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摘 要

气固分离技术是工业生产中一个极其重要的过程，广泛应用于化工、冶金、水泥、煤炭燃烧和气化等行业，特别是高温气体中固态粒子的脱除和回收一直是工业废气净化、环境保护的重大课题。多孔碳化硅陶瓷膜具有良好的抗热震和耐高温腐蚀性能，能很好的满足高温气固分离技术对材料的要求，应用前景十分广阔。因此，高温气固分离用多孔陶瓷膜材料的研究受到越来越多的关注。

本文以高温气固分离技术为背景，以开发高性能多孔陶瓷支撑体为目标，以干压成型方法，通过优化烧结工艺，调节增强剂含量，制备了具有一定抗弯强度、较高孔隙率的多孔碳化硅支撑体。

以大颗粒碳化硅（100 μm）为骨料，采用干压法制备支撑体生坯，原位反应烧结制备大孔径、高孔隙率的多孔SiC陶瓷支撑体，主要考察了SiC晶须掺杂量、保温时间对高温气固分离用SiC陶瓷支撑体性能的影响。研究结果表明：当晶须含量在3.33 %，保温时间为4 h，烧结温度1550 ℃时，制备的陶瓷支撑体有较好的性能，强度达26.12 MPa，孔隙率为51.13 %，平均孔径17.5 μm，N₂渗透通量为40000 m³/m²·h·bar。

关键词：碳化硅；SiC晶须；抗热震性；支撑体

ABSTRACT

The gas-solid separation is one of the great important industrial processes, which is widely used in the fields like chemical engineering, metallurgy, concrete, coal combustion and gasification. The solid particle removal and recycle in high temperature gas has been an important subject of waste gas purification and environmental protection. Porous silicon carbide (SiC) ceramic membrane with high thermal shock and corrosion resistance satisfy the requirements of the high temperature dust removal which has a broad application prospect. Therefore, the research on the porous SiC membrane has received lots of attention.

In this paper, high-temperature gas-solid separation technology is used as the background . We aimed to the develope high performance porous ceramic support and reached the goals by dry pressing method, optimizing the sintering process and regulating enhancer content. And eventually we obtained the silicon carbide support with a certain bending strength and high porosity porous silicon carbide support.

The porous SiC ceramic supports were prepared by dry press forming method. The mixed powder contained 100 μm SiC particles, sintering aids ZrO₂, reinforcement material SiC whiskers and pore forming agent activated carbon. The effect of SiC whiskers contents on porosity, bending strength, microstructure, average pore size and N₂ flux were investigated. At the same time, the holding time and the performance of thermal shock resistance were also investigated in the experiments. The results showed that the porosity of the supports reached to 51.13 % and the bending strength arrived at 26.12 MPa when the supports were sintered at 1550 ℃ for 4 h. Furthermore, the average pore size was 17.5 μm and N₂ flux reached to 40000 m³/m²·h·bar.

Key words: SiC; SiC whisker; thermal shock resistance; Support

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献概述 1

1.1 高温气固分离背景 1

1.2 高温气固分离技术研究现状 3

1.3 多孔陶瓷制备研究进展 7

1.4多孔碳化硅陶瓷膜支撑体的制备与性能研究 9

1.4.1 多孔碳化硅烧结条件的研究 9

1.4.2 多孔碳化硅陶瓷耐腐蚀（氧化）性能研究 11

1.5研究目的与主要内容 12

1.5.1研究目的 12

1.5.2主要内容 12

第二章 实验部分 13

2.1实验原料 13

2.2支撑体制备 13

2.3表征 13

2.4结果与讨论 14

2.4.1 TG分析 14

2.4.2 XRD 分析 15

2.4.3 SiC晶须含量对支撑体孔隙率与强度的影响 16

2.4.4 SiC 晶须含量对支撑体微观结构的影响 17

2.4.5 SiC晶须含量对平均孔径和N₂气体渗透通量的影响 18

2.4.6 保温时间对支撑体性能的影响 19

2.4.7 高温抗热震性能考察 20

第三章 结论与展望 21

参考文献 22

致谢 26

第一章 文献概述

1.1 高温气固分离背景

2013年一二月份，我国中东部地区出现了不同程度的雾霾天气，灰霾面积一度达到143万平方公里，不仅影响了人们的日常出行，还导致各地呼吸道疾病的发病率大量增加，这种雾霾天气主要是因为空气中的PM2.5大量增加所致。PM2.5主要来源于化石燃料经过燃烧^[1-3]（如日常发电、工业生产、汽车尾气等）而排放的废气，发展绿色清洁燃煤技术和对含尘废气进行净化都将有利于PM2.5的治理。

高温气体除尘是在高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术。该技术一方面可以最大程度地利用气体的显热、潜热和动力能以及有效地回收气体中的有用资源；另一方面能够有效地减少废气中细微粉尘（特别是PM2.5）对人体健康的危害和大气环境的污染。因此无论从环境保护、资源利用还是人体健康等方面，高温气固分离都是一项极其重要的技术^[4]。

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