高温除尘碳化硅膜的制备及其抗腐蚀特性

        在煤化工、垃圾焚烧、水泥和冶金、生物质气化等工业生产过程中，会产生大量成分复杂的高温尾气，如果排放到大气中，会引起严重的环境问题 。传统的湿法除尘技术不仅能源利用率低，还会造成水资源浪费，形成二次污染；而金属过滤器机械强度大、材料易加工，但高温抗蠕变性和耐腐蚀性较差，不能长时间稳定运行。随着能源效率、生产成本、可吸入颗粒物排放，水资源匮乏等问题日益突显，迫切需求新型高效的高温除尘技术，高技术陶瓷膜的开发是一条切实可行的技术路线。

        陶瓷过滤材料具有耐高温、耐腐蚀、抗热震、使用寿命长等突出优点，其中碳化硅陶瓷材料因为具有较强的Si—C共价键，高温稳定性好，被誉为目前最好的高温过滤材料之一 。纯质的碳化硅陶瓷膜烧结温度高达2100℃（氩气），生产成本较高。目前主要采用聚合物前体法和反应烧结法来降低碳化硅陶瓷膜烧结温度。Kim等以聚碳硅烷为聚合物陶瓷前体，在850℃制备了孔径范围在1～3nm，膜层厚度为1～2 μm的碳化硅陶瓷膜，其对于H2/N2具有较高的分离选择性。但是前体法制备的碳化硅陶瓷膜孔径小，渗透通量低；且聚合物前体原料成本较高，烧结过程中还会产生尾气污染，因而前体法不适用于制备高温尾气净化碳化硅陶瓷膜。

        反应烧结法是通过添加烧结助剂在空气气氛中实现碳化硅陶瓷膜的低温制备，但是碳化硅材料在烧结过程中易氧化生成二氧化硅，二氧化硅的热膨胀系数(0～1000℃，10.3×106K1)与碳化硅(0～1000℃，4.7×106K1)相差较大，且在高温条件下易受到硫氧化物、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能，因此碳化硅材料的氧化成为了碳化硅陶瓷膜制备的关键问题。朱玉梅等提出碳化硅表面预氧化生成的二氧化硅具有较高的活性，可促进低温液相的形成，有效降低气孔率。将原料70%的碳化硅和30%(均为质量分数)的Y2O 3/Al2O3(Al2O3和Y2O3的质量比为3:2)在空气烧结炉中1200℃预氧化2h，再放入氩气烧结炉中1580℃烧结2h，制得显气孔率为11.8%的碳化硅基复相材料。可知预氧化能够控制碳化硅材料的氧化进程，但是二次烧结也带来了烧结成本的提高。