專利名稱：一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微濾膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備及方法，該涂膜設(shè)備和方法適用于各種形狀的管式和多通道支撐體的涂膜過程。
背景技術(shù)：
無機膜作為一種新型的分離介質(zhì)，與有機膜相比具有化學(xué)穩(wěn)定性好、機械強度大、抗生物腐蝕能力強、孔徑分布窄、耐高溫等特點。因此，無機膜的研究和開發(fā)引起了人們越來越普遍的關(guān)注，已成為膜分離領(lǐng)域的重要組成部分，已在化工、石化、制藥、生化等過程工業(yè)中獲得了成功應(yīng)用，在節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟等方面也發(fā)揮著重要作用，受到各國政府的高度重視。無機膜的制備方法很多，應(yīng)根據(jù)制膜材料、膜及載體的結(jié)構(gòu)、膜孔徑大小、孔隙率以及膜的厚度不同而選擇。目前無機膜的制備方法主要有溶膠-凝膠法、陽極氧化法、固態(tài)粒子燒結(jié)法、薄膜沉積法、化學(xué)鍍膜法以及熱分解法等。其中研究最多、應(yīng)用最多的方法是溶膠-凝膠法，溶膠-凝膠法具有均勻度高、純度高等優(yōu)點，但是制備的無機膜存在孔徑分布較寬、孔隙率較低、孔徑難控制等缺點。固態(tài)粒子燒結(jié)法則主要用于壓制成型后燒結(jié)制備無機膜支撐體，未見用于涂敷后制備無機膜的發(fā)明和報道。利用較常用的溶膠-凝膠涂膜法制備無機膜時，由于一般采用靜態(tài)吸附的方法，而溶膠粒子粒徑遠小于支撐體孔徑，容易出現(xiàn)溶膠粒子在支撐體通道內(nèi)的內(nèi)滲，堵塞孔道，支撐體過濾阻力增大，整個無機膜滲透通量減小，也降低了成品合格率，需要尋求更為合理的涂膜方法，提高無機膜的孔徑均一性、完整性和成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備及方法，該涂膜設(shè)備和方法適用于各種形狀的管式和多通道支撐體的涂膜過程，適用于在平均孔徑0.3-20 μ m的支撐體上直接制備50nm_5 μ m的無機微濾膜。本發(fā)明的一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備及方法技術(shù)方案為，該無機微濾膜的涂膜設(shè)備包括涂膜液配制裝置、涂膜液計量輸送裝置、涂膜液循環(huán)保溫裝置、支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置、等電點控制裝置。涂膜液配制裝置由涂膜液配制槽組成，涂膜液計量輸送裝置由泵、流量計、涂膜速度控制液槽、涂膜液循環(huán)槽、控制閥A、控制閥B組成，涂膜液循環(huán)保溫裝置由溫控裝置組成，支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置由支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置組成，等電點控制裝置由等電點調(diào)節(jié)裝置組成。涂膜液配制槽通過泵和流量計與支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置一端連接，支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置另一端通過流量計與涂膜液循環(huán)槽連接，涂膜液循環(huán)槽通過控制閥A與涂膜液配制槽連接；支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置還通過控制閥B與涂膜速度控制液槽連接；涂膜液配制槽連接有等電點調(diào)節(jié)裝置，涂膜液 配制槽和涂膜液循環(huán)槽上都設(shè)置有溫控裝置。
使用上述涂膜設(shè)備的無機微濾膜的涂膜方法，步驟為:利用涂膜液配制槽配好足量涂膜液，并將支撐體安裝于支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置上，然后開啟泵，開啟控制閥A，通過支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置兩端的流量計讀數(shù)調(diào)整流量，通過等電點調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)PH，開啟溫控裝置調(diào)整涂膜液溫度至穩(wěn)定，調(diào)整穩(wěn)定后，控制支撐體中的涂膜液平均流速適當(dāng)，開啟支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置，開始涂膜，涂膜液經(jīng)泵加壓后進入支撐體各通道，循環(huán)至涂膜液循環(huán)槽，根據(jù)流速不同，對應(yīng)的不同粒徑的顆粒沉積吸附在支撐體通道側(cè)壁，并隨著夾緊轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動使支撐體通道各方向涂膜變均勻，周期性測定涂膜液內(nèi)粒徑分布變化，獲取涂膜所用到的顆粒粒徑及數(shù)量，直到測定涂膜液內(nèi)粒徑分布達到目標(biāo)值時停止涂膜，然后緩緩開啟控制閥B，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成涂膜，停泵靜置足夠時間后取下支撐體，燒結(jié)后可得到孔徑分布均一、表面平整的無機微濾膜。支撐體為平均孔徑0.3-20 μ m的單管或多通道支撐體。涂膜液為含鈦、鋁、鋯、硅、碳、鉀、鈉、鎂中至少一種元素的有機或無機混合溶劑涂膜液，元素含量為0-20%。等電點調(diào)節(jié)裝置中的等電點調(diào)節(jié)溶液為低分子有機強酸和有機強堿，濃度為0.01_8mol/L。

涂膜時涂膜液平均流速0.01-50m/s ;涂膜液溫度范圍為20_80°C，涂膜液pH范圍為2-10 ;支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置轉(zhuǎn)動速度為0-600r/min ;涂膜完成后靜置時間為l_48h。涂膜后燒結(jié)而成的無機微濾膜平均孔徑為50nm-5ym。本發(fā)明的有益效果為:無機膜的制備過程包括支撐體制備、涂膜、陳化干燥、燒結(jié)等步驟，支撐體通道堵塞的主要原因是顆粒在涂膜液溶劑膠連、荷電力及流動動力下進入支撐體通道內(nèi)部，無法流出而堵塞；所涂無機膜的厚度一般為幾十微米，主要取決于涂膜液濃度、涂膜液粘度和涂膜時各通道內(nèi)涂膜液流速；涂膜顆粒粒徑及其分布直接決定著所制備的無機膜孔徑及孔徑分布，本發(fā)明裝置利用等電點控制裝置、涂膜液計量輸送裝置、涂膜液循環(huán)保溫裝置、支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置等單元系統(tǒng)性解決了上述問題，顯著提高了無機膜的孔徑均一性、完整性和成品率。本發(fā)明利用等電點調(diào)節(jié)裝置及溫控裝置使得涂膜液及支撐體在準(zhǔn)備階段和涂膜階段處于不同荷電狀態(tài)，大大減輕了支撐體通道內(nèi)滲現(xiàn)象，夾緊轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動使支撐體通道各方向涂膜變得更均勻，利用不同流速篩選出不同粒徑的成膜顆粒使得膜孔徑控制量化、精確化，可實現(xiàn)無機膜孔徑的連續(xù)控制生產(chǎn)，也就真正實現(xiàn)了根據(jù)過濾目標(biāo)進行膜孔徑設(shè)計生產(chǎn)。具體有以下幾點:
1.利用本發(fā)明裝置和方法，可在平均孔徑約0.3-20 μ m的支撐體上，用顆粒粒徑
0.1-100 μ m的涂膜液涂膜，涂膜后靜置，然后燒結(jié)，制備出孔徑50nm-5ym的無機微濾膜，其涂膜均勻，涂膜顆?？蓪崿F(xiàn)系統(tǒng)自行篩選，對涂膜液中的顆粒粒徑分布要求降低，更易實現(xiàn)。2.涂膜厚度由涂膜液中的總可用顆?？偭靠刂?，膜厚度定量可控。3.利用本發(fā)明裝置和方法，可由不同流速篩選出目標(biāo)粒徑合適的成膜顆粒涂膜，進而使得燒結(jié)后膜孔徑更加均一。4.本發(fā)明的等電點裝置大大減輕了其他涂膜方法中出現(xiàn)的涂膜液或凝膠顆粒過小而滲入支撐體通道的情況，保證了支撐體的低阻力、高通量。


:圖1所示為本發(fā)明設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)示意 圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)涂膜液中的顆粒深入支撐體通道SEM 圖3所示為本發(fā)明涂膜液中的顆粒與支撐體通道表面結(jié)合SEM 圖4所示為本發(fā)明所制陶瓷膜的表面SEM 圖5所示為本發(fā)明方法的無機微濾膜采用氣體泡壓法測出的孔徑分布；
圖6所示為本發(fā)明涂膜所用涂膜液中的氧化鋁顆粒粒徑分布 圖7所示為本發(fā)明所制備的平均孔徑0.15 μ m的微濾膜對平均粒徑0.21 μ m的氧化鋁粉體的截留率情況。圖中，1.涂膜液配制槽，2.泵，3.支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置，4.支撐體，5.涂膜液，
6.涂膜速度控制液槽，7.涂膜液循環(huán)槽，8.控制閥A，9.流量計，10.控制閥B，11.等電點調(diào)節(jié)裝置，12.溫控裝置。
具體實施方式
:
為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實例來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。實施例1
如說明書附1所示，等電點調(diào)節(jié)所需酸堿提前放于等電點調(diào)節(jié)裝置11 (5L玻璃瓶，設(shè)置滴放控制閥) 中，配好的涂膜液5放于涂膜液配制槽I中(15L，316L不銹鋼材質(zhì))，裝好支撐體4，開啟泵2(32FS-8耐腐蝕離心泵，上海錢濤機電設(shè)備有限公司)，開啟手動控制閥A8，通過流量計9讀數(shù)確定調(diào)整流量至滿足流速需求(LZS-50D流量計，浙江余姚工業(yè)自動化儀表廠)，開啟溫控裝置12調(diào)溫至穩(wěn)定，開啟等電點調(diào)節(jié)裝置11上的控制閥滴加酸(或堿)，調(diào)節(jié)PH至目標(biāo)值，啟動支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置3，完成后開始涂膜，涂膜液5經(jīng)泵2加壓后進入支撐體4各通道，循環(huán)至涂膜液循環(huán)槽7 (25L，316L不銹鋼材質(zhì))，顆粒沉積吸附在支撐體4通道側(cè)壁，并隨著支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置3的轉(zhuǎn)動使支撐體4通道各方向涂膜變均勻，測定涂膜液5內(nèi)粒徑分布變化，獲取沉積到支撐體4上的顆粒粒徑及數(shù)量，當(dāng)涂膜液5內(nèi)粒徑分布達到目標(biāo)值時停止涂膜。然后開啟控制閥B10，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成涂膜，停泵2，靜置足夠時間后取出形成陳化膜的支撐體4，進行后續(xù)的干燥及燒結(jié)處理。實施例2
利用本發(fā)明涂膜設(shè)備和方法，已在平均孔徑2.58 μ m的支撐體4上，制備出平均孔徑
0.15 μ m的無機膜，孔徑較均一，對目標(biāo)顆粒截留率高，本裝置的涂膜顆粒滲入率降低效果如說明書附2、圖3所示。由圖2可見，在沒有使用等電點調(diào)節(jié)裝置前，涂膜液中的顆粒深入支撐體通道較明顯，而采用本裝置涂膜后的圖3中，支撐體4內(nèi)幾乎沒有進入孔道的顆粒，涂膜顆粒孔道滲入量顯著降低。實施例3
利用本發(fā)明涂膜設(shè)備和方法，成功在平均孔徑2.77 μ m的支撐體4上，制備出平均孔徑0.23 μπι的無機膜，孔徑非常均一，說明書附4為所制陶瓷膜的表面SEM圖，可見經(jīng)流速篩選的顆粒粒徑十分均一，球形度也較好，圖5則表明，氣體泡壓法測出的孔徑分布表明，95%以上孔徑集中在0.21-0.25范圍內(nèi)，孔徑分布非常均一。實施例4
利用本發(fā)明涂膜設(shè)備和方法，使用顆粒粒徑分布寬至0.1-8 μ m的涂膜液，成功在平均孔徑2.77 μ m的支撐體4上制備出孔徑均一、平均孔徑0.23 μ m的無機膜，說明書附6為涂膜所用涂膜液中的氧化鋁顆粒粒徑分布圖，可見經(jīng)流速篩選后的顆粒粒徑十分均一，能適應(yīng)顆粒粒徑分布很寬的涂膜液涂膜。 實施例5
利用本發(fā)明涂膜設(shè)備和方法，在平均孔徑2.58 μ m的支撐體4上制備出孔徑均一、平均孔徑0.15 μ m的無機膜，并使用該無機膜過濾含氧化鋁粉體的(平均粒徑0.21 μ m)懸濁液，考查其截留率，說明書附7為不同過濾壓力下的截留率變化圖，可見截留率均在90%以上，能較好的應(yīng)用于 該懸濁液的過濾分離。
權(quán)利要求
1.一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備，其特征在于，包括涂膜液配制裝置、涂膜液計量輸送裝置、涂膜液循環(huán)保溫裝置、支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置、等電點控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備，其特征在于，涂膜液配制裝置由涂膜液配制槽組成，涂膜液計量輸送裝置由泵、流量計、涂膜速度控制液槽、涂膜液循環(huán)槽、控制閥A、控制閥B組成，涂膜液循環(huán)保溫裝置由溫控裝置組成，支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置由支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置組成，等電點控制裝置由等電點調(diào)節(jié)裝置組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備，其特征在于，涂膜液配制槽通過泵和流量計與支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置一端連接，支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置另一端通過流量計與涂膜液循環(huán)槽連接，涂膜液循環(huán)槽通過控制閥A與涂膜液配制槽連接；支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置還通過控制閥B與涂膜速度控制液槽連接；涂膜液配制槽連接有等電點調(diào)節(jié)裝置，涂膜液配制槽和涂膜液循環(huán)槽上都設(shè)置有溫控裝置。
4.一種使用權(quán)利要求1至3任一所述涂膜設(shè)備的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，步驟為:利用涂膜液配制槽配好足量涂膜液，并將支撐體安裝于支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置上，然后開啟泵，開啟控制閥A，通過支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置兩端的流量計讀數(shù)調(diào)整流量，通過等電點調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)PH，開啟溫控裝置調(diào)整涂膜液溫度至穩(wěn)定，調(diào)整穩(wěn)定后，控制支撐體中的涂膜液平均流速適當(dāng)，開啟支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置，開始涂膜，涂膜液經(jīng)泵加壓后進入支撐體各通道，循環(huán)至涂膜液循環(huán)槽，根據(jù)流速不同，對應(yīng)的不同粒徑的顆粒沉積吸附在支撐體通道側(cè)壁，并隨著夾緊轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動使支撐體通道各方向涂膜變均勻，周期性測定涂膜液內(nèi)粒徑分布變化，獲取涂膜所用到的顆粒粒徑及數(shù)量，直到測定涂膜液內(nèi)粒徑分布達到目標(biāo)值時停止涂膜，然后緩緩開啟控制閥B，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成涂膜，停泵靜置足夠時間后取下支撐體，燒結(jié)后可得 到孔徑分布均一、表面平整的無機微濾膜。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，支撐體為平均孔徑0.3-20 μ m的單管或多通道支撐體。
6.根據(jù)權(quán)利4所述的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜液為含鈦、鋁、鋯、硅、碳、鉀、鈉、鎂中至少一種元素的有機或無機混合溶劑涂膜液，元素含量為0-20%。
7.根據(jù)權(quán)利4所述的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，等電點調(diào)節(jié)裝置中的等電點調(diào)節(jié)溶液為低分子有機強酸和有機強堿，濃度為0.01-8mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利4所述的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜時涂膜液平均流速0.01-50m/s ;涂膜液溫度范圍為20-80°C，涂膜液pH范圍為2_10 ;支撐體夾緊轉(zhuǎn)動裝置轉(zhuǎn)動速度為0-600r/min ;涂膜完成后靜置時間為l_48h。
9.根據(jù)權(quán)利4所述的無機微濾膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜后燒結(jié)而成的無機微濾膜平均孔徑為50nm-5 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及微濾膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無機微濾膜的涂膜設(shè)備及方法，包括涂膜液配制裝置、涂膜液計量輸送裝置、涂膜液循環(huán)保溫裝置、支撐體夾緊及轉(zhuǎn)動裝置、等電點控制裝置。該涂膜設(shè)備和方法適用于各種形狀的管式和多通道支撐體的涂膜過程，適用于在平均孔徑0.3-20μm的支撐體上直接制備50nm-5μm的無機微濾膜。
文檔編號B01D67/00GK103230746SQ20131013314
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者李長海, 劉學(xué)文, 賈冬梅, 李躍金, 商希禮 申請人:濱州學(xué)院