陶瓷膜支撐體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于支撐體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷膜支撐體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無機(jī)陶瓷膜因具有優(yōu)良的耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、過濾精度高、抗化學(xué)侵蝕性及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。陶瓷支撐體是整個陶瓷膜制備和使用的基礎(chǔ)，其性能的好壞對后期膜層的質(zhì)量及整體應(yīng)用性能起著至關(guān)重要的作用。
[0003]Ct-Al2O3以其優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)，成為制備多孔陶瓷膜支撐體最常用的原料。對于市場上常用的99多孔氧化鋁陶瓷支撐體而言，根據(jù)顆粒堆積理論要獲得平均孔徑在5?1ym的膜支撐體，為了保證支撐體具有高滲透性，氧化鋁顆粒粒徑應(yīng)在20?30μπι之間。目前國外商品化陶瓷膜支撐體的制備主要是采用平均粒徑為30μ左右橢球形粉體，其中美國專利U.S.Pat.N0.4,250,058公開了一種在熱油中分散含氨前軀體的酸性鋁溶膠方法制備具有良好機(jī)械強(qiáng)度的球形氧化鋁顆粒，此外U.S.Pat.N0.4，514，511也描述了一種類似的制備球形氧化鋁粉體工藝。上述的方案雖能制備出機(jī)械強(qiáng)度高、近球形的氧化鋁粉體，但是存在著成本和操作復(fù)雜等問題，另外后期制備支撐體時需要1750°C以上的燒結(jié)溫度，目前國內(nèi)燒結(jié)設(shè)備尚不能此高溫?zé)Y(jié)。國內(nèi)因氧化鋁粉體制備技術(shù)不足，多采用棒狀或棒狀的剛玉、氧化鋁粉制作陶瓷膜支撐體。球形粉體專利如CN1278458A公開了一種采用噴霧造粒工藝制備球形氧化鋁粉體的制備工藝，丁祥金等用此球形氧化鋁粉D50 =22.4微米進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)，在滿足商業(yè)要求大于3M的抗爆強(qiáng)度下，產(chǎn)品空隙率僅為29 專利CN101337808A公開了一種以氧化鋁為原料加入礦化劑然后高溫煅燒，再進(jìn)行球磨、水洗、分級等工藝制備近球形氧化鋁粉。上述專利雖然制備出球形氧化鋁粉體，但在制備支撐體時存在著粉體過圓不利燒結(jié)和制備大孔隙率、球形氧化鋁粉顆粒(<20μπι)、操作復(fù)雜、過程難控制、成本高等問題，直接導(dǎo)致陶瓷膜支撐體性能不穩(wěn)定、使用壽命短、復(fù)雜的制作工藝和制作成本，限制了其在工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷膜支撐體的制備方法，科學(xué)合理、簡單易行，制備的支撐體易燒結(jié)、孔隙率和通量較高、強(qiáng)度高、氧化鋁純度高、耐腐蝕性能好。
[0005]本發(fā)明所述的陶瓷膜支撐體的制備方法，步驟如下:
[0006](I)以燒結(jié)法碳分分解工藝生產(chǎn)的氫氧化鋁為原料進(jìn)行預(yù)燒，得到低溫氧化鋁產(chǎn)物Α;
[0007](2)產(chǎn)物A中加入礦化劑進(jìn)行煅燒，煅燒后研磨至粒度5-15微米，得到α氧化鋁產(chǎn)物B；
[0008](3)產(chǎn)物B與Al2O3.ηΗ2θ，η = 1_3混合，同時加入礦化劑進(jìn)行煅燒，煅燒后得到α氧化鋁產(chǎn)物C;
[0009](4)將煅燒保溫后的α氧化鋁產(chǎn)物C研磨打散分級得到多面體氧化鋁粉；
[0010](5)取D50 = 20-25微米和D50 = 3_5微米的多面體氧化鋁粉作為骨料，加入量分別為多面體氧化鋁粉總質(zhì)量的75-85%和15-25%;然后與粘結(jié)劑、水、保濕劑和分散劑混合攪拌均勻形成泥料;將泥料在密封下陳腐，然后在擠出機(jī)中擠出生坯，將生坯烘干水分，保溫，燒結(jié)成多孔氧化鋁支撐體。
[0011]步驟(I)中所述的預(yù)燒溫度為300-500°C，預(yù)燒時間為l-10h。
[0012]步驟(2)中所述的礦化劑為氯化鋁、硝酸鋁、硼酸、硼酸鈉、氟化鋁、氟化銨、氟化鈣、氟化鎂、碳酸鎂、氯化鎂、氯化鈉、氯化銨、氟化鈰、氧化鈰或氧化鑭中的一種或多種，礦化劑的加入量為產(chǎn)物A的0.l_2wt%。
[0013]步驟(2)中所述的煅燒溫度為1400-1700°C，煅燒時間為8_20h。
[0014]步驟(3)中所述的產(chǎn)物B與Al2O3.ηΗ20的質(zhì)量比為1-10:1 ,Al2O3.ηΗ20為擬薄水鋁石、勃姆石或氫氧化鋁中的一種或多種。
[0015]步驟(3)中所述的礦化劑為氯化鋁、硝酸鋁、硼酸、硼酸鈉、氟化鋁、氟化銨、氟化鈣、氟化鎂、碳酸鎂、氯化鎂、氯化鈉、氯化銨、氟化鈰、氧化鈰或氧化鑭中的一種或多種，礦化劑的加入量為產(chǎn)物B與Al2O3.ηΗ20總質(zhì)量的0.1-2wt%。
[0016]步驟(3)中所述的煅燒溫度為1300-1400°C，煅燒時間為3_10h。
[0017]步驟(4)中所述的多面體氧化鋁粉的一次粒徑D50= l_30微米。
[0018]步驟(5)中所述粘結(jié)劑為甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素，粘結(jié)劑加入量為多面體氧化鋁粉總質(zhì)量的4-10% ;水的質(zhì)量為多面體氧化鋁粉總質(zhì)量的20-40% ;保濕劑為甘油，保濕劑加入量為多面體氧化鋁粉總質(zhì)量的1.5-3.5% ;分散劑為聚乙二醇類或PVA類分散劑，分散劑加入量為多面體氧化鋁粉總質(zhì)量的2-5%。
[0019]步驟(5)中所述的陳腐時間為24-36小時，保溫溫度為1650-1680°C，保溫時間為3-6小時。
[0020]本發(fā)明可先制備出多面體氧化鋁粉體，該粉體具有多面體型、大晶體、高比重、粒徑可調(diào)控。在此骨料下按一定配比即可制得支撐體平均孔徑為1-10微米可調(diào)控，孔隙率為33-40%。
[0021]本發(fā)明采用燒結(jié)法氫氧化鋁為原料，通過三段燒結(jié)工藝生產(chǎn)出支撐體用氧化鋁粉，該粉體具有大晶體(一次粒徑D50>20微米)、橢圓多面體結(jié)構(gòu)、純度高，可作為陶瓷膜支撐體的原料。本發(fā)明的多面體氧化鋁外表圓潤，使得顆粒相互之間接觸面加大，僅采用多面體氧化鋁本身即可燒結(jié)得到高強(qiáng)度的多孔氧化鋁陶瓷膜支撐體，克服了球形氧化鋁太圓難燒結(jié)、孔隙率不高、一次粒徑D50〈20微米等問題，使得支撐體易燒結(jié)、氧化鋁純度高、耐腐蝕性能好，孔隙率和通量提升。
[0022]本發(fā)明所述的陶瓷膜支撐體的制備方法，具體步驟如下:
[0023](I)以燒結(jié)法碳分分解工藝生產(chǎn)的氫氧化鋁為原料，經(jīng)300-500°C進(jìn)行預(yù)燒l-10h，得到低溫氧化鋁產(chǎn)物A;
[0024](2)產(chǎn)物A中加入礦化劑，利用梭式窯或隧道窯在1400-1700°C溫度下進(jìn)行煅燒8-20h，煅燒后研磨至粒度5-15微米，得到α氧化鋁產(chǎn)物B;
[0025](3)產(chǎn)物B與Al2O3.ηΗ20(η = 1_3)混合，同時加入礦化劑，利用梭式窯或隧道窯在1300-1400°C溫度下進(jìn)行煅燒3-10h，煅燒后得到α氧化鋁產(chǎn)物C;
[0026](4)將煅燒保溫后的α氧化鋁產(chǎn)物C研磨打散分級得到多面體氧化鋁粉；
[0027](5)取D50 = 20-25微米和D50 = 3_5微米的多面體氧化鋁粉作為骨料，加入量分別為氧化鋁粉總質(zhì)量的75-85 %和15-25 % ;然后與粘結(jié)劑、水、保濕劑、分散劑混合攪拌均勻形成泥料;將泥料在密封下陳腐24-36小時，然后在擠出機(jī)中通過模具擠出成圓管狀或者板狀生坯;將生坯烘干水分，經(jīng)過升溫在1650-1680°C條件下保溫3-6小時，燒結(jié)成多孔氧化鋁支撐體。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0029]1、本發(fā)明可以制備出D50 = l-30ym的陶瓷支撐體用系列多面體氧化鋁粉，尤其是可以制備出粉體一次粒徑D50>20ym的粉體，有利于制備出5-10μπι的大孔徑、孔隙率為35-
40%的氧化鋁陶瓷支撐體。
[0030]2、本發(fā)明的多面體氧化鋁不是規(guī)則圓形，使得顆粒相互之間接觸面加大，僅采用多面體氧化鋁本身即可燒結(jié)得到高強(qiáng)度的多孔氧化鋁陶瓷膜支撐體。粉體D50 = 20ym、D50= 3μπι多面體氧化鋁，在1650°C即可獲得孔隙率為37%，外徑30mm四通道支撐體三點(diǎn)抗折強(qiáng)度為4300N，避免了為保證制品燒結(jié)強(qiáng)度而采用提高溫度或者外加燒結(jié)助劑、粉體包覆等繁雜工藝環(huán)節(jié)，簡化了工藝流程和降低成本。
【附圖說明】
[0031]圖1是實(shí)施例1的多面體氧化鋁粉體電鏡照片。
[0032]圖2是實(shí)施例1的多孔陶瓷支撐體的電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0034]實(shí)施例1
[0035]選取燒結(jié)法氫氧化