易態科技分離領域過濾元件專利技術綜述

朱芳萍

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州215011）

1 概述

目前全球僅兩家公司實現了金屬間化合物材料的產業化，一家是美國的波音公司，做的是致密材料，就是盡量減少該材料中的小孔，使得該材料更加致密，它主要是用于航空事業；另一家就是成都易態科技有限公司（下簡稱易態科技）。易態科技成立于2007 年8 月，在專項研究過程中通過一系列技術手段使得該材料中的“細孔”呈現可控狀態，并均勻分布排列，把它作為多孔材料，賦予了金屬間化合物材料新的生命即多孔過濾材料和過濾裝備。易態科技截止2019 年12 月共有675 余項專利申請，其中在分離領域（國際分類號B01D）共有465 項；其余申請主要涉及過濾元件的成型方法、模具與燒結設備，凈化系統配套設備如加熱、取壓系統等以及新風系統等方面，從公司成立至2015 年申請量直線上升，2016 年開始申請量開始下降，這或許與技術研發瓶頸期有關或者是這一技術的發展已經趨于成熟。分析發現分離領域的專利技術主要覆蓋過濾元件與凈化系統方面，凈化系統包括過濾元件的安裝、再生等，以下就對易態科技過濾元件方面的專利技術進行總結介紹。

2 過濾元件重點技術

無機多孔材料按材料種類主要分為兩大類：陶瓷多孔材料，如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅和二氧化硅等材料的多孔體；以及金屬多孔材料，如金屬鎳、不銹鋼、鈦、銅和鋁等材料的多孔體。目前，工業上廣泛使用的無機多孔材料的制備方法主要有：原料粉末的粉末冶金燒結法和以聚氨酯等有機物為模板的合成法等，但陶瓷多孔材料的燒結能耗高、金屬多孔材料的孔結構可控程度較差，特別是采用原料粉末冶金燒結法制備多孔材料是基于堆跺粉末間隙造孔，孔結構可控度小，曲折因子大。易態科技通過一系列技術手段使得金屬間化合物的細孔呈可控狀態并均勻分布排列，從而賦予了金屬間化合物材料新的生命，并從多個方面研發改進，包括結構、成分、改性等多方面。

2008 年9 月提出了一種NiAl 金屬間化合物多孔材料的制備方法，其僅僅采用Ni、Al 粉末通過加熱過程中的偏擴散及反應合成，具有三維立體連同的網絡孔隙，30%～55%的孔隙度，最大孔徑為5～50μm，其中材料成份的Ni、Al 原子重量配比為Ni∶Al＝60～90∶10～40；制備時先將一定粒度的Ni、Al 元素粉末進行機械均勻混合，然后模壓冷成型，最后采用分段式真空無壓燒結方式燒結而得。2008 年12 月提出了一種FeAl 金屬間化合物多孔材料的制備方法，先制備多孔支撐體和復合漿料，然后將復合漿料涂在多孔支撐體表面，然后置于真空度為1.0～1.0×10-2Pa 的真空氣氛中加熱、在100～400℃下保溫30～120min 以脫除有機添加劑，然后升溫至510～640℃并保溫60～240min 以進行固相偏擴散形成大量的Kirkendall 孔隙，最后升溫至700～900℃并保溫30～120min 使材料充分反應并使各成分均勻化，冷卻即得FeAl 金屬間化合物多孔材料。

孔結構方面，主要有孔徑調節方法，2011 年12 月首次提出了以化學熱處理來調節金屬多孔材料的孔徑從而既保證過濾精度并可附帶改善金屬多孔材料的表面性能，具體是通過將至少一種元素滲入材料的孔表面而使其平均孔徑縮小0.1～100μm 至平均孔徑為0.05～100μm，當元素滲入金屬多孔材料的孔表面后，引起金屬多孔材料的孔洞表層發生晶格畸變膨脹或形成新相層，從而使金屬多孔材料上的原有孔洞縮小，以達到調節孔徑的目的，這種孔徑調節方法比現有孔徑調節方法更加方便且可控性更好。還有孔結構改善方法，2013 年7 月提出一種抗高溫氧化的燒結Fe-Al 基合金多孔材料，其既能夠改善Fe-Al 金屬間化合物多孔材料的高溫抗氧化性能和抗強堿腐蝕性能，同時又能夠附帶改善材料孔結構，其主要由Fe、Al、Cr三種元素組成，這三種元素的重量之和占多孔材料重量的90%以上，其中Fe 為Fe、Al 總重量的60～85%、Cr 為Fe、Al、Cr 總重量的10～30%。

成分方面，除了較為成熟的鐵鋁、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物外，2013 年7 月提出一種Cu-Ni 粉末燒結金屬多孔體，Cu、Ni分別通過摻入原料粉中的Cu 元素粉和Ni 元素粉而引入到該粉末燒結金屬多孔體中，所述的原料粉先后經過成型、燒結從而制備得到所述的粉末燒結金屬多孔體，燒結時Cu、Ni 之間相互擴散導致粉末燒結金屬多孔體的曲折因子達到1.02～1.25。而采用Cu-Ni 合金粉時，所得粉末燒結金屬多孔體的曲折因子僅為1.6 以上。

使用壽命方面，膜層與基體之間的附著力在一定程度上決定了濾芯的使用壽命，2014 年9 月提出一種有助于提高膜層與載體之間附著力、膜層厚度均勻可控且在氣體過濾時灰塵不易在膜層表面集結的非對稱燒結無機多孔過濾元件，所述過濾元件包括由較大孔徑的燒結金屬多孔材料或燒結陶瓷多孔材料構成的載體以及附著于所述載體上并由較小孔徑的燒結金屬多孔材料或燒結陶瓷多孔材料構成的膜層，其中所述載體上用于附著該膜層的表面為第一拋光面，第一拋光面的表面粗糙度為Ra6.3～25μm；所述膜層上與該膜層附著于載體上的一側表面相反的另一側表面即過濾面為第二拋光面，第二拋光面的表面粗糙度為Ra0.8～12.5μm。通過拋光使載體上用于附著膜層的表面成為第一拋光面，除去氧化層，由此可提高載體與膜層的附著力。

改性方面，為擴大過濾元件的應用范圍，2015 年4 月提出一種脫硝催化過濾元件，所述過濾元件包括一多孔復合體，該多孔復合體包括：多孔基體，所述多孔基體由燒結金屬多孔材料或燒結陶瓷多孔材料構成并具有三維立體連通的網絡孔隙；中間層，所述中間層附著于多孔基體的孔表面并增大多孔基體孔表面粗糙度；催化活性層，所述催化活性層以中間層為載體附著于多孔基體的孔表面并由脫硝催化活性物質構成；所述中間層包括第一中間層，該第一中間層或第一中間層的前體物質在燒結形成所述多孔基體時內生于該多孔基體之上；所述中間層還包括第二中間層，所述第二中間層在第一中間層形成后再通過外覆方式形成于第一中間層之上；所述第一中間層以及第二中間層均由Al2O3構成。2015 年9 月提出一種濾芯表面附著有預膜粉的改性濾芯，預膜粉的粘附強度比待過濾物中固體顆粒的粘附強度小，難以吸附待過濾物中的氣體和液體，因此可以讓待過濾物中的氣體和液體自由通過。預膜粉還可以將一些容易堵塞濾芯的過濾物阻隔在濾芯之外，延緩濾芯被堵塞。在應用于煤炭轉化爐爐氣凈化系統中時，尤其是應用于低階煤裂解氣的干法除塵中時，所述改性濾芯可以有效隔離裂解氣中的焦粉且不吸附焦油，而吸附了焦油的焦粉難以進入濾芯，有效地延緩焦油堵塞濾芯，大大降低了過濾壓差的上升速度。此外，預膜粉價格低廉，易獲取，并且改性濾芯的改性工藝簡單，預膜粉厚度易控制。

形態方面，2015 年4 月提出一種柔性金屬膜濾袋，首先將金屬粉末通過燒結制成柔性多孔金屬膜，再將柔性多孔金屬膜裁剪成所需的矩形和圓形，柔性金屬膜濾袋的結構簡單，抗靜電性能好，使用壽命長，能處理溫度高達600℃含塵氣體，透氣性好，過濾精度可達到0.1μm，過濾效率可達到99.5%以上。2017 年1 月提出一種板式膜組件，包括兩個相對放置的膜片和位于兩個膜片之間的內支撐體，顯著提升膜片的使用穩定性，提升膜片可以承受的過濾壓力以及反吹時可以承受的反吹壓力，延長板式膜組件的使用壽命。

3 總結與展望

易態科技是擁有原創先進技術的能引領市場的技術創新型公司，易態膜包括高溫剛性膜、催化凈化一體膜、柔性膜、三元催化膜及紙型膜等覆蓋重點領域產業鏈的各個環節，從大氣污染防治、水污染防治、固廢污染防治等對大環境以及室內空氣凈化、汽車尾氣治理與個人防護等小環境進行治理與保護，希望其能不斷完善提升技術，在更多領域創新并插上戰旗。