用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，属于无机材料技术领域。本发明专利技术制备的高孔隙率高强度陶瓷膜由上至下依次包括第一过滤层，第二过滤层和第三过滤层；第一过滤层由海泡石，钾长石，高岭土，氧化石墨烯，有机陶瓷粘结剂构成；第二过滤池由纳米氧化镁，碳纳米管，硫化硅，氧化硼，PVDF构成；第三过滤层由高岭土，钾长石，石英石，中间相碳微球，有机陶瓷粘结剂构成；本发明专利技术所得高孔隙率高强度陶瓷膜不仅具有良好的力学性能，同时可保障在长期过滤过程中保持良好的过滤性能，有效避免颗粒堵塞。

High porosity and high strength ceramic membrane used as catalyst carrier and its preparation method

The invention discloses a high porosity and high strength ceramic film used as a catalyst carrier and a preparation method thereof, belonging to the technical field of inorganic materials. The high porosity and high strength ceramic membrane prepared by the invention comprises a first filter layer, a second filter layer and a third filter layer from top to bottom; the first filter layer is composed of sepiolite, K-feldspar, kaolin, graphene oxide and organic ceramic binder; the second filter layer is composed of nano magnesium oxide, carbon nanotubes, silicon sulfide, boron oxide and PVDF; the third filter layer is composed of kaolin and potassium Feldspar, quartzite, mesophase carbon microsphere and organic ceramic binder; the high porosity and high strength ceramic membrane obtained by the invention not only has good mechanical properties, but also can ensure good filtration performance in the long-term filtration process and effectively avoid particle blockage.

【技术实现步骤摘要】
用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法
本专利技术公开了一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，属于无机材料

技术介绍
多孔陶瓷是一种经高温烧成、具有三维网络骨架结构的陶瓷体，内部分布着大量彼此相通且与表面贯通的孔道，多孔陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，还具有气孔率高、强度高、体积密度小、使用寿命长、易再生及生物相容性好等特点，因而在过滤分离、催化剂载体、隔热材料、生物工程等领域得到了广泛应用。目前，制备多孔陶瓷的主要原料有氧化铝、氮化硅等，因原料价格贵、烧结温度较高而导致多孔陶瓷的生产成本高，从而限制了其在某些低成本要求领域的应用。因此，以工业固体废弃物为原料制备可应用于污水处理、高温气固分离、隔热保温等领域的低成本多孔陶瓷受到了极大关注。粉煤灰的主要化学组成可用SiO2-Al2O3-MeO表示（其中MeO可为Na2O、K2O、MgO、CaO、Fe2O3、MnO、TiO2等），是工业固废中制备多孔陶瓷颇具优势的原料。目前，以粉煤灰为原料制备多孔陶瓷的研究受到广泛关注，但粉煤灰本身含有许多玻璃相，且通常的制备工艺中又加入了用于降低烧结温度的添加剂，因此，所制多孔陶瓷中含有较多的玻璃相，这势必降低多孔陶瓷的力学性能、抗热震性和耐酸、碱腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，所述陶瓷膜由上至下依次包括第一过滤层，第二过滤层和第三过滤层；第一过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份海泡石，20～30份钾长石，30～50份高岭土，8～10份氧化石墨烯，300～400份有机陶瓷粘结剂溶液；第二过滤层的制备包括以下重量份数的原料：40～50份纳米氧化镁，4～6份碳纳米管，6～8份硫化硅，4～6份氧化硼，20～30份PVDF溶液；第三过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份高岭土，40～50份钾长石，20～30份石英石，10～20份中间相碳微球，40～60份有机陶瓷粘结剂溶液。所述海泡石为改性海泡石；所述改性海泡石是由海泡石和盐酸按质量比为1：8～1：20改性后制得。所述盐酸为质量分数为3～8%的稀盐酸。所述焙烧为：于温度为260～280℃条件下，焙烧3～6h。所述有机陶瓷粘结剂溶液可以为：质量分数为1～10%的羧甲基纤维素钠溶液或质量分数为2～20%的PVDF的NMP溶液中的任意一种。所述氧化石墨烯是由氧化石墨烯在水中超声分散后，喷雾干燥得到。所述中间相碳微球为改性中间相碳微球；所述改性中间相碳微球包括以下重量份数的原料：4～6份二茂铁，80～120份中间相碳微球。一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜的制备方法，具体制备步骤如下：（1）制备改性海泡石；（2）制备改性中间相碳微球；（3）制备第一过滤层；（4）制备第二过滤层；（5）制备第三过滤层；（6）铺设，热压，成型。所述高孔隙率高强度陶瓷膜具体制备步骤如下：（1）将海泡石和盐酸混合分散后，过滤，洗涤，干燥，焙烧，得改性海泡石；（2）将二茂铁，中间相碳微球，于惰性气体保护状态下，球磨混合，得改性中间相碳微球；（3）将改性海泡石，钾长石，高岭土，氧化石墨烯，3有机陶瓷粘结剂溶液，球磨混合后，流延成膜，得第一过滤层；（4）将纳米氧化镁，碳纳米管，硫化硅，氧化硼，PVDF溶液，球磨混合后，流延成膜，得第二过滤层；（5）将高岭土，钾长石，石英石，改性中间相碳微球，有机陶瓷粘结剂溶液，混合均匀后，热压，预烧成型，得第三过滤层；（6）按第一过滤层-第二过滤层-第三过滤层的顺序，由上至下铺设；经热压后，于惰性气体保护下，高温烧结成型，冷却，即得高孔隙率高强度陶瓷膜，二茂铁的引入，在高温烧结过程中，可有效避免中间相碳微球的融并，使中间相碳微球在高温烧结过程中可良好分散于第三过滤层中，另外，通过在第三层过滤层中引入二茂铁，可有效避免在高温烧结过程中，硫元素渗透进入到第三层，避免硫元素到第三层中降低第三层对重金属离子以及细小带电颗粒的束缚，保障了产品整体过滤效果。所述用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜具体制备过程如下：（1）将海泡石和质量分数为3～8%的盐酸混合后，用搅拌器以300～500r/min转速搅拌分散1～2h，得分散液，再将分散液过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼于空气气氛中，于温度为260～280℃条件下，保温焙烧3～6h后，冷却至室温，出料，得改性海泡石；（2）将二茂铁和中间相碳微球，加入球磨罐中，于惰性气体保护状态下，球磨混合3～5h，得改性中间相碳微球；（3）将改性海泡石，钾长石，高岭土，预处理氧化石墨烯，有机陶瓷粘结剂溶液，倒入球磨罐中，球磨混合4～6h，得球磨浆料，再将所得球磨浆料流延成厚度为10～300μm的薄膜，干燥，得第一过滤层；（4）将纳米氧化镁，碳纳米管，硫化硅，氧化硼，质量分数为10～20%的PVDF的NMP溶液，倒入球磨罐中，球磨混合4～6h，得球磨浆料，再将所得球磨浆料流延成厚度为10～300μm的薄膜，干燥，得第二过滤层；（5）将高岭土，钾长石，石英石，改性中间相碳微球，有机陶瓷粘结剂溶液，用搅拌器以400～800r/min转速搅拌混合2～4h，再将搅拌混合后的物料铺设于热压机中，于压力为10～20MPa，温度为80～120℃条件下，热压10～15min，冷却，随后于温度为680～800℃条件下，预烧2～3h，得第三过滤层；（6）按第一过滤层-第二过滤层-第三过滤层的顺序，由上至下铺设，再于压力为10～20MPa，温度为80～120℃条件下，热压10～15min，随后于氩气保护状态下，于温度为1000～2000℃条件下，烧结1～3h，再经冷却，出料，即得高孔隙率高强度陶瓷膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本申请通过添加二茂铁，二茂铁的引入，在高温烧结过程中，可有效避免中间相碳微球的融并，使中间相碳微球在高温烧结过程中可良好分散于第三过滤层中，另外，通过在第三层过滤层中引入二茂铁，可有效避免在高温烧结过程中，硫元素渗透进入到第三层，避免硫元素到第三层中降低第三层对重金属离子以及细小带电颗粒的束缚，保障了产品整体过滤效果。具体实施方式改性海泡石：按质量比为1：8~1：20将海泡石和质量分数为3~8%的盐酸混合后，用搅拌器以300~500r/min转速搅拌分散1~2h，得分散液，再将分散液过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼于温度为105~110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷膜由上至下依次包括第一过滤层，第二过滤层和第三过滤层；/n第一过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份海泡石，20～30份钾长石，30～50份高岭土，8～10份氧化石墨烯，300～400份有机陶瓷粘结剂溶液；/n第二过滤层的制备包括以下重量份数的原料：40～50份纳米氧化镁，4～6份碳纳米管，6～8份硫化硅，4～6份氧化硼，20～30份PVDF溶液；/n第三过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份高岭土，40～50份钾长石，20～30份石英石，10～20份中间相碳微球，40～60份有机陶瓷粘结剂溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷膜由上至下依次包括第一过滤层，第二过滤层和第三过滤层；
第一过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份海泡石，20～30份钾长石，30～50份高岭土，8～10份氧化石墨烯，300～400份有机陶瓷粘结剂溶液；
第二过滤层的制备包括以下重量份数的原料：40～50份纳米氧化镁，4～6份碳纳米管，6～8份硫化硅，4～6份氧化硼，20～30份PVDF溶液；
第三过滤层的制备包括以下重量份数的原料：200～300份高岭土，40～50份钾长石，20～30份石英石，10～20份中间相碳微球，40～60份有机陶瓷粘结剂溶液。


2.根据权利要求1所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述海泡石为改性海泡石；所述改性海泡石是由海泡石和盐酸改性后制得。


3.根据权利要求2所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述盐酸为质量分数为3～8%的稀盐酸。


4.根据权利要求2所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述焙烧为：于温度为260～280℃条件下，焙烧3～6h。


5.根据权利要求1所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述有机陶瓷粘结剂溶液可以为：质量分数为1～10%的羧甲基纤维素钠溶液或质量分数为2～20%的PVDF的NMP溶液中的任意一种。


6.根据权利要求1所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯是由氧化石墨烯在水中超声分散后，喷雾干燥得到。


7.根据权利要求1所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜及其制备方法，其特征在于：所述中间相碳微球为改性中间相碳微球；所述改性中间相碳微球是由二茂铁和中间相碳微球改性后得到。


8.一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）制备改性海泡石；
（2）制备改性中间相碳微球；
（3）制备第一过滤层；
（4）制备第二过滤层；
（5）制备第三过滤层；
（6）铺设，热压，成型。


9.根据权利要求8所述的一种用作催化剂载体的高孔隙率高强度陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述高孔隙率高强度陶瓷膜具体制备步骤如下：
（1）将海泡石和盐酸混合分散后，过...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡黎明，
申请(专利权)人：胡黎明，
类型：发明
国别省市：江苏;32