一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法，该方法仅需将SiC膜材料浸没在酸溶液中一定时间然后干燥即可显著增强SiC膜材料的催化性能。该方法利用了SiC膜材料耐酸腐蚀的特性，使得酸溶液仅对SiC膜材料中的催化组分进行刻蚀，而不会破坏SiC膜材料的结构。酸刻蚀后的SiC催化膜能够在高效截留粉尘的同时对氮氧化物、VOCs等气相污染物进行催化降解，在大气污染治理领域具有广阔的应用前景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法


[0001]本专利技术属于大气污染治理领域，具体涉及一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法。

技术介绍

[0002]碳化硅（SiC）陶瓷由于其良好的耐化学腐蚀性和抗热震性而受到广泛关注。由SiC陶瓷烧结制备的SiC陶瓷分离膜在气固分离领域展现出巨大的应用潜力。近年来随着工业烟气治理要求日趋严格，越来越多的探索尝试将SiC陶瓷分离膜与其他技术耦合制备多功能SiC膜材料，实现烟气中多污染物的协同治理。其中，将SiC陶瓷分离膜与催化技术进行耦合制备SiC催化膜可实现粉尘和气相污染物（NO, VOCs等）的有效脱除。
[0003]现有的专利报道主要是通过将催化组分涂覆或分布在SiC膜材料的表面或支撑体孔道中，经煅烧使SiC膜材料具有催化活性。然而，浸渍法虽然能够制备SiC催化膜材料，但其制备步骤繁琐。此外，催化剂与SiC陶瓷膜的结合强度较差，SiC催化膜会面临催化剂脱落的风险。因此，目前尝试采用共混烧结的方式制备SiC催化膜材料，以提高催化剂与载体的结合强度。中国专利技术专利CN112028180A报道了一种具有催化功能的SiC陶瓷滤管。该陶瓷催化滤管首先需要制备一种催化活性颗粒，随后将催化活性颗粒与SiC陶瓷原料粉末、聚乙二醇、水等混合压成烧结预制体，最后经梯度升温煅烧制备得到。中国专利技术专利CN111167491A以金属碳酸盐和氧化物为催化活性组分，在一次烧结中直接制备SiC催化膜。尽管共混烧结能够制备具有催化活性的SiC膜材料，提高催化剂与SiC陶瓷膜之间的结合强度，但SiC膜材料的催化效率低，很难满足实际应用需要。因此，通过后处理的方法来提高SiC膜材料的催化性能将显著提高其应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于通过酸刻蚀的方式显著提高SiC膜材料的催化性能。酸溶液通过对SiC膜材料中催化活性组分进行刻蚀，将其刻蚀成小粒径的催化活性组分，使SiC膜材料能在现有催化性能基础上进一步提高其催化性能。此外，SiC陶瓷膜优异的耐化学腐蚀特性使其能够耐酸溶液的腐蚀，因而维持了高的机械强度。酸刻蚀后的SiC膜材料可在去除工业尾气中超细粉尘的同时对NO
x
和VOCs进行高效的催化降解，实现多污染物的协同治理，具有广阔的应用前景。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法，包括如下步骤：（1）按一定比例称取一定粒径的催化活性组分并置于球磨罐中，在一定转速下加入溶剂湿法球磨一定时间，经干燥后得到混合的催化活性粉料；（2）将催化活性粉料与一定粒径的SiC骨料和活性碳粉按一定比例，在一定转速下混合一定时间；（3）将混合好的粉料用不锈钢筛进行筛分，得到粒径较为均一的混合粉体；
（4）按一定比例将混合粉体与粘结剂进行混合搅拌，冷等静压成型后置于一定温度下煅烧，得到SiC膜材料；（5）按一定摩尔比配置酸溶液，然后将制备的SiC膜材料置于酸溶液中浸渍一定的时间，取出浸渍的SiC膜材料并在一定温度下干燥得到催化性能增强的SiC膜材料。
[0006]进一步的：步骤（1）所述的催化活性组分及粒径分别为碳酸锶粒径300
〜
500nm，二氧化钛粒径20
〜
30nm，四氧化三钴粒径50
〜
200nm，三氧化二钴粒径50
〜
200nm；选用的比例为碳酸锶：二氧化钛：四氧化三钴或三氧化二钴的摩尔比=（0
〜
1）：（0
〜
0.6）：（0.4
〜
1）；所用溶剂为去离子水或无水乙醇；所用球磨机设置的转速为200
〜
300转/分钟，球磨时间为4
〜
6h，干燥温度为80
〜
120℃。
[0007]步骤（2）所用的SiC粉体的粒径为40
〜
200μm，碳粉的平均粒径为20μm；选用的质量比例为催化活性粉料：SiC骨料：活性碳粉的质量比=1：（7.5
〜
19）：（1.5
〜
5）；所用球磨机设置的转速为200
〜
300转/分钟，混合时间为2
〜
4h。
[0008]步骤（4）所用的粘结剂为质量百分比6
〜
8%的聚乙烯醇PVA溶液，粘结剂与SiC粉体的质量比为1:（9
〜
19）；冷等静压的压力为8
〜
10MPa，保压时间为10
〜
15s；所述的煅烧温度为500℃保温2
〜
4h，继续在1070
〜
1350℃保温2
〜
4h。
[0009]步骤（5）所述的酸溶液为乙酸，盐酸，硫酸，磷酸或硝酸的任意一种；酸溶液的浓度为1
〜
2mol/L，浸渍时间为1
〜
2h，干燥温度为100
〜
120℃，干燥时间为8
〜
12h。
[0010]本专利技术的催化性能增强的碳化硅膜材料可用于工业尾气污染物的深度治理。
[0011]本专利技术的有益效果：1.采用酸溶液对SiC膜材料中催化活性组分的表面进行刻蚀，将其刻蚀成小粒径的催化活性组分，使SiC膜材料能够在现有的催化性能基础上进一步提高其催化性能。
[0012]2.酸刻蚀利用了SiC膜材料的耐化学腐蚀特性，使得酸溶液仅对催化活性组分进行刻蚀，而未对SiC膜材料自身的性质产生影响。
[0013]3.酸刻蚀采用的酸溶液来源广泛，价格低廉。刻蚀过程安全简单，易于放大。
[0014]4.酸刻蚀的方法具有一定的普适性，可用于其他相同原料的陶瓷膜材料。
[0015]5.酸刻蚀后的SiC膜材料具有展现出高的催化性能，能够实现粉尘和气相污染物的同时去除，在气体净化领域前景广阔。
附图说明
[0016]图1为实施例1所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的SEM图。
[0017]图2为实施例1所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的氮氧化物氧化性能图。
[0018]图3为实施例1所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的粉尘去除性能图。
[0019]图4为实施例2所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的XRD图。
[0020]图5为实施例2所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的TEM图。
[0021]图6为实施例3所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的SEM图。
[0022]图7为实施例4所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的氮氧化物氧化性能图。
[0023]图8为实施例4所述的酸刻蚀制备的SiC膜材料的粉尘去除性能图。
[0024]图9为实施例5所述的硫酸刻蚀制备的SiC膜材料的NO还原性能图。
具体实施方式
[0025]在下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的解释，下列实施例仅限于说明本专利技术，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0026]实施例1本实施例的一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：按一定比例称取一定粒径的催化活性组分并置于球磨罐中，在一定转速下加入溶剂湿法球磨一定时间，经干燥后得到混合的催化活性粉料；将催化活性粉料与一定粒径的SiC骨料和活性碳粉按一定比例，在一定转速下混合一定时间；将混合好的粉料用不锈钢筛进行筛分，得到粒径较为均一的混合粉体；按一定比例将混合粉体与粘结剂进行混合搅拌，冷等静压成型后置于一定温度下煅烧，得到SiC膜材料；按一定摩尔比配置酸溶液，然后将制备的SiC膜材料置于酸溶液中浸渍一定的时间，取出浸渍的SiC膜材料并在一定温度下干燥得到催化性能增强的SiC膜材料。2.根据权利要求1所述的一种酸刻蚀增强碳化硅膜材料催化性能的方法，其特征在于，步骤（1）所述的催化活性组分及粒径分别为碳酸锶粒径300
〜
500nm，二氧化钛粒径20
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30nm，四氧化三钴粒径50
〜
200nm，三氧化二钴粒径50
〜
200nm；选用的比例为碳酸锶：二氧化钛：四氧化三钴或三氧化二钴的摩尔比=（0
〜
1）：（0
〜
0.6）：（0.4
〜
1）；所用溶剂为去离子水或无水乙醇；所用球磨机设置的转速为200
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300转/分钟，球磨时间为4
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6h，干燥温度为80
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120℃。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲兆祥，陈嘉豪，邢卫红，曾毅清，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：