專利名稱：微孔陶瓷分離膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微孔陶瓷分離膜的制備方法，特別涉及一種采用凝膠注模 工藝制備陶瓷支撐體及表面膜的方法，屬陶瓷材料制備加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)已引起全世界的廣泛關(guān)注，是當(dāng)代新型髙效分離技術(shù)，是多學(xué) 科交叉的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)比較，它具有髙效、節(jié)能、設(shè)備緊湊、過程 易控制、操作方便等優(yōu)點。膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于能源、電子、石油化工、 醫(yī)藥衛(wèi)生、生化、環(huán)境、冶金、食品等領(lǐng)域，形成了新興的髙技術(shù)產(chǎn)業(yè)。陶瓷 膜是一種固態(tài)膜，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸、耐堿、耐有機溶劑；機械強度大， 可反向沖洗；抗微生物能力強；耐高溫；孔徑分布窄，分離效率髙等特點。無機陶瓷膜一般由起支撐作用的基層和起過濾作用的表面層組成(有時在 二者之間還有一層過渡層)，目前支撐體的制備技術(shù)主要有擠出成型、壓制成 型和注漿成型，膜層的形成主要有固態(tài)粒子燒結(jié)法和溶膠一凝膠(Sol-gel)法， 均是制成涂膜液浸漬而成。實踐表明分離膜性能不僅取決于膜層厚度、孔徑尺 寸及其分布，還和支撐體的孔徑尺寸及其分布，以及膜與支撐體的結(jié)合等因素 有關(guān)。支撐體的組織均勻性對表面膜的微結(jié)構(gòu)影響很大，支撐體的孔徑和分布 在一定程度上決定了膜的質(zhì)量和過濾效果，要得到髙質(zhì)量的膜，必需采用較高 質(zhì)量的支撐體。為了提髙無機陶瓷膜過濾效果在支撐體和膜層的研究方面已進 行了許多工作。目前支撐體制備方法易形成大孔、組織結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致表面 膜易出現(xiàn)針孔和裂紋缺陷。溶膠-凝膠法雖是一種制備無機膜較為成熟和簡便 的方法，伹溶膠的制備嚴(yán)格，受許多因素控制，干燥、煅燒難以控制，易開裂，易 剝落。涂膜時，溶膠滲入深度難以掌握，容易阻塞基體管的孔道，造成阻力大，滲 透量小。因此，如何控制工藝條件得到具有均勻孔徑分布的無裂紋微孔陶瓷分 離膜一直未能得到很好的解決。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單、 孔徑均勻、支撐體與表面膜結(jié)合性好的微孔陶瓷分離膜的制備方法。 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是采用如下步驟① 將粒徑為5 15fim陶瓷粉體和陶瓷粉體質(zhì)量的0.2 0.4%的分散劑聚丙 烯酸胺(PAA-NH4)混合，制成陶瓷分離膜支撐體原料，② 有機單體丙烯酰胺(AM)和交聯(lián)劑N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)按重 量計，MBAM為AM的1/15 1/20混合，配制成濃度為5 15%的溶液；③ 將上述溶液按45 55%的固相體積分?jǐn)?shù)加入到支撐體原料中，球磨1 4 小時；④ 加入陶瓷粉體質(zhì)量的3 20%、粒徑為0.2 2pm的成孔劑，球磨5 20 分鐘后，按重量計，再加入AM的0.3 0.8%的引發(fā)劑過硫酸銨(APS)和AM 的0.1 0.2%的催化劑四甲基乙二胺(TEMED)，混合為支撐體懸浮漿料；⑤ 將上述懸浮漿料澆注入模，待漿料凝固硬化，經(jīng)干燥脫模后燒結(jié)成多孔陶 瓷支撐體；⑥ 將粒徑為2 6pm陶瓷粉體和陶瓷粉體質(zhì)量的0.2 0.4%的分散劑聚丙烯 酸胺(PAA-NH4)混合，制成陶瓷分離膜表面膜原料；⑦ 將由步驟②制備的溶液按10 25%的固相體積分?jǐn)?shù)加入到表面膜原料中， 球磨1 4小時；⑧ 按步驟④制備成表面膜槳料；⑨ 將多孔陶瓷支撐體浸入上述漿料中勻速提出，干燥后經(jīng)燒結(jié)得到微孔陶瓷 分離膜。所述的陶瓷粉體為A1203、 ZK)2、 SiC、 Ni3N4;所述的成孔劑為活性炭、 淀粉或石墨。按上述方法制備得到微孔陶瓷分離膜，氣孔率為35 45%,表面膜孔徑為 0.2 lpm，膜厚度為10 40jim，支撐體與表面膜結(jié)合牢固，孔分布均勻，表 面膜均勻無缺陷。本發(fā)明采用凝膠注模制備微孔陶瓷分離膜技術(shù)方案，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用擠出、壓制及注漿成型等方法制備支撐體存在的易形成大孔、組織結(jié)構(gòu)不均勻， 從而導(dǎo)致表面膜易出現(xiàn)針孔和裂紋缺陷，解決了溶膠-凝膠法制備表面膜干燥、 煅燒難以控制,易開裂剝落，涂膜時溶膠滲入深度難以掌握，容易阻塞支撐體的孔 道，造成阻力大，滲透量小的缺陷。本發(fā)明利用凝膠注模技術(shù)制備支撐體，并在其 表面采用凝膠注模槳料浸漬表面膜層，陶瓷支撐體及表面膜孔結(jié)構(gòu)均勻，可以 制備出孔徑可控、均勻性好及結(jié)合性好的陶瓷支撐體及表面膜。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例陶瓷支撐體的制備將粒徑為10pm的陶瓷粉體Al203和陶瓷粉體質(zhì)量的0.3%的分散劑聚丙烯 酸胺(PAA-NH4)混合，制成陶瓷分離膜支撐體原料；陶瓷粉體還可以是Zr02、SiC或Ni3N4;將有機單體丙烯酰胺(AM)和交聯(lián)劑N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)按 重量計，MBAM為AM 1/18的比例混合，以去離子水為溶劑配制成濃度10% 的溶液；將該溶液按52%的固相體積分?jǐn)?shù)加入到支撐體原料中，球磨4小時；加入陶瓷粉體質(zhì)量的10%、粒徑為0.5pm的成孔劑活性炭，球磨10分鐘 后，按重量計，再加入AM的0.4%的引發(fā)劑過硫酸銨(APS)和AM的0.2% 的催化劑四甲基乙二胺(TEMED),混合為支撐體懸浮漿料；成孔劑還可以是 淀粉或石墨；將上述懸浮槳料澆注入模，漿料中的有機單體在引發(fā)劑和催化劑的作用下 產(chǎn)生聚合反應(yīng)使?jié){料凝固硬化，經(jīng)干燥脫模后燒結(jié)成多孔陶瓷支撐體。 表面膜的制備將粒徑為3fim的陶瓷粉體和陶瓷粉體質(zhì)量的0.3%的分散劑聚丙烯酸胺 (PAA-NH4)混合，制成陶瓷分離膜表面膜原料；陶瓷粉體還可以是Zr02、SiC或Ni3N4;將有機單體丙烯酰胺(AM)和交聯(lián)劑N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)按 重量計，MBAM為AM 1/18的比例混合，以去離子水為溶劑配制成濃度10% 的溶液；將該溶液按15。/。的固相體積分?jǐn)?shù)加入到表面膜原料中，球磨4小時；加入陶瓷粉體質(zhì)量的10%、粒徑為0.5fim的成孔劑活性炭，球磨10分鐘 后，按重量計，再加入AM的0.4%的引發(fā)劑過硫酸銨(APS)和AM的0.2% 的催化劑四甲基乙二胺(TEMED),混合成為低粘度及髙流動性的凝膠表面膜 漿料；成孔劑還可以是淀粉或石墨。微孔陶瓷分離膜的制備將多孔陶瓷支撐體浸入表面膜凝膠漿料中勻速提出，干燥后經(jīng)燒結(jié)得到微 孔陶瓷分離膜。經(jīng)顯微觀察和測試得到性能參數(shù)如下孔徑0.4jim，氣孔率41%， 膜厚度15jim，膜表面無缺陷，孔分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種微孔陶瓷分離膜的制備方法，其特點在于該方法的步驟如下①將粒徑為5～15μm陶瓷粉體和陶瓷粉體質(zhì)量的0.2～0.4％的分散劑聚丙烯酸胺混合，制成陶瓷分離膜支撐體原料，②有機單體丙烯酰胺和交聯(lián)劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺混合，按重量計，交聯(lián)劑為有機單體的1/15～1/20，配制成濃度為5～15％的溶液；③將上述溶液按45～55％的固相體積分?jǐn)?shù)加入到支撐體原料中，球磨1～4小時；④加入陶瓷粉體質(zhì)量的3～20％、粒徑為0.2～2μm的成孔劑，球磨5～20分鐘后，按重量計，再加入相當(dāng)于丙烯酰胺的0.3～0.8％的引發(fā)劑過硫酸銨和丙烯酰胺的0.1～0.2％的催化劑四甲基乙二胺，混合成為支撐體懸浮漿料；⑤將上述懸浮漿料澆注入模，待漿料凝固硬化，經(jīng)干燥脫模后燒結(jié)成多孔陶瓷支撐體；⑥將粒徑為2～6μm陶瓷粉體和陶瓷粉體質(zhì)量的0.2～0.4％的分散劑聚丙烯酸胺混合，制成陶瓷分離膜表面膜原料；⑦將由步驟②制備的溶液按10～25％的固相體積分?jǐn)?shù)加入到表面膜原料中，球磨1～4小時；⑧按步驟④制備成表面膜漿料；⑨將多孔陶瓷支撐體浸入上述漿料中勻速提出，干燥后經(jīng)燒結(jié)得到微孔陶瓷分離膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種微孔陶瓷分離膜的制備方法，其特點在于 所述的陶瓷粉體為A1203、 Zr02、 SiC或Ni3N4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種微孔陶瓷分離膜的制備方法，其特點在于 所述的成孔劑為活性炭、淀粉或石墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微孔陶瓷分離膜的制備方法，屬陶瓷材料制備加工技術(shù)領(lǐng)域。將粒徑為5～15μm的陶瓷粉體與分散劑混合后，加入有機單體丙烯酰胺和交聯(lián)劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺的混合溶液，制成固相體積分?jǐn)?shù)45～55％的懸浮漿料，經(jīng)干燥脫模后燒結(jié)成多孔陶瓷支撐體；再將粒徑為2～6μm的陶瓷粉體按上述方法制成固相體積分?jǐn)?shù)10～25％的表面膜漿料；將支撐體浸入表面膜漿料中勻速提出，干燥燒結(jié)后得到微孔陶瓷分離膜。經(jīng)顯微觀察，支撐體與表面膜結(jié)合牢固，孔分布均勻，表面膜均勻無缺陷?？朔顺Ｒ?guī)陶瓷分離膜材料支撐體易形成大孔、組織結(jié)構(gòu)不均勻而導(dǎo)致表面膜易出現(xiàn)針孔和裂紋缺陷的問題。
文檔編號C04B38/06GK101322919SQ200810023169
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者周竹發(fā), 王淑梅, 芮一川, 松 趙, 郭存心 申請人:蘇州大學(xué)