多孔碳化硅陶瓷表面改性及其烟气过滤性能研究

摘要

近年来雾霾天气成为人们关注的热点，而霾的核心物质是沉积在空气中的灰，烟尘等颗粒物，且极易吸入人体肺部产生危害。而柴油车产生的尾气主要以碳颗粒为主，是造成雾霾天气的一个主要成因。目前柴油车尾气处理方式主要依靠壁流式过滤器捕集颗粒物，而柴油车运行工况复杂，排放尾气温度较高，因此要求过滤壁具有耐高温，抗氧化，耐腐蚀等优良特性，而多孔碳化硅陶瓷因其优异独特的性能成了过滤材料的热门选择，并成为材料学领域的研究热点。其原料来源广泛，成本低廉，传统制备方法多样。
　　本文利用木材的天然多孔结构，以榉木为模板采用液态硅浸渍的独特方法制备生物形态多孔碳化硅陶瓷，所得产物性能优异，具有良好的孔隙结构，在节能减排方面具有很大优势，但其在过滤超细颗粒时仍存在一些局限，当生物形态碳化硅过滤纳米级别颗粒物时，高的孔隙度可以有效地捕集微小颗粒物，但同时造成通透性减小，发动机排气背压升高，减小其寿命。因此制备出通透性良好且捕集效率高的多孔碳化硅将成为我们重点解决的问题。
　　故而本研究通过模拟人的呼吸系统，仿生设计合成类似支气管表层的纤毛状微观结构，采用熔盐法和溶胶-凝胶法对多孔碳化硅陶瓷表面进行改性处理，分别利用熔盐化学反应和溶胶-凝胶制备工艺在碳化硅陶瓷孔隙中生长出莫来石和硼酸铝晶须，通过各种表征手段发现良好的晶须形貌生长在碳化硅基质上。
　　为了测试改性材料的过滤性能，又搭建了柴油燃烧烟气过滤测试平台，保持通入的空气流量恒定，控制温度小幅度变化，分别测试空白颗粒物浓度、柴油燃烧烟气颗粒物浓度、烟气经过碳化硅陶瓷过滤的颗粒物浓度、经过碳化硅/莫来石的颗粒物浓度，将对照实验数据进行对比分析，获得过滤性能与微观结构之间的构效关系，柴油烟气经过改性后的碳化硅/莫来石材料过滤，测得的颗粒物浓度值明显降低，表明改性后制备的莫来石晶须结构的多孔陶瓷对颗粒物的捕集过滤性能强于改性之前，也为后期的改性实验做出了引导。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 多孔陶瓷的概念

1.3 多孔陶瓷的新型制备工艺

1.4 多孔陶瓷的用途

1.5 国内外研究现状

1.6 本文研究的意义

1.7 本文研究的内容

第二章 碳化硅多孔陶瓷的性质及制备

2.1 碳化硅陶瓷的性能

2.2 碳化硅陶瓷的新型制备方法

2.3 实验步骤

2.4 表征

2.5 结果讨论

第三章 SiC多孔陶瓷表面改性及表征

3.1 改性晶须主要生长机理

3.2 熔盐法

3.3 改性实验

3.4 表征

3.5 结果和讨论

3.6 熔盐反应形成莫来石须状物的机制

3.7 结论

第四章 溶胶-凝胶法制备多孔SiC-Al4B2O9陶瓷

4.1.硼酸铝晶须的性质及常用制备法

4.2.多孔SiC-Al4B2O9陶瓷制备实验

4.3.结果和讨论

4.4.结论

第五章 搭建柴油燃烧烟气过滤性能测试平台及改性材料过滤性能测试

5.1研究背景

5.2 国内外测试平台研究现状

5.3测量仪器及衡量参量

5.4搭建柴油燃烧颗粒物过滤测试平台

5.5 测试结果讨论

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢