一种陶瓷超滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷超滤膜的制备方法，属于过滤技术领域。本发明专利技术通过锆英砂、柠檬酸、醋酸等原料混合球磨，使锆英砂中的重金属离子被柠檬酸络合形成柠檬酸盐，通过纳米纤维海绵中长纤维形成具有均匀孔隙，孔径分布较窄的陶瓷超滤膜；本发明专利技术中烧结过程中第一次升温后温度为400～450℃，这时液相为硅溶胶，非晶态二氧化硅具有很高的活性，在温度继续升高后随着饱和蒸汽压的变化，可以调节不均匀的孔隙，提高了陶瓷超滤膜的力学强度和致密度，在表面形成高活性的非晶态SiO2氧化层，在纳米纤维海绵和桃胶热解产生的氧负离子作用下，形成更多亲水的硅羟基，联通的长孔和亲水的硅羟基协同作用提高了陶瓷超滤膜的通量，具有广阔的应用前景。

Preparation of a Ceramic Ultrafiltration Membrane

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷超滤膜的制备方法
本专利技术公开了一种陶瓷超滤膜的制备方法，属于过滤

技术介绍
陶瓷超滤膜技术的出现顺应了时代的发展需求，它属于一种无机分离膜，目前占这个领域的80%，销售量也遥遥领先，可见其地位的重要性，陶瓷超滤膜能够对物质进行精密过滤分离，所以受到了人们的青睐，目前随着膜技术的不断提升，精密分离膜的研制已经成为了一个独立的发展趋势。所以，陶瓷超滤膜技术在物质分离中的应用趋势仍然在不断的提升中。陶瓷超滤膜的最大特点就是孔径极微小，能够过滤截留极为微小的有机物，它能够在常温的情况下进行分离，运用的能耗较低，水的利用率高。在乳酸工艺纯化工程中，陶瓷超滤膜设备的优势就更加的突出，它的抗污染性能较强，渗透液品质优良，可以替代沉淀工序，这就使乳酸提纯工艺更加的便捷化，提升了生产效率。由于乳酸的应用较为广泛，所以在不同的领域对乳酸的纯度也有着不同的要求，在提纯工艺上的选择，一定要采用合理的方式，能够降低乳酸的生产成本，提升生产率的同时，保证生产的质量。在陶瓷超滤膜的使用过程中一定要注意对其进行科学的保养，并进行定期的清洗，保证设备的正常运行，保证产品的质量，延长设备的使用寿命。超滤膜特有的微孔可有效阻留细菌、大多数病毒、胶体以及淤泥，达到分离、分级、纯化、浓缩的目的。如今在工业及生活领域已获得广泛应用，用于分离、浓缩、纯化生物制品。目前陶瓷超滤膜大多用粒子烧结法制备基膜，并用溶胶-凝胶法制备反应层，在制备陶瓷超滤膜过程中都要使用多孔的支撑体作为载体，而载体的形状都是统一固定的，不能随着实际生产需要随意改变，复杂的结构形状也无法成型，从而限制了陶瓷超滤膜的使用范围。专利公开一种氧化锆陶瓷超滤膜的制备方法，本专利技术通过化学共沉淀法制备草酸锆溶胶，采用低温煅烧方法制备得到易分散的氧化锆粉体，然后进行研磨分散，随后加入成膜助剂、干燥控制剂、消泡剂制得涂膜液，将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体上，经过干燥、烧结得到氧化锆陶瓷超滤膜膜层，降低了能耗，提高了超滤膜的性价比。专利公开一种非对称结构陶瓷超滤膜及其制备方法，本专利技术将一维纤维状材料分散于溶胶中，充分混合，加入分散剂、增稠剂、消泡剂配制成制膜液，在多孔支撑体上涂膜，经烘干后形成过渡层，在过渡层表面涂覆溶胶制膜液，将湿膜晾干、烘干，焙烧，自然降温即得非对称结构陶瓷超滤膜，该陶瓷超滤膜具有水通量大大优点。专利公开一种陶瓷微滤膜的制备方法，本方法将纳米级氧化物分散于由分散剂、增稠剂、消泡剂和防腐剂混合水溶液中，均匀形成涂膜液，再添加模板剂，用所制得的涂膜液在多孔金属或者多孔陶瓷支撑体上涂膜，并在湿膜晾干、烘干后，处理脱除聚合物模板剂，最后进行焙烧成型，得到陶瓷微滤分离膜。上述专利都是陶瓷超滤膜的制备方法，采用了不同的配方和制备方法，制得了性能优异的陶瓷超滤膜，但都使用了多孔支撑体作为膜的载体，从而制备的超滤膜具有形状单一、成型周期长、超滤膜成型方法落后的缺陷，不利于陶瓷超滤膜在实际生产过程中的需要。还存在的孔径控制困难，膜孔径分布较宽，以及膜的通量较低的缺陷。因此，专利技术一种孔径可控且膜通量高的陶瓷超滤膜对过滤
是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对陶瓷超滤膜膜的孔径控制困难，膜孔径分布较宽，以及膜的通量较低的缺陷，提供了一种陶瓷超滤膜的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种陶瓷超滤膜的制备方法为：（1）将干凝胶粉与质量分数为35%的硅溶胶混合得到吸水硅胶，将尺寸为60mm×60mm×80mm的纳米纤维海绵浸入质量分数为15%的氢氧化钠溶液中，加热升温至40～45℃，水解40～45min，取出后放入清水中搓洗，自然晾干后放入吸水硅胶中浸渍4～5h，取出放入碳化硅陶瓷浆料中浸渍处理40～45min，得到待烧多孔陶瓷膜支撑体；（2）将待烧多孔陶瓷膜支撑体放入装有备用乙酸锆溶胶中的反应釜中，在氧气气氛下加热升温至70～80℃，保温处理30～40min后取出置于高温电阻炉中，升温烧结，自然冷却至室温后脱模得到陶瓷超滤膜；干凝胶粉的制备方法为：将30～40g桃胶置于三口烧瓶中，启动搅拌器，以250～300r/min的转速搅拌，用恒压滴液漏斗以2～3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加200～300mL质量分数为40%的九水偏硅酸钠溶液，搅拌反应2～3h，自然冷却至室温，出料后用真空抽滤机抽滤，去除滤液得到滤渣，用石油醚洗涤后置于设定温度为45～50℃的烘箱中，干燥3～4h，研磨过筛得到干凝胶粉；碳化硅陶瓷浆料制备方法为：（1）将碳化硅粉、刚玉粉、高岭土粉放入混料机中混料4～5min，得到混合粉料，向混合粉料中加入质量分数为40%的硅溶胶、去离子水，搅拌分散后加入质量分数为40%的氢氧化钠溶液，调节pH为10.0～10.5，静置2～3h，得到混合浆料；（2）将上述混合浆料置于球磨机中，球磨转速为400～500r/min，球磨1～2h后，向球磨机中加入混合浆料重量2%的正丁醇静置消泡40～50min，得到碳化硅陶瓷浆料；乙酸锆溶胶制备方法为：取锆英砂、柠檬酸、醋酸、去离子水放入球磨机中，球磨4～5h后，过滤去除滤渣，得到球磨浆液，将球磨浆液置于反应釜中，水浴加热，浓缩30～40min得到乙酸锆溶胶。干凝胶粉与质量分数为35%的硅溶胶混合质量比为1︰10。高温电阻炉中升温烧结过程为：以5～10℃/min的速率程序升温至400～450℃，恒温处理45～55min，继续升温至1300～1350℃，恒温烧结3～4h。干凝胶粉的制备方法中干凝胶粉所过筛规格限定为200目。碳化硅陶瓷浆料制备方法中混合浆料各组分原料，按重量份数计，包括碳化硅粉60～65份、刚玉粉30～35份、高岭土粉10～15份，质量分数为40%的硅溶胶8～10份、去离子水80～100份。碳化硅陶瓷浆料制备方法中混合浆料球磨时控制球料质量比为10︰1。乙酸锆溶胶制备方法中乙酸锆溶胶各组分原料，按重量份数计，包括锆英砂70～80份、柠檬酸20～25份、醋酸40～45份、去离子水100～120份。乙酸锆溶胶制备方法中球磨浆液浓缩时温度，进一步控制为70～75℃。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术以桃胶与九水偏硅酸钠溶液为原料制备干凝胶粉，将碳化硅粉、刚玉粉、高岭土粉混合放入硅溶胶中，经稀释、碱化、球磨、消泡得到碳化硅陶瓷浆料，将纳米纤维海绵放入干凝胶粉与硅溶胶混合而成的石蜡硅胶中浸渍、干燥得到待烧多孔陶瓷膜支撑体，将待烧多孔陶瓷膜支撑体放入乙酸锆溶胶中，加热使乙酸锆负载于待烧多孔陶瓷膜支撑体的微孔表面中，经二次升温烧结得到陶瓷超滤膜，本专利技术通过锆英砂、柠檬酸、醋酸等原料混合球磨，使锆英砂中的重金属离子被柠檬酸络合形成柠檬酸盐，从而提取出氧化锆陶瓷膜的前驱体乙酸锆溶胶，待烧多孔陶瓷膜支撑体经烧结后，纳米纤维海绵热解在陶瓷膜支撑体中形成均匀的多孔结构，吸水硅胶中桃胶在第一次高温烧结时有润滑效果可形成均匀的联通孔结构，乙酸锆在烧结过程中形成氧化锆陶瓷膜，通过纳米纤维海绵中长纤维形成具有均匀孔隙、孔径分布较窄的陶瓷超滤膜；（2）本专利技术中烧结过程中第一次升温后温度为400～450℃，这时液相为硅溶胶，硅溶胶中的无定形二氧化硅在升温过程中首先凝胶脱水并发生颗粒团聚，一方面使Si-O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）将干凝胶粉与质量分数为35%的硅溶胶混合得到吸水硅胶，将尺寸为60mm×60mm×80mm的纳米纤维海绵浸入质量分数为15%的氢氧化钠溶液中，加热升温至40～45℃，水解40～45min，取出后放入清水中搓洗，自然晾干后放入吸水硅胶中浸渍4～5h，取出放入碳化硅陶瓷浆料中浸渍处理40～45min，得到待烧多孔陶瓷膜支撑体；（2）将待烧多孔陶瓷膜支撑体放入装有备用乙酸锆溶胶中的反应釜中，在氧气气氛下加热升温至70～80℃，保温处理30～40min后取出置于高温电阻炉中，升温烧结，自然冷却至室温后脱模得到陶瓷超滤膜；所述的干凝胶粉的具体制备步骤为：将30～40g桃胶置于三口烧瓶中，启动搅拌器，以250～300r/min的转速搅拌，用恒压滴液漏斗以2～3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加200～300mL质量分数为40%的九水偏硅酸钠溶液，搅拌反应2～3h，自然冷却至室温，出料后用真空抽滤机抽滤，去除滤液得到滤渣，用石油醚洗涤后置于设定温度为45～50℃的烘箱中，干燥3～4h，研磨过筛得到干凝胶粉；所述的碳化硅陶瓷浆料具体制备步骤为：（1）将碳化硅粉、刚玉粉、高岭土粉放入混料机中混料4～5min，得到混合粉料，向混合粉料中加入质量分数为40%的硅溶胶、去离子水，搅拌分散后加入质量分数为40%的氢氧化钠溶液，调节pH为10.0～10.5，静置2～3h，得到混合浆料；（2）将上述混合浆料置于球磨机中，球磨转速为400～500r/min，球磨1～2h后，向球磨机中加入混合浆料重量2%的正丁醇静置消泡40～50min，得到碳化硅陶瓷浆料；所述的乙酸锆溶胶具体制备步骤为：取锆英砂、柠檬酸、醋酸、去离子水放入球磨机中，球磨4～5h后，过滤去除滤渣，得到球磨浆液，将球磨浆液置于反应釜中，水浴加热，浓缩30～40min得到乙酸锆溶胶。...

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）将干凝胶粉与质量分数为35%的硅溶胶混合得到吸水硅胶，将尺寸为60mm×60mm×80mm的纳米纤维海绵浸入质量分数为15%的氢氧化钠溶液中，加热升温至40～45℃，水解40～45min，取出后放入清水中搓洗，自然晾干后放入吸水硅胶中浸渍4～5h，取出放入碳化硅陶瓷浆料中浸渍处理40～45min，得到待烧多孔陶瓷膜支撑体；（2）将待烧多孔陶瓷膜支撑体放入装有备用乙酸锆溶胶中的反应釜中，在氧气气氛下加热升温至70～80℃，保温处理30～40min后取出置于高温电阻炉中，升温烧结，自然冷却至室温后脱模得到陶瓷超滤膜；所述的干凝胶粉的具体制备步骤为：将30～40g桃胶置于三口烧瓶中，启动搅拌器，以250～300r/min的转速搅拌，用恒压滴液漏斗以2～3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加200～300mL质量分数为40%的九水偏硅酸钠溶液，搅拌反应2～3h，自然冷却至室温，出料后用真空抽滤机抽滤，去除滤液得到滤渣，用石油醚洗涤后置于设定温度为45～50℃的烘箱中，干燥3～4h，研磨过筛得到干凝胶粉；所述的碳化硅陶瓷浆料具体制备步骤为：（1）将碳化硅粉、刚玉粉、高岭土粉放入混料机中混料4～5min，得到混合粉料，向混合粉料中加入质量分数为40%的硅溶胶、去离子水，搅拌分散后加入质量分数为40%的氢氧化钠溶液，调节pH为10.0～10.5，静置2～3h，得到混合浆料；（2）将上述混合浆料置于球磨机中，球磨转速为400～500r/min，球磨1～2h后，向球磨机中加入混合浆料重量2%的正丁醇静置消泡40～50min，得到碳化硅陶瓷浆料；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭九香，
申请(专利权)人：谭九香，
类型：发明
国别省市：湖南,43