無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注制備工藝及成型裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注制備工藝及成型裝置，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于陶瓷膜管制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無機(jī)陶瓷膜作為一種新型的分離介質(zhì)，無機(jī)陶瓷分離膜具有有機(jī)分離膜無法比擬的諸多優(yōu)點，如熱穩(wěn)定性好，耐高溫；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿、抗微生物腐蝕；膜孔徑窄，微結(jié)構(gòu)可控，分離效率高；機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長，易于沖洗等優(yōu)點。基于以上特征的陶瓷膜，廣泛應(yīng)用于食品工程、化學(xué)工程、環(huán)境工程、石油化工和冶金工程等領(lǐng)域。
[0003]陶瓷膜構(gòu)型主要有三類:平板膜、管狀膜和中空纖維膜。目前陶瓷平板膜存在組件組裝和密封困難，難于集成、規(guī)?；热秉c。中空纖維膜具有高的裝填密度和氣液通量；然而，與之并存的是機(jī)械穩(wěn)定性差、膜清洗困難、膜壽命短更換困難。管狀膜是目前商業(yè)化程度最高的膜構(gòu)型，其具備優(yōu)異的機(jī)械性能、易于規(guī)?；M裝和膜污染清洗等優(yōu)點，缺點是膜壁較厚導(dǎo)致的通量較低。改善管狀陶瓷膜通量的較好方法是制備非對稱孔梯度結(jié)構(gòu)膜。
[0004]目前商業(yè)化的陶瓷膜制備技術(shù)主要有擠出成型和澆注成型兩種，兩種工藝流程相對復(fù)雜、設(shè)備復(fù)雜且占地面積大、制備周期較長、耗能高，這些都是陶瓷膜高成本的構(gòu)成因素。簡化制備過程，發(fā)展低成本的陶瓷膜制備工藝將對陶瓷膜的發(fā)展及應(yīng)用舉足輕重。目前相轉(zhuǎn)化法廣泛應(yīng)用于中空纖維管膜的制備，而且技術(shù)趨于成熟，如中國文獻(xiàn)CN201310423610.8 —種復(fù)合中空纖維膜，包括制備鑄膜液、配制芯液及外凝膠??；中空纖維紡絲是利用干-濕紡絲設(shè)備將芯液與鑄膜液一起注入噴絲頭，并一起從噴絲頭擠出，制得中空纖維膜絲；將上述步驟所得的中空纖維膜絲經(jīng)過0-35cm的干紡程后，依次進(jìn)入第一凝膠浴和第二凝膠浴中進(jìn)行凝膠相轉(zhuǎn)化，形成具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜。
[0005]相轉(zhuǎn)化法應(yīng)用在陶瓷膜管制備是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直研宄的課題，然而，現(xiàn)有的膜制備相關(guān)文獻(xiàn)確鮮見報道，因此，本案發(fā)明人結(jié)合陶瓷膜管的成型特點結(jié)合相轉(zhuǎn)化工藝流程，低成本制備陶瓷膜管，故，才有本發(fā)明提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注制備工藝，它能有效克服現(xiàn)有多孔陶瓷膜管制備方面的缺點和不足，減少工藝成本、簡化工藝過程，形成多孔膜結(jié)構(gòu)或非對稱孔梯度膜結(jié)構(gòu)，制備出具有不同孔徑和孔型的實用型陶瓷膜管。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注成型裝置。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注制備工藝，包括如下步驟:
(O制備鑄膜液，并在真空條件下脫泡至完全；
(2)相轉(zhuǎn)化成膜將鑄膜液注滿成型裝置的模腔，采用密封塞密封開口端，將模具安放在液體槽之上，啟動動力裝置，在凝固浴中脫模，脫膜過程伴隨相轉(zhuǎn)化過程，初步固化成型；
(3)全面固化
成型樣品在凝固浴中放置24-48小時，脫掉活塞，得到管狀陶瓷膜坯體；最后對管狀坯體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到多孔陶瓷膜管。
[0009]步驟(I)中，鑄膜液按質(zhì)量比稱40-70%的陶瓷粉體、4-8%的聚醚砜、20-35%的N-甲基吡咯烷酮和0.5-1.5%的聚乙烯吡咯烷酮，球磨混合24-48小時制成性質(zhì)均一的鑄膜液，鑄膜液要具有適宜的粘度、流動性和固含量。
[0010]步驟(2)中，整個脫模過程在凝固浴中進(jìn)行，脫模瞬間伴隨相轉(zhuǎn)化過程，脫模過程是以一定速度勻速脫模，脫模速度大小要求保證壁厚均一，表面光滑，無褶皺；成型模具的腔體壁與鑄膜液間保持較差浸潤性和良好的物理、化學(xué)相容性。
[0011]步驟(3)中，凝固浴為水或者酒精等有機(jī)溶劑。
[0012]由于存在相轉(zhuǎn)化鑄膜液和相轉(zhuǎn)化過程，可獲得非對稱孔梯度陶瓷膜管和多孔對稱結(jié)構(gòu)陶瓷膜管，其中，控制膜管壁厚和漿料配比可以有效控制陶瓷膜管的微觀結(jié)構(gòu)，使之形成對稱結(jié)構(gòu)或非對稱結(jié)構(gòu)。
[0013]一種無機(jī)多孔陶瓷膜管相轉(zhuǎn)化澆注成型裝置，包括模具、動力裝置和液體槽，模具置于液體槽上面，模具包括外管和其內(nèi)的活塞，外管和活塞之間形成鑄膜液腔體，活塞在外管的底端開口處設(shè)有密封圈以密封前述鑄膜液腔體，所述活塞與動力裝置連接以提供脫模推動力及速度控制，在液體槽內(nèi)設(shè)有凝固浴，前述的外管底端開口浸入到凝固浴中。
[0014]進(jìn)一步，所述成型模具的外管和活塞材料為金屬材料或玻璃材料，且在外管內(nèi)壁和活塞表面涂覆硅油，以保持良好的脫模性質(zhì)完成勻速脫模。
[0015]進(jìn)一步，所述活塞為異型活塞或多柱狀活塞用于制備異型陶瓷膜管或多通道陶瓷膜管等多種管型。
[0016]進(jìn)一步，所述異型活塞為三角形或星形或者多邊形活塞。
[0017]本發(fā)明相轉(zhuǎn)化成型工藝具有設(shè)備簡單，容易操作和成本低廉等優(yōu)勢，更為重要的是，利用此法可一步制備出具有多孔梯度結(jié)構(gòu)的陶瓷膜，外(內(nèi))層為指狀孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)(外)層為海綿狀結(jié)構(gòu)。鑒于相轉(zhuǎn)化過程的優(yōu)勢，本專利在相轉(zhuǎn)化工藝的基礎(chǔ)上設(shè)計成型裝置和工藝流程，低成本制備陶瓷膜管。
[0018]本發(fā)明所述的裝置材料可以是不銹鋼、玻璃或陶瓷；活塞可以為異型?；钊男螤顩Q定制備的管型，如:活塞為六邊形，制備六邊形孔管；活塞由多根柱狀物構(gòu)成，可制備多通道管。
[0019]本發(fā)明所述的工藝過程可控制制備參數(shù)(如裝置特征，凝固浴性質(zhì)和鑄膜液特性)從而控制陶瓷膜管的微結(jié)構(gòu)，得到多孔對稱膜結(jié)構(gòu)和非對稱孔梯度膜結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明有益效果如下:
1.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備工藝和設(shè)備簡單、流程簡潔、低能耗、易于操作控制，并且可單步制備非對稱孔梯度陶瓷膜管，降低陶瓷膜制備成本；
2.本發(fā)明還可以調(diào)控過程參數(shù)、漿料配比和裝置設(shè)計，有效控制陶瓷膜的微結(jié)構(gòu)，得到不同孔結(jié)構(gòu)的陶瓷膜管，具體為對稱多孔膜結(jié)構(gòu)和非對稱多孔梯度膜結(jié)構(gòu)；
3.本發(fā)明所制備的陶瓷膜孔型可以通過改變活塞形貌進(jìn)行控制，制備出具有不同孔型的管狀膜和多通道陶瓷膜管，方法簡單易于操作。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明相轉(zhuǎn)化澆注制備陶瓷膜管裝置示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明相轉(zhuǎn)化澆注制備陶瓷膜管的工藝流程圖。
[0023]圖3非對稱結(jié)構(gòu)陶瓷膜管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4對稱機(jī)構(gòu)陶瓷膜管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5異型陶瓷膜管示意圖。
[0026]圖6多通道陶瓷膜管示意圖。
[0027]圖7是本發(fā)明無機(jī)多孔陶瓷膜管微觀圖。
[0028]圖1中:1:外管；2:活塞；3:動力裝置；4:液體槽；5:橡皮塞；6:腔體；7:鑄膜液；8:凝固浴。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
實施例1:請參閱圖1至圖7，制備鑄膜液，按質(zhì)量比稱40-70%的陶瓷粉體、4-8%的聚醚砜、20-35%的N-甲基吡咯烷酮和0.5-1.5%的聚乙烯吡咯烷酮，球磨混合24-48小時制成性質(zhì)均一的鑄膜液，鑄膜液要具有適宜的粘度、流動性和固含量；將陶瓷粉體、聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮的混合鑄膜液注入模具腔體6內(nèi)并用橡皮塞5或其他密封塞密封；在推力作用下，活塞2連同鑄膜液7 —同進(jìn)入凝固浴8，在此過程伴隨著鑄膜液的初步固化；活塞2連同鑄膜液7在凝固浴中固化24-48小時，至完全固化；取出活塞得到所需的陶瓷膜管坯體，之后高溫煅燒，