易态科技分离领域过滤元件专利技术综述

朱芳萍

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州215011）

1 概述

目前全球仅两家公司实现了金属间化合物材料的产业化，一家是美国的波音公司，做的是致密材料，就是尽量减少该材料中的小孔，使得该材料更加致密，它主要是用于航空事业；另一家就是成都易态科技有限公司（下简称易态科技）。易态科技成立于2007 年8 月，在专项研究过程中通过一系列技术手段使得该材料中的“细孔”呈现可控状态，并均匀分布排列，把它作为多孔材料，赋予了金属间化合物材料新的生命即多孔过滤材料和过滤装备。易态科技截止2019 年12 月共有675 余项专利申请，其中在分离领域（国际分类号B01D）共有465 项；其余申请主要涉及过滤元件的成型方法、模具与烧结设备，净化系统配套设备如加热、取压系统等以及新风系统等方面，从公司成立至2015 年申请量直线上升，2016 年开始申请量开始下降，这或许与技术研发瓶颈期有关或者是这一技术的发展已经趋于成熟。分析发现分离领域的专利技术主要覆盖过滤元件与净化系统方面，净化系统包括过滤元件的安装、再生等，以下就对易态科技过滤元件方面的专利技术进行总结介绍。

2 过滤元件重点技术

无机多孔材料按材料种类主要分为两大类：陶瓷多孔材料，如氧化铝、氧化锆、碳化硅和二氧化硅等材料的多孔体；以及金属多孔材料，如金属镍、不锈钢、钛、铜和铝等材料的多孔体。目前，工业上广泛使用的无机多孔材料的制备方法主要有：原料粉末的粉末冶金烧结法和以聚氨酯等有机物为模板的合成法等，但陶瓷多孔材料的烧结能耗高、金属多孔材料的孔结构可控程度较差，特别是采用原料粉末冶金烧结法制备多孔材料是基于堆跺粉末间隙造孔，孔结构可控度小，曲折因子大。易态科技通过一系列技术手段使得金属间化合物的细孔呈可控状态并均匀分布排列，从而赋予了金属间化合物材料新的生命，并从多个方面研发改进，包括结构、成分、改性等多方面。

2008 年9 月提出了一种NiAl 金属间化合物多孔材料的制备方法，其仅仅采用Ni、Al 粉末通过加热过程中的偏扩散及反应合成，具有三维立体连同的网络孔隙，30%～55%的孔隙度，最大孔径为5～50μm，其中材料成份的Ni、Al 原子重量配比为Ni∶Al＝60～90∶10～40；制备时先将一定粒度的Ni、Al 元素粉末进行机械均匀混合，然后模压冷成型，最后采用分段式真空无压烧结方式烧结而得。2008 年12 月提出了一种FeAl 金属间化合物多孔材料的制备方法，先制备多孔支撑体和复合浆料，然后将复合浆料涂在多孔支撑体表面，然后置于真空度为1.0～1.0×10-2Pa 的真空气氛中加热、在100～400℃下保温30～120min 以脱除有机添加剂，然后升温至510～640℃并保温60～240min 以进行固相偏扩散形成大量的Kirkendall 孔隙，最后升温至700～900℃并保温30～120min 使材料充分反应并使各成分均匀化，冷却即得FeAl 金属间化合物多孔材料。

孔结构方面，主要有孔径调节方法，2011 年12 月首次提出了以化学热处理来调节金属多孔材料的孔径从而既保证过滤精度并可附带改善金属多孔材料的表面性能，具体是通过将至少一种元素渗入材料的孔表面而使其平均孔径缩小0.1～100μm 至平均孔径为0.05～100μm，当元素渗入金属多孔材料的孔表面后，引起金属多孔材料的孔洞表层发生晶格畸变膨胀或形成新相层，从而使金属多孔材料上的原有孔洞缩小，以达到调节孔径的目的，这种孔径调节方法比现有孔径调节方法更加方便且可控性更好。还有孔结构改善方法，2013 年7 月提出一种抗高温氧化的烧结Fe-Al 基合金多孔材料，其既能够改善Fe-Al 金属间化合物多孔材料的高温抗氧化性能和抗强碱腐蚀性能，同时又能够附带改善材料孔结构，其主要由Fe、Al、Cr三种元素组成，这三种元素的重量之和占多孔材料重量的90%以上，其中Fe 为Fe、Al 总重量的60～85%、Cr 为Fe、Al、Cr 总重量的10～30%。

成分方面，除了较为成熟的铁铝、钛铝、镍铝金属间化合物外，2013 年7 月提出一种Cu-Ni 粉末烧结金属多孔体，Cu、Ni分别通过掺入原料粉中的Cu 元素粉和Ni 元素粉而引入到该粉末烧结金属多孔体中，所述的原料粉先后经过成型、烧结从而制备得到所述的粉末烧结金属多孔体，烧结时Cu、Ni 之间相互扩散导致粉末烧结金属多孔体的曲折因子达到1.02～1.25。而采用Cu-Ni 合金粉时，所得粉末烧结金属多孔体的曲折因子仅为1.6 以上。

使用寿命方面，膜层与基体之间的附着力在一定程度上决定了滤芯的使用寿命，2014 年9 月提出一种有助于提高膜层与载体之间附着力、膜层厚度均匀可控且在气体过滤时灰尘不易在膜层表面集结的非对称烧结无机多孔过滤元件，所述过滤元件包括由较大孔径的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的载体以及附着于所述载体上并由较小孔径的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的膜层，其中所述载体上用于附着该膜层的表面为第一抛光面，第一抛光面的表面粗糙度为Ra6.3～25μm；所述膜层上与该膜层附着于载体上的一侧表面相反的另一侧表面即过滤面为第二抛光面，第二抛光面的表面粗糙度为Ra0.8～12.5μm。通过抛光使载体上用于附着膜层的表面成为第一抛光面，除去氧化层，由此可提高载体与膜层的附着力。

改性方面，为扩大过滤元件的应用范围，2015 年4 月提出一种脱硝催化过滤元件，所述过滤元件包括一多孔复合体，该多孔复合体包括：多孔基体，所述多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，所述中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，所述催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由脱硝催化活性物质构成；所述中间层包括第一中间层，该第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上；所述中间层还包括第二中间层，所述第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上；所述第一中间层以及第二中间层均由Al2O3构成。2015 年9 月提出一种滤芯表面附着有预膜粉的改性滤芯，预膜粉的粘附强度比待过滤物中固体颗粒的粘附强度小，难以吸附待过滤物中的气体和液体，因此可以让待过滤物中的气体和液体自由通过。预膜粉还可以将一些容易堵塞滤芯的过滤物阻隔在滤芯之外，延缓滤芯被堵塞。在应用于煤炭转化炉炉气净化系统中时，尤其是应用于低阶煤裂解气的干法除尘中时，所述改性滤芯可以有效隔离裂解气中的焦粉且不吸附焦油，而吸附了焦油的焦粉难以进入滤芯，有效地延缓焦油堵塞滤芯，大大降低了过滤压差的上升速度。此外，预膜粉价格低廉，易获取，并且改性滤芯的改性工艺简单，预膜粉厚度易控制。

形态方面，2015 年4 月提出一种柔性金属膜滤袋，首先将金属粉末通过烧结制成柔性多孔金属膜，再将柔性多孔金属膜裁剪成所需的矩形和圆形，柔性金属膜滤袋的结构简单，抗静电性能好，使用寿命长，能处理温度高达600℃含尘气体，透气性好，过滤精度可达到0.1μm，过滤效率可达到99.5%以上。2017 年1 月提出一种板式膜组件，包括两个相对放置的膜片和位于两个膜片之间的内支撑体，显著提升膜片的使用稳定性，提升膜片可以承受的过滤压力以及反吹时可以承受的反吹压力，延长板式膜组件的使用寿命。

3 总结与展望

易态科技是拥有原创先进技术的能引领市场的技术创新型公司，易态膜包括高温刚性膜、催化净化一体膜、柔性膜、三元催化膜及纸型膜等覆盖重点领域产业链的各个环节，从大气污染防治、水污染防治、固废污染防治等对大环境以及室内空气净化、汽车尾气治理与个人防护等小环境进行治理与保护，希望其能不断完善提升技术，在更多领域创新并插上战旗。