一種低溫燒結制備多孔陶瓷濾膜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷材料領域，具體涉及一種低溫燒結制備多孔陶瓷濾膜的方。
【背景技術】
[0002]陶瓷濾膜相比金屬膜和有機膜具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、易再生、使用壽命長、分離精度高、效率高等優(yōu)點，在食品、飲料、生物醫(yī)藥、化工、電力等諸多領域都有廣闊的應用前景，例如在高溫、高壓下的氣固分離系統(tǒng)中是理想的過濾材料，包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC)等潔凈煤發(fā)電系統(tǒng)。
[0003]目前，陶瓷濾膜的制備方法主要有流延成型法、氣相沉積法、溶膠-凝膠法、空氣噴涂法、陽極氧化法和浸漬-提拉法等。CN101182233A和CN101954246A都公開了一種采用流延成型法制備膜層的方法，該方法只能針對平板狀支撐體材料，且面積不易過大；氣相沉積法工藝復雜，成本高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；溶膠-凝膠法多用于超濾膜的制備；CN103193513A和CN102659447A公開了一種采用空氣噴涂法獲得膜層的方法，該方法需要嚴格控制進氣壓力、噴嘴張角和走槍速度等工藝參數(shù)，不易在小空間內制備膜層，并且容易在噴涂過程中引入氣泡，降低膜層的過濾精度；陽極氧化法局限于金屬氧化物。諸多公開的制備多孔陶瓷膜層方法其陶瓷膜層的燒成溫度都在1200°C以上，這就大大增加了陶瓷濾膜的生產(chǎn)成本，降低了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應用的前景，且能源消耗量大，有悖于低耗、綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念。
[0004]綜上所述，如何快速、低成本制備結構均勻、完整，且能保證過濾精度和效率的具有大過濾面積的陶瓷膜層就是關鍵技術難題之一。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低溫燒結制備多孔陶瓷濾膜的方法，該方法適用于大規(guī)模生產(chǎn)，且制得的多孔陶瓷濾膜易于再生，具有高強度，高氣孔率和高滲透率的特點，其厚度可調控性強、連通的孔道孔徑均勻，在支撐體表面完整均勻。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案包括以下步驟:
[0007]I)以質量份數(shù)計，將40?65份的陶瓷骨料顆粒、5?10份燒結助劑、40?70份的去離子水、0.5?3份的分散劑以及0.1?I份的消泡劑混合攪拌，然后真空保壓以排除所得過濾膜層漿料中的氣體；其中，燒結助劑是由質量比為(40?60): (20?35): (2?10): (10?30)的玻璃相、含硅無機物、長石和粘土組成；且含硅無機物為硅粉或氧化硅；
[0008]2)將支撐體材料置于過濾膜層漿料中浸漬，然后采用提拉法在支撐材料上得到膜層，隨后在700?1070°C燒成，得到多孔陶瓷濾膜；其中，提拉速度為I?1000mm/min。
[0009]所述的步驟I)中燒結助劑是采用如下方法得到的:將玻璃相、含硅無機物、長石和粘土按照(40?60): (20?35): (2?10): (10?30)的質量比混合得到混料，然后將混料采用濕法球磨均勻，最后干燥過篩，得到燒結助劑。
[0010]濕法球磨時采用的溶劑占玻璃相、含硅無機物、長石和粘土總體積20?40% ;所加入的溶劑與混料的總體積與陶瓷磨球的體積之比為1: (I?3)，混料在尼龍罐中的填裝比為30?50%。
[0011]所述的陶瓷磨球采用氧化鋁質陶瓷磨球、氧化鋯質陶瓷磨球或碳化硅質陶瓷磨球。
[0012]所述的步驟I)中陶瓷骨料顆粒采用碳化硅骨料顆粒、氧化鋁骨料顆粒、莫來石骨料顆粒、堇青石骨料顆粒中的而一種或多種任意比例的混合物，陶瓷骨料顆粒粒徑D50控制在30?50 μ m之間。
[0013]所述的步驟I)中分散劑采用聚乙烯醇、羧乙基纖維素、羧甲基纖維素鈉的一種或多種任意比例的混合物；消泡劑為甲醇、乙醇或者四甲基氫氧化銨的一種或多種任意比例的混合物。
[0014]所述的步驟I)中得到的過濾膜層漿料的pH值在8?9之間，粘度值在50?9000mPa.s之間，固含量在40%?70%之間。
[0015]所述的步驟2)中支撐體材料在浸漬前經(jīng)過預處理；預處理方法為:將支撐體材料置于堿性溶液中超聲清洗5?30分鐘，隨后在去離子水中多次超聲清洗，每次10?30分鐘，以除去支撐體材料表面的污染物，最后置于去離子水中浸漬5?24小時，實現(xiàn)支撐體材料的預處理。
[0016]所述的步驟2)中的浸漬時間為3?20分鐘。
[0017]所述的步驟2)在燒成前對帶有膜層的支撐材料先室溫干燥，然后依次在60°C、120°C、180°C下各烘干I?4小時；從180°C升溫到700?1070°C的升溫速率為3?10°C /min，燒成時間為10?120分鐘。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]1、本發(fā)明通過優(yōu)配燒結助劑，然后將其與分散劑、消除泡劑以及陶瓷骨料顆粒，配制高穩(wěn)定性、適當粘度的陶瓷膜層漿料體系，通過調控具有連通的宏孔結構的陶瓷支撐體在陶瓷膜層漿料體系中的提拉方式，在支撐體全表面或者指定位置表面(內表面、外表面或者部分表面等設計部位)獲得均勻、非對稱多孔陶瓷膜坯體，進而通過在700?1070°C內低溫燒結獲得均勻、完整且膜層厚度可控、耐磨、耐蝕、長壽命、低成本的多孔陶瓷膜制品。
[0020]2、本發(fā)明通過選擇合適的燒結助劑進行優(yōu)配，能夠制備出均勻完整、連通的孔道孔徑均勻、易于再生、高強度、高氣孔率和高滲透率的多孔陶瓷膜層。而且還能降低燒成溫度，使其在低于1100°c燒成，大大減小能耗，降低生產(chǎn)成本，對于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應用更有優(yōu)勢。而且加入的消泡劑能夠大大減少膜層的缺陷，對于制備高質量的膜層提供一種有效的方法。
[0021]3、本發(fā)明先將支撐材料浸漬于以在其表面形成膜層，然后-提拉法制備多孔陶瓷膜層具有操作簡單有效、所需設備易得、易于工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)等；而且還能夠通過調節(jié)制陶瓷漿料的粘度和提拉次數(shù)對陶瓷濾膜的厚度進行控制。
[0022]進一步，本發(fā)明對支撐體材料進行預處理，不僅僅是單純的去除支撐體材料上的污物，還能減少膜層的缺陷。
[0023]進一步，本發(fā)明在燒成前對膜層進行室溫干燥，然后在60°C、120°C、180°C下烘干，能夠降低膜層的開裂，使得到的最終產(chǎn)品表面均勻完整
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例1制備的多孔陶瓷濾膜的宏觀照片；其中，I一碳化硅支撐體；2—低溫燒結制備的碳化硅多孔陶瓷濾膜；
[0025]圖2是本發(fā)明實施例2制備的多孔陶瓷濾膜的X射線衍射圖譜；
[0026]圖3是本發(fā)明實施例1制備的多孔陶瓷濾膜的斷面掃面電鏡照片；
[0027]圖4是本發(fā)明實施例2制備的多孔陶瓷濾膜的斷面掃面電鏡照片；
[0028]圖5是本發(fā)明實施例3制備的多孔陶瓷濾膜的斷面掃面電鏡照片；
[0029]圖6是本發(fā)明實施例2制備的多孔陶瓷濾膜的膜層表面掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明提供的低溫燒結制備多孔陶瓷濾膜的方法，該方法首先優(yōu)配燒結助劑，然后將其與其他物質混合真空排氣制得過濾膜層漿料，接著對支撐體材料進行預處理，然后采用提拉法將過濾膜層漿料的涂覆其上，最后干燥、燒成得到多孔陶瓷濾