陶瓷过滤器制造技术

陶瓷过滤器20具有由含有金属氧化物作为主成分的颗粒形成的多孔支撑体和涂覆在该多孔支撑体的表面上并且由含有与该多孔支撑体的金属氧化物相同种类的金属氧化物的颗粒形成的膜层，其中形成该膜层的颗粒负载有与形成该膜层的颗粒的金属氧化物不同种类的金属氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷过滤器
本专利技术涉及用于饮用水的原水、污水和各种废水的过滤的陶瓷过滤器。
技术介绍
通过如下方法陶瓷过滤器具有大比表面积的多孔结构：将陶瓷材料例如氧化铝的颗粒与粘合剂等混合，使陶瓷颗粒混合物成型，并且随后在高温下在大气压下烧结经成型的产物。该多孔结构由板状形状或柱管状形状的由粗颗粒制成的多孔支撑体和该多孔支撑体上的由细颗粒制成的一个或多个膜层。该陶瓷过滤器具有坚硬度、对物理/化学应力的耐久性和亲水性的优点，并且因此用于各种废水。聚合物膜由聚合物材料例如聚砜树脂制成。这样的聚合物材料是疏水的并且具有与疏水性物质例如蛋白质、脂肪和油脂的亲和性，这引起膜堵塞。因此，该聚合物膜容易堵塞。通常采用表面活性剂向该聚合物膜施加表面处理以使得该膜为表面亲水的。相比之下，由于陶瓷材料具有高的亲水性从而不容易被污物塞入，陶瓷过滤器具有可避免堵塞的优点。陶瓷过滤器的膜表面平滑并且可容易清洁。然而，由于在水中存在污物，难以完全抑制堵塞。仍然需要改进、例如膜清洁工艺的改进。在使用陶瓷膜的膜生物反应器(MBR)的情况下，通过在停止过滤期间进行空气冲洗和化学清洁来抑制堵塞。做了各种尝试来抑制膜堵塞。特别地，使膜的表面电荷与污物的表面电荷相同是有效的。这导致堵塞的抑制和能量消耗的减少等等(例如参见专利文献1和2)。例如，专利文献1公开了：在使用过滤器从水性悬浮液移除细颗粒的情况下，考虑到表面电荷，通过将二氧化钛涂层施加到该过滤器的多孔支撑体来抑制堵塞。专利文献2公开了：在加压型PVDF(聚偏氟乙烯)超过滤膜模块的操作期间，通过根据ζ电势的测量值控制该膜的带负电荷的表面来抑制堵塞。专利文献3至5公开了施加二氧化硅、二氧化钛和氧化锆等，已知它们对于抑制陶瓷过滤器的堵塞是有效的。专利文献3公开了一种陶瓷过滤器，其具有基材(多孔支撑体)、中间层和膜层。该膜层包含陶瓷粉末和5-25质量％的无机粘合剂例如粘土、高岭石、二氧化钛溶胶和二氧化硅溶胶或玻璃料(颗粒尺寸小于1μm)。二氧化钛溶胶或二氧化硅溶胶是二氧化钛(TiO2)或二氧化硅(SiO2)纳米尺寸颗粒在水中的分散液。专利文献4公开了一种具有多层结构的陶瓷过滤器，其中通过使用二氧化硅溶胶在多孔基材(多孔支撑体)上形成膜层。使用MF(微过滤)膜或UF(超过滤)膜作为多孔支撑体。专利文献5公开了一种陶瓷过滤器，其具有在多孔基材(多孔支撑体)上形成的多孔陶瓷膜层。该膜层由氧化锆颗粒形成并且具有1μm或更小的表面粗糙度Ra。当使用可抑制堵塞的金属氧化物作为用于在多孔陶瓷基材(多孔支撑体)上形成膜层的浆料的主成分时，由于该膜层和多孔支撑体之间的收缩量和收缩速率的差异，在烧结期间容易产生裂纹和针孔。这样的膜缺陷随着膜层厚度的增加而更容易产生。金属氧化物可为二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁、氧化钨等、这些化合物的混合物、或金属氧化物复合物例如铝硅酸盐或钛硅酸盐(处于溶胶或粉末形式)。鉴于上述背景做出本专利技术。本专利技术提供了陶瓷过滤器，其具有表面改性的膜层，而在该膜层中不产生裂纹和针孔。参考文献专利文献专利文献1:日本专利公开号2002-136969专利文献2:日本专利公开号2010-227836专利文献3:日本专利公开号2001-260117专利文献4:日本专利公开号2012-40549专利文献5:日本专利公开号2007-254222专利文献6:日本专利公开号S63-274407专利文献7:日本专利公开号H07-41318专利文献8:日本专利公开号H06-329412专利文献9:日本专利公开号H06-316407专利文献10:日本专利公开号2000-290015专利文献11:国际专利公开号WO2007/000916专利文献12:日本专利公开号2006-335635专利文献13:日本专利公开号2006-182604专利文献14:日本专利公开号2004-131346
技术实现思路
本专利技术描述了形成膜层的方法，该方法通过使用与多孔支撑体的金属氧化物相同种类的金属氧化物和与该膜层的颗粒的金属氧化物不同种类的金属氧化物从而施加表面改性而不在该膜层中产生裂纹。即，本专利技术提供了陶瓷过滤器，其具有：由含有金属氧化物作为主成分的颗粒形成的多孔支撑体；和涂覆在该多孔支撑体的表面上并且由含有与该多孔支撑体的金属氧化物相同种类的金属氧化物的颗粒形成的膜层，其中形成该膜层的颗粒负载有与形成该膜层的颗粒的金属氧化物不同种类的金属氧化物。本专利技术能够将该膜层表面改性而不在该膜层中出现产生针孔和裂纹。附图简要说明图1显示膜层的成分的ζ电势。图2显示通过根据本专利技术的方法制备的陶瓷过滤器的SEM图像。图3是出于对比而通过常规方法制备的陶瓷过滤器的SEM图像。图4是通过根据本专利技术的方法或通过常规方法制备的陶瓷过滤器进行过滤测试用的测试设备的示意图。实施方案的描述作为基于制备陶瓷过滤器的广泛研究的结果，完成了本专利技术，所述陶瓷过滤器具有使用氧化铝粉末作为成分材料形成的多孔陶瓷支撑体和在该多孔陶瓷支撑体的表面上并且使用氧化铝作为主成分与不同于氧化铝的金属氧化物(例如二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁或氧化钨或这些金属氧化物的混合物)组合而形成的膜层，以产生源自于该不同金属氧化物的表面电荷。当膜层由涂覆有金属氧化物例如二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁或氧化钨等或这些金属氧化物的混合物的氧化铝颗粒组成时，根据涂覆在氧化铝颗粒上的金属氧化物可将该膜层的表面电荷改性。因此，该金属氧化物或金属氧化物混合物充当用于将氧化铝颗粒表面改性的材料。当膜层由涂覆有金属氧化物例如二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁或氧化钨等或这些金属氧化物的混合物的氧化铝颗粒组成时，在制备工艺中的烧结期间容易产生针孔和裂纹，因为不同的金属氧化物在烧结期间具有不同的收缩量和不同的收缩速率。在该膜层中这样的缺陷的产生随着膜层厚度的增加而变得更有可能。出于这个原因，有必要选择与该多孔支撑体的材料相同种类的材料作为该膜层的成分材料，从而使该膜层和该多孔支撑体之间的收缩差异最小化。此外，根据本专利技术的陶瓷过滤器的制备工序可与常规工艺相同，不同之处在于添加用于表面改性的材料。一般地，多孔支撑体的孔尺寸由构成该多孔支撑体的颗粒的尺寸确定。颗粒尺寸越大，堆积密度越低，这导致孔的较大尺寸。大孔甚至在烧结后保留。因此可以根据膜过滤器的原材料的颗粒尺寸来调节烧结后的膜过滤器的孔尺寸。如果以过量的量添加较小的颗粒，那么在烧结后该膜层的显气孔率和孔尺寸降低，从而不能获得合适的孔尺寸。因此，本专利技术添加表面改性材料来将膜层的主成分材料表面改性，而不引起过滤性质例如该膜层的孔尺寸的大变化。在下文中，本专利技术的实施方案将描述如下。1.制备陶瓷过滤器的条件根据本专利技术的陶瓷过滤器的实施方案样品通过如下步骤制备：使用常用于陶瓷过滤器的多孔支撑体(例如使用氧化铝作为主成分材料形成)。在该多孔支撑体的表面上涂覆浆料，并且随后进行干燥和烧结以在该多孔支撑体的表面上形成膜层。该陶瓷过滤器的形状为平坦片形(板形)。下面将参考常规的工艺解释用于提供多孔支撑体和用于形成膜层的浆料的工序。(1－1)多孔支撑体使用金属氧化物作为成分材料来形成该多孔支撑体。用作该多孔支撑体的成分材料的金属氧化物的实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
陶瓷过滤器，包括：多孔支撑体，该多孔支撑体由含有金属氧化物作为主成分的颗粒形成；和膜层，该膜层涂覆在该多孔支撑体的表面上并且由含有与该多孔支撑体的金属氧化物相同的金属氧化物的颗粒形成，其中形成该膜层的颗粒负载有与形成该膜层的颗粒的金属氧化物不同种类的金属氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.05 JP 2013-2515941.用于过滤含污物的水的陶瓷过滤器，该陶瓷过滤器包括：多孔支撑体，该多孔支撑体由含有金属氧化物作为主成分的颗粒形成；和膜层，该膜层涂覆在该多孔支撑体的表面上并且由含有与该多孔支撑体的金属氧化物相同的金属氧化物的颗粒形成，其中该污物具有负电荷；和其中形成该膜层的颗粒负载有与形成该膜层的颗粒的金属氧化物不同种类的金属氧化物，使得该膜层的表面电荷具有与该污物的电荷相同的极性，且相对于由与该多孔支撑体的金属氧化物相同的金属氧化物的颗粒构成的膜层的表面电荷而言偏移至负侧。2.根据权利要求1的陶瓷过滤器，其中作为该多孔支撑体的主成分而包含的金属氧化物是氧化铝、二氧化硅、堇青石、二氧化钛、莫来石、氧化锆、尖晶石或其混合物。3.根据权利要求1的陶瓷过滤器，其中该不同种类的金属氧化物是二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁、氧化钨或其混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：白石英也，野口宽，中川彰利，宇贺神孝行，清家聪，土屋达，松浦裕树，加藤直树，
申请(专利权)人：株式会社明电舍，
类型：发明
国别省市：日本;JP