一种陶瓷膜材料组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为10μm～20μm；所述陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；所述中间过渡层为SiC粗孔膜层，中间过渡层的平均孔径为100nm～500nm；所述陶瓷膜层为多孔纯SiC膜层，陶瓷膜层的平均孔径为1nm～2nm。该陶瓷膜材料组件具有孔径小且分布均匀从而分离精度高，韧性好、强度高、耐高温、耐酸碱等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷膜材料组件
本技术涉及多孔陶瓷膜
，尤其涉及一种陶瓷膜材料组件。
技术介绍
膜分离过程是含溶解的溶质或悬浮微粒的液态经过膜，其中溶剂和溶质小分子透过膜，溶质大分子和悬浮颗粒被膜截留。与有机膜相比，无机陶瓷膜是由金属氧化物或混合金属氧化物粉体经高温烧结而成的具有一定选择性分离性能的精密陶瓷材料，具有化学稳定性好，机械强度大，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等优点，可应用于气体分离、液体分离净化和膜反应器，在食品工业、制药和生物工程、化学和石油化工工业以及环境保护等领域均有广泛的应用。国内对陶瓷膜的研究始于上世纪90年代后期，主要集中在氧化铝膜材料，并在污水处理方面开展了应用，取得了良好的效益。但是在工业废水方面，其废水往往存在排放量大、高温、高碱度、高酸度、含重金属等特点，对无机陶瓷膜的过滤性能提出了更高的要求，目前广泛使用的氧化铝膜材料，难以抵抗强酸、强碱环境，高温热稳定性能差，在上述苛刻环境条件下工作使用寿命将大大缩短，导致污水处理成本增加。此外，氧化铝膜材料亲水性能一般，导致污水处理效率低，在一定程度上也增加了治污成本。碳化硅化学稳定性极好，耐强酸、碱，可在pH值0-14的范围内使用，高温稳定性好，且亲水性能好，其性能特点使碳化硅陶瓷膜在污水处理方面具有天然的优势，是今后无机陶瓷膜发展的重要方向。但是目前的碳化硅陶瓷膜大多是粗颗粒碳化硅及粘结剂堆积烧结而成，其孔隙为颗粒堆积间隙形成，存在孔径分布不均匀，孔径大多在100nm以上，对水中微小悬浮颗粒、大的胶体粒子和细菌的分离非常有效，但在小分子溶质、病毒等的分离方面存在严重不足，孔径分布不均匀和孔径过大导致过滤精度差，这极大地限制了陶瓷膜在分离精度要求高的许多领域的应用。另外，膜组件在安装和工作时经常受到来自泵压马达的振动所产生的机械和热应力，同时还有膜分离过程中会反复受到脉冲式气、水等冲击或反冲洗，由于陶瓷支撑体是采用多孔陶瓷基材料制成，这些陶瓷材料的脆性大，在遭受高的机械应力时容易破碎和裂开，这也大大限制了它的工业推广应用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种孔径小且分布均匀从而分离精度高，韧性好、强度高、耐高温、耐酸碱的陶瓷膜材料组件。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为10μm～20μm；所述陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；所述中间过渡层为SiC中间过渡层，中间过渡层的平均孔径为100nm～500nm；所述陶瓷膜层为多孔纯SiC层，陶瓷膜层的平均孔径为1nm～2nm。与现有技术相比，本技术的优点在于：1、本技术的陶瓷膜材料组件，采用纯碳化硅作为陶瓷膜分离层，孔隙为原子级尺寸，结构上的缺陷较少，从而膜的综合性能尤其是分离精度较现有的碳化硅陶瓷膜更优。2、本技术的陶瓷膜材料组件，陶瓷膜基体内层为纯碳层，外层为C和SiC组成的复合层，碳化硅陶瓷层采用原位生成，保持了整个基体骨架的完整性和连续性的同时也保证了孔隙的贯通性。泡沫沥青中心部分未反应的C层起着增韧、防止材料脆性破坏的作用，抗冲击性能大大提高，大大拓展了其工业应用范围，如可用于各类膜反应器中或恶劣机械应用环境中等。附图说明图1是本技术的结构示意图。图中标号说明：1、平板状陶瓷膜基体；11、内层；12、外层；2、中间过渡层；3、陶瓷膜层。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本技术作进一步描述，但并不因此而限制本技术的保护范围。实施例1：一种陶瓷膜材料组件，如图1所示，包括平板状陶瓷膜基体1、依次位于该平板状陶瓷膜基体1表面的中间过渡层2、陶瓷膜层3，该平板状陶瓷膜基体1的内层11为纯碳层，内层11的平均孔径为300μm，外层12为C和SiC组成的复合层，外层12的平均孔径为15μm；该平板状陶瓷膜基体1的内层11和外层12的孔隙贯通；中间过渡层2为SiC中间过渡层，中间过渡层2的平均孔径为500nm；陶瓷膜层3为多孔纯SiC膜层，陶瓷膜层3的平均孔径为1.2nm。本实施的陶瓷膜材料组件的制备方法，包括以下步骤：(1)制备陶瓷膜基体(1.1)采用平均孔径为300μm的泡沫沥青为原料，根据所需形状制备成平板状陶瓷膜预基体。将单晶硅放入热处理炉中，在氩气气氛下，以15℃/min的升温速率升至1500℃，使晶体硅熔化形成熔融Si，然后将平板状陶瓷膜预基体浸入熔融Si中，炉内保持氩气气氛，保温60min。(1.2)将平板状陶瓷膜预基体从熔融Si中取出，炉内再升温至1700℃，保持氩气气氛，保温4h后随炉冷却至室温，得到陶瓷膜基体，采用气体压泡法测试陶瓷膜基体表面C和SiC组成的复合层的孔径，结果表面平均孔径为15μm；(2)制备中间过渡层(2.1)将碳化硅粉末、聚碳硅烷、羟甲基纤维素醚和水以质量比为5∶2∶0.2∶10的比例混合，碳化硅粉末的粒径为1μm～5μm，制得含碳化硅浆料；(2.2)将步骤(2.1)所得的含碳化硅浆料均匀喷涂于步骤(1.2)所得的陶瓷膜基体表面；(2.3)将经步骤(2.2)涂覆处理的陶瓷膜基体置于热处理炉中，在氩气气氛下进行烧结，温度为1400℃，时间为1h；得到表面有SiC粗孔膜层的陶瓷膜基体，采用气体压泡法测试SiC粗孔膜层的孔径，结果表明平均孔径为500nm；(3)制备陶瓷膜层(3.1)将步骤(2.3)所得的表面有SiC粗孔膜层的陶瓷膜基体置于热处理炉中，在炉内通入氩气气体后将炉内抽真空至1000Pa后，将炉内温度升至1000℃，持续通入气化的聚碳硅烷(数均分子量为1000，气化温度为150℃)，时间为2h，使聚碳硅烷的Si-H键和C-H键断裂，生成裂解产物均匀附着在SiC粗孔膜层表面；(3.2)保持氩气气氛，将炉内温度升至2000℃，保温2h，使裂解产物中的Si-O键断裂，生成多孔纯SiC层，采用气体压泡法测试多孔纯SiC层的孔径，结果表面平均孔径为1.2nm。实施例2：一种陶瓷膜材料组件，包括多通道管陶瓷膜基体、依次位于多通道管陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，该多通道管陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为16μm；该多通道管陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；中间过渡层为SiC粗孔膜层，中间过渡层的平均孔径为250nm；陶瓷膜层为多孔纯SiC膜层，陶瓷膜层的平均孔径为1.2nm。本实施的陶瓷膜材料组件的制备方法，包括以下步骤：(1)制备陶瓷膜基体(1.1)采用平均孔径为300μm的泡沫沥青为原料，根据所需形状制备成多通道管陶瓷膜预基体。将单晶硅放入热处理炉中，在氩气气氛下，以15℃/min的升温速率升至1500℃，使晶体硅熔化形成熔融Si，然后将平板状陶瓷膜预基体浸入熔融Si中，炉内保持氩气气氛，保温60min。(1.2)将平板状陶瓷膜预基体从熔融Si中取出，炉内再升温至1750℃，保持氩气气氛，保温4h后随炉冷却至室温，得到陶瓷膜基体，采用气体压泡法测试陶瓷膜基体表面C和SiC组成的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，其特征在于，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为10μm～20μm；所述陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；所述中间过渡层为SiC中间过渡层，中间过渡层的平均孔径为100nm～500nm；所述陶瓷膜层为多孔纯SiC层，陶瓷膜层的平均孔径为1nm～2nm。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，其特征在于，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明河，秦玉兰，黄付平，代晋国，陈泽凤，
申请(专利权)人：广西碧清源环保科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广西,45