一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法，属于环境保护膜分离技术领域。本发明专利技术首先将利用石墨粉为原料处理得到氧化粉末，将其与N‑甲基吡咯烷酮混合，再加入氧化锆、氧化钇、铜粉充分混合得到悬浊液，再将悬浊液加入浆料罐中制得预制薄膜，将其进行表面活化处理制成超疏油表层，最后放入马弗炉中高温煅烧即得超疏油高韧性陶瓷膜，氧化石墨增强陶瓷膜力学性能、韧性的同时加强陶瓷膜的疏油性，使陶瓷膜内部纤维结构更加致密，而氧化钇和氧化锆化学性质稳定，耐化学腐蚀，可以使陶瓷膜具有良好的韧性，将铜粉引入陶瓷膜中，使铜表面接触角显著增大，表面能降低，成为超疏油界层，同时引入亲水性官能团进一步提高疏油效果，具有广阔的应用前景。

Preparation method of super thin oil and high toughness ceramic membrane

The invention relates to a preparation method of ultra-thin oil high toughness ceramic membrane, belonging to the technical field of environmental protection membrane separation. The invention firstly uses graphite powder as raw material to obtain oxide powder, mixes it with N_methyl pyrrolidone, then adds zirconia, yttrium oxide and copper powder to obtain suspension liquid, then adds suspension liquid into slurry tank to prepare prefabricated film, and then activates the surface of the film to make super-thin oil layer, and finally puts it into slurry tank. Ultra-thin oil and high toughness ceramic film can be obtained by calcination in muffle furnace at high temperature. Graphite oxide enhances the mechanical properties and toughness of ceramic film, and at the same time enhances the oil-thinning property of ceramic film, which makes the internal fiber structure of ceramic film more compact. The chemical properties of yttrium oxide and zirconia are stable, and chemical corrosion resistance can make ceramic film have good toughness. The introduction of copper powder into ceramic film can increase the contact angle and decrease the surface energy of copper, and become the super-thin oil boundary layer. At the same time, the introduction of hydrophilic functional groups can further improve the oil-thinning effect, which has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法
本专利技术涉及一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法，属于环境保护膜分离

技术介绍
膜分离是当代高效分离新技术，被广泛应用于环境保护和污水处理、生物医学等领域，为循环经济生产提供了新的途径。水处理采用的膜绝大部分为高分子有机膜（以PVDF、PVC、PES等为主），但有机膜抗氧化能力和抗污染能力通常较差，限制了其应用范围。陶瓷膜又称无机陶瓷膜，是一种用陶瓷材料制备的具有高选择渗透性起分离作用的隔膜。主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。陶瓷膜主要有多孔膜、过滤膜、包装膜、电池膜、隔热膜四个种类。陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植（药）物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等，成为我国高性能膜材料领域发展最为迅速、也是最有发展前途的品种之一。陶瓷膜一般具有两层不同材质的结构形式：表面过滤膜和支撑体。衡量一种膜的好坏标准是：在保证过滤精度前提下，膜有较高的过滤通量；表面膜的孔径足够大，确保较高的过滤效率；表面膜的孔径相对均匀，保证有效的过滤精度；同时要求制备的陶瓷膜具有较好的抗热震性、耐化学腐蚀性、易于反冲洗、抗污染能力强等；在保证孔径均匀分布的同时，膜要有足够的强度。但是，目前大部分陶瓷膜是由表面膜附着（烧结）到支撑体上制备而成。由于使用的材质不同，两者之间的界面强度弱，容易出现反吹膜脱落的现象，同时由于孔径相差较大，又容易出现堵孔而降低了整体膜的过滤通量，热膨胀系数的差异，又可能导致热震过程中表面膜的脱落。此外，陶瓷膜在分离油相时，由于现有油水分离陶瓷膜材料，油污往往会粘附到材料表面和孔隙中，很难清除，使得膜的过滤通量低，分离的效率下降，导致设备投资成本及使用成本较高，难以实现市场化，限制了使用范围。因此，急需专利技术出一种能够解决上述问题的陶瓷膜及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前陶瓷膜滤油能力差，韧性不足的缺陷，提供了一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，称取10～15份石墨粉、2～5份高锰酸钾粉末和15～20份硫酸放入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中搅拌混合，得到酸性溶液；（2）向上述烧杯中加入酸性溶液质量10～15%的双氧水，升温水浴温度，恒温反应后滴加氢氧化钠溶液调节pH值至中性，得到分散液，将分散液过滤得到滤渣并将滤渣放于温度为105～110℃的烘箱中干燥2～3h得到改性粉末；（3）将上述粉末与N-甲基吡咯烷酮按质量比1:5投入烧杯中，搅拌混合后得到混合溶液并静置，按重量份数计，称取2～5份氧化锆粉末，3～7份氧化钇粉末、12～15份铜粉和20～25份混合溶液搅拌混合，得到悬浊液；（4）将悬浊液加入浆料罐中，对浆料罐抽真空后静置2～3h，再将浆料罐中通入氮气直至气压升至2.0～2.5MPa，利用玻璃转子流量计控制流速为30～40mL/min压入喷丝头中，喷丝头的外径为2.5mm，内径为1.0mm，挤出纤维喷入硫酸钠溶液中进行26～28h胶凝固化，得到预制薄膜；（5）按重量份数计，称取5～7份氢氧化钠和1～3份硫酸铵以及30～35份去离子水放入烧杯中混合得到反应液，将预制薄膜依次用无水乙醇、丙酮和去离子水在超声清洗仪中各清洗，清洗结束后取出薄膜并用反应液浸渍10～12h得到预处理薄膜，将预处理薄膜用含质量分数为10～15%的HS（CH2）CH3和15～20%的HS（CH2）10COOH的混合乙醇溶液浸泡24～26h，得到改性薄膜；（6）将上述改性薄膜放入干燥箱中干燥，干燥结束后将薄膜放入马弗炉中，预热升温并保温，再以5℃/min的升温速率升温，保温煅烧，出料得到超疏油高韧性陶瓷膜。步骤（1）中所述的硫酸的质量分数为85～90%，水浴温度为0～3℃，在水浴中搅拌混合时间为2～3h。步骤（2）中所述的双氧水的质量分数为20～25%，水浴温度调节至40～45℃，在水浴中反应时间为40～50min，氢氧化钠溶液的质量分数为20～25%。步骤（3）中所述的静止时间为4～6h，搅拌混合时间为24～26h。步骤（4）中所述的转子流量计控制的流速为30～40mL/min，硫酸钠溶液的质量分数为30～40%。步骤（5）中所述的超声清洗仪中的清洗时间为15～20min。步骤（6）中所述的干燥箱中温度为120～150℃，干燥时间为25～26h，马弗炉中的预热升温速率为2℃/min，预热温度为720～750℃，预热时间为2～3h，煅烧温度为1350～1400℃，煅烧时间为4～6h。本专利技术的有益技术效果是：（1）本专利技术首先将石墨粉用高锰酸钾和浓硫酸进行预处理，然后用双氧水进行氧化改性得到氧化粉末，将氧化粉末与N-甲基吡咯烷酮混合，混合后再加入氧化锆、氧化钇、铜粉充分混合得到悬浊液，再将悬浊液加入浆料罐中，在真空环境下除去气泡后，进行喷丝处理制得预制薄膜，然后将预制薄膜进行表面活化处理制成超疏油表层，最后放入马弗炉中高温煅烧即得超疏油高韧性陶瓷膜，本专利技术将氧化石墨烯引入陶瓷膜中，氧化石墨烯力学性能好，韧性好，同时具有大量的酚羟基、羧基以及其它环氧基团，这些官能团亲水疏油可以增强陶瓷膜力学性能、韧性的同时还能增强陶瓷膜的疏油性，氧化石墨烯所具有的基团与陶瓷膜中粒子形成共价键和其它分子键合力，并且能够螯合铜离子，使陶瓷膜内部纤维结构更加致密，使陶瓷膜韧性得到进一步提高，而氧化钇和氧化锆化学性质稳定，机械强度高，耐化学腐蚀，可以使陶瓷膜具有良好的韧性；（2）本专利技术将铜粉引入陶瓷膜中，并对铜粉进行处理使铜粉在碱性条件下与硫酸铵反应生成氢氧化铜纳米线，再将氢氧化铜纳米线与HS（CH2）CH3和HS（CH2）10COOH反应，对铜表面分子进行修饰，使铜表面接触角显著增大，表面能降低，成为超疏油界层，同时引入亲水性官能团进一步提高疏油效果，具有广阔的应用前景。具体实施方式按重量份数计，称取10～15份石墨粉、2～5份高锰酸钾粉末和15～20份质量分数为85～90%的硫酸放入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为0～3℃的水浴锅中搅拌混合2～3h，得到酸性溶液；向上述烧杯中加入酸性溶液质量10～15%的质量分数为20～25%的双氧水，并将水浴温度升温至40～45℃，恒温反应40～50min后滴加质量分数为20～25%氢氧化钠溶液调节pH值至中性，得到分散液，将分散液过滤得到滤渣并将滤渣放于温度为105～110℃的烘箱中干燥2～3h得到改性粉末；将上述粉末与N-甲基吡咯烷酮按质量比1:5投入烧杯中，搅拌混合后得到混合溶液并静置4～6h，按重量份数计，称取2～5份氧化锆粉末，3～7份氧化钇粉末、12～15份铜粉和20～25份混合溶液搅拌混合24～26h，得到悬浊液；将悬浊液加入浆料罐中，对浆料罐抽真空后静置2～3h，再将浆料罐中通入氮气直至气压升至2.0～2.5MPa，利用玻璃转子流量计控制流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，称取10～15份石墨粉、2～5份高锰酸钾粉末和15～20份硫酸放入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中搅拌混合，得到酸性溶液；（2）向上述烧杯中加入酸性溶液质量10～15%的双氧水，升温水浴温度，恒温反应后滴加氢氧化钠溶液调节pH值至中性，得到分散液，将分散液过滤得到滤渣并将滤渣放于温度为105～110℃的烘箱中干燥2～3h得到改性粉末；（3）将上述粉末与N‑甲基吡咯烷酮按质量比1:5投入烧杯中，搅拌混合后得到混合溶液并静置，按重量份数计，称取2～5份氧化锆粉末，3～7份氧化钇粉末、12～15份铜粉和20～25份混合溶液搅拌混合，得到悬浊液；（4）将悬浊液加入浆料罐中，对浆料罐抽真空后静置2～3h，再将浆料罐中通入氮气直至气压升至2.0～2.5MPa，利用玻璃转子流量计控制流速为30～40mL/min压入喷丝头中，喷丝头的外径为2.5mm，内径为1.0mm，挤出纤维喷入硫酸钠溶液中进行26～28h胶凝固化，得到预制薄膜；（5）按重量份数计，称取5～7份氢氧化钠和1～3份硫酸铵以及30～35份去离子水放入烧杯中混合得到反应液，将预制薄膜依次用无水乙醇、丙酮和去离子水在超声清洗仪中各清洗，清洗结束后取出薄膜并用反应液浸渍10～12h得到预处理薄膜，将预处理薄膜用含质量分数为10～15%的HS（CH2）CH3和15～20%的HS（CH2）10COOH的混合乙醇溶液浸泡24～26h，得到改性薄膜；（6）将上述改性薄膜放入干燥箱中干燥，干燥结束后将薄膜放入马弗炉中，预热升温并保温，再以5℃/min的升温速率升温，保温煅烧，出料得到超疏油高韧性陶瓷膜。...

【技术特征摘要】
1.一种超疏油高韧性陶瓷膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，称取10～15份石墨粉、2～5份高锰酸钾粉末和15～20份硫酸放入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中搅拌混合，得到酸性溶液；（2）向上述烧杯中加入酸性溶液质量10～15%的双氧水，升温水浴温度，恒温反应后滴加氢氧化钠溶液调节pH值至中性，得到分散液，将分散液过滤得到滤渣并将滤渣放于温度为105～110℃的烘箱中干燥2～3h得到改性粉末；（3）将上述粉末与N-甲基吡咯烷酮按质量比1:5投入烧杯中，搅拌混合后得到混合溶液并静置，按重量份数计，称取2～5份氧化锆粉末，3～7份氧化钇粉末、12～15份铜粉和20～25份混合溶液搅拌混合，得到悬浊液；（4）将悬浊液加入浆料罐中，对浆料罐抽真空后静置2～3h，再将浆料罐中通入氮气直至气压升至2.0～2.5MPa，利用玻璃转子流量计控制流速为30～40mL/min压入喷丝头中，喷丝头的外径为2.5mm，内径为1.0mm，挤出纤维喷入硫酸钠溶液中进行26～28h胶凝固化，得到预制薄膜；（5）按重量份数计，称取5～7份氢氧化钠和1～3份硫酸铵以及30～35份去离子水放入烧杯中混合得到反应液，将预制薄膜依次用无水乙醇、丙酮和去离子水在超声清洗仪中各清洗，清洗结束后取出薄膜并用反应液浸渍10～12h得到预处理薄膜，将预处理薄膜用含质量分数为10～15%的HS（CH2）CH3和15～20%的HS（CH2）10COOH的混合乙醇溶液浸泡24～26h，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丽春，蒋梦成，陈帅，
申请(专利权)人：佛山市陵谐环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44