一种高强度大过滤面积陶瓷膜管及制备方法与流程

本发明属于本发明属于环保新材料，尤其涉及一种高强度大过滤面积陶瓷膜管及制备方法。

背景技术：

1、以新材料为基础的高效分离技术贯穿于节能减排、洁净能源、环境治理、循环经济、低碳经济等各个方面。能源工业煤燃烧发电、煤液化制油的高温煤气，光伏产业的高温硅烷混合气，石化和化工工业的高温反应气体，冶金工业高炉与转炉高温煤气，玻璃工业的高温尾气，锅炉、焚烧炉的高温废气等领域，均需要高温下含固气体的直接净化除尘。在诸多高温气体净化除尘工艺技术中，陶瓷膜过滤净化技术有着显著的优点，它通过陶瓷膜介质实现气固分离，达到净化气体和回收资源的目的。不仅可以最大程度地利用气体的显热，提高能源利用率，同时可以简化工艺过程，节省工艺设备的投资，另外可以节约水资源，并避免了湿法除尘所带来的二次水污染。

2、目前使用的陶瓷膜多为管式膜，使用时一段密封，一段敞口悬挂于花板上，其管身为直筒式，单只陶瓷膜管过滤面积小，导致陶瓷膜除尘设备占地大，造价高，限制了其应用。此外，在应用过程中陶瓷膜需要频繁反吹清灰，会引发除尘设备振动，造成陶瓷膜管安装颈部断裂，影响正常使用。陶瓷膜管使用一段时间后，由于高温、高压、腐蚀性介质等影响，陶瓷膜管整体强度降低，会造成塌陷式断裂，严重影响陶瓷膜的使用寿命和高温除尘工艺的稳定性。

技术实现思路

1、为了解决单只陶瓷膜过滤面积小、强度低的问题，本发明公开了一种高强度大过滤面积陶瓷膜管及制备方法，其花瓣式的陶瓷管身结构与常规直筒式陶瓷膜管相比，过滤面积可增加1.5-2倍，增加了陶瓷膜设备的装填面积，减小了陶瓷膜除尘设备的占地面积，管身设置的纵向加强筋和横向加强环可以平均分布陶瓷膜管受力，增强其强度。

2、本发明的技术方案：一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，包括安装膨胀端、加强颈部、花瓣状管身、密封管底，所述安装膨胀端、加强颈部、花瓣状管身以及密封管底自上而下一体烧结成型，加强颈部壁厚大于花瓣状管身壁厚，密封管底封闭花瓣状管身底端，密封管底为实心密封结构，所述花瓣状管身横截面为花瓣状，包括多个花瓣状凸起，花瓣状凸起外侧为外凸圆弧过滤面，相邻两个花瓣状凸起之间内凹连接处设有纵向加强筋，花瓣状管身设计有横向加强环，横向加强环外径与花瓣状凸起外切圆直径相同。

3、更进一步的，所述的花瓣状凸起数量为6~12个，花瓣状凸起外凸圆弧曲率半径为8-15mm，相邻两个花瓣状凸起的中心轴线夹角为30~60°，相邻花瓣状凸起之间内凹衔接处的内凹圆弧曲率半径为3-6mm，全周圆弧曲面光滑连续无拐点。

4、更进一步的，所述的花瓣状管身为双层复合梯度孔结构，外层为过滤膜层，内层为支撑层，过滤膜层孔径为0.05-5μm，孔隙率为65-70%，支撑层孔径为5-20μm，孔隙率为50-80%。

5、更进一步的，所述的纵向加强筋材质为金属或陶瓷的实心结构，直径1-3mm，顶部位于加强颈部内，中部穿过横向加强环，底部位于密封管底内。

6、更进一步的，所述的横向加强环材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅中的一种，数量为1-5个，长度为1-3cm，纵向平均分布于花瓣状管身上。

7、更进一步的，所述的密封管底长度为3-8cm，外径与花瓣状凸起外切圆直径相同，密封管底底部开有定位孔。

8、更进一步的，所述的加强颈部长度为3-5cm，加强颈部外径与花瓣状凸起外切圆直径相同。

9、一种高强度大过滤面积陶瓷膜管的制备方法，包含以下步骤：

10、步骤一：原料配制与混合，按质量份数，将陶瓷基体粉料、粘结剂、润滑剂、造孔剂按照比例混合，经三维混料机充分搅拌，密封恒温静置24~36h，制备陶瓷泥料；

11、步骤二：预埋加强筋与等静压成型，采用适配花瓣轮廓的专用等静压模具以及不锈钢棒，在模具内部将纵向加强筋及不锈钢棒预先卡装定位，随后在模具内装填步骤一制备的陶瓷泥料，装填完成后置入等静压设备进行一体成型，获得胚体，所述等静压模具在加强颈部和横向加强环处内径与花瓣轮廓处外切圆直径相同；

12、步骤三：胚体烘干与支撑体烧结，成型后的胚体置入通风干燥烘箱进行低温通风烘干，然后放入窑炉进行烧结，获得陶瓷膜管支撑体；

13、步骤四：涂膜及二次烧结，采用喷涂工艺将制膜液喷涂在步骤三制备的陶瓷管支撑体外侧，烘干后放入窑炉进行程序升温二次烧结，程序降温后获得高强度大过滤面积的陶瓷膜管。

14、更进一步的，所述的步骤一中陶瓷基体粉料为碳化硅、氧化铝、氧化锆中的一种或多种，粘结剂为石蜡油，润滑剂为聚乙烯醇，造孔剂为碳粉，各组分质量占比为陶瓷基粉料占比65-80%，粘结剂占比5-10%，润滑剂占比3-8%，造孔剂占比5-10%，步骤二中，等静压挤压压力140-190mpa，等静压挤压后保压1-2h，步骤三中窑炉烧结温度为500-800℃，烧结时间为0.5-2h。

15、更进一步的，所述的步骤四中，先程序升温至500-800℃，在空气气氛下保温1-2h，然后通入氮气，在氮气气氛下升温至1400-1700℃，保温2-4h，然后程序降温至300-500℃，最后自然冷却至常温，程序升温和程序降温速率均为5-15℃/min。

16、本发明的有益效果：

17、（1）过滤面积大，设备占用空间小：采用花瓣式异形管身替代传统直筒结构，同等外形尺寸下过滤面积提升1.5-2倍，单管过滤通量大幅提高，可提升膜管装填量，有效缩小除尘及过滤设备占地面积，降低设备整体装机成本。

18、（2）双向补强结构，管体整体强度高，搭配纵向加强筋与横向加强环构成立体加强结构，可均匀分散管体挤压、弯折应力，弥补陶瓷材料脆性大的缺陷；同时设置加厚加强颈部，适配现场安装密封受力，避免管口开裂，大幅提升膜管抗压、抗弯折性能与使用寿命。成型工艺稳定，产品一致性高：采用预埋加强筋+等静压一体成型工艺，配合分段控温二次烧结工艺，胚体密度均匀、结构无缺陷，纵向加强筋定位精准，成品力学性能与过滤性能一致性好，方便规模化量产。

1.一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，包括安装膨胀端（1）、加强颈部（2）、花瓣状管身（3）、密封管底（4）；所述安装膨胀端（1）、加强颈部（2）、花瓣状管身（3）以及密封管底（4）自上而下一体烧结成型；加强颈部（2）壁厚大于花瓣状管身（3）壁厚，密封管底（4）封闭花瓣状管身（3）底端；密封管底（4）为实心结构；所述花瓣状管身（3）横截面为花瓣状，包括多个花瓣状凸起（301），花瓣状凸起（301）外侧为外凸圆弧过滤面，相邻两个花瓣状凸起（301）之间内凹连接处设有纵向加强筋（304），花瓣状管身（3）设计有横向加强环（305），横向加强环（305）外径与花瓣状凸起（301）外切圆直径相同。

2.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的花瓣状凸起（301）数量为6~12个，花瓣状凸起（301）外凸圆弧曲率半径为8-15mm，相邻两个花瓣状凸起（301）的中心轴线夹角为30~60°，相邻花瓣状凸起（301）之间内凹衔接处的内凹圆弧曲率半径为3-6mm，全周圆弧曲面光滑连续无拐点。

3.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的花瓣状管身（3）为双层复合梯度孔结构，外层为过滤膜层（302），内层为支撑层（303），过滤膜层（302）孔径为0.05-5μm，孔隙率为65-70%，支撑层（303）孔径为5-20μm，孔隙率为50-80%。

4.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的纵向加强筋（304）材质为金属或陶瓷的实心结构，直径1-3mm，顶部位于加强颈部（2）内，中部穿过横向加强环（305），底部位于密封管底（4）内。

5.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的横向加强环（305）材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅中的一种，数量为1-5个，长度为1-3cm，纵向平均分布于花瓣状管身（3）上。

6.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的密封管底（4）长度为3-8cm，外径与花瓣状凸起（301）外切圆直径相同，密封管底（4）底部开有定位孔（401）。

7.根据权利要求1所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管，其特征在于，所述的加强颈部（2）长度为3-5cm，加强颈部（2）外径与花瓣状凸起（301）外切圆直径相同。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中陶瓷基体粉料为碳化硅、氧化铝、氧化锆中的一种或多种，粘结剂为石蜡油，润滑剂为聚乙烯醇，造孔剂为碳粉；各组分质量占比为：陶瓷基粉料占比65-80%，粘结剂占比5-10%，润滑剂占比3-8%，造孔剂占比5-10%，步骤二中，等静压挤压压力140-190mpa，等静压挤压后保压1-2h，步骤三中窑炉烧结温度为500-800℃，烧结时间为0.5-2h。

10.根据权利要求8所述的一种高强度大过滤面积陶瓷膜管的制备方法，其特征在于，所述的步骤四中，先程序升温至500-800℃，在空气气氛下保温1-2h，然后通入氮气，在氮气气氛下升温至1400-1700℃，保温2-4h，然后程序降温至300-500℃，最后自然冷却至常温，程序升温和程序降温速率均为5-15℃/min。