多孔玻璃过滤器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔玻璃过滤器及其制造方法，该多孔玻璃过滤器是通过在玻璃化转变温度下对由碱金属氧化物和三氧化二硼以及二氧化硅构成的碱硼硅酸盐玻璃进行热处理而将其相分离成碱硼相以及二氧化硅相、然后通过进行热处理或酸处理而溶出三氧化二硼的多孔玻璃过滤器。该制造方法包括：通过对碱金属氧化物和三氧化二硼以及二氧化硅进行熔融以及冷却而制造出碱硼硅酸盐玻璃的玻璃生成步骤；通过在玻璃化转变温度下对所述碱硼硅酸盐玻璃进行热处理而将其相分离成碱硼相以及二氧化硅相的相分离步骤；以及通过对经过相分离的所述碱硼硅酸盐玻璃进行热处理或酸处理而溶出碱硼并借此生成细孔的细孔生成步骤。该多孔玻璃过滤器因其细孔径为1nm而可以在使得如氢气、甲烷、丙烷以及醇类等可燃性以及还原性气体通过的同时对硅氧烷或硅等气体进行阻隔，从而防止气体传感器中毒，而且因其多孔性达到30％以上而可以确保优秀的过滤效果。上而可以确保优秀的过滤效果。上而可以确保优秀的过滤效果。

【技术实现步骤摘要】
多孔玻璃过滤器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于在对可燃性以及还原性气体进行检测的气体传感器中对导致气体灵敏度下降的硅氧烷(siloxane)或有机硅(organic silicone)进行阻隔的多孔玻璃过滤器及其制造方法，尤其涉及一种因为其细孔径为1nm而可以在使得如氢气、甲烷、丙烷以及醇类等可燃性以及还原性气体通过的同时对硅氧烷或硅等气体进行阻隔，从而防止气体传感器中毒(poisoning)，而且因为其多孔性达到30％以上而可以确保优秀的过滤效果的多孔玻璃过滤器及其制造方法。

技术介绍

[0002]气体传感器不仅会在一般家庭的厨房或锅炉房等使用，还会在如工厂、油田、矿山以及地下沙井等可能会产生可燃性气体的爆炸环境使用，也会在使用如丙烷、天然气(natural gas)以及氢燃料的汽车、发电站以及船舶等使用。
[0003]如上所述的气体传感器，包括金属氧化物半导体式(MOS，metal oxide ceramics)的气体传感器以及接触燃烧式(pellistor)的气体传感器。
[0004]金属氧化物半导体式传感器是一种利用电阻变化的传感器，当向如氧化锡(SnO2)等粉末混入如铂或钯等贵金属催化剂的检测体吸附大气中的氧气时，检测体中的自由电子(free electron)将被所吸附的氧气捕获(trap)，从而进入电阻变大的状态，而在产生可燃性或还原性的气体时，将与被检测体吸附(absorbed)的氧气发生反应并因此造成氧气的解吸(desorption)，此时被氧气捕获的自由电子将被释放，从而进入电阻变小的状态。气体的量越多，其电阻变化就越大。
[0005]接触燃烧式气体传感器使用电阻温度系数较大且耐蚀性较强的铂制造出线圈形状的加热器，并利用含有铂或钯催化剂(catalyst)的陶瓷粉末在线圈加热器中形成珠状(bead)体而制造出检测元件(sensing bead，acrivating bead)。再利用没有催化剂的相同的陶瓷粉末形成其他珠状体而制造出补偿元件(compensating bead，reference bead)，接下来通过将所述检测元件与补偿元件串联连接并在考虑线圈的电阻的情况下加载2～5V的电压而使得元件的表面温度达到大约400℃。此时，如果有可燃性气体存在，则会因为在检测元件中发生氧化或燃烧而导致检测元件的温度上升，因此检测元件内的铂线圈的电阻也将与温度成比例增加。可以通过气体量越多电阻变得越大的原理获取气体浓度。
[0006]如上所述的气体传感器会因为硅氧烷或硅而发生中毒(poisoning)并造成气体传感器的催化剂功能的丧失，从而导致传感器的灵敏度(sensitivity)的下降。尤其是，接触燃烧式气体传感器即使是在微量的硅的作用下也会出现气体灵敏度下降的问题，从而丧失作为气体传感器的功能。硅(silicone)广泛存在于我们日常生活中的各种领域，例如建筑物的玻璃窗或厨房卫生间等的硅粘接剂、化妆品等的硅氧烷(siloxane)、硅油以及硅橡胶等。因此，会造成气体传感器的性能的下降，从而导致气体检测器无法正常工作或寿命变短的问题。
[0007]尤其是，在汽车中配备有相当多的含有硅的橡胶或内饰材料，而在将氢作为燃料
的氢燃料电池(fuel cell)汽车中，必须配备有用于对氢气的泄漏进行检测的气体传感器，此时因为硅而导致的气体灵敏度的下降是非常严重的风险因素。
[0008]长久以来，人们一直致力于开发出各种可以在使用过滤器的过程中防止硅中毒的方案。
[0009]在日本专利3901602中，制作出在多孔纤维之间投入含有铂粉末的硅粉末的盘并作为过滤器使用，除此之外，还提出了使用沸石、活性氧化铝以及活性炭的过滤器。
[0010]如上所述的粉末在如分子筛(molecular sieve)等中使用，因为其细孔较多、细孔径的大小为几至且比表面积非常大，因此作为吸附剂(absorbent)使用。
[0011]关于气体的大小，氢气为氧气为甲烷为丙烷为苯(benzene)为而二甲苯(邻二甲苯，o
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xylene)为左右，因此通过使用适当细孔径的分子筛，可以对不同的气体进行过滤。
[0012]所述粉末是一种粒子大小较大但在粒子内分布有很多细孔的结构。通过在将所述粉末投入到多孔布并配置在气体管路上之后使得气体通过，将只有其大小可以进入细孔的气体进入并被捕获，而更大的气体将在粉末粒子之间穿过。通过对被细孔捕获的气体进行分离，可以仅对特定气体进行过滤。
[0013]在传统的气体传感器中，是利用所述粉末的吸附性能对乙醇进行吸附，从而防止因为乙醇而导致的错误工作，此外也被开发成对硅氧烷进行吸附的用途。
[0014]而为了将所述粉末制造成过滤器，将粉末投入到多孔布之间或以盘形进行成型以及热处理。将通过如上所述的方式制造的过滤器安装在气体流入的部分。
[0015]粉末粒子之间的缝隙大小约为几十nm～几μm左右。因为如上所述的原因，在适用于气体传感器时，如硅氧烷等大小较大的气体并不会被捕获到沸石或活性氧化铝的细孔中，而是在粒子之间穿过并与传感器的检测元件接触，因此对于硅氧烷几乎起不到阻隔效果。反而会使得检测对象气体被吸附到沸石或活性氧化铝，从而造成气体灵敏度的下降或反应速度的降低并导致准确度的下降。
[0016]日本专利公开2018
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176084的特征在于，为了提升对硅氧烷的吸附而使用细孔径为1.5～3.0nm的活性炭。
[0017]这是因为硅氧烷的分子大小相对较大，因此通过使用细孔径与一般活性炭相比较大的活性炭而将硅氧烷捕获并吸附到其细孔中。
[0018]在如上所述的情况下，虽然可以对较多的硅氧烷进行吸附，但是并不能防止硅氧烷进入到活性炭的粉末粒子之间。
[0019]这是因为仅仅是几十ppm的硅氧烷就会导致半导体式气体传感器或接触燃烧式传感器的灵敏度的严重下降，因此虽然可以起到延缓因为硅氧烷而造成的中毒的效果，但是并不能防止硅氧烷中毒。
[0020]尤其是，因为在汽车中会使用大量的硅橡胶类物质且使用温度较高而会生成大量的硅，因此并不足以防止因为硅氧烷而造成的中毒。
[0021]而且因为活性炭的吸附量也有一定的限度，因此在累积一定的量以上之后，活性炭的功能将丧失而无法继续生效。活性氧化铝以及沸石同样如此。

技术实现思路

[0022]本专利技术旨在解决如上所述的现有问题，其目的在于提供一种因为其细孔径的大小仅为(1nm)而可以对诱发中毒现象的硅氧烷以及硅进行阻隔并借此防止其灵敏度的降低，而且因为多孔度高达30％以上而可以快速且准确地对可燃性以及还原性气体进行检测的多孔玻璃过滤器及其制造方法。
[0023]适用本专利技术的多孔玻璃过滤器，是一种通过在玻璃化转变温度下对由碱金属氧化物(R2O)和三氧化二硼(B2O3；boric acid)以及二氧化硅(SiO2)构成的碱硼硅酸盐玻璃进行热处理而将其相分离成碱硼(R2O
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B2O3)相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔玻璃过滤器，通过在玻璃化转变温度下对由碱金属氧化物R2O和三氧化二硼B2O3以及二氧化硅SiO2构成的碱硼硅酸盐玻璃进行热处理而将其相分离成碱硼R2O
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B2O3相以及二氧化硅SiO2相，接下来通过进行热处理或酸处理而溶出碱硼R2O
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B2O3相的多孔玻璃过滤器。2.根据权利要求1所述的多孔玻璃过滤器，其特征在于：所述碱硼硅酸盐玻璃的重量比为5％～10％的碱金属氧化物R2O、35％～50％的三氧化二硼B2O3以及40％～55％的二氧化硅SiO2。3.一种多孔玻璃过滤器的制造方法，包括：通过对碱金属氧化物R2O和三氧化二硼B2O3以及二氧化硅SiO2进行熔融以及冷却而制造出碱硼硅酸盐玻璃的玻璃生成步骤；通过在玻璃化转变温...

【专利技术属性】
技术研发人员：金基南，金正鎬，
申请(专利权)人：KNC股份公司，
类型：发明
国别省市：