專利名稱：一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜。
背景技術(shù)：
陶瓷膜主要以管式和多通道管式為主。該構(gòu)型最大的缺點(diǎn)在于膜密度比較低， 因此，目前商業(yè)生產(chǎn)的管式膜多采用7，19和37通道，以提高單位體積內(nèi)的膜面積。蜂窩 狀陶瓷因具有更多的通道數(shù)和更高的通道面積，除了較多的用作汽車尾氣處理的催化劑載 體，也被用于陶瓷過濾膜的制備。如CN200620006364提供了一種外形為正方體、長方體或 正六邊體，油水分離裝置用蜂窩陶瓷。US5855781則通過改變蜂窩陶瓷中孔道的排列，增 大部分孔壁厚度，增大滲透出水的通道寬度來減少滲透阻力。W02004091756則直接利用 多通道管式或蜂窩狀陶瓷膜中的部分通道為滲透出水的通道，該構(gòu)型集中了板式和管式構(gòu) 型的優(yōu)點(diǎn)，有利于減少滲透阻力。但是，上述陶瓷膜的蜂窩狀構(gòu)型也存在可改進(jìn)的方面，如 US5855781還采用沿蜂窩陶瓷通道方向，間隔地對(duì)部分通道開槽，形成新的滲透出水通道。 蜂窩陶瓷通常具有較小的壁厚和較高的氣孔率，所以其強(qiáng)度相對(duì)較小。該設(shè)計(jì)中又增加了 開槽，會(huì)進(jìn)一步降低蜂窩陶瓷的強(qiáng)度，有可能會(huì)導(dǎo)致陶瓷膜在封裝組件和過濾過程中開裂。 W02004091756則是很大程度上保留了多孔陶瓷的完整形狀，只是在端口處沿截面方向?qū)Σ?分孔道開槽，然后采用多孔陶瓷，使用燒結(jié)的方法進(jìn)行滲透出水通道的端口進(jìn)行封堵，留出 部分開槽用作滲透出水出口。該封堵方法涉及干燥和燒結(jié)過程，封堵材料與蜂窩陶瓷性能 的差異容易形成孔隙，導(dǎo)致在過濾過程中料液污染滲透出水。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能有效提高單 位體積膜面積，降低滲透出水的傳輸阻力，提高滲透通量，同時(shí)具有良好表面親水性的蜂窩 狀陶瓷過濾膜。 本實(shí)用新型所提供的蜂窩狀陶瓷過濾膜，其特征在于采用蜂窩陶瓷作為過濾膜支 撐體，利用蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道作為過濾通道，制備有過濾膜層和親水性納米改性 涂層，其余孔道作為滲透出水通道，過濾通道與滲透出水通道間隔排列，在端口處對(duì)滲透出 水通道沿通道方向切割出一定長度的矩形槽，使用有機(jī)粘結(jié)劑將與開口相同或略小寬度的 陶瓷矩形條密封滲透出水通道端口 ，滲透出水通道與蜂窩陶瓷外壁以滲透出水開口相連， 有機(jī)粘結(jié)劑浸涂過濾膜端口 ，浸涂長度大于矩形條沿通道方向的長度。 在本實(shí)用新型中，蜂窩陶瓷坯體的材料可以選擇氧化鋁、氧化鈦、堇青石、莫來石、 高嶺土、 SiC等中的一種或者幾種的混合物。 在本實(shí)用新型中，蜂窩陶瓷坯體的外形可以為圓形，正方形或者矩形，最好是圓 形，孔道形狀可以為正六方形，矩形或者三角形。 在本實(shí)用新型中，蜂窩陶瓷支撐體的孔隙率在35% 55%之間，最好是40%。 在本實(shí)用新型中，對(duì)于制備微濾膜，蜂窩陶瓷支撐體的孔徑在1 6ym，最好是3 i！ m，對(duì)制備超濾膜，需要在蜂窩陶瓷支撐體上多次制備過渡層，過渡層的孔徑在0. 1 0.8iim，最好是0.2iim。 在本實(shí)用新型中，過濾層的材料可以選擇八1203， Ti02， Zr(^，硅酸鹽或堇青石中的 一種或者幾種的混合物。 在本實(shí)用新型中，浸涂-提拉法是將穩(wěn)定的過濾層材料的漿料注入到過濾通道
內(nèi)，浸涂合適時(shí)間后，漿料以一定速率留出后即在過濾通道內(nèi)形成濕膜，經(jīng)干燥、燒結(jié)后即 獲得過濾層。 在本實(shí)用新型中，原位水解法是將醇鹽，如異丙醇鋁，丁醇鋯，鈦酸四丁酯，溶解在 非水溶劑中，浸泡陶瓷膜一定時(shí)間，取出后干燥，然后置于水蒸汽氣氛中，水解成相應(yīng)氫氧 化物，然后熱處理后在過濾層的微細(xì)多孔壁表面形成納米改性涂層。 在本實(shí)用新型中，在組成陶瓷膜過濾層的微細(xì)多孔壁表面(顆粒的表面)形成納 米改性涂層，該納米改性涂層并不形成新的更小孔徑的分離層，只用于改變過濾層滲透通 道的表面親水性，提高過濾效率。 在本實(shí)用新型中，過濾通道與滲透出水通道間隔排列，每兩排過濾通道間隔一排 或者兩排滲透出水通道。 在本實(shí)用新型中，蜂窩陶瓷支撐體具有較高的孔隙率，容易使用切割的方法切除 部分滲透出水通道孔壁，形成一定長度的矩形槽。矩形槽的長度一般為支撐體長度的1/6。 在本實(shí)用新型中，陶瓷矩形條材料可以選擇氧化鋁、堇青石、莫來石、高嶺土、 SiC 等中的一種或者幾種的混合物，可以是多孔的，也可以是致密的，最好是多孔的，有利于提 高與有機(jī)粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度。 在本實(shí)用新型中，陶瓷矩形條與蜂窩陶瓷過濾膜端口對(duì)齊，矩形條的長度小于矩 形槽的長度，留有滲透出水開口 ，粘結(jié)時(shí)，陶瓷矩形條沾滿有機(jī)粘結(jié)劑，矩形條與端口對(duì)齊， 固定后在5(TC烘箱內(nèi)干燥10小時(shí)。 在本實(shí)用新型中，有機(jī)粘結(jié)劑選擇環(huán)氧樹脂類。 在本實(shí)用新型中，過濾膜端口密封是將過濾膜浸入到液體環(huán)氧樹脂中一定時(shí)間， 浸入深度超過矩形條長度，取出后清除過量環(huán)氧樹脂，然后在5(TC烘箱內(nèi)干燥10小時(shí)。該 步驟可與粘結(jié)陶瓷矩形條同步進(jìn)行。 本實(shí)用新型的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于 (1)所制備的陶瓷過濾膜具有較高的單位體積膜面積； (2)過濾通道與滲透出水通道間隔排列，降低滲透出水的傳輸阻力，提高滲透通 (3)納米改性涂層能有效增加無機(jī)膜的親水性，提高陶瓷膜的過濾效率和抗污染 性，并能夠經(jīng)受酸/堿清洗而不被破壞，保持了無機(jī)膜的優(yōu)點(diǎn) (4)使用有機(jī)粘結(jié)劑，避免出現(xiàn)裂紋，相比燒結(jié)封堵法，本技術(shù)簡便易行，完全適應(yīng) 膜過濾的要求。

圖1蜂窩狀陶瓷過濾膜截面正視示意圖。 圖2蜂窩狀陶瓷過濾膜支撐體側(cè)視示意圖。[0026] 圖3蜂窩狀陶瓷過濾膜側(cè)視示意圖。 圖4開過矩形槽后的蜂窩狀陶瓷過濾膜側(cè)視示意圖。 圖5粘結(jié)陶瓷矩形條后的蜂窩狀陶瓷過濾膜側(cè)視示意圖。 圖6密封蜂窩狀陶瓷過濾膜端口示意圖。 圖7密封后的蜂窩狀陶瓷過濾膜端口示意圖。
具體實(shí)施方式A1203粉(325目)88 % ，水12 % ，桐油3 % ，羧甲基纖維素7 % ，上述物質(zhì)經(jīng)混煉、陳 腐并擠出成型，經(jīng)干燥并在136(TC煅燒2 4小時(shí)后得到蜂窩狀陶瓷支撐體。同時(shí)制備與 蜂窩陶瓷相同材質(zhì)的條狀坯體。將八1203粉體(平均粒徑10iim)，聚乙烯醇(1750)和水， 球磨形成穩(wěn)定漿料，將A1203漿料注入到蜂窩狀陶瓷支撐體中過濾通道2內(nèi)，注入漿料的孔 道與沒有注入的滲透出水通道1的排列如圖1所示，浸漬2 4s后，使?jié){料液面以20cm/s 的下降速率放出漿料。經(jīng)過干燥，在130(TC燒結(jié)后，在過濾通道2上形成過濾膜層。將2g P123溶解在500ml 二甲苯中，隨后往上述溶液中，在劇烈攪拌條件下加入10g異丙醇鋁，澄 清后再持續(xù)攪拌30min，將蜂窩狀過濾膜浸沒在所得溶液中，密封，25°C ，存放24小時(shí)。取出 蜂窩狀過濾膜，在通風(fēng)條件下使用二甲苯清洗微濾膜3遍。同樣在通風(fēng)條件下干燥微濾膜 至沒有二甲苯氣味。將自來水加熱，盛水容器的開口要大于蜂窩狀過濾膜管的長度?？刂?加熱速率保持水微沸，將蜂窩狀過濾膜管置于水面上方15cm處，處理時(shí)間為4小時(shí)。將水 解處理后的蜂窩狀過濾膜置于IO(TC烘箱內(nèi)干燥，干燥時(shí)間為4小時(shí)，然后將蜂窩狀過濾膜 置于馬弗爐中，升溫速率為1°C /min，升溫至80(TC，保溫時(shí)間為2小時(shí)，形成過濾層6。使 用無齒鋸切割滲透出水通道1的管壁，形成圖4所示形狀，切割條狀坯體成矩形條4，使之能 夠進(jìn)入滲透出水通道l。按照體積比為l : 1，將環(huán)氧樹脂的兩份溶液混合，矩形條4沾滿 粘結(jié)劑5，放入矩形槽內(nèi)，端口與過濾膜端口對(duì)齊，經(jīng)過固化或者直接將過濾膜浸入粘結(jié)劑 中，浸入深度超過矩形條的長度，浸漬2 4min后，取出，用紙清理過濾粘結(jié)劑5，保持過濾 通道暢通，然后置于6(TC烘箱內(nèi)干燥10h，即得到帶有滲透出水開口 3的蜂 狀親水性陶瓷 微濾膜。
權(quán)利要求一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于采用蜂窩陶瓷作為過濾膜支撐體，利用蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道作為過濾通道(2)，制備有過濾膜層和親水性納米改性涂層，其余孔道作為滲透出水通道(1)，過濾通道(2)與滲透出水通道(1)間隔排列，在端口處對(duì)滲透出水通道(1)沿通道方向切割出一定長度的矩形槽，使用有機(jī)粘結(jié)劑(5)將與開口相同或略小寬度的陶瓷矩形條(4)密封滲透出水通道(1)端口，滲透出水通道(1)與蜂窩陶瓷外壁以滲透出水開口相連，有機(jī)粘結(jié)劑(5)浸涂過濾膜(6)端口，浸涂長度大于矩形條(4)沿通道方向的長度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 外形為圓形，正方形或者矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔道形狀為正六方形、矩形或者三角形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔隙率為35% 55%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔徑為1 6 ii m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于親水納米涂層采用 原位水解法制備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于每兩排過濾通道 (2)間隔一排或者兩排滲透出水通道(1)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于矩形槽(4)的長度 為支撐體長度的1/6。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于有機(jī)粘結(jié)劑(5)為 環(huán)氧樹脂類。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，采用擠出成型法制備蜂窩陶瓷坯體，浸漬-提拉法在蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道內(nèi)制備過濾層(6)，過濾通道(2)與滲透出水通道(1)間隔排列，過濾層燒結(jié)后，使用有機(jī)醇鹽，原位水解法修飾陶瓷膜，沿通道方向切割滲透出水通道，形成一定長度的矩形槽，使用有機(jī)粘結(jié)劑(5)將與開口相同或略小寬度的陶瓷矩形條(4)密封在矩形槽端口，形成滲透出水開口(3)，干燥后得到蜂窩狀陶瓷過濾膜。本實(shí)用新型能有效提高單位體積膜面積，提高膜表面親水性。
文檔編號(hào)B01D71/02GK201519554SQ20092024130
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者周健兒, 常啟兵, 張小珍, 汪永清, 王建東, 胡學(xué)兵 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院