1.1 研究背景 高温除尘技术是能源利用和环境保护领域达到能源高效利用及低污染排放的一项核心技术.目前，高温除尘器主要有旋风除尘、布袋除尘器、移动床除尘器、陶瓷除尘器和静电除尘等.由于炉窑尾气温度波动较大，采用布袋除尘时需要复杂的温控设备且余热利用率低；采用湿法除尘时余热得不到利用且耗水量大，而且在降温过程中，易产生冷凝物和有害物质；采用温度适应范围广的高温除尘器不仅保证高效除尘的效率而且提高了余热利用率，降低了成本，其中陶瓷除尘器具有热稳定性和化学稳定性，除尘效率高，使用寿命长等优点.国内外许多专家学者对此作了大量的研究工作,目前一致认为,陶瓷过滤器的除尘效率高,可达99%以上,能除去5μm以上尘粒[1,2].陶瓷过滤器元件的材质、气孔率的不同,其性能和用途也不同.如今,陶瓷过滤器的材质由普通的粘土质发展至耐高温、耐腐蚀、耐抗热冲击性的材质,如:SiC、Al2O3、堇青石(Mg2Al4Si5O18),气孔孔径由毫米级到纳米级,气孔率从20%至85%,使用温度由常温到高温(1600℃)[3].用于生产陶瓷过滤器的材料有高硅质硅酸盐材料、硅酸盐类材料、精陶质材料、硅藻土质材料、纯碳质材料、刚玉和金刚砂材料、堇青石和钛酸铝材料以及其他的工业废料. 研究和使用广泛的是泡沫陶瓷过滤器，泡沫陶瓷过滤器采用聚氨酯泡沫塑料为载体,将它浸入到由陶瓷粉末、粘结剂、助烧结剂、悬浮剂等制成的涂料中,然后挤掉多余涂料,使陶瓷涂料均匀涂敷于载体骨架成为坯体,再把坯体烘干并经高温焙烧而成.可以将其分为粘结型和烧结型，粘结型依靠粘结剂将陶瓷微细颗粒粘结在一起；烧结型依靠在高温下保温,使较纯的陶瓷微细颗粒烧结熔合起来.但现在工业窑炉排出的气体很多大于300℃，所以工业要求研究出一种超高温的过滤陶瓷.高温高效除尘技术具有如下特点[4]：所要净化的含尘气体温度高，大约在600℃-1400℃；颗粒细，烟尘颗粒直径小于 5μm-10μm，甚至在亚微米级；净化标准高，要求出口浓度为 10mg/Nm3#8212;50mg/Nm3. 1.2 研究进展 最早的陶瓷过滤器是1978年美国Conso-lidated Aluminum公司R.R.Mollard和N.Davison研制成功的铝合金用泡沫陶瓷过滤器,其商品名为Selee/Al。

1984年又研制出了用于过滤黑色金属的泡沫陶瓷过滤器Selee/Fe[5,6]. 日本石桥政勇研制成功一种孔眼具有方向性(孔眼截面为椭圆形)的烧结型泡沫陶瓷过滤器,其厚度方向的孔眼层数较多,从而使过滤流体与过滤器骨架的碰撞次数增加,以提高过滤效果[7]. 日本东芝陶瓷有限公司(Toshiba)于1987年向德国申请的泡沫陶瓷过滤器专利是以Si3N4为材质,外加1%以上的Al2O3、SiO2、TiO2、MgO、ZrO2和Cr2O3等作为烧结助剂,其烧结温度为1500~1800℃,体积密度为0.7 g*cm-3,耐压强度为11 MPa;当无烧结助剂时,耐压强度只有1 MPa[8]. 1994 年 CeraFilter 公司研制出的陶瓷覆膜新工艺极大地促进了陶瓷过滤器应用的快速发展。

陶瓷滤料基层孔径可以”很大”( 50～100μm) , 但陶瓷覆膜孔径却很小 ( 0.2～0.5μm) , 比陶瓷滤料基层( 材料为多孔堇青石) 的孔径小 100 倍[9]. 现今陶瓷过滤器结构很多采用3M公司生产的CVI-SiC复合型构造：外层过滤层、中间纤维层和构成过滤器支撑基体的纤维内层. 在外层过滤层和中间纤维层内部沉积着约 1～2μm 的碳化硅颗粒，而在内层纤维层沉积有约 100μm 的碳化硅[10]. 目前, 陶瓷纤维滤料和陶瓷过滤器多种多样, 价格日趋便宜。

很多国家都有自己的品牌, 以美、德、日的陶瓷滤料生产技术较成熟。

陶瓷纤维过滤已不是什么新技术, 但在高温烟尘净化方面却是高技术。

1.3 陶瓷过滤器的工作原理及结构 陶瓷过滤器由里向外依次顺序为过滤膜、陶瓷基体。

多孔梯度陶瓷最早应用于气体分离、高温烟气干除尘以及一般的低阻力精细过滤等 方面[11]。

目前应用比较成熟的是膜分离技术，即陶瓷分离膜。

陶瓷分离膜大多表现为多层不对称结构，它一般由支撑体、过渡层和分离膜三部分组成[12]。

支撑体一般都是由较大的陶瓷颗粒烧结而成，大约有几个毫米厚，用来做膜的载体，以保证多孔梯度陶瓷的机械强度；分离膜在表面，一般厚度在微米级，较薄，其孔径较小，分布较窄，为该类过滤材料的核心，担任主要的分离作用；在分离层与支撑体之间，连接分离膜和支撑体的中间层被称为过渡层，其主要功能就是确保分离膜能有效牢固的攀附在支撑体之上。