【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气固分离，具体涉及一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜及其制备方法。
技术介绍
1、工业化生产过程中产生的烟尘废气是造成环境污染的主要因素，废气中的颗粒物多为重金属等有毒物质，严重威胁着人类的健康，因而急需开发高效的除尘设备治理工业烟气。近年来，陶瓷膜过滤材料因耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、对环境友好等优点引起了广泛的关注。
2、目前常见的陶瓷过滤膜多为非对称结构，孔径由底部到顶端从大到小变化。由此非对称陶瓷膜又可称为梯度孔陶瓷膜。梯度孔陶瓷膜的底部大孔层称为支撑体，主要起到为整个膜材料提供强度的作用，顶端的分离层为整个膜材料中孔径最小的膜层，并为膜系统提供过滤性能。由于支撑层和过滤膜层之间存在孔径差异，导致在支撑体表面涂覆滤膜时，过滤膜层中有一部分会进入支撑体内部，影响过滤膜层的完整性、均匀性并使其厚度增加，进一步影响梯度孔陶瓷膜的过滤性能。因而一般在分离层与支撑体之间还会设置过渡层，以防止分离膜层制备过程中成膜颗粒向多孔支撑层的渗透，同时起到连接大孔支撑体与过滤膜层的作用。
3、须注意的是，在传统的梯度孔陶瓷膜制备工艺中过渡层和过滤膜成的制备往往需要经过一次或多次“涂覆-干燥-烧成”工艺，而多孔支撑体的烧成温度通常在1400℃以上，这些费时和繁杂的工艺特点使得陶瓷过滤膜的制造成本居高不下。此外，在梯度孔陶瓷膜实际使用过程中，过渡层需提供足够的粘性以防止发生层与层之间的脱落，影响分离效果。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的问题，提出了
2、具体的，一方面，本专利技术提出了一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，包括依次相连的支撑体、第一过渡层、第二过渡层和过滤膜层；所述第一过渡层包括硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种；所述第二过渡层包括掺杂有纳米氧化硅水基悬浮液或氧化铝水基悬浮液的硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种。
3、本专利技术设置了第一过渡层和第二过渡层并对每个过渡层中的构成材料进行限定，使得过滤膜层均匀完整，同时有效的分隔支撑体和过滤膜层并将两者粘结在一起，使得整体梯度孔陶瓷膜在实际应用中不易发生层与层之间的脱落，从而保证梯度孔陶瓷膜发挥优良的过滤性能。
4、进一步的，所述支撑体包括硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，所用纤维的直径为1～10μm。本专利技术中采用短切纤维来制备梯度孔陶瓷膜的支撑体，使其能在保持较低滤后气体含尘量的同时降低过滤阻力，增强了所述梯度孔陶瓷膜的过滤性能。
5、进一步的，所述过滤膜层为成膜颗粒层，所用成膜颗粒为高岭土颗粒、蒙脱石颗粒、膨润土颗粒、白土颗粒中的一种或多种，所用成膜颗粒的直径为0.5～8μm。本专利技术技术方案中采用较大粒径的陶瓷颗粒构成支撑体，采用较小粒径的陶瓷颗粒构成过滤膜层，保证了该梯度孔陶瓷膜具有足够的过滤除尘效率和精度；此外，采用较大粒径陶瓷颗粒来制备支撑体还有利于大幅降低陶瓷膜整体的过滤压降，进而减少过滤能耗。
6、具体的，另一方面，本专利技术提出了一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
7、s1，将陶瓷纤维和第一粘结剂溶液混合，使用搅拌机搅拌至分散均匀后得到第一浆料；将成膜颗粒和第二粘结剂溶液混合，使用搅拌机搅拌至分散均匀后得到第二浆料；
8、s2，将s1所得第一浆料倒入模具中，所用模具底部带阀门并铺有一层滤网，静置，待溶剂不再排出后打开模具的阀门并开启真空泵进行第一次抽滤得到初级湿坯；将s1所得第二浆料倒入初级湿坯上，静置，待溶剂不再排出后打开模具的阀门并开启真空泵进行第二次抽滤，得到梯度孔陶瓷湿坯；
9、s3，将s2所得梯度孔陶瓷湿坯干燥、烧成后得到所述具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜。
10、进一步的，s1所用陶瓷纤维为硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，其直径为1～10μm；所述第一粘结剂溶液为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种，所述第一粘接剂溶液的浓度为10％～20％。
11、更进一步，所述陶瓷纤维占所述第一粘接剂溶液的体积分数为8％～23％，以此保证静置时陶瓷纤维的沉降速率；结合第一粘接剂溶液浓度，可用以限定支撑体和第一过渡层的相对厚度。
12、进一步的，s1所用成膜颗粒为高岭土颗粒、蒙脱石颗粒、膨润土颗粒、白土颗粒中的一种或多种，其直径为0.5～8μm；所述第二粘结剂溶液为掺杂有纳米氧化硅水基悬浮液或氧化铝水基悬浮液的硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种。
13、更进一步，所述成膜颗粒占所述第二粘结剂溶液的体积分数为0.5％～2.8％，以此保证第二过渡层和过滤膜层分层沉降的速率，提升整体制备效率；结合第二粘结剂溶液的浓度，用以限定第二过渡层和过滤膜层的相对厚度。
14、进一步的，s2中s2中每次静置的时间为1～10min，每次抽滤的压力为-0.06～-0.1mpa。
15、进一步的，s3中梯度孔陶瓷湿坯干燥温度为60～80℃，该干燥过程进行时的湿度条件为30％-60％，干燥后得到梯度孔陶瓷干坯；烧成在马沸炉中进行，将梯度孔陶瓷干坯先以2～4℃/min的升温速率加热到200℃，再以4～6℃/min的升温速率加热到至1200℃～1500℃后，保温1h～4h后随炉冷却，得到所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜。
16、本领域内的普通技术人员将理解，在本专利技术技术方案基础上可通过非创造性的劳动制备具有更多级过渡层的梯度孔陶瓷膜。
17、本专利技术所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜设有第一过渡层、第二过渡层，并在制备过程中采用不同的原料，将两个过渡层分批次、分别与支撑体和过滤膜层成型，由此：1.有利于控制过滤膜层的厚度，保证过滤膜层成膜完整行和均匀性；2.有效的分隔支撑体和过滤膜层，防止分离膜层制备过程中，成膜颗粒向多孔支撑层的渗透而降低梯度孔陶瓷膜而降低过滤性能，同时总的过渡层厚度较薄不会因此增加过滤阻力；3.将分隔支撑体和过滤膜层粘结在一起，防止实际使用过程中层与层之间发生脱落，提高梯度孔膜的耐用性；4.该梯度孔陶瓷膜制备工艺简单，可操作性强，能有效地降低梯度孔陶瓷膜的生产成本。
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1.一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，包括依次相连的支撑体、第一过渡层、第二过渡层和过滤膜层；所述第一过渡层包括硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种；所述第二过渡层包括掺杂有纳米氧化硅水基悬浮液或氧化铝水基悬浮液的硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，所述支撑体包括硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，所用纤维的直径为1～10μm。
3.根据权利要求1所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，所述过滤膜层为成膜颗粒层，所用成膜颗粒为高岭土颗粒、蒙脱石颗粒、膨润土颗粒、白土颗粒中的一种或多种，所用成膜颗粒的直径为0.5～8μm。
4.一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S1所用陶瓷纤维为硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，其直径为1～10μm；所述第一粘结剂溶液为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种，所述第一粘接剂溶液的浓度
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷纤维占所述第一粘接剂溶液的体积分数为8％～23％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S1所用成膜颗粒为高岭土颗粒、蒙脱石颗粒、膨润土颗粒、白土颗粒中的一种或多种，其直径为0.5～8μm；所述第二粘结剂溶液为掺杂有纳米氧化硅水基悬浮液或氧化铝水基悬浮液的硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种，所述第二粘结剂溶液的质量分数为15％～30％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述成膜颗粒占所述第二粘结剂溶液的体积分数为0.5％～2.8％。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S2中每次静置的时间为1～10min，每次抽滤的压力为-0.06～-0.1MPa。
10.根据权利要求4所述的制备方法，S3中梯度孔陶瓷湿坯干燥温度为60～80℃；烧成在马沸炉中进行，先以2～4℃/min的升温速率加热到200℃，再以4～6℃/min的升温速率加热到至1200℃～1500℃后，保温1h～4h后随炉冷却。
...【技术特征摘要】
1.一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，包括依次相连的支撑体、第一过渡层、第二过渡层和过滤膜层；所述第一过渡层包括硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种；所述第二过渡层包括掺杂有纳米氧化硅水基悬浮液或氧化铝水基悬浮液的硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，所述支撑体包括硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，所用纤维的直径为1～10μm。
3.根据权利要求1所述的具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜，其特征在于，所述过滤膜层为成膜颗粒层，所用成膜颗粒为高岭土颗粒、蒙脱石颗粒、膨润土颗粒、白土颗粒中的一种或多种，所用成膜颗粒的直径为0.5～8μm。
4.一种具有多级过渡层的梯度孔陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，s1所用陶瓷纤维为硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、炭化纤维中的一种或多种，其直径为1～10μm；所述第一粘结剂溶液为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃中的一种或多种，所述第一粘...
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