[发明专利]一种开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料及其制备方法和应用，将煤矸石、氢氧化铝、五氧化二钒，氟化铝均匀混合，在滚球震荡机中成型为具有球形外观的莫来石前驱体假性球形颗粒，烧制成疏松多孔的类球状外形的莫来石纤维，再以该材料为原料添加粉煤灰，搅拌均匀后添加粘结剂，通过挤制成型后烧制得到。本发明创新地制备出了一类具有开口类球状外形的莫来石纤维，极大地改善支撑体材料的渗水功能，有望替代商品化的陶瓷膜支撑体材料为密闭的球状氧化铝颗粒的现状，且利用煤矸石制备陶瓷材料，不仅替代正日益枯竭的高岭土类瓷质原料，还对环境的保护起到了促进作用，有效节约了资源，具有较大的经济和社会价值。

技术领域

本发明涉及无机陶瓷膜支撑体材料技术领域，具体地说，是一种开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔陶瓷膜是一种具有梯度孔结构的多孔陶瓷材料，通常是由孔径和厚度均逐渐减小的支撑体、过渡层和起分离作用的顶层膜组成。作为支撑体，除了要为顶层膜提供必要的机械强度外，还必须具有优异的渗透性能和耐酸碱腐蚀性能。目前商品化的陶瓷膜支撑体材料多采用高纯Al₂O₃为原料在高于1700℃烧制而成，其显微结构为具有球形颗粒的封闭式Al₂O₃球，强度较高，但渗透性能还有待于进一步改善，该类商品化的支撑体过高的烧成温度以及高纯原料正是造成目前陶瓷膜高成本的主要原因之一。因此，作为膜载体的支撑体材料在可保证其理化性能的同时必须从降低能耗、节约成本、大幅度降低高纯原料的资源消耗、绿色环保的角度出发进行加以改良。莫来石(Mullite)材料因其具有低的热膨胀系数、高的耐磨特性、抗化学腐蚀性强、在低温和高温环境强度大等一系列优异性能，有着极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种用固体废弃物煤矸石、低品位原料粉煤灰和工业原料氢氧化铝制备多孔类球状颗粒莫来石支撑体材料，替换商品化的密闭氧化铝实心球支撑体材料，提高渗水通量，加快过滤效率。

本发明的第一个目的，提供一种开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料。

本发明的第二个目的，提供一种具有开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料的制备方法。

本发明的第三个目的，提供如上所述的开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料的用途。

为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料，以煤矸石为硅源，氢氧化铝为铝源，五氧化二钒和氟化铝为矿化剂，均匀混合后经滚球震荡机成型为类球状的假性莫来石球形颗粒前驱体；将干燥后的类球状的假性莫来石球形颗粒于1000～1350℃烧制；烧制后的类球状莫来石球形颗粒筛分出不同级别的大小颗粒；选用不同含量大小级配的类球状莫来石球形颗粒，添加粉煤灰与粘结剂，经搅拌、陈腐后成型得支撑体材料坯体，并于1000～1100℃烧制而成。

在上述开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料中，优选的，所述莫来石纤维支撑体材料是由如下所述重量份的原料制成：煤矸石30份、氢氧化铝70份、五氧化二钒4份、氟化铝为3份。

在上述开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料中，优选的，原料均匀混合后成型工艺采用的是滚球震荡机成型，成型后外观上为类球状封闭的假性莫来石球形颗粒前驱体。

在上述开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料中，优选的，经滚球震荡机成型为类球状的假性莫来石球形颗粒前驱体，其类球状的假性莫来石球形颗粒粒径控制在300μm以内。

在上述开口多孔类球状外形的莫来石纤维支撑体材料中，优选的，所述成型后的类球状的假性莫来石球形颗粒经95℃干燥60分钟，并将干燥后的类球状的假性莫来石球形颗粒平铺于耐热板于1000～1350℃、保温2小时烧制。