利用经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开利用经氧化处理的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法。本发明专利技术的目的在于，制备陶瓷分离膜，在1050℃以下的低温条件下能够进行烧结，当进行氧化工序时，所形成的二氧化硅氧化膜诱发体积膨胀，来当进行通常的烧结时，能够防止基于涂敷层的收缩的缺陷。利用碳化硅在多孔性陶瓷支撑层上形成涂敷层后，在氧化气氛下进行烧结，来在碳化硅粒子表面形成二氧化硅氧化膜。能够利用这种二氧化硅氧化膜的低的结合温度来制备水处理用陶瓷分离膜。本发明专利技术的利用经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜包括：多孔性陶瓷支撑层；以及碳化硅层，形成于上述多孔性陶瓷支撑层，上述碳化硅层包含碳化硅粒子及形成于上述碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜。

Ceramic separation membrane for oxidation treatment of silicon carbide for water treatment and preparation method thereof

The invention discloses a ceramic separation membrane for water treatment by oxidation treatment and a preparation method thereof. The purpose of the present invention is to prepare the ceramic separation membrane, which can be sintered at low temperatures below 1050 degrees C. When the oxidation process is carried out, the silica oxide film is formed to induce volume expansion, which can prevent the shrinkage defect based on the coating layer when normal sintering is performed. After forming the coating layer on the porous ceramic supporting layer, the silicon carbide is sintered in the oxidizing atmosphere to form the silica oxide film on the surface of the silicon carbide particles. The ceramic separation membrane for water treatment can be prepared by using the low bonding temperature of the silica oxide film. The ceramic separation membrane for water treatment of silicon carbide treated by oxidation includes porous ceramic supporting layer, and silicon carbide layer, formed in the porous ceramic supporting layer, which includes silicon carbide particles and silica oxide film formed on the surface of the silicon carbide particles.

【技术实现步骤摘要】
利用经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法
本专利技术涉及水处理用陶瓷分离膜，更详细地涉及利用形成于碳化硅(SiC)粉末表面的二氧化硅(SiO2)氧化膜的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法。
技术介绍
多孔性陶瓷因低密度、低热导率及低介电常数等的独特的特性，在多方面中活跃地进行研究。尤其，由多孔性陶瓷形成的分离膜在食品或医药品的纯化、废气的过滤等多种产业应用领域，其中最典型地是用作水质净化用分离膜。在产业上广泛地使用高分子分离膜，但是高分子分离膜存在机械强度低，化学稳定性降低，耐温性低的缺点。相反地，多孔性陶瓷分离膜与高分子分离膜相比耐酸性优秀，并且高温稳定性优秀，从而具有如下优点：与高分子分离膜相比，可使用苛刻的条件，例如使用于包含强酸性、强碱性、有机溶剂及油的溶液的分离及纯化，并且在高温条件下也能够使用。并且，多孔性陶瓷分离膜与高分子分离膜相比生物学抵抗性优秀，从而具有耐久性优秀的优点。通常，商用化的氧化铝材料的水处理用陶瓷分离膜在表面带正(+)电荷，因此对于带有负(－)电荷的有机物诱发加速基于膜污染(fouling)的污染。因此，需要与优秀的流量及耐污染性相关的改善，为此当前需要表面可带负电荷的新陶瓷分离膜。另一方面，碳化硅(SiC)类分离膜在表面带有负(－)电荷，因此对带有负(－)电荷的有机物诱发斥力，来可改善加速基于膜污染(fouling)的污染。但是，这种碳化硅材料的烧结温度为1800℃以上非常高，从而存在不容易制备，并且难以进行商用化，从而需要通过开发低温烧结工序来制备具有经济性的分离膜。为了降低现有碳化硅类分离膜的烧结温度，努力试图通过包含由多种组合混合而成的低熔点的玻璃成分和粘土成分来降低反应温度，但是在将反应温度降低为1300℃以下或制备耐久性优秀的分离膜中存在局限。作为与此相关的现有技术文献有J.H.She(J.H.She,Z.Y.Deng,J.Daniel-Doni,andT.Ohji,“OxidationBondingofPorousSiliconCarbideCeramics,”J.Mater.Sci.37[17]3615–22(2002).)，上述论文涉及对体积大的状态的碳化硅进行氧化烧结的技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于，提供在1050℃以下的低温下可进行烧结的水处理用陶瓷分离膜。本专利技术的另一目的在于，提供上述水处理用陶瓷分离膜的制备方法。技术方案用于实现一个上述目的的本专利技术的水处理用陶瓷分离膜的特征在于，包括：多孔性陶瓷支撑层；以及碳化硅层，形成于上述多孔性陶瓷支撑层上，上述碳化硅层包含碳化硅粒子及形成于上述碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜。上述碳化硅粒子的平均粒径可以为1μm以下。上述碳化硅层可包含平均粒径为0.05～0.5μm的气孔。上述碳化硅粒子的氧化度可以为12～15％。上述二氧化硅氧化膜的厚度可以为0.028～0.035μm。上述碳化硅层可以呈厚度为10～25μm的膜形态。用于实现上述另一目的的本专利技术的水处理用陶瓷分离膜的制备方法，其特征在于，包括：步骤(a)，在多孔性陶瓷支撑层上涂敷包含碳化硅粉末的浆料；以及步骤(b)，在950～1050℃的温度下，对进行上述涂敷的结果物进行烧结的步骤；通过上述烧结在碳化硅粒子表面形成二氧化硅氧化膜。上述烧结可进行2～4小时。在上述步骤(b)中，碳化硅层可包含平均气孔大小为0.05～0.5μm的气孔。有益效果在本专利技术的水处理用陶瓷分离膜中，利用碳化硅粉末在已烧结的多孔性陶瓷支撑层上形成涂敷层后，在氧化气氛下进行热处理，来在碳化硅粒子表面形成二氧化硅氧化膜而制备。作为二氧化硅氧化膜在1050℃以下的温度条件下烧结碳化硅粉末而形成，通过利用这种低结合温度，来随着将作为现有体积大的状态的碳化硅的温度的1800℃以上的温度降低为1050℃以下，可制备具有经济性的分离膜。并且，当进行烧结时，形成于碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜不包含杂质，因此具有在化学上非常稳定的优点。并且，期待利用经氧化处理的碳化硅的陶瓷分离膜作为水处理过滤器应用效果优秀。附图说明图1表示利用本专利技术的经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜的简图(a)部分和在碳化硅粒子表面形成有二氧化硅氧化膜的剖视图(b)部分。图2为表示当进行现有涂敷及烧结时基于涂敷层的收缩的缺陷的水处理用陶瓷分离膜的剖视图。图3表示本专利技术的基于涂敷及烧结的水处理用陶瓷分离膜的剖视图(a)部分和粒子的重排状态(b)部分。图4为表示基于碳化硅粒子的氧化度的碳化硅层的水通量的曲线图。图5为表示基于形成于碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜的厚度的碳化硅层的水通量的曲线图。图6为表示基于碳化硅浓度的碳化硅层的涂敷厚度的曲线图。图7为表示包括通过不同地设置碳化硅粉末的含量，来在1300℃温度下进行1小时的烧结的条件下制备而成的多孔性陶瓷支撑层和碳化硅层的水处理用陶瓷分离膜的扫描式电子显微镜(SEM)图像。图8为表示利用本专利技术的经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜的制备方法的流程图。图9为表示基于本专利技术的碳化硅层的烧结时间的水通量的图表。图10表示进行基于本专利技术的压缩后烧结的粘土结合碳化硅平管型支撑层的形态(a)部分和微细组织(b)部分。图11表示本专利技术的在碳化硅平管型支撑层上形成有碳化硅层的微细组织的剖视图。图12为对本专利技术的碳化硅层进行1小时的温度变化来表示碳化硅层的微细结构的图。图13为利用汞浸渍工序表示本专利技术的碳化硅层的气孔大小分布的结果。图14为表示对本专利技术的碳化硅层施加1小时的温度变化时的水通量的变化的结果。图15表示在1000℃的温度下对本专利技术的碳化硅层施加烧结时间变化时的气孔大小的分布。图16表示在1000℃的温度下对本专利技术的碳化硅层施加烧结时间变化时的水通量的变化。图17表示在1000℃的温度下对与多孔性氧化铝支撑层氧化偶联的碳化硅层进行3小时的烧结后的微细结构。附图标记的说明10：多孔性陶瓷支撑层20：碳化硅层具体实施方式参照详细后述的实施例及附图，就能明确本专利技术的优点、特征及实现这些优点及特征的方法。但本专利技术并不局限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的多种形态体现，本实施例只用于使本专利技术的公开更加完整，并为了向本专利技术所属
的普通技术人员完整地告知本专利技术的范畴而提供，本专利技术仅由专利技术要求保护范围定义。在说明书全文中相同的附图标记指相同的结构要素。以下，参照附图对本专利技术优选实施例的利用经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法进行详细说明如下。本专利技术涉及利用在支撑层上涂敷碳化硅粉末后，在氧化气氛或者大气气氛下进行烧结来形成于碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜的结合的水处理用陶瓷分离膜及其制备方法。即，当进行氧化工序时所形成的二氧化硅氧化膜诱发体积膨胀，来可制备进行行通常的烧结时，可防止基于涂敷层的收缩的缺陷的陶瓷分离膜。图1表示利用本专利技术的经氧化处理的碳化硅的水处理用陶瓷分离膜的简图(a)部分和在碳化硅粒子表面形成有二氧化硅氧化膜的剖视图(b)部分。参照图1，本专利技术的水处理用陶瓷分离膜包括：多孔性陶瓷支撑层10；以及碳化硅层20，形成于上述多孔性陶瓷支撑层，多孔性陶瓷支撑层10本专利技术的多孔性陶瓷支撑层可由包含碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，包括：多孔性陶瓷支撑层；以及碳化硅层，形成于上述多孔性陶瓷支撑层上，上述碳化硅层包含碳化硅粒子及形成于上述碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜。

【技术特征摘要】
2016.12.20 KR 10-2016-01746181.一种水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，包括：多孔性陶瓷支撑层；以及碳化硅层，形成于上述多孔性陶瓷支撑层上，上述碳化硅层包含碳化硅粒子及形成于上述碳化硅粒子表面的二氧化硅氧化膜。2.根据权利要求1所述的水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，上述碳化硅粒子的平均粒径为1μm以下。3.根据权利要求1所述的水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，上述碳化硅层包含平均粒径为0.05～0.5μm的气孔。4.根据权利要求1所述的水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，上述碳化硅粒子的氧化度为12～15％。5.根据权利要求1所述的水处理用陶瓷分离膜，其特征在于，上述二氧化硅氧化膜的厚度为0.028～...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋仁赫，李钟万，河壮勋，赛义德·扎伊戈胡姆·阿巴斯·布哈里，
申请(专利权)人：韩国机械硏究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR