一种可以催化分解二噁英的高温涂层

摘要

本发明涉及一种可以催化二噁英的高温涂层，包括35‑70%陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括32‑60%氧化铝、1‑5%硅酸锆、2‑10%氧化锆；还包括0.5‑2%云母粉；1‑5%碳纳米管；0.5‑2%石墨烯；0.1‑2%氧化钇；0.1‑2%氧化铈；1‑5%氧化钯；1‑8%V2O5；1‑5%TiO2。本发明通过原料之间合理的搭配，相容性好，在高温复杂的环境下表现出较好的强度、硬度、耐腐蚀等性能，长时间使用也不会脱落或裂开，有效地保护了锅炉或管道不被侵蚀；本发明通过组分的选择能够达到较好的催化分解二噁英的效果。且该涂层能够使得锅炉、管道传热更为均匀，实现了在提升涂层性能的同时还能进一步的催化降解二噁英。

权利要求

1.一种可以催化分解二噁英的高温涂层，其特征在于以质量%计，形成所述涂层的涂料包括如下的组分：35‑70%陶瓷骨料，15‑35%粘结剂和余量的水；所述陶瓷骨料包括32‑60%氧化铝、1‑5%硅酸锆、2‑10%氧化锆；还包括0.5‑2%云母粉；1‑5%碳纳米管；0.5‑2%石墨烯；0.1‑

2%氧化钇；0.1‑2%氧化铈；1‑5%氧化钯；1‑8% V2O5；1‑5%TiO2；

所述的硅酸锆的粒径为30‑80nm，所述的氧化锆粒径为10‑30μm；

所述的粘结剂为磷酸二氢铝、磷酸铝或硅溶胶的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的可以催化分解二噁英的高温涂层，其特征在于所述TiO2用量进一步为1‑3%。

3.根据权利要求2所述的可以催化分解二噁英的高温涂层，其特征在于所述的组分进一步的为 40‑60%氧化铝、1‑4%硅酸锆、2‑8%氧化锆；0.5‑1.5%云母粉；1‑4%碳纳米管；0.5‑

1%石墨烯；0.1‑1%氧化钇；0.2‑1%氧化铈；1‑4%氧化钯；1‑6% V2O5；1‑3%TiO2，20‑30%粘结剂；

余量的水。

说明书

一种可以催化分解二噁英的高温涂层

技术领域

[0001] 本发明属于涂料领域，具体地涉及一种在高温环境下能够耐热、耐腐蚀且能够催化分解二噁英的高温涂层。

背景技术

[0002] 随着我国经济的发展，城市人口快速增加，生活垃圾也不断的增多。目前垃圾处理的方式包括填埋和焚烧。填埋又不可避免的会导致二次污染，目前较为有效的办法就是通过焚烧处理垃圾。垃圾焚烧过程中不可避免的面临着锅炉高温环境下腐蚀的问题，同时，由于垃圾的成分复杂，会导致在焚烧过程中产生新的污染物，二噁英就是目前最为关注的污染物。

[0003] 对于高温环境下管道、锅炉等保护，涂覆一层保护性的涂层是比较有效的办法，涂层如果能够具有较强的在高温下抗腐蚀等性能，那么对于避免锅炉管道的损坏、保护环境就十分的重要。

[0004] 目前研究应用涂层能够具有一定的作用，如具有一定的耐磨性能、耐高温氧化等，但在类似垃圾焚烧、发电厂等应用场景下，由于应用环境的复杂多样性，会导致涂层在长时间的使用下性能下降，局部性能下降会导致涂层的脱落，进而影响整个设备的安全运行。因此开发一种在高温环境下具有持久的优良性能的涂料涂层就十分关键。

[0005] 二噁英是比较典型的有机污染物，对于生态系统和人体健康都会带来比较大的威胁，面对不断增加的垃圾处理量，二噁英的排放控制就十分的重要，目前二噁英的排放标准越来的越严格，减少二噁英的排放也是目前垃圾焚烧污染物控制的重点。

发明内容

[0006] 针对现有技术中高温环境下涂层存在的问题，以及二噁英控制的需求，本发明提供一种在高温环境下具有良好的强度、硬度和抗冷热冲击性能的涂层，且更进一步地，该涂层在分解二噁英方面，具有良好的效果。本发明的技术方案如下。

[0007] 一种可以催化分解二噁英的高温涂层，以质量%计，形成所述涂层的涂料包括如下的组分：35‑70%陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括32‑60%氧化铝、1‑5%硅酸锆、2‑10%氧化锆；还包括0.5‑2%云母粉；1‑5%碳纳米管；0.5‑2%石墨烯；0.1‑2%氧化钇；0.1‑2%氧化铈；1‑5%氧化钯；1‑8% V2O5；1‑5%TiO2。所述的氧化铝、硅酸锆和氧化锆用量以在涂层中的占比来计。

[0008] 进一步地，所述的硅酸锆的粒径为30‑80nm，所述的氧化锆粒径为10‑30μm。优选地，硅酸锆的粒径可以为40‑60nm，氧化锆的粒径可以是15‑20μm等。

[0009] 在垃圾焚烧锅炉或管道中，由于高温环境下热力的不稳定性，以及焚烧时成分的复杂，使得涂层容易脱落和裂开，研究发现在陶瓷骨料中选择上述的粒径范围的硅酸锆和氧化锆对于增强抗裂性能和强度十分的关键。该粒径范围内的硅酸锆和氧化锆与其他组分如云母粉等十分明显地影响着涂层的性能，同样地，上述的物料的用量也较为的重要。

[0010] 进一步地，所述TiO2用量为1‑3%。

[0011] 对于二噁英脱除而言，目前的方式包括催化降解、吸附等，而如果涂层上能够具有降解二噁英的效果，那对于严格达到排放标准具有非常好的促进效果。因此，在本发明中，对于涂层原料中，选择了V2O5、TiO2、碳纳米管和石墨烯，上述组分添加至涂层原料中，除了增加涂料本身所要求的强度、硬度等性能外，对于催化降解二噁英效果显著。现有技术中，TiO2一般用量要较大，与V2O5配伍实现一定的效果，而在本发明中，研究发现在涂层中添加上述成分后，TiO2的用量远比现有技术中用量少，且仍然能够达到较好的催化降解效果。

[0012] 进一步地，所述的涂层还包括粘结剂15‑35%和余量的水。

[0013] 对于上述组分用量而言，为了实现较好的效果，进一步地，所述的组分进一步的为 40‑60%氧化铝、1‑4%硅酸锆、2‑8%氧化锆；0.5‑1.5%云母粉；1‑4%碳纳米管；0.5‑1%石墨烯；
0.1‑1%氧化钇；0.2‑1%氧化铈；1‑4%氧化钯；1‑6% V2O5；1‑3%TiO2，20‑30%粘结剂；余量的水。

[0014] 进一步地，所述的粘结剂为磷酸二氢铝、磷酸铝或硅溶胶的一种或多种组合。

[0015] 本发明还包括涂层的制备方法，包括如下的步骤：

[0016] （1）将纳米硅酸锆和微米氧化锆与粘结剂和部分水混合搅拌均匀；所述水的用量以能够混合均匀即可；（2）加入氧化铝和云母粉，通过在200‑600转/min下搅拌均匀；（3）再加入剩余其他物料，混合均匀得到涂料；所述涂料通过喷涂的方式处理目标件表面即为涂层。

[0017] 本发明的有益效果包括：该涂层通过原料之间合理的搭配，相容性好，在高温复杂的环境下表现出较好的强度、硬度、耐腐蚀等性能，长时间使用也不会脱落或裂开，有效地保护了锅炉或管道不被侵蚀；本发明通过组分的选择能够达到较好的催化分解二噁英的效果。且该涂层能够使得锅炉、管道传热更为均匀，实现了在提升涂层性能的同时还能进一步的催化降解二噁英。

具体实施方式

[0018] 下面通过具体实施方式对本发明的涂层作进一步说明。特别地，本发明所述的涂层适合电厂、垃圾焚烧厂等高温、复杂的环境中。

[0019] 实施例1

[0020] 催化二噁英分解的高温涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；1%云母粉；2%碳纳米管；0.8%石墨烯；0.3%氧化钇；0.4%氧化铈；2%氧化钯；2% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0021] 实施例2

[0022] 一种涂层，在电厂、垃圾焚烧等应用下具有良好性能，且具有催化降解二噁英的效果，通过如下的原料加工制备得到：56%氧化铝、2.2%硅酸锆、4%氧化锆；1.1%云母粉；3%碳纳米管；1%石墨烯；0.5%氧化钇；0.4%氧化铈；1%氧化钯；1.5% V2O5；2%TiO2，22%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为40nm，氧化锆的粒径为22微米。

[0023] 实施例3

[0024] 涂层的制备方法，包括：（1）将纳米硅酸锆和微米氧化锆与粘结剂和二分之一的水混合，在200‑300转/min下搅拌3‑5min；（2）加入氧化铝和云母粉，通过在200‑600转/min下搅拌5‑8min；（3）再加入剩余其他物料，搅拌混合均匀得到涂料；所述涂料通过喷涂的方式处理目标件表面即为涂层。

[0025] 为了验证本发明涂层所具有的良好效果，通过以下对比例进行验证说明。

[0026] 对比例1

[0027] 一种涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；0.8%石墨烯；0.3%氧化钇；0.4%氧化铈；2%氧化钯；2% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为40微米，氧化锆的粒径为100微米。

[0028] 对比例2

[0029] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆； 2%碳纳米管； 0.3%氧化钇；0.4%氧化铈；2%氧化钯；2% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为40微米，氧化锆的粒径为80微米。

[0030] 根据GB4653‑84涂料测定试验测定抗热交变能力，实验条件为将样品放入加热炉中，在650℃下处理30min，然后取出进行强制风冷至室温，循环处理至出现剥落和裂纹等现象。以实施例1和对比例1来测定抗热交变性能，试验结果如下：实施例1在循环52次时，出现剥落、裂纹的现象，而对比例1是循环至37次出现了剥落、裂纹现象，对比例2是循环至34次出现了剥落、裂纹现象。试验结果表明，本发明的涂层具有较好的抗热交变的性能。

[0031] 对比例3

[0032] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；1%云母粉；2.8%碳纳米管；；0.7%氧化铈；2%氧化钯；2% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0033] 对比例4

[0034] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、5%氧化锆；；3.8%碳纳米管；0.3%氧化钇；0.4%氧化铈；2%氧化钯；2% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中氧化锆的粒径为20微米。

[0035] 对比例5

[0036] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：40%氧化铝、1%硅酸锆、1%氧化锆；1%云母粉；0.1%碳纳米管；0.1%石墨烯；0.1%氧化钇；0.5%氧化钯；0.5% V2O5；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0037] 耐磨性和耐水性是涂料的重要性能指标，以实施例2和对比例3‑5来测定对比耐磨性和耐水性的情况，结果如下：

[0038] 实施例1耐磨性达到了9.4L/μm，耐水性达到了780h；对比例3的耐磨性为5.6 L/μm，耐水性达到了368h；对比例4的耐磨性为6.1 L/μm，耐水性达到了380h；对比例5的耐磨性为4.2 L/μm，耐水性达到了298h。由此可以看出，在涂层原料组分变化的情况下，对于涂层的耐磨性和耐水性影响较大，本发明在耐磨性和耐水性方面性能较为突出。

[0039] 对比例6

[0040] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；1%云母粉；0.3%氧化钇；0.4%氧化铈；2%氧化钯；30%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0041] 对比例7

[0042] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；1%云母粉；2%碳纳米管；2.8%石墨烯；2% V2O5；25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0043] 对比例8

[0044] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；1%云母粉；2.8%碳纳米管；0.4%氧化铈；1%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0045] 对比例9

[0046] 涂层，通过如下的原料加工制备得到：55%氧化铝、2%硅酸锆、3%氧化锆；3.8%云母粉；； 2.7%氧化钯；0.5% V2O5；4%TiO2，25%粘结剂；余量的水，其中硅酸锆粒径为45nm，氧化锆的粒径为20微米。

[0047] 以实施例2和对比例6‑9测定对二噁英催化降解的影响，试验方法参照现有技术一般方法进行。在垃圾焚烧发电厂建立烟气旁路中试装置，烟气流量为5000Nm3/h，烟气温度为180℃，在稳定运行48h后采集进出口气样进行分析，实验结果如下。

[0048]   进气口二噁英浓度（ng/m3） 出气口二噁英浓度（ng/m3） 转化率实施例2 7.5 0.035 99.53%
对比例6 7.9 0.24 96.92%
对比例7 7.2 0.34 95.28%
对比例8 8.1 0.28 96.54%
对比例9 7.7 0.36 95.33%

[0049] 根据实施例2和对比例能够看出，本发明具有良好的催化降解二噁英的效果。

[0050] 上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，并非对本发明的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。