Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов


 


Владельцы патента RU 2571875:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) (RU)
Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита" (RU)

Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении удельной поверхности активного слоя. Полиуретановую матрицу ячеистой структуры пропитывают керамическим шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия или высокоглиноземистого фарфора и раствора поливинилового спирта. Проводят сушку, обжиг и наносят водную суспензию, содержащую 40-50 мас.% твердой фазы следующего состава: цеолит NaX - 70-80 мас.%, каолин - 30-20 мас.%. После нанесения каждого слоя активной композиции проводят сушку материала при температуре 80÷90°С в течение 2÷8 ч, а после нанесения последнего слоя - термообработку при температуре 550÷650°С в течение не менее 3 ч.

 

Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов - носителей сорбентов, катализаторов и других массообменных устройств и предназначено для использования в технологических процессах химической, нефтехимической, атомной отраслей, металлургии, энергетики и транспорта, а также при решении экологических проблем по очистке газовых и жидких сред от вредных веществ.

Известен состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов, состоящий из инертного наполнителя (электрокорунда, карбида кремния, кварцевого песка) и дисперсного порошка оксида алюминия или других оксидных композиций с добавками оксидов металлов II и IV группы таблицы Менделеева (патент РФ 2233700, приоритет от 11 июня 2002 г. Состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов / Козлов А.И., Лукин Е.С.).

Высокопористые ячеистые материалы на ее основе получаются воспроизведением структуры вспененного ретикулированного полиуретана путем нанесения керамического порошка указанного состава в виде шликера на различных связках с последующим выжиганием основы и нагревом оставшегося керамического каркаса до температуры, при которой керамическое изделие приобретает заданные свойства. Развитие поверхности обожженных заготовок проводят путем пропитки золем оксида алюминия. Общая пористость керамических изделий составляет 85-92%. Образцы из высокопористой керамики выдерживают статическую нагрузку от 0,5 до 1,8 МПа в зависимости от состава и температуры термообработки.

Известен способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий (патент РФ 2377224, приоритет от 14 апреля 2008 г. Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий / Козлов А.И., Грунский В.Н., Беспалов А.В., Козлов И.А., Колесников В.А., Градов В.П., Лукин Е.С.), заключающийся в пропитке полиуретановой матрицы ячеистой структуры любой геометрической формы шликером, содержащим электроплавленный корунд или его смесь с карбидом кремния, дисперсный порошок оксида алюминия и раствор поливинилового спирта. Заготовку высушивают, обжигают и получают блочное керамическое изделие с открытой пористостью не ниже 70-95%. Полученное изделие пропитывают алюмозолем, дополнительно сушат, обжигают при температуре более 1500°С. Далее изделие пропитывают высокомолекулярным спиртом и проводят его пиролиз в среде инертного газа при температуре 350-550°С, высаживая на поверхности изделий пиролитический углерод. Массовое содержание углерода в изделии составляет до 10%. Технический результат изобретения - образование высокоразвитой поверхности покрытия ячеистого керамического изделия (микропористость доходит до 30% и выше), увеличение прочности на сжатие до 2,5 МПа.

В известном способе изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий (патент РФ 2475464, приоритет от 26 мая 2011 г. Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий / Беспалов А.В., Гаврилов Ю.В., Игнатенкова В.В., Грунский В.Н., Гаспарян М.Д., Игнатенков В.И., Лукин Е.С.) для развития поверхности активного слоя из нанесенного на керамическую матрицу аналогичного состава путем пропитки алюмозолем γ-Al2O3 дополнительно высаживают углеродные нанотрубки, полученные пиролизом метана при температурах 770-800°С до 0,1% масс.

Общим недостатком указанных в перечисленных патентах технических результатов является ограничение удельной поверхности активного слоя величиной 180-250 м2/г.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ (патент РФ № 2474558, приоритет от 02 декабря 2010 г. Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ / Гаспарян М.Д., Козлов И.А., Грунский В.Н., Беспалов А.В., Глаговский Э.М.), выбранный в качестве прототипа.

Данный способ, включающий пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта (ПВС), сушку и обжиг, с последующим нанесением на полученную корундовую (на основе α-Al2O3) высокопористую блочно-ячеистую матрицу со средним размером ячейки 0,5-1,5 мм методом последовательной пропитки и последовательной термообработки при температурах 950-1100ºС и 500-550ºС активной композиции состава: алюмозоль - 20-80% мас., кремнезоль - 80-20% мас., - в количестве 5-20% от массы матрицы, позволяет увеличить удельную поверхность активного слоя сорбента до величины 350 м2/г, обусловленной собственной удельной поверхностью нанесенных аморфных γ-Al2O3 и кремнезема.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов с повышенной удельной поверхностью активного слоя. Решается эта задача нанесением на корундовую матрицу, полученную по шликерной технологии методом воспроизведения структуры пенополиуретановой заготовки, смеси синтетического гидрофильного цеолита (например, цеолита NaX по TУ 2163 - 095 - 05766575 - 2000, ОАО «Салаватнефтеоргсинтез») с высокой внутренней удельной поверхностью и каолина (ТУ 5729 - 089 - 00284530 - 00, ЗАО «Пласт-Рифей»). Последний образует при термообработке в интервале температур 550-600 °С метакаолин (активный аморфный алюмосиликат), обеспечивающий прочную адгезию активного слоя с поверхностью матрицы за счет припекания к ее пористым перегородкам.

Предлагаемый способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов включает пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта, сушку, обжиг и нанесение на полученную корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу активной композиции, в качестве которой используют водную суспензию, содержащую 40-50% масс. твердой фазы следующего состава: цеолит NaX - 70-80% масс., каолин - 30-20% масс.; после нанесения каждого слоя активной композиции проводят сушку материала при температуре 80÷90°С в течение 2÷8 ч, а после нанесения последнего слоя - термообработку при температуре 550÷650°С в течение не менее 3 ч.

Достигнутый результат подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Заготовку из пенополиуретана марки R30 (30 ppi, соответствует размеру ячейки 1,0-1,5 мм) диаметром 30 мм и высотой 50 мм пропитывают шликером, содержащим инертный наполнитель - электроплавленный корунд, дисперсный порошок оксида алюминия и раствор поливинилового спирта. После отжима и сушки заготовку подвергают высокотемпературной обработке. На образовавшуюся после выгорания полимерной матрицы при температурах до 660ºС и спекания керамики при температуре 1550±10ºС корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу наносят активную композицию из цеолита NaX и каолина. Композицию готовят следующим образом: 12,5 г цеолита смешивают с 5,5 г каолина (массовое соотношение цеолита NaX к каолину составляет 70/30) и 28 г дистиллированной воды. Массовое соотношение твердой и жидкой фаз составляет 40/60. Нанесение композиции на поверхность матрицы осуществляют следующим образом: погружают матрицу в приготовленную суспензию цеолита NaX и каолина, удаляют избыток суспензии в процессе стекания с матрицы на вибростоле, сушат матрицу в сушильном шкафу при температуре 80°С в течение 2 ч, затем последовательно повторяют описанные операции еще четыре раза. Далее матрицу с нанесенной композицией помещают в муфельную печь и проводят термообработку в течение 5 часов при температуре 550°С.

Количество нанесенной на матрицу композиции по сухому веществу составляет 15 % масс. Удельная поверхность активного слоя - 470 м2/г.

Пример 2.

Заготовку из пенополиуретана марки R20 (20 ppi, соответствует размеру ячейки 1,6-2,0 мм) диаметром 50 мм и высотой 50 мм пропитывают шликером с составом и по методике, приведенным в примере №1. На полученную после термообработки корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу наносят композицию, состоящую из 16 г цеолита NaX, 4 г каолина (массовое соотношение цеолита к каолину составляет 80/20) и 20 г дистиллированной воды (массовое соотношение твердой и жидкой фаз составляет 50/50), по способу, представленному в примере №1. Сушка матрицы в сушильном шкафу осуществляется при температуре 90°С в течение 6 ч. Нанесение активной композиции на поверхность матрицы осуществляют 3 раза. Полученный образец прокаливают в муфельной печи в течение 3 ч при температуре 650°С.

Количество нанесенной на матрицу композиции по сухому веществу составляет 17% масс. Удельная поверхность активного слоя - 440 м2/г.

Пример 3.

Заготовку из пенополиуретана марки R10 (10 ppi, соответствует размеру ячейки 2,5-4,5 мм) диаметром 50 мм и высотой 100 мм пропитывают шликером с составом и по методике, приведенным в примере №1. На полученную после термообработки корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу наносят композицию, состоящую из 17,7 г цеолита NaX, 6,3 г каолина (соотношение цеолита NaX к каолину составляет 74/26) и 33 г дистиллированной воды (массовое соотношение твердой и жидкой фаз составляет 42/58), по способу, представленному в примере №1. Сушка матрицы в сушильном шкафу осуществляется при температуре 85°С в течение 8 ч. Нанесение активной композиции на поверхность матрицы осуществляют 4 раза. Полученный образец прокаливают в муфельной печи в течение 4 ч при температуре 600°С.

Количество нанесенной на матрицу композиции по сухому веществу составляет 20% масс. Удельная поверхность активного слоя - 460 м2/г.

Общая открытая пористость полученных материалов составляет 82-88% при среднем размере ячейки 1,0-4,5 мм, средняя плотность - 0,35-0,37 г/см3. Содержание нанесенного активного слоя, содержащего цеолит, составило 15-20% от массы корундовой высокопористой блочно-ячеистой матрицы, а его удельная поверхность - 440-470 м2/г.

Высокая удельная поверхность активного слоя свидетельствует о наличии в нем цеолитовой структуры. Данный факт подтверждается рентгенографическими исследованиями и результатами проверки сорбционной емкости полученных материалов в пересчете на содержание цеолита в активном слое при поглощении паров толуола и воды в статических условиях, которая приближается к стандартной сорбционной емкости нанесенного типа цеолита при парциальном давлении паров р/рs=0,1:0,19-0,21 см3/г по воде и 0,18-0,20 см3/г по толуолу.

Керамические высокопористые блочно-ячеистые материалы с цеолитсодержащим активным слоем могут служить носителями для сорбентов и катализаторов широкого назначения, а также применяться непосредственно как сорбенты для поглощения жидких и газообразных веществ.

Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов, включающий пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта, сушку, обжиг и нанесение на полученную корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу активной композиции, отличающийся тем, что в качестве активной композиции используют водную суспензию, содержащую 40-50 мас.% твердой фазы следующего состава: цеолит NaX - 70-80 мас.%, каолин - 30-20 мас.%; после нанесения каждого слоя активной композиции проводят сушку материала при температуре 80÷90°С в течение 2÷8 ч, а после нанесения последнего слоя - термообработку при температуре 550÷650°С не менее 3 ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах улавливания паров цезия при остекловывании высокоактивных отходов, высокотемпературной переработке облученного ядерного топлива, в производстве цезиевых источников ионизирующего излучения.

Изобретение относится к производству заполнителей для бетонов. Шихта для производства заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 96,5-98,7, сухой торф 1,0-3,0, каолин 0,3-0,5.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 98,0-99,9, выгорающую добавку - измельченные на частицы площадью 0,5-1 см2, использованные проездные билеты в виде бумажной оболочки с заключенной в нее микросхемой 0,1-2,0.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 75,2-75,8, дробленый до полного прохождения через сетку с размером отверстий 2,5 мм шунгит 1,0-1,5, золу-унос 9,0-13,0, карбоксиметилцеллюлозу 0,2-0,3, глинистые отходы обогащения циркон-ильменитовой руды 10,0-14,0.

Изобретение относится к производству заполнителей для бетонов. Шихта для производства заполнителя содержит размолотые до прохождения через сетку №063 компоненты, мас.%: глину монтмориллонитовую 87,0-89,5, уголь 0,5-1,0, фосфорит 5,0-6,0, кварцевый песок 5,0-6,0.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 95,5-97,0, размолотый до прохождения через сетку №0,63 уголь 1,0-1,5, каолин 1,0-1,5, просеянные через сетку №5, пропитанные насыщенным водным раствором буры и высушенные до влажности не более 6% древесные опилки 1,0-1,5.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 88,5-90,5, размолотый до удельной поверхности 2000-2500 см2/г уголь 0,5-1,0, золу-унос 8,0-10,0, этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия 0,5-1,0.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 74,0-78,0, уголь 1,0-2,0, отвальный гранулированный шлак медно-никелевого производства 20,0-25,0.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 83,0-88,0, жидкое натриевое или калиевое стекло с силикатным модулем 2,8-4,0 и плотностью 1,2-1,4 г/см3 1,0-1,5, портландцемент 0,5-1,0, шламовые отходы водоподготовки ТЭЦ 10,0-15,0.

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 88,5-90,5, размолотый до удельной поверхности 2000-2500 см2/г уголь 0,5-1,0, кварцевый песок 8,0-10,0, мылонафт, предварительно разведенный в воде, 0,5-1,0.

Изобретение относится к области производства оптических материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении оптической прозрачности в УФ и ИК-областях спектра, механической прочности.

Изобретение относится к огнеупорному изделию. Технический результат изобретения заключается в повышении стойкости огнеупора к коррозии.

Изобретение относится к области производства огнеупоров. Технический результат изобретения заключается в повышении закрытой пористости и устойчивости к циклическому высокотемпературному воздействию огнеупора при температуре эксплуатации до 1700°С и более.

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий для металлургической промышленности, более конкретно к системе производства огнеупорных изделий для литьевых установок, и может найти применение при изготовлении углеродсодержащих стопорных пробок, стаканов-дозаторов, стопоров-моноблоков, труб для защиты струи металла при непрерывной разливке стали и др.

Изобретение относится к огнеупорному изделию, применяемому при формовании стеклоизделия из стекломассы на основе системы Al-Si-Mg. Огнеупорное изделие содержит Al2O3 в количестве, составляющем по меньшей мере 90 вес.%, и легирующую добавку, содержащую оксид редкоземельного элемента, Ta, Nb, Hf или любую их комбинацию.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для изготовления безметалловых зубных протезов. В качестве материала, содержащего оксид алюминия, используют порошок сфероидизированного белого электрокорунда марки 25А фракции 20-40 мкм.

Изобретение относится к плавленым керамическим абразивным частицам на основе оксида алюминия и оксида циркония и может быть использовано для изготовления шлифовальных инструментов.

Изобретение относится к смеси плавленых зерен оксидов алюминия и циркония и может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов. Заявленная смесь имеет следующий химический состав, выраженный в мас.%: ZrO2+HfO2: 35-45,5; Аl2О3: 43,7-65%; SiO2<0,8%; другие оксиды <10%.

Настоящее изобретение относится к огнеупорному составу, включающему в себя от 70% по массе до 98% по массе сыпучего огнеупорного материала и от 2% по массе до 30% по массе связующей фазы, включающей активный наполнитель и связующий агент, причем упомянутая связующая фаза по существу включает в себя исключительно реактивный андалузит, имеющий средний размер частиц d50 между 0,2 мкм и 2,0 мкм и узкое распределение частиц по размеру, имеющее ширину по размерам частиц в диапазоне меньше чем 2,5 мкм, в качестве активного наполнителя.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Оно может быть использовано для выполнения защитных обмазок, а также монолитных футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Технический результат изобретения заключается в снижении открытой пористости и повышении шлакоустойчивости. Плавленый огнеупорный материал содержит хромистый корунд, хромистый бонит, хромсодержащую шпинель, хромистый β-глинозем и металлический хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: хромистый корунд (Al, Cr)2O3 - 48,0-82,0; хромистый бонит CaO·6(Al, Cr)2О3 - 5,0-20,0; хромосодержащая шпинель Mg(Al, Cr)2O4 - 2,0-4,0; хромистый β-глинозем (Na, K)2O·11(Al, Cr)2О3 - 10,0-26,0; хром металлический (Cr) - 1,0-2,0. 2 табл.
Наверх