多通道管狀陶瓷膜元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多通道管狀陶瓷膜元件，其包括多孔支撐體和涂覆在所述多孔支撐體表面的頂層膜層，所述頂層膜層采用下述方法制備得到：（1）制備直徑約為200-300nm的粉體一；（2）制備粒徑1-2μm的粉體二；（3）將粉體一和粉體二混合，并向其中加入分散劑，球磨混合，得到均勻穩(wěn)定的頂層膜懸浮漿料，再于1200-1300℃下燒結(jié)即可。本發(fā)明既不會影響涂敷漿料的習(xí)性，也不會破壞膜表面的連續(xù)性和降低其滲透性，其作用只是形成互不連續(xù)的突起，它們的存在造成的湍流使得其周圍的滲透通量顯著增大和保持不衰減。
【專利說明】多通道管狀陶瓷膜元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種多通道管狀陶瓷膜元件。

【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷膜是采用陶瓷粉體燒結(jié)制造的具有篩分效能的分離介質(zhì)。與較早產(chǎn)業(yè)化的高聚物分離膜相比，無機(jī)分離膜的特長是孔徑分布窄、分離性能好，耐高溫，化學(xué)上穩(wěn)定，不受有機(jī)溶劑、細(xì)菌侵蝕，可酸堿清洗，高機(jī)械強(qiáng)度、不變形，可高壓反沖，熱蒸汽再生、反洗等。陶瓷膜分離元件一般是在大孔支撐體上制備一層或多層的非對稱孔徑結(jié)構(gòu)，已經(jīng)廣泛產(chǎn)業(yè)化和市場化的是具有規(guī)律排布通道結(jié)構(gòu)的管狀陶瓷膜元件，這種多通道設(shè)計(jì)，一方面可以保證膜元件具有足夠大的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面保證單位體積元件具有較大的總過濾面積，從而可以提高過濾效能并降低制造成本，減小設(shè)備占地面積。
[0003]然而，隨著膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，陶瓷膜過濾技術(shù)顯現(xiàn)出一些不盡人意之處，需要予以改善，其中主要是陶瓷膜分離過程的泵操作液體量大，設(shè)備投資和操作能耗較高。以當(dāng)前廣泛商品化和應(yīng)用的膜通道直徑為4mm的19通道陶瓷分離膜元件(外圓直徑為30mm，有效長度約100cm)為例，一個(gè)19膜芯的膜組件過濾面積大約為4.4 m2。在某種典型的污水處理過程中，膜面流速為5m/sec時(shí)，穩(wěn)定通量大約為100 l/m2h，總滲出液流量為每小時(shí) 440 L，而液體循環(huán)流量大約為 F = 3.142 x ( 0.2cm) 2 x 19 x 19 x 500 cm/SecX 3600 Sec = 81.7 m3?？梢娧h(huán)流量為流過膜的滲出量的185.6倍，這就消耗了大量能源。幾個(gè)組件(如3-4個(gè))串聯(lián)，能減小設(shè)備占地空間，原理上循環(huán)量似乎可以減小幾倍，但仍然為流出液的45-60倍，況且不僅增大了組件之間的阻力，提高了能耗，由于跨膜壓力在流動方向上快速遞減，從而事實(shí)上達(dá)不到預(yù)想的效果，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，多個(gè)膜組件串聯(lián)的設(shè)計(jì)愈來愈少。為了降低能耗，就必須降低膜面流速，而這樣又無法減小濃度梯度附面層厚度，從而無法保持高流體通量，所以利用陶瓷膜分離處理廢水的費(fèi)用過高而難以大規(guī)模應(yīng)用。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種既不會影響陶瓷膜涂敷漿料(頂層膜層)的習(xí)性，也不會破壞膜表面的連續(xù)性的可在低膜面流速情況下(低能耗)保持高滲透通量的多通道管狀陶瓷膜元件。
[0006]本發(fā)明的多通道管狀陶瓷膜元件，包括多孔支撐體和涂覆在所述多孔支撐體表面的頂層膜層，所述頂層膜層采用下述方法制備得到:
(1)取摩爾濃度0.1M的氯氧化鋯和摩爾濃度0.1M的硝酸釔溶液各10ml，將其滴入過量的氨水中，形成共沉淀，經(jīng)水洗和醇洗后，于750°C下灼燒，得到直徑約為200-300nm的粉體一；
(2)取等質(zhì)量的氧化鋁粉和氧化鋯粉，加入與氧化鋁粉等質(zhì)量的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時(shí)，得到粒徑1-2 μ m的粉體二 ；
(3)取上述步驟（I)所得粉體一和步驟（2)所得粉體二混合，并向其中加入分散劑丙烯酸-丙烯酸酯-磷酸-磺酸共聚物，放入球磨罐，用直徑IOmm的瓷球在磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合，得到均勻穩(wěn)定的頂層膜懸浮漿料，再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。
[0007]優(yōu)選的，步驟（3)所述粉體二的質(zhì)量為粉體一質(zhì)量的1%_5%。
[0008]優(yōu)選的，步驟（3)所述分散劑用量為粉體一和粉體二總質(zhì)量的O. 5%-1. 5%。
[0009]在管狀陶瓷膜支撐體的擠壓成型過程中，通過附加加工使形成具有螺旋形構(gòu)型的膜表面，以較小的流體膜面流速就可能形成湍流。然而，這種制造工藝十分復(fù)雜，事實(shí)上也無法對細(xì)小通道的內(nèi)表面上附加這種異形表面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明改進(jìn)制造頂層膜的工藝，形成一種特殊的表面。目前大多數(shù)制備陶瓷分離膜層的方法都采用所謂的“懸浮陶瓷粒子涂覆法”，即用適當(dāng)粒徑大小的陶瓷粉體制成一種粉體漿料，涂敷在多孔支撐體的多通道表面，干燥灼燒之后形成陶瓷膜?；谏鲜觯景l(fā)明是在用于涂制頂層膜的懸浮粒子漿料中加入一定比例數(shù)的較大粒徑的陶瓷粒子，膜層燒結(jié)之后，這種較大陶粒會在表面形成隨機(jī)分布的突起結(jié)構(gòu)。由于這種突起結(jié)構(gòu)的存在，在較低的膜面流速下就能在表面附近形成湍流狀態(tài)，從而能顯著提高和保持流通量。上述一定比例的大粒徑粒子，是指其粒徑比膜層陶瓷粒徑大5-10倍，其量占到1-5%。這就是說，既不會影響涂敷漿料的習(xí)性，也不會破壞膜表面的連續(xù)性和降低其滲透性，其作用只是形成互不連續(xù)的突起，它們的存在造成的湍流使得其周圍的滲透通量顯著增大和保持不衰減。
[0010]

【具體實(shí)施方式】
[0011]下述實(shí)施例是對于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明以作為對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0012]實(shí)施例I
本實(shí)例的多通道管狀陶瓷膜元件，包括多孔支撐體和涂覆在所述多孔支撐體表面的頂層膜層，所述頂層膜層采用下述方法制備得到：
(1)取摩爾濃度O.IM的氯氧化鋯和摩爾濃度O. IM的硝酸釔溶液各10ml，將其滴入過量的氨水中，形成共沉淀，經(jīng)水洗和醇洗后，于750°C下灼燒，得到直徑約為200-300nm的粉體一；
(2)取等質(zhì)量的氧化鋁粉和氧化鋯粉，加入與氧化鋁粉等質(zhì)量的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時(shí)，得到粒徑1-2 μ m的粉體二 ；
(3)取上述步驟（I)所得粉體一IOOg和步驟（2)所得粉體二 2g混合，并向其中加入分散劑丙烯酸-丙烯酸酯-磷酸-磺酸共聚物lg，放入球磨罐，用直徑IOmm的瓷球在磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合，得到均勻穩(wěn)定的頂層膜懸浮漿料，再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。所得陶瓷膜元件純水滲透通量I. 23m3/m2. h. Br。
[0013]實(shí)施例2
本實(shí)例的多通道管狀陶瓷膜元件，包括多孔支撐體和涂覆在所述多孔支撐體表面的頂層膜層，所述頂層膜層采用下述方法制備得到： (1)取摩爾濃度O.IM的氯氧化鋯和摩爾濃度O. IM的硝酸釔溶液各10ml，將其滴入過量的氨水中，形成共沉淀，經(jīng)水洗和醇洗后，于750°C下灼燒，得到直徑約為200-300nm的粉體一；
(2)取等質(zhì)量的氧化鋁粉和氧化鋯粉，加入與氧化鋁粉等質(zhì)量的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時(shí)，得到粒徑1-2 μ m的粉體二 ；
(3)取上述步驟（I)所得粉體一IOOg和步驟（2)所得粉體二 4g混合，并向其中加入分散劑丙烯酸-丙烯酸酯-磷酸-磺酸共聚物I. 5g，放入球磨罐，用直徑IOmm的瓷球在磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合，得到均勻穩(wěn)定的頂層膜懸浮漿料，再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。所得陶瓷膜元件純水滲透通量I. IOmVm2. h. Br。
【權(quán)利要求】
1.多通道管狀陶瓷膜元件，包括多孔支撐體和涂覆在所述多孔支撐體表面的頂層膜層，其特征在于，所述頂層膜層采用下述方法制備得到: (1)取摩爾濃度0.1M的氯氧化鋯和摩爾濃度0.1M的硝酸釔溶液各10ml，將其滴入過量的氨水中，形成共沉淀，經(jīng)水洗和醇洗后，于750°C下灼燒，得到直徑約為200-300nm的粉體一； (2)取等質(zhì)量的氧化鋁粉和氧化鋯粉，加入與氧化鋁粉等質(zhì)量的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時(shí)，得到粒徑1-2 μ m的粉體二 ； (3)取上述步驟(I)所得粉體一和步驟(2)所得粉體二混合，并向其中加入分散劑丙烯酸-丙烯酸酯-磷酸-磺酸共聚物，放入球磨罐，用直徑1mm的瓷球在磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合，得到均勻穩(wěn)定的頂層膜懸浮漿料，再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。
2.如權(quán)利要求1所述多通道管狀陶瓷膜元件，其特征在于，步驟(3)所述粉體二的質(zhì)量為粉體一質(zhì)量的1%_5%。
3.如權(quán)利要求1所述多通道管狀陶瓷膜元件，其特征在于，步驟(3)所述分散劑用量為粉體一和粉體二總質(zhì)量的0.5%-1.5%。
【文檔編號】B01D69/04GK104492266SQ201410820927
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】郭濤, 黃智鋒 申請人:合肥創(chuàng)想能源環(huán)境科技有限公司