一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法，其在0.1MPa压力下的纯水通量为2100

【技术实现步骤摘要】
一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离材料
，具体涉及一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜技术和膜应用在科技创新和国民经济发展中的重要性已经越来越明显，膜与膜过程目前已经受到世界各国的高度重视。相较于传统聚合物分离膜材料，陶瓷膜具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄、分离效率高等优点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用。
[0003]商品化的陶瓷膜通常具有三层结构(多孔支撑层、过渡层及分离层)，呈非对称分布，其孔径规格为0.8nm-1μm不等，过滤精度涵盖微滤、超滤、纳滤级别。陶瓷膜的支撑体通常采用挤出成型、注浆成型、凝胶注膜成型等方式生产，而过渡膜层和过滤膜层的制备通常采用浸渍涂膜法、喷涂法、流延成型法、溶胶凝胶法等常规制备方法。通过上述常规方法制备的陶瓷膜层，其孔隙率和膜层厚度相对均一。但在实际应用过程中，陶瓷膜通常采用错流过滤的方式，膜过滤过程中的液体料液可以分为进料液、浓缩液和渗透液。膜料液进口位置的进料液压力大于膜出口位置的浓缩液压力，导致膜料液进口位置的流量和污染速度远大于膜料液出口位置，及沿着膜管长度方向，由进料口向出料口，渗透压力逐渐降低，渗透流量逐渐减小，污染速度逐渐降低。这就导致膜管出料不均，膜管后端膜过滤效率低，前端严重污染的问题。
[0004]CN 101182233A公开了一种采用聚丙烯酸铵等溶剂与陶瓷粉配置成胶料，采用流延成型的方式，通过刮刀控制膜层厚度，经低温冷冻后原位成型为膜厚梯度分布的陶瓷膜。但此方法工艺复杂，操作难度大，配置浆料的溶剂也有一定的毒性，污染环境，且受高固含量陶瓷浆料自身分散性和流动性的影响，膜厚控制并不能非常精确。CN 101182233A公开了一种利用光固化快速成型结合凝胶注膜成型制备一种沿着膜厚度方向呈孔梯度分布的陶瓷膜，但此方法工艺复杂，制备成本高，且其制备的陶瓷膜并不能解决错流过滤中进料口压力大，出料口压力小，膜通量和膜污染不均，膜有效利用率低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述膜厚梯度分布陶瓷过滤膜的制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜，其在0.1MPa压力下的纯水通量为2100-3200LMH，包括陶瓷膜支撑体和设于该陶瓷膜支撑体表面的陶瓷膜层，该陶瓷膜层的厚度沿进料端至出料端的方向逐渐减小，且该厚度从35-55μm逐渐减小至8-25μm，该陶瓷膜层的孔隙率为32-40％，孔径为80-300nm。
[0009]上述膜厚梯度分布陶瓷过滤膜的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)在所述陶瓷膜支撑体上涂覆一厚度为40-70μm的石蜡膜层，并自然冷却；
[0011](2)将用于制备所述陶瓷膜层的陶瓷粉末颗粒加热至80-100℃，然后采用热风喷砂装置将其喷射于上述石蜡膜层，其中热风喷砂装置在固定喷射压力和移动速度的条件下，喷砂流量沿陶瓷膜支撑体的一端至另一端的方向在120s内从3-6m3/h匀速增加至8-15m3/h；
[0012](3)将步骤(2)所得的物料进行烧结，即得所述膜厚梯度分布陶瓷过滤膜。
[0013]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述陶瓷膜支撑体的孔径D50＝1-8μm。
[0014]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述陶瓷膜层由D50＝0.3-0.8μm的陶瓷粉末颗粒制成。
[0015]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述石蜡膜层中的石蜡的熔点为60-115℃。
[0016]进一步优选的，所述热风喷砂装置的热风的温度为45-85℃。
[0017]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述热风喷砂装置的喷射压力为1.8-2.2MPa。
[0018]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述热风喷砂装置的移动速度为0.008-0.012m/s。
[0019]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述烧结的温度为1100-1700℃。
[0020]进一步优选的，所述烧结的时间为2-6h。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术解决错流过滤中进料口压力大，出料口压力小，膜通量和膜污染不均，膜有效利用率低的问题。
[0023]2、本专利技术的制备方法能够在陶瓷膜支撑体上沉积出沿着膜长度方向厚度梯度分布的陶瓷膜层。
[0024]3、本专利技术的制备方法工艺和设备简单，易自动化控制，生产效率高，无毒性助剂，安全可靠。
[0025]4、本专利技术的制备方法可以在陶瓷膜支撑体上直接成型分离膜层，无需传统工艺中的过渡膜层，进一步提高了生产效率，大幅度降低了生产成本。
具体实施方式
[0026]以下通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0027]实施例1
[0028]在孔径D50＝3μm的氧化铝陶瓷膜支撑体上采用流延成型法涂覆一层45μm的石蜡(熔点，90℃)膜层并自然冷却，然后将制备膜层的氧化铝陶瓷粉末颗粒(D50＝0.6μm)加热至65℃，并采用热风(60℃)喷砂装置，将其喷射于石蜡膜层。固定喷砂设备的移动速度(0.01m/s)和喷射压力(2Mpa)，控制喷砂流量在120s内由3m3/h匀速增加至15m3/h，获得陶瓷膜层，然后于1375℃烧结2.5h，从而最终制备出膜孔隙率38％，膜孔径200nm，沿着膜长度方向(进料端至出料端的方向)膜厚度由55μm逐渐减薄至15μm的膜厚梯度分布陶瓷过滤膜，其在0.1MPa压力下纯水通量为2300LMH。
[0029]实施例2
[0030]在孔径为D50＝8μm的氧化铝陶瓷膜支撑体上采用流延成型法涂覆一层70μm的石
蜡(熔点，115℃)膜层并自然冷却，然后将制备膜层的氧化铝陶瓷粉末颗粒(D50＝0.8μm)加热至90℃，并采用热风(85℃)喷砂装置，将其喷射于石蜡膜层。固定喷砂设备的移动速度(0.01m/s)和喷射压力(2Mpa)，控制喷砂流量在120s内由6m3/h匀速增加至12m3/h，获得陶瓷膜层，然后于1650℃烧结6h，从而最终制备出膜孔隙率32％，膜孔径300nm，沿着膜长度方向(进料端至出料端的方向)膜厚度由50μm逐渐减薄至25μm的膜厚梯度分布陶瓷过滤膜，其在0.1MPa压力下纯水通量为2800LMH。
[0031]实施例3
[0032]在孔径为D50＝1μm的氧化铝陶瓷膜支撑体上采用流延成型法涂覆一层40μm的石蜡(熔点，60℃)膜层并自然冷却，然后将制备膜层的氧化铝陶瓷粉末颗粒(D50＝0.3μm)加热至45℃，并采用热风(45℃)喷砂装置，将其喷射于石蜡膜层。固定喷砂设备的移动速度(0.01m/s)和喷射压力(2Mpa)，控制喷砂流量在1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜，其特征在于：其在0.1MPa压力下的纯水通量为2100-3200LMH，包括陶瓷膜支撑体和设于该陶瓷膜支撑体表面的陶瓷膜层，该陶瓷膜层的厚度沿进料端至出料端的方向逐渐减小，该厚度从35-55μm逐渐减小至8-25μm，该陶瓷膜层的孔隙率为32-40％，孔径为80-300nm。2.权利要求1所述的膜厚梯度分布陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在所述陶瓷膜支撑体上涂覆一厚度为40-70μm的石蜡膜层，并自然冷却；(2)将用于制备所述陶瓷膜层的陶瓷粉末颗粒加热至80-100℃，然后采用热风喷砂装置将其喷射于上述石蜡膜层，其中热风喷砂装置在固定喷射压力和移动速度的条件下，喷砂流量沿陶瓷膜支撑体的一端至另一端的方向在120s内从3-6m3/h匀速增加至8-15m3/h；(3)将步骤(2)所得的物料进行烧结，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘助国，洪昱斌，方富林，蓝伟光，
申请(专利权)人：三达膜科技厦门有限公司，
类型：发明
国别省市：