1.研究背景

近十几年来，随着改革开放的深入发展，我国工业化进程明显加快，但我国的环保事业仍处于发展阶段，因此大气污染日益严重。其中细颗粒物污染被认为是造成近年来雾霾天气的主要原因。其中细颗粒物PM2.5比表面积大，大多携带重金属物质以及各种细菌，吸入后引起呼吸道疾病，而对于这一类颗粒物处理起来比较困难。PM2.5主要来自化石燃料的燃烧和工业生产排放，如:石油化工，垃圾焚烧、生物质气化、多晶硅、精炼厂的催化裂解等^[1]。这些尾气的特点是温度高(gt;300℃)，波动性大，气体成份复杂，常常含有还原性或氧化性、碱金属蒸汽等腐蚀性物质，这都对除尘技术提出了更高的要求^[2]。要求除尘器中的过滤材料不仅除尘精度高，而且还具备耐高温、耐腐蚀、抗震性等。因此，发展高温除尘技术，开发高性能的高温过滤材料，最大程度地利用气体的物理显热和化学潜热，提高能源利用率，对高温气体过滤领域的技术推进具有重要的意义^[3]。碳化硅陶瓷膜具有耐高温、机械强度高、化学稳定性好等优点，已经成为高温气固分离领域最有应用前景的膜材料之一，但制备成本和使用寿命制约了其广泛应用。

2.碳化硅多孔陶瓷的发展现状及问题

用作高温、高压气体过滤的多孔陶瓷除了具备机械强度大、孔隙率高、孔径大，孔曲折因子低等性能外，更需要良好的高温热稳定性能、高温耐介质腐蚀性能以及较低的透气阻力等^[4]。目前，国内外开发用于高温气体除尘的陶瓷从材质上可分为两大类，一类是氧化物材料: 如氧化铝、莫来石、堇青石和氧化物陶瓷纤维等； 另一类是碳化物材料，主要指碳化硅多孔陶瓷。碳化硅多孔陶瓷具有密度低，热膨胀系数小、机械强度大、化学稳定性高、耐腐蚀、耐高温、抗热震性好等特点，被看作是高温气体除尘领域最有广泛应用前景的材料^[5]。近年来以碳化硅多孔陶瓷为核心的过滤技术在高温金属熔体过滤^[6]、高温热气过滤^[7]、催化剂载体^[8]、气体吸附分离^[9]、柴油微粒过滤器^[10]、污水过滤^[11]等领域有广泛的研究与应用。

目前无论是实验制备阶段还是已商业化用于气固分离的碳化硅多孔陶瓷产品都还存在许多问题。首先，气体处理量低，造成一次性投资成本大，气体处理量主要和陶瓷的气体渗透率有关，而增大孔隙率和孔径是提高气体渗透率的必备条件。但是，通常陶瓷的孔隙率和强度间存在Trade-off效应，因此如何解决孔隙率和强度间的矛盾关系，制备出同时具有高抗弯强度和高气孔率的碳化硅多孔陶瓷是一大难题^[12]。其次，烧结温度高，能耗大，制备成本较高。一般较高的烧结温度会导致碳化硅多孔陶瓷气孔率降低；而降低烧结温度，碳化硅颗粒颈部连结变弱，机械强度降低^[13]。因此，如何选择平衡烧结温度与孔隙率和强度之间的关系，保证材料具备高强度的同时还拥有较高的孔隙率是目前制备的难点。最后，在高温含有氧化性气体和腐蚀性介质的环境下，碳化硅多孔陶瓷材料的稳定性能亟须提高。尤其在高温、水蒸气和碱金属蒸汽等工况下，材料长时间的运行容易造成粘结相的结晶化和碳化硅颗粒的氧化，导致机械强度的持续降低，除尘器无法稳定运行^[14]。因此，研究制备高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高气体渗透率的碳化硅多孔陶瓷是目前国内外研究的热点。

3.高透气量碳化硅膜的制备

高透气量碳化硅膜的制备与支撑体以及膜层的厚度都有着联系。支撑体通量的提高，有利于碳化硅过滤器整体通量的提高，但是提高的幅度较小。在保持膜层完整的情况下，降低膜层厚度可以更有效提高膜层的通量。

4.碳化硅膜的表征

（1）气通量

通量计算：