本實(shí)用新型涉及一種過(guò)濾材料以及應(yīng)用該過(guò)濾材料的過(guò)濾元件。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)控制孔徑的方法主要為通過(guò)改變粉末形貌、不同粒徑粉末間的搭配使用實(shí)現(xiàn)對(duì)孔徑的調(diào)控、調(diào)價(jià)軋制工藝、燒結(jié)制度等制備工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。但改變粉末在改變孔徑的同時(shí)對(duì)膜的通孔隙度有較大影響，整個(gè)孔結(jié)構(gòu)形態(tài)及曲折因子等都將發(fā)生變化。通過(guò)燒結(jié)制度調(diào)節(jié)孔徑，對(duì)溫場(chǎng)的要求較高，孔徑≤5μm的孔隙在溫度較高的條件下極易閉合形成閉孔，對(duì)需要制備小孔徑膜材料的要求不易滿足，通孔率減少透氣度下降；例如，以-400目的電解鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為15-20μm，通量≥3000m³/m²·h·kpa；以5-10μm的電解鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為5-10μm，通量約300m³/m²·h·kpa；以10-15μm的羰基鎳粉為原料制備的多孔金屬箔，孔徑為14-18μm，通量約2000m³/m²·h·kpa，孔徑在大幅降低的同時(shí)通量受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種過(guò)濾材料及其制備方法，該過(guò)濾材料的孔徑較小，孔隙率高且制備方法簡(jiǎn)單。本實(shí)用新型還要提供應(yīng)用該過(guò)濾材料的過(guò)濾元件。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種過(guò)濾材料，所述過(guò)濾材料包括多孔材料基材，在多孔材料基材的孔隙表面附著有熱噴涂涂層，所述熱噴涂涂層上分布有固體顆粒。當(dāng)熱噴涂涂層附著于多孔材料基材的孔隙表面時(shí)，可以在不改變孔的數(shù)量的前提下有效減小孔徑，在保持較高的孔隙率的前提下提升過(guò)濾精度。固體顆粒在熱噴涂涂層表面堆積，不僅形成二次孔隙，而且使過(guò)濾材料的比表面積顯著提升；如果熱噴涂涂層光滑且較厚，則涂層易脫落及導(dǎo)致堵塞孔隙，因此最終過(guò)濾材料的孔徑難以達(dá)到納米級(jí)。與光滑的涂層相比，含有固體顆粒的涂層可以使過(guò)濾材料的孔徑達(dá)到納米級(jí)且保持較高的孔隙率。

進(jìn)一步，所述多孔材料基材為泡沫金屬。進(jìn)一步，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鎳合金、泡沫銅、泡沫銅合金、泡沫鋁、泡沫鋁合金中的任意一種。泡沫金屬是一種具有超高孔隙率的三維網(wǎng)狀材料，但是其較大的孔徑限制了其應(yīng)用。由于泡沫金屬的孔徑較大，因此多孔材料基材可進(jìn)一步優(yōu)選為壓縮后的泡沫金屬。進(jìn)一步，所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加壓縮而成。所述泡沫金屬的平均孔徑為0.01-0.5mm，孔隙率為60-95％。

進(jìn)一步，所述壓縮為軋制。當(dāng)所述多孔材料基材由一層泡沫金屬軋制而成時(shí)，通過(guò)軋制得到的多孔薄膜的孔徑及厚度分布均勻。當(dāng)所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加軋制而成時(shí)，通過(guò)軋制得到的多孔薄膜不僅孔徑及厚度分布均勻，而且各層泡沫金屬之間的結(jié)合力更強(qiáng)，不易剝離。進(jìn)一步，所述軋制為熱軋或冷軋。

進(jìn)一步，所述軋制的壓力為50-600T(1T等于133.322Pa)。軋制壓力過(guò)大，可能導(dǎo)致最終過(guò)濾材料的孔隙過(guò)小，當(dāng)過(guò)濾材料較厚時(shí)，過(guò)濾阻力顯著增加。軋制壓力過(guò)小，不僅孔徑難以達(dá)到要求，而且相鄰泡沫金屬之間的結(jié)合力差。所述軋制的壓力優(yōu)選為200-400T。通過(guò)調(diào)節(jié)軋制壓力的大小，可以制備出不同孔徑的過(guò)濾材料，不同孔徑的過(guò)濾材料可以進(jìn)一步組成多級(jí)過(guò)濾元件。

進(jìn)一步，所述多孔材料基材由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成，其與公布號(hào)為CN104759629A的中國(guó)專利申請(qǐng)中記載的柔性多孔金屬膜的制備方法相似或采用現(xiàn)有的其它類(lèi)似方法制成。上述多孔材料因其制備工藝的限制，其孔徑一般較大，當(dāng)應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾精度差，難以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。采用上述方法，以所述多孔材料為基材，通過(guò)在基材的孔隙表面增加熱噴涂涂層，可以有效減小基材的孔徑，從而提升其過(guò)濾精度。進(jìn)一步，所述多孔材料基材的平均孔徑為5-100μm，孔隙率為25-70％。

進(jìn)一步，所述涂層包含鎳基合金、鐵基合金、鈷基合金中的任意一種。上述涂層材料的物化穩(wěn)定性好，可以顯著提升多孔材料基材的使用壽命和使用范圍。

進(jìn)一步，所述固體顆粒為硅及其氧化物(如Si、SiO₂)、鋁及其氧化物(如Al、Al₂O₃、AlO₂)、銅及其氧化物(如Cu、CuO)、鎳及其氧化物(如Ni、NiO)、鐵及其氧化物(如Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄)、鈦及其氧化物(如Ti、TiO₂)中的至少一種；這類(lèi)固體顆粒的物化穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，當(dāng)所述固體顆粒為T(mén)iO₂時(shí)，可以與光催化反應(yīng)相結(jié)合，起到殺菌的作用。

進(jìn)一步，所述固體顆粒的平均粒徑為1-19μm。如果固體顆粒的粒徑過(guò)大，則可能導(dǎo)致熱噴涂涂層的附著力差，所得過(guò)濾材料易因涂層的脫落而使孔隙被堵塞；如果固體顆粒的粒徑過(guò)小，那么所得涂層表面光滑，所得過(guò)濾材料的比表面積小。

上述過(guò)濾材料的制備包括以下步驟：(1)對(duì)多孔材料基材的孔隙表面進(jìn)行表面處理；(2)將熔融或半熔融狀態(tài)的漿體熱噴涂到多孔材料基材的孔隙表面。通過(guò)控制漿體的組成和噴涂的時(shí)間，可以調(diào)控最終過(guò)濾材料的孔結(jié)構(gòu)。如果涂層光滑且厚度過(guò)高，一來(lái)可能導(dǎo)致涂層脫落，二來(lái)可能會(huì)堵塞孔隙，因此最終過(guò)濾材料的孔徑難以達(dá)到納米級(jí)。當(dāng)使用半熔融裝的漿體時(shí)，漿體中的固體顆粒在孔隙表面堆積，使涂層的表面粗糙度和比表面積顯著提升；同時(shí)堆積的固體顆粒形成二次孔隙，對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料具有更高的氣通量。當(dāng)多孔材料基材質(zhì)軟且薄時(shí)，最好使基材舒展固定之后再噴涂，從而有效提高噴涂效率。與傳統(tǒng)的制備工藝相比，工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)效率高。

在噴涂之前最好對(duì)多孔材料基材的孔隙表面進(jìn)行表面處理，表面處理包括清洗、調(diào)整基材表面平整度以及粗化處理，其作用在于使涂層的附著力更強(qiáng)，不易脫落，使用壽命長(zhǎng)。其中，清洗的作用在于去除基材孔隙表面的油脂等影響涂層附著強(qiáng)度的雜質(zhì)；調(diào)整基材表面的平整度是為了使涂層分布均勻；粗化處理是采用機(jī)械法或化學(xué)法來(lái)提升基材孔隙表面的表面粗糙度，從而增加涂層與孔隙表面的接觸面積，提升二者之間的結(jié)合力。

進(jìn)一步，所述半熔融狀態(tài)的漿體中的固體顆粒的平均粒徑為1-19μm。如果固體顆粒的粒徑過(guò)大，則可能導(dǎo)致熱噴涂涂層的附著力差，所得過(guò)濾材料易因涂層的脫落而使孔隙被堵塞；如果固體顆粒的粒徑過(guò)小，那么所得涂層表面光滑，所得過(guò)濾材料的比表面積小。進(jìn)一步，所述固體顆粒為硅及其氧化物(如Si、SiO₂)、鋁及其氧化物(如Al、Al₂O₃、AlO₂)、銅及其氧化物(如Cu、CuO)、鎳及其氧化物(如Ni、NiO)、鐵及其氧化物(如Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄)、鈦及其氧化物(如Ti、TiO₂)中的至少一種；這類(lèi)固體顆粒的物化穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，當(dāng)所述固體顆粒為T(mén)iO₂時(shí)，可以與光催化反應(yīng)相結(jié)合，起到殺菌的作用。

進(jìn)一步，分別從多孔材料基材的兩側(cè)進(jìn)行熱噴涂，以保證基材的所有孔隙均附著有均勻的熱噴涂涂層。

進(jìn)一步，上述方法還包括在沉積之前對(duì)所述多孔材料基材進(jìn)行預(yù)軋制。通過(guò)預(yù)軋制可以進(jìn)一步降低多孔材料基材的孔徑，減小涂層的厚度及沉積的時(shí)間。進(jìn)一步，所述多孔材料基材由至少兩張泡沫金屬疊加軋制而成，多層泡沫金屬軋制而成的基材具有更好的強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述軋制的壓力為50-600T。

由于本實(shí)用新型所采用的多孔材料基材的可成型性好、強(qiáng)度高，因此可以將對(duì)應(yīng)的過(guò)濾材料制成各種形狀的過(guò)濾元件?；蚋鶕?jù)現(xiàn)有過(guò)濾元件的形狀，在對(duì)應(yīng)形狀的多孔材料基材上增加熱噴涂涂層。不同孔徑的過(guò)濾材料可以進(jìn)一步組成多級(jí)過(guò)濾元件。該過(guò)濾元件應(yīng)用于氣體凈化，尤其是應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，由于與其對(duì)應(yīng)地多孔材料基材相比，具有熱噴涂涂層的過(guò)濾材料的平均孔徑顯著減小，因此其過(guò)濾精度更高，可以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。

附圖說(shuō)明

圖1為過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

過(guò)濾材料的制備方法包括以下步驟：1)表面處理：采用Ni-Cu固溶體合金構(gòu)成的多孔材料為基材(1)，其平均孔徑為30μm，孔隙率為52％；首先，采用平均粒度為15μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行機(jī)械粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為50g/L、溫度為80℃的氫氧化鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設(shè)平整，然后將熔融狀態(tài)的Ni-Cu合金漿體熱噴涂到基材(1)的孔隙表面(2)，自然冷卻即在多孔材料基材(1)的孔隙表面(2)附著均勻的Ni-Cu合金涂層(3)。所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為8μm，孔隙率為41％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且Ni-Cu合金涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

實(shí)施例2

過(guò)濾材料的制備方法包括以下步驟：1)表面處理：采用Ni-Cr固溶體合金構(gòu)成的多孔材料為基材(1)，其平均孔徑為20μm，孔隙率為45％；首先，采用平均粒度為10μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行機(jī)械粗化處理，處理時(shí)間為10min；然后，將基材(1)浸漬于濃度為60g/L、溫度為80℃的磷酸鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設(shè)平整，然后將半熔融狀態(tài)的漿體熱噴涂到基材(1)的孔隙表面(2)，其中，漿體中的液相為Ni-Cr合金，固相為T(mén)iO₂顆粒(4)，其平均粒度為3μm，自然冷卻即在多孔材料基材(1)的孔隙表面(2)附著均勻的涂層(3)，所述涂層(3)由Ni-Cr合金和TiO₂顆粒(4)組成。所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為3μm，孔隙率為32％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

實(shí)施例3

過(guò)濾材料的制備方法包括以下步驟：1)表面處理：采用兩層泡沫鋁為基材(1)，其平均孔徑為0.3mm，孔隙率為90％；首先，將兩層泡沫鋁疊加后在400T的壓力下軋制2min，軋制后的平均孔徑為0.1mm，孔隙率為81％；然后，采用平均粒度為50μm的砂料對(duì)基材(1)的孔隙表面(2)進(jìn)行機(jī)械粗化處理，處理時(shí)間為10min；最后，將基材(1)浸漬于濃度為80g/L、溫度為80℃的碳酸鈉溶液中并保持30min，然后用無(wú)水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設(shè)平整，然后將半熔融狀態(tài)的漿體熱噴涂到基材(1)的孔隙表面(2)，其中，漿體中的液相為Fe-Al合金，固相為T(mén)iO₂顆粒(4)，其平均粒度為5μm，自然冷卻即在多孔材料基材(1)的孔隙表面(2)附著均勻的涂層(3)，所述涂層(3)由Fe-Al合金和TiO₂顆粒(4)組成。所得過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，其平均孔徑為20μm，孔隙率為69％，過(guò)濾精度顯著提升。當(dāng)被用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過(guò)濾效率在90％以上，使用6月后的過(guò)濾精度仍在85％以上，且涂層(3)未有任何脫落現(xiàn)象。

將上述過(guò)濾材料裁剪、折疊為平板型、圓筒型或其他形狀的過(guò)濾元件，可以但不僅限于采用以下兩種方式。一種是將兩張不同孔徑的過(guò)濾材料制成兩級(jí)過(guò)濾元件，平均孔徑較大的第一級(jí)過(guò)濾材料先與待過(guò)濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被第二級(jí)過(guò)濾材料截留。另外一種是將兩種不同孔徑的多孔材料基材疊加軋制，然后再采用上述方法附著熱噴涂涂層，然后制成過(guò)濾元件，平均孔徑較大的一側(cè)先與待過(guò)濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被另一側(cè)截留。