的纤维多孔材料孔径≤10μm的孔占总孔体积比例分别为7.22%和5.73%;当纤维材料为硅酸铝纤维,粘结剂分别为磷酸二氢铝和水玻璃时,所制备的纤维多孔材料孔径≤10μm的孔占总孔体积比例分布为0.41%和1.41%。以磷酸二氢铝为粘结剂,纤维材料为硅酸铝纤维时,所制备的多孔过滤材料的气孔率最高达76.29%,孔体积为1.58ml/g。复合纤维过滤材料的线性变化量(△L/L)在516.16℃时达到最大值3.2×10-3,在0℃-750℃之间,其平均线热膨胀系数α为1.7×10-6℃-1。
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