使用双峰态NaCl孔形成剂制备的多孔Al–Cu–Mg合金，用于高温颗粒物过滤

《Materials Today Communications》：Porous Al–Cu–Mg alloys prepared with bimodal NaCl pore formers for high-temperature particulate matter filtration

多孔Al-Cu-Mg合金通过双模NaCl孔隙形成策略和烧结-溶解工艺制备，形成三维多尺度互联孔隙结构，在500℃下实现92.2% PM2.5捕获效率、191 Pa压降及133.6×10?? Pa?1质量因子，经循环测试和氧化实验验证其长期稳定性与机械性能。

　　本文探讨了一种用于高温工业烟气净化的新型多孔金属过滤材料的制备与性能研究。随着工业发展，高温排放源所导致的颗粒物污染问题日益严重，这种污染不仅影响环境质量，还对人类健康构成威胁。因此，开发一种既具备良好热稳定性，又能高效捕获颗粒物的过滤材料显得尤为迫切。本文通过引入一种双模态的盐颗粒造孔策略，并结合烧结-溶解工艺，成功制备出一种具有三维、多尺度且相互连通的多孔Al-Cu-Mg合金材料，为解决高温环境下过滤材料性能不足的问题提供了新的思路。

该合金材料的多孔结构由大孔和小孔共同构成，这一结构不仅促进了气体流动，还提高了颗粒物的捕获效率。在实验条件下，该材料表现出高达92.2%的PM2.5去除效率，同时具备较低的压降（191帕）和较高的质量因子（QF，133.6 × 10?? Pa?1）。这些数据表明，这种多孔金属材料在高温环境下具有良好的过滤性能。此外，该材料在循环测试和长期氧化环境下仍能保持其过滤效率和机械稳定性，这为实际工业应用提供了坚实的基础。

为了优化制备工艺，研究人员采用了正交实验设计方法，系统地研究了烧结温度、双模态盐颗粒含量和冷压压力等关键参数对材料性能的影响。实验结果显示，双模态盐颗粒含量对过滤性能的影响最为显著，其最佳比例为60%。在这一条件下，制备出的材料不仅具有较高的孔隙率（61.3%），还表现出良好的压缩强度（14.26 MPa）。相比使用单一粒径盐颗粒的对照组材料，该材料在过滤效率和压降之间实现了更优的平衡，进一步提升了其在高温过滤中的适用性。

从微观结构来看，该材料的多孔网络具有高度的连通性，且孔径分布广泛，涵盖了从微米级到亚毫米级的不同尺度。这种多尺度的结构设计有效提高了颗粒物与材料之间的接触面积，从而增强了捕获能力。与单一粒径盐颗粒制备的材料相比，双模态盐颗粒制备的材料在孔隙分布和连通性方面更具优势，能够同时实现高效的颗粒捕获和较低的压降。此外，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段对材料进行了表征，证实了其良好的化学稳定性和机械性能。

在实际应用测试中，该材料在高温烟气过滤条件下表现出优异的性能。实验中模拟了工业烟气环境，使用燃烧蚊香产生的颗粒物作为测试对象，评估了材料的过滤效率、压降和质量因子。结果显示，该材料在500°C下仍能保持较高的过滤效率，并且在多次循环测试后，其性能并未显著下降，显示出良好的耐用性和可重复使用性。这为高温工业中颗粒物的高效去除提供了可行的技术路径。

此外，该材料在氧化测试中也表现出了良好的耐久性。经过100小时的高温氧化后，其孔隙率和压缩强度仅略有下降，表明其在高温环境下具有较强的结构稳定性。同时，材料表面形成的氧化层对其过滤性能起到了保护作用，使得其在高温氧化后仍能维持较高的去除效率。这种氧化层不仅提高了材料的热稳定性，还为材料在高温条件下的长期使用提供了保障。

从应用前景来看，该材料不仅适用于高温烟气净化，还可能在冶金粉尘收集、发电系统排放控制等领域发挥重要作用。其独特的三维、多尺度孔结构和良好的热稳定性使其具备广泛的适用性。此外，该材料的结构特性也使其成为催化剂载体和高温气固反应器的理想选择，进一步拓展了其在能源与环境领域的应用价值。

综上所述，本文通过引入双模态盐颗粒造孔策略，成功制备出一种具有优异过滤性能和机械稳定性的多孔Al-Cu-Mg合金材料。该材料在高温环境下表现出良好的颗粒物去除能力，同时保持较低的压降和较高的质量因子。其结构的优化不仅提高了过滤效率，还增强了材料的耐用性和可重复使用性，为开发高性能的高温过滤材料提供了重要的理论依据和技术支持。未来，该材料有望在工业污染控制、环境保护等领域得到广泛应用，推动相关技术的进一步发展。