一种柔性抗污染陶瓷膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性抗污染陶瓷膜，其是由以下质量百分比的组成物通过共混‑模压成型法制备而得：偶联剂改性的无机纳米材料39%～55%、弹性体材料40%～52%、造孔剂3%～8%、交联剂2%～7%；该膜通过在无机原料中加入亲水性弹性材料，实现陶瓷膜的柔软化以及亲水性能大幅度加强，从而提高膜的机械强度和抗污染性能；本发明专利技术柔性抗污染陶瓷膜制备工艺简单易控、不需要高温烧结，制备成本大幅度降低。

A flexible anti pollution ceramic membrane and its preparation method

The invention discloses a flexible anti pollution ceramic membrane, which is composed of the following weight percentage by blending molding prepared: coupling agent modified by inorganic nano materials of 39% ~ 55%, 40% ~ 52% elastic material and pore making agent 3% ~ 8%, 2% ~ 7% of the crosslinking agent; membrane by hydrophilic elastic material into inorganic materials, realize the ceramic membrane softening and hydrophilic performance is greatly strengthened, so as to improve the mechanical strength of the membrane and anti pollution performance; the invention flexible anti pollution ceramic membrane preparation technology is simple and easy to control, does not require high-temperature sintering, the preparation cost is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性抗污染陶瓷膜及其制备方法
本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种柔性抗污染陶瓷膜及其制备方法。
技术介绍
陶瓷膜分离技术是近几年国际上非常先进的膜分离技术之一。陶瓷膜是固态膜的一种，主要是由Al2O3、ZrO2、TiO2等无机材料构成。陶瓷膜是无机原料均匀混合添加剂反应成型后，高温锻烧而成的产物，内部含有大量气孔，气孔间相互连通，孔隙率大于30%，平均孔径一般在1~10μm。鉴于其化学稳定性好，耐酸、耐碱、耐强氧化剂及有机溶剂，良好的抗微生物侵蚀能力及生物化学相容性，孔径分布窄，分离精度高等诸多优势，广泛应用在化工、食品、医药、环保等行业液体中杂质的分离，显示了独特的优势和广阔的前景。中国专利申请CN101337808公开了一种用α-氧化铝粉制备陶瓷膜支撑体的工艺；其制作工艺是：将氧化铝原料筛分除杂后，加入复合矿化剂混和成氧化铝混合物，将氧化铝混合物置于高温炉中高温煅烧相转化，转相温度为1500℃～1700℃。该方法制备的陶瓷膜经高温煅烧孔径分布均匀、耐腐蚀性能良好。但是，该方法中多孔陶瓷膜多以氧化铝（α-A12O3≥99wt.）为原材料，原料价格昂贵，并且制备的每一步都需要进行高温处理，且膜层涂覆所需控制的参数较多，工艺繁琐，生产周期较长，成本较高，成品质量无法保证。昂贵的原材料、高的烧结成本使陶瓷膜的售价居高不下，严重限制了其在大规模工业生产中的应用。同时，为了提高多孔陶瓷膜的开孔隙率，常用的方法是在制备粉体时加入可以高温烧失的无机或有机造孔剂材料，这种方法提高开孔隙率往往以牺牲陶瓷膜的机械强度为代价；往往所制备的陶瓷膜质脆易损，严重影响陶瓷膜的使用。中国专利申请201310368448.4公开了一种有机-无机杂化分离膜的制备方法；该专利技术首先将无机纳米粒子进行表面修饰，降低其表面能，增强与聚合物膜材料间的相容性；然后将表面改性的无机纳米粒子、聚合物膜材料、添加剂及溶剂混合得到铸膜液，再通过传统的相转化方法制备平板或中空纤维有机-无机杂化分离膜。与现有技术相比，该专利技术显著抑制了无机纳米粒子的团聚现象，改善了其在铸膜液中的分散性，制膜重复性更佳。但是该方法所制备的膜孔径分布均匀程度不高、膜机械强度难以得到保障；在处理料液过程中，被处理料液中的某些组分吸附、沉积到膜面上，或进入膜孔中，甚至将膜孔堵死，使膜的渗透阻力大大增加；就膜分离过程而言，一旦料液与膜接触，膜污染即开始；操作运行开始后，产生浓度差极化现象，尤其在低流速、高溶质浓度情况下，在膜面达到或超过溶质饱和溶解度时，便有凝胶层形成，导致膜通量不依赖于所加的压力，引起膜通量的急剧降低。由于陶瓷膜的制作成本较高、脆性大、易污染等诸多缺点严重影响着陶瓷膜的使用与发展。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种柔性抗污染陶瓷膜，该膜通过在无机原料中加入亲水性弹性材料，实现陶瓷膜的柔软化以及亲水性能大幅度加强，从而提高膜的机械强度和抗污染性能。本专利技术柔性抗污染陶瓷膜是由以下质量百分比的组成物通过共混-模压成型法制备而得：偶联剂改性的无机纳米材料39%～55%、弹性体材料40%～52%、造孔剂3%～8%、交联剂2%～7%。所述偶联剂改性的无机纳米材料的制备工艺如下：将偶联剂在pH3～5的体积浓度95％的乙醇溶液中超声水解20～45min，得到偶联剂的水解液；然后将无机纳米颗粒加入到偶联剂水解液中，在50℃～150℃下反应，过滤，固体烘干，打散，即得偶联剂改性的无机纳米材料；其中偶联剂的用量为偶联剂和无机纳米颗粒总质量的5%～15%，无机纳米颗粒的用量为偶联剂和无机纳米颗粒总质量的85%～95%。所述无机纳米颗粒为纳米Al2O3、纳米SiO2、纳米ZrO2、纳米TiO2中的一种。所述弹性体材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙丙橡胶或亲水性热塑性弹性体材料。所述造孔剂为碳酸氢钠、尿素、PVP、PEG、PVA中的一种。所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、三羧甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三硅酸乙酯、甲基丙烯酸烯甲酯中的一种。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或任意比几种。上述柔性抗污染陶瓷膜的制备方法如下：（1）在100～150℃下，将偶联剂改性的无机纳米材料与弹性体材料在混炼机中混炼20-30min；（2）在100～200℃下，将步骤（1）的混合物与造孔剂、交联剂在混炼机中共混10～30min，制得铸膜共混料；（3）将步骤（2）铸膜共混料放到模压机中，在100～200℃下压制成型；将制得的膜冷却到室温后，在乙醇-水溶液中浸泡12～24h，即得柔性抗污染陶瓷膜。所述乙醇-水溶液是乙醇和水按体积比1:1～1:2制得。本专利技术方法的优点和技术效果：（1）亲水性能高，抗污染能力强亲水性弹性体材料的引入，使得该陶瓷膜的亲水性能大幅度提高；在过滤的传质过程中，胶体、油、蛋白质等污染物质在膜表面聚结成球状，这种球状的聚结物，很容易从膜表面脱离，通过简单的反洗就可以清洗干净，亲水性膜操作压力低且化学清洗频率低，提高了该陶瓷膜的使用周期；（2）质地柔软，机械性能优异，不易损坏通过控制加入弹性体材料、交联剂的量，制备不同强度的陶瓷膜，应用范围广，使用寿命长；（3）工艺简单易控、不需要高温烧结，制备成本大幅度降低。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术解决方案，但本专利技术保护范围不局限与所述内容。实施例1：本柔性抗污染陶瓷膜是由以下质量百分比的组成物通过共混-模压成型法制备而得：偶联剂改性的纳米Al2O345%、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物46%、碳酸氢钠6%、三烯丙基异三聚氰酸酯3%；所述偶联剂改性的纳米Al2O3是将铝酸酯偶联剂在pH值为3的体积浓度95%的乙醇溶液中超声水解25min，得到铝酸酯的水解液；然后加入纳米Al2O3粉末，混合均匀，在120℃下反应30min，过滤，固体烘干，打散，得到改性纳米Al2O3粉末；其中铝酸酯的用量为铝酸酯和纳米Al2O3总质量的8%，纳米Al2O3的用量为铝酸酯和纳米Al2O3总质量的92%。上述柔性抗污染陶瓷膜的制备方法：（1）在120℃下，将偶联剂改性的纳米Al2O3与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（醋酸乙烯酯含量为28wt.%）在混炼机中混炼20min；（2）在100℃下，将步骤（1）的混合物与碳酸氢钠、三烯丙基异三聚氰酸酯在混炼机中共混20min，制得铸膜共混料；（3）将步骤（2）铸膜共混料放到模压机中，在150℃下压制成型；将制得的膜冷却到室温后，在乙醇-水溶液中浸泡24h，得到柔性抗污染陶瓷膜，其中乙醇-水溶液是乙醇和水按体积比1:1制得。在本实施例中，对该膜进行力学性能测试、接触角测试实验。经过测定，制备好的柔性抗污染陶瓷膜的拉伸强度为22.8MPa，冲击强度为38.68J·m-1；接触角为39.53°，亲水性极好，抗污染能力优异；以及去对井水中颗粒物的去除效果实验，结果如表1。表1对井水中颗粒物的去除结果从表1可知，该井水悬浮物含量为165~403mg/L，粒径分布在2.3~2.8μm；经该陶瓷膜过滤后，出水悬浮物含量小于3mg/L，粒径小于2μm，水质得到大幅度提高，陶瓷膜过滤效果优良，性能稳定。实施例2：本柔性抗污染陶瓷膜是由以下质量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性抗污染陶瓷膜，其特征在于，是由以下质量百分比的组成物通过共混‑模压成型法制备而得：偶联剂改性的无机纳米材料39%～55%、弹性体材料40%～52%、造孔剂3%～8%、交联剂2%～7%。

【技术特征摘要】
1.一种柔性抗污染陶瓷膜，其特征在于，是由以下质量百分比的组成物通过共混-模压成型法制备而得：偶联剂改性的无机纳米材料39%～55%、弹性体材料40%～52%、造孔剂3%～8%、交联剂2%～7%。2.根据权利要求1所述的柔性抗污染陶瓷膜，其特征在于，偶联剂改性的无机纳米材料的制备工艺如下：将偶联剂在pH3～5的体积浓度95％的乙醇溶液中超声水解20～45min，得到偶联剂的水解液；然后将无机纳米颗粒加入到偶联剂水解液中，在50℃～150℃下反应，过滤，固体烘干，打散，即得偶联剂改性的无机纳米材料；其中偶联剂的用量为偶联剂和无机纳米颗粒总质量的5%～15%，无机纳米颗粒的用量为偶联剂和无机纳米颗粒总质量的85%～95%。3.根据权利要求1所述的柔性抗污染陶瓷膜，其特征在于：无机纳米颗粒为纳米Al2O3、纳米SiO2、纳米ZrO2、纳米TiO2中的一种。4.根据权利要求1所述的柔性抗污染陶瓷膜，其特征在于：弹性体材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙丙橡胶或亲水性热塑性弹性体材料。5.根据权利要求1所述的柔性抗污染陶瓷膜，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿广飞，高海均，解若松，杜彩东，何康，宁平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53