專利名稱：一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷膜膜層的制備方法，具體涉及一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法。
背景技術(shù)：
分離膜從材料來(lái)源上可分為天然膜和合成膜，其中合成膜又分為無(wú)機(jī)陶瓷膜和有機(jī)高分子膜。無(wú)機(jī)陶瓷膜相對(duì)有機(jī)高分子膜具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、污染小和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在產(chǎn)品分離及提純，廢氣及廢液處理等領(lǐng)域備受關(guān)注。目前，研究十分活躍，應(yīng)用十分廣泛的是用氧化鋁(Al2O3)、二氧化鋯(ZrO2)、二氧化鈦(TiO2)和二氧化硅(SiO2)等材料制備的無(wú)機(jī)陶瓷膜，其中以氧化鋁的研究最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。氧化鋁膜的制備方法主要有固態(tài)粒子燒結(jié)法、溶膠-凝膠法、陽(yáng)極氧化法、化學(xué)氣相沉積法等。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，固態(tài)粒子燒結(jié)法應(yīng)用最多。固態(tài)粒子燒結(jié)法的主要過(guò)程為氧化鋁粒子在分散介質(zhì)中形成穩(wěn)定的懸濁液，然后在多孔陶瓷支撐體上采用浸漿法成膜。在懸濁液中浸漬支撐體時(shí)，分散介質(zhì)水在毛細(xì)管力的作用下進(jìn)入支撐體，而氧化鋁粒子則在支撐體表面堆積成膜，高溫下粒子接觸面部分燒結(jié)，使膜具有一定的孔隙率、孔徑和強(qiáng)度，但由于最后燒結(jié)步驟的溫度很高，使得膜表面很容易形成微裂紋、針孔等缺陷，且能耗很高。溶膠-凝膠法是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料，成膜時(shí)的燒結(jié)溫度較固體粒子燒結(jié)法低數(shù)十至數(shù)百度。但由于該法在工業(yè)上的原料主要為醇鹽，成本較高，反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，在工業(yè)上的應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于結(jié)合固態(tài)粒子燒結(jié)法和溶膠凝膠法，提供一種低成本的制備氧化鋁陶瓷膜膜層的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，包含如下步驟(1)將鋁溶膠和氧化鋁懸濁液按一定比例均勻混合；(2)加入酸作為分散劑，調(diào)節(jié)pH為3 5. 5，使上述混合溶膠穩(wěn)定；(3)在上述穩(wěn)定的混合溶膠中加入膠凝劑、干燥控制劑、增稠劑，均勻混合后陳化、 真空脫泡制得涂膜液；(4)用浸漬加壓涂膜法將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；(5)上述完成涂膜的支撐體經(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)得氧化鋁陶瓷膜膜層。所述步驟(1)中鋁溶膠的最可幾粒徑范圍為20 400nm，氧化鋁懸濁液的最可幾
3粒徑范圍為200 800nm，鋁溶膠和氧化鋁懸濁液的比例范圍按氧化鋁計(jì)為5% 95%，鋁 (氧化鋁計(jì))為水質(zhì)量的0.5% 10%。所述步驟O)中的酸為鹽酸或硝酸。所述步驟(3)中膠凝劑為聚乙烯醇、聚乙二醇，膠凝劑占總鋁質(zhì)量(氧化鋁計(jì))的 5% 40%。所述步驟(3)中干燥控制劑為乙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇中的一種或幾種，干燥控制劑為水質(zhì)量的 50%。所述步驟(3)中增稠劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、 聚乙二醇中的一種或幾種，增稠劑為水質(zhì)量的 25%。所述步驟(5)中干燥的溫度為室溫，干燥時(shí)間為1 4天。所述步驟(5)中的高溫?zé)Y(jié)為在通空氣條件下，經(jīng)0.5 4°C/min的程序升溫至 350 1400°C中的某一溫度，恒溫2 5小時(shí)后自然降溫.本發(fā)明將pH = 3 5. 5穩(wěn)定的鋁溶膠和氧化鋁懸濁液按一定比例混合，隨后加入膠凝劑、干燥控制劑、增稠劑，均勻混合后陳化、真空脫泡制得涂膜液，將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體，經(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)得氧化鋁陶瓷膜膜層。本發(fā)明將溶膠-凝膠的成膜機(jī)理和低溫?zé)Y(jié)技術(shù)應(yīng)用于固態(tài)粒子燒結(jié)法中，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明降低了能耗，使得所生產(chǎn)出的產(chǎn)品在分離性能不變的前提下成本得到降低，具有很高的性價(jià)比。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將最可幾粒徑為120nm的鋁溶膠和最可幾粒徑為230nm的氧化鋁懸濁液按45 % 的鋁溶膠(按氧化鋁計(jì))和氧化鋁懸濁液的比例混合，制得鋁(氧化鋁計(jì))水比為2. 5% 的溶膠混合液；用鹽酸做分散劑，控制pH為4. 0使溶膠穩(wěn)定；隨后添加與總鋁(氧化鋁計(jì)) 比為8%的聚乙烯醇；添加與水比為2%丁二醇；添加與水比為3%甲基纖維素，得涂膜液； 真空脫泡；將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；室溫干燥，干燥時(shí)間為2天；最后將干燥后的陶瓷膜在高溫通空氣下燒結(jié)，程序升溫，升溫速度1 "C /min升溫至800°C，恒溫2小時(shí)，自然降溫得涂有氧化鋁膜層的氧化鋁陶瓷膜。實(shí)施例2將最可幾粒徑為200nm的鋁溶膠和最可幾粒徑為400nm的氧化鋁懸濁液按25 %的鋁溶膠(按氧化鋁計(jì))和氧化鋁懸濁液的比例混合，制得鋁(氧化鋁計(jì))水比為7%的溶膠混合液；用硝酸做分散劑，控制PH為4. 5使溶膠穩(wěn)定；隨后添加與總鋁(氧化鋁計(jì))比為 3%的聚乙烯醇；添加與水比分別為30%的乙醇和丙三醇；添加與水比分別為1. 5%甲基纖維素和2%的聚乙二醇，得涂膜液；真空脫泡；將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；室溫干燥，干燥時(shí)間為2天；最后將干燥后的陶瓷膜在高溫通空氣下燒結(jié)，程序升溫，升溫速度2V /min升溫至1100°C，恒溫3小時(shí)，自然降溫得涂有氧化鋁膜層的氧化鋁陶瓷膜。實(shí)施例3將最可幾粒徑為75nm的鋁溶膠和最可幾粒徑為200nm的氧化鋁懸濁液按75 %的鋁溶膠(按氧化鋁計(jì))和氧化鋁懸濁液的比例混合，制得鋁(氧化鋁計(jì))水比為5%的溶膠混合液；用硝酸做分散劑，控制pH為3. 5使溶膠穩(wěn)定；隨后添加與總鋁(氧化鋁計(jì))比為40%的聚乙二醇；添加與水比分別為2%的乙二醇和異丙醇；添加與水比為5%甲基纖維素，得涂膜液；真空脫泡；將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；室溫干燥，干燥時(shí)間為2天；最后將干燥后的陶瓷膜在高溫通空氣下燒結(jié)，程序升溫，升溫速度1°C /min升溫至 600°C，恒溫2小時(shí)，自然降溫得涂有氧化鋁膜層的氧化鋁陶瓷膜。實(shí)施例4將最可幾粒徑為30nm的鋁溶膠和最可幾粒徑為750nm的氧化鋁懸濁液按8 %的鋁溶膠(按氧化鋁計(jì))和氧化鋁懸濁液的比例混合，制得鋁(氧化鋁計(jì))水比為0.8%的溶膠混合液；用硝酸做分散劑，控制PH為5.0使溶膠穩(wěn)定；隨后添加與總鋁(氧化鋁計(jì))比為 10%的聚乙烯醇；添加與水比分別為45%的乙醇、2%的丁二醇和丙三醇；添加與水比為4%羧甲基纖維素，得涂膜液；真空脫泡；將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；室溫干燥， 干燥時(shí)間為4天；最后將干燥后的陶瓷膜在高溫通空氣下燒結(jié)，程序升溫，升溫速度4°C / min升溫至1350°C，恒溫5小時(shí)，自然降溫得涂有氧化鋁膜層的氧化鋁陶瓷膜。實(shí)施例5 將最可幾粒徑為300nm的鋁溶膠和最可幾粒徑為300nm的氧化鋁懸濁液按85 %的鋁溶膠(按氧化鋁計(jì))和氧化鋁懸濁液的比例混合，制得鋁(氧化鋁計(jì))水比為4%的溶膠混合液；用硝酸做分散劑，控制PH為3. 5使溶膠穩(wěn)定；隨后添加與總鋁(氧化鋁計(jì))比為5%的聚乙烯醇；添加與水比分別為2%的丁二醇和2%丙三醇；添加與水比為4%羥乙基纖維素，得涂膜液；真空脫泡；將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；室溫干燥，干燥時(shí)間為1天；最后將干燥后的陶瓷膜在高溫通空氣下燒結(jié)，程序升溫，升溫速度0. 5°C /min升溫至400°C，恒溫2小時(shí)，自然降溫得涂有氧化鋁膜層的氧化鋁陶瓷膜。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說(shuō)明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于包含如下步驟(1)將鋁溶膠和氧化鋁懸濁液按一定比例均勻混合；(2)加入酸作為分散劑，調(diào)節(jié)pH為3 5.5，使上述混合溶膠穩(wěn)定；(3)在上述穩(wěn)定的混合溶膠中加入膠凝劑、干燥控制劑、增稠劑，均勻混合后陳化、真空脫泡制得涂膜液；(4)將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體；(5)上述完成涂膜的支撐體經(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)得氧化鋁陶瓷膜膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中鋁溶膠的最可幾粒徑范圍為20 400nm，氧化鋁懸濁液的最可幾粒徑范圍為200 800nm，鋁溶膠和氧化鋁懸濁液的比例范圍按氧化鋁計(jì)為5% 95%，鋁(氧化鋁計(jì))為水質(zhì)量的0. 5% 10%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的酸為鹽酸或硝酸。
4.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中膠凝劑為聚乙烯醇、聚乙二醇，膠凝劑占總鋁質(zhì)量(氧化鋁計(jì))的5% 40%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中干燥控制劑為乙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇中的一種或幾種，干燥控制劑為水質(zhì)量的 50%。
6.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中增稠劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一種或幾種，增稠劑為水質(zhì)量的 25%。
7.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(5)中干燥的溫度為室溫，干燥時(shí)間為1 4天。
8.如權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法，其特征在于所述步驟(5)中的高溫?zé)Y(jié)為在通空氣條件下，經(jīng)0. 5 4°C /min的程序升溫至350 1400°C中的某一溫度，恒溫2 5小時(shí)后自然降溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋁陶瓷膜膜層的制備方法。本發(fā)明將pH＝3～5.5穩(wěn)定的鋁溶膠和氧化鋁懸濁液按一定比例混合，隨后加入膠凝劑、干燥控制劑、增稠劑，均勻混合后陳化、真空脫泡制得涂膜液，將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體，經(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)得氧化鋁陶瓷膜膜層。本發(fā)明將溶膠-凝膠的成膜機(jī)理和低溫?zé)Y(jié)技術(shù)應(yīng)用于固態(tài)粒子燒結(jié)法中，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明降低了能耗，使得所生產(chǎn)出的產(chǎn)品在分離性能不變的前提下成本得到降低，具有很高的性價(jià)比。
文檔編號(hào)B01D71/02GK102380321SQ20111026468
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者洪昱斌, 王強(qiáng)立, 藍(lán)偉光 申請(qǐng)人:三達(dá)膜科技(廈門)有限公司