本實用新型涉及一種過濾材料以及應用該過濾材料的過濾元件。

背景技術：

現有技術控制孔徑的方法主要為通過改變粉末形貌、不同粒徑粉末間的搭配使用實現對孔徑的調控、調價軋制工藝、燒結制度等制備工藝參數進行調控。但改變粉末在改變孔徑的同時對膜的通孔隙度有較大影響，整個孔結構形態及曲折因子等都將發生變化。通過燒結制度調節孔徑，對溫場的要求較高，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通量受限。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種過濾材料及其制備方法，該過濾材料的孔徑較小，孔隙率高且制備方法簡單。本實用新型還要提供應用該過濾材料的過濾元件。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種過濾材料，所述過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。當熱噴涂涂層附著于多孔材料基材的孔隙表面時，可以在不改變孔的數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，則涂層易脫落及導致堵塞孔隙，因此最終過濾材料的孔徑難以達到納米級。與光滑的涂層相比，含有固體顆粒的涂層可以使過濾材料的孔徑達到納米級且保持較高的孔隙率。

進一步，所述多孔材料基材為泡沫金屬。進一步，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狀材料，但是其較大的孔徑限制了其應用。由于泡沫金屬的孔徑較大，因此多孔材料基材可進一步優選為壓縮后的泡沫金屬。進一步，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％。

進一步，所述壓縮為軋制。當所述多孔材料基材由一層泡沫金屬軋制而成時，通過軋制得到的多孔薄膜的孔徑及厚度分布均勻。當所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加軋制而成時，通過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合力更強，不易剝離。進一步，所述軋制為熱軋或冷軋。

進一步，所述軋制的壓力為50-600T(1T等于133.322Pa)。軋制壓力過大，可能導致最終過濾材料的孔隙過小，當過濾材料較厚時，過濾阻力顯著增加。軋制壓力過小，不僅孔徑難以達到要求，而且相鄰泡沫金屬之間的結合力差。所述軋制的壓力優選為200-400T。通過調節軋制壓力的大小，可以制備出不同孔徑的過濾材料，不同孔徑的過濾材料可以進一步組成多級過濾元件。

進一步，所述多孔材料基材由固溶體合金、面心立方結構的金屬單質或體心立方結構的金屬單質為基體相的金屬多孔材料所構成，其與公布號為CN104759629A的中國專利申請中記載的柔性多孔金屬膜的制備方法相似或采用現有的其它類似方法制成。上述多孔材料因其制備工藝的限制，其孔徑一般較大，當應用于室內空氣凈化時，過濾精度差，難以滿足室內空氣凈化質量要求。采用上述方法，以所述多孔材料為基材，通過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，從而提升其過濾精度。進一步，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；這類固體顆粒的物化穩定性好，使用壽命長，當所述固體顆粒為TiO₂時，可以與光催化反應相結合，起到殺菌的作用。

進一步，所述固體顆粒的平均粒徑為1-19μm。如果固體顆粒的粒徑過大，則可能導致熱噴涂涂層的附著力差，所得過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小，那么所得涂層表面光滑，所得過濾材料的比表面積小。

上述過濾材料的制備包括以下步驟：(1)對多孔材料基材的孔隙表面進行表面處理；(2)將熔融或半熔融狀態的漿體熱噴涂到多孔材料基材的孔隙表面。通過控制漿體的組成和噴涂的時間，可以調控最終過濾材料的孔結構。如果涂層光滑且厚度過高，一來可能導致涂層脫落，二來可能會堵塞孔隙，因此最終過濾材料的孔徑難以達到納米級。當使用半熔融裝的漿體時，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；同時堆積的固體顆粒形成二次孔隙，對應的過濾材料具有更高的氣通量。當多孔材料基材質軟且薄時，最好使基材舒展固定之后再噴涂，從而有效提高噴涂效率。與傳統的制備工藝相比，工藝簡單且生產效率高。

在噴涂之前最好對多孔材料基材的孔隙表面進行表面處理，表面處理包括清洗、調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，不易脫落，使用壽命長。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度的雜質；調整基材表面的平整度是為了使涂層分布均勻；粗化處理是采用機械法或化學法來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，提升二者之間的結合力。

進一步，所述半熔融狀態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大，則可能導致熱噴涂涂層的附著力差，所得過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小，那么所得涂層表面光滑，所得過濾材料的比表面積小。進一步，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；這類固體顆粒的物化穩定性好，使用壽命長，當所述固體顆粒為TiO₂時，可以與光催化反應相結合，起到殺菌的作用。

進一步，分別從多孔材料基材的兩側進行熱噴涂，以保證基材的所有孔隙均附著有均勻的熱噴涂涂層。

進一步，上述方法還包括在沉積之前對所述多孔材料基材進行預軋制。通過預軋制可以進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間。進一步，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度。優選地，所述軋制的壓力為50-600T。

由于本實用新型所采用的多孔材料基材的可成型性好、強度高，因此可以將對應的過濾材料制成各種形狀的過濾元件。或根據現有過濾元件的形狀，在對應形狀的多孔材料基材上增加熱噴涂涂層。不同孔徑的過濾材料可以進一步組成多級過濾元件。該過濾元件應用于氣體凈化，尤其是應用于室內空氣凈化時，由于與其對應地多孔材料基材相比，具有熱噴涂涂層的過濾材料的平均孔徑顯著減小，因此其過濾精度更高，可以滿足室內空氣凈化質量要求。

附圖說明

圖1為過濾材料的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

過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的砂料對基材(1)的孔隙表面(2)進行機械粗化處理，處理時間為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，然后用無水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設平整，然后將熔融狀態的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)。所得過濾材料的結構示意圖見圖1，其平均孔徑為8μm，孔隙率為41％，過濾精度顯著提升。當被用于室內空氣凈化時，過濾效率在90％以上，使用6月后的過濾精度仍在85％以上，且Ni-Cu合金涂層(3)未有任何脫落現象。

實施例2

過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的砂料對基材(1)的孔隙表面(2)進行機械粗化處理，處理時間為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，然后用無水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設平整，然后將半熔融狀態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TiO₂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。所得過濾材料的結構示意圖見圖1，其平均孔徑為3μm，孔隙率為32％，過濾精度顯著提升。當被用于室內空氣凈化時，過濾效率在90％以上，使用6月后的過濾精度仍在85％以上，且涂層(3)未有任何脫落現象。

實施例3

過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的砂料對基材(1)的孔隙表面(2)進行機械粗化處理，處理時間為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，然后用無水乙醇清洗三次，干燥備用；2)將基材(1)鋪設平整，然后將半熔融狀態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TiO₂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。所得過濾材料的結構示意圖見圖1，其平均孔徑為20μm，孔隙率為69％，過濾精度顯著提升。當被用于室內空氣凈化時，過濾效率在90％以上，使用6月后的過濾精度仍在85％以上，且涂層(3)未有任何脫落現象。

將上述過濾材料裁剪、折疊為平板型、圓筒型或其他形狀的過濾元件，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濾材料制成兩級過濾元件，平均孔徑較大的第一級過濾材料先與待過濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被第二級過濾材料截留。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，然后制成過濾元件，平均孔徑較大的一側先與待過濾物接觸，截留住較大的顆粒物，然后較小的顆粒物被另一側截留。