一種碳化矽陶瓷膜支撐體及其製備方法
2023-06-21 03:36:56 1
專利名稱：一種碳化矽陶瓷膜支撐體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷膜支撐體及其製備方法，具體涉及一種碳化矽陶瓷膜支撐體及其製備方法。
背景技術：
膜分離技術已經成為國際上公認的21世紀最具發展前途的生產、環保與節能技術之一。其中的陶瓷膜分離技術不僅解決了高溫、高壓、強酸鹼和化學溶劑介質等難過濾問題，而且具有過濾精度高、潔淨狀態好以及容易清洗、使用壽命長等特點，在石油、化工、製藥、食品、環保和水處理等領域有廣泛的應用前景，對解決我國資源短缺，環境汙染等問題， 都起著十分重要的作用，市場前景十分廣闊。在現有的技術中，商品化的陶瓷膜支撐體主要採用高純度特種氧化鋁燒結而成， 一般採用在氧化鋁骨料中添加亞微米或者納米級別氧化鋁顆粒或溶膠，起到提高支撐體強度的作用，但是降低了支撐體的透水通量，其通量只有4600-11000L. Μ"2. H—1, bar—1。同時因為強度不足，支撐體需要較厚的厚度，因此其通道內的膜面積較小，導致陶瓷膜過濾設備的集成度低，設備造價貴，運行費用高，限制了陶瓷膜在水處理、油水分離等領域的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高強度、高過濾通量的碳化矽陶瓷膜支撐體及其製造方法。本發明的技術方案如下一種碳化矽陶瓷膜支撐體，其特徵在於原料粉末是由碳化矽粉末1與碳化矽粉末2形成的混合粉末，其中碳化矽粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化矽粉末2的中位粒徑D50小於5 μ m,碳化矽粉末1與碳化矽粉末2的D50的比值> 6，碳化矽粉末2的用量為所用碳化矽粉末1的重量的0. 5-13%。碳化矽粉末2的用量優選為碳化矽粉末1重量的 3-8%。一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其包含如下步驟(1)碳化矽粉末1與碳化矽粉末2形成混合粉末；(2)混合粉末與溶劑、粘結劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料；(3) 泥料通過模具擠出形成生坯；(4)生坯脫水脫脂成煅燒製品；( 煅燒製品在氬氣或氫氣氣氛或真空內燒結成為重結晶碳化矽陶瓷膜的支撐體，其特徵在於所述碳化矽粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化矽粉末2的中位粒徑D50小於5 μ m,碳化矽粉末1與碳化矽粉末2的D50的比值> 6，碳化矽粉末2的用量為所用碳化矽粉末1的重量的0. 5-13%，碳化矽粉末2的用量優選為碳化矽粉末1重量的3-8%。上述粘結劑可以是纖維素、聚乙烯醇、聚合物多糖、糊精或澱粉的一種或數種，增塑劑可以是聚合物多糖、糊精或澱粉的一種或數種，造孔劑可以是澱粉、糊精、石墨或聚乙烯醇的一種或數種的一種或數種，總用量為碳化矽粉末1重量的1-15%，優選為碳化矽粉末1重量的2-5%。
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上述泥料中溶劑為水或乙醇，用量為混合粉末重量的12-20%。上述步驟(4)中的初步脫水溫度為50-100°C，時間彡2小時；脫脂溫度為 500-800°C，時間彡1小時。上述燒結的氣氛為大氣壓的氫氣或氬氣氣氛，燒結溫度為2200-2500°C，煅燒時間 2-3小時，燒結溫度優選為2300-M00°C。該方法製造的碳化矽陶瓷膜支撐體採用特定粒度級配的純碳化矽搭配而成，在 2200°C以上的高溫中燒結，製成碳化矽支撐體，其α-碳化矽含量可達99.9%。在重結晶過程中，小的碳化矽顆粒在高溫中升華、凝結使殘存的大顆粒晶體長大並結合成骨架。由 α -碳化矽晶體的共價鍵相結合的骨架具有非常高的結合強度及耐腐蝕性，使碳化矽膜在具有較高孔隙率的同時仍然擁有比氧化鋁膜更高的強度與耐腐蝕性。由此，可將支撐體的壁厚從氧化鋁膜的2mm以上降低到碳化矽膜的0. 9mm，而支撐體的強度和使用壽命不降低， 甚或有所提高。同時，在重結晶過程中，配方中適量的碳化矽小顆粒升華產生大量的空隙； 使碳化矽膜具有較高的孔隙率和均勻的孔徑分布，以及較低的孔曲折度，由此獲得很高的過濾通量。同等外形尺寸下，該碳化矽支撐體的通量可達35000-50000L. W2. H—1, bar4。
具體實施例方式實施例1中位粒徑D50為45μπι的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為3μπι的碳化矽粉末0. 5kg,甲基纖維素0. Ikg,攪拌混合均勻後，加入30 %的聚乙烯醇水溶液0. 25kg,水 0. 65kg。攪拌一個小時形成泥料，將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘乾4小時；然後在空氣中800°C煅燒1小時；將煅燒過的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2500°C的溫度下燒結3個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為51000L. M_2. H—1, bar—1，爆破強度為 llMpa。實施例2中位粒徑D50為25μπι的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為Ιμπι的碳化矽粉末0. 3kg，聚合物多糖0. 08kg，攪拌混合均勻後，加入2 %的甲基纖維素水溶液0. 3kg，水 0. 5kgo攪拌一個小時形成泥料，將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘乾4小時；然後在空氣中800°C煅燒1小時；將煅燒過的生坯以大氣壓的氬氣氣氛，在2300°C的溫度下燒結3個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為39000L.M_2. H—1, bar—1，爆破強度為9Mpa。實施例3中位粒徑D50為36. 5 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為1. 5 μ m的碳化矽粉末0. 4kg，聚合物多糖0. 08kg，玉米澱粉0. 15kg攪拌混合均勻後，加入30%的聚乙烯醇水溶液0. 3kg，水0. 7kgo攪拌1個小時形成泥料，將泥料密封陳腐48小時，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀模具擠出形成生坯，60°C烘乾4小時；然後在空氣中600°C煅燒 1小時；將煅燒過的生坯以大氣壓的氬氣氣氛，在M00°C的溫度下燒結2個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為44000L. M—2. H—1, bar—1，爆破強度為10. 5Mpa。實施例4中位粒徑D50為四.5 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化矽
4粉末0. 15kg,甲基纖維素0. Ukg，攪拌混合均勻後，加入30%的聚乙烯醇水溶液0. 3kg，水 0. 7kgo攪拌一個小時形成泥料，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘乾4小時；然後在空氣中600°C煅燒2小時；將煅燒過的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2300°C的溫度下燒結2個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為38000L. M—2. H—1, bar—1，爆破強度為 llMpa。實施例5中位粒徑D50為25 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化矽粉末 0. 3kg，甲基纖維素0. 1kg，聚合物多糖0. Ikg攪拌混合均勻後，加入水0. 95kg。攪拌一個小時形成泥料，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘乾4 小時；然後在空氣中600°C煅燒2小時；將煅燒過的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2200°C的溫度下燒結2個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為47000L. Μ"2. H—1, bar—1，爆破強度為12Mpa。實施例6中位粒徑D50為25 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化矽粉末 0. 3kg，甲基纖維素0. 06kg，聚合物多糖0. Ikg攪拌混合均勻後，加入水0. 5kg,乙醇0. 35kg。 攪拌一個小時形成泥料，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀擠出形成生坯， 100°C烘乾2小時；然後在空氣中700°C煅燒2小時；將煅燒過的生坯以真空氣氛，在2250°C 的溫度下燒結1. 5個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為49500L. W2. H—1, bar—1，爆破強度為11.5Mpa。實施例7中位粒徑D50為25 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為0. 5 μ m的碳化矽粉末 0. 55kg，黃糊精0. 3kg，聚合物多糖0. 06kg攪拌混合均勻後，加入水0. 5kg,乙醇0. 4kg。攪拌一個小時形成泥料，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀擠出形成生坯，100°c 烘乾2小時；然後在空氣中700°C煅燒2小時；將煅燒過的生坯以一個大氣壓的氬氣氣氛， 在2300°C的溫度下燒結2個小時。得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為45500L. W2. F1, bar、爆破強度為10. 5Mpa。實施例8中位粒徑D50為40 μ m的碳化矽粉末^g，中位粒徑D50為1. 5 μ m的碳化矽粉末 0. 65kg，中位粒徑D50為2. 5 μ m的鱗片石墨0. 25kg，聚合物多糖0. 06kg攪拌混合均勻後， 加入水0. ^cg, 30%濃度聚乙烯醇0. 25kg，乙醇0. 3kg。攪拌一個小時形成泥料，然後將泥料用蜂窩煤式的外圓內方形幾何形狀擠出形成生坯，60°C烘乾2小時；然後在空氣中600°C煅燒2小時；將煅燒過的生坯以一個大氣壓的氬氣氣氛，在M50°C的溫度下燒結2. 5個小時。 得到的碳化矽陶瓷膜支撐體其通量為41500L. M_2. F1, bar、爆破強度為9. 5Mpa。以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的範圍，即依本發明專利範圍及說明書內容所著的等效變化與修飾，皆應屬本發明涵蓋的範圍內。
權利要求
1.一種碳化矽陶瓷膜支撐體，其特徵在於其原料粉末是由碳化矽粉末1與碳化矽粉末2形成的混合粉末，其中碳化矽粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化矽粉末2的中位粒徑D50小於5 μ m,碳化矽粉末1與碳化矽粉末2的D50的比值> 6，碳化矽粉末2的用量為所用碳化矽粉末1的重量的0. 5-13%。
2.如權利要求1所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體，其特徵在於碳化矽粉末2的用量優選為碳化矽粉末1重量的3-8%。
3.一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於包含如下步驟(1)碳化矽粉末1 與碳化矽粉末2按權利要求1所述的配比組成混合粉末；(2)混合粉末與溶劑、粘結劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料；( 泥料通過模具擠出形成生坯；(4)生坯脫水脫脂成煅燒製品；( 煅燒製品在氬氣或氫氣氣氛或真空內燒結成為重結晶碳化矽陶瓷膜的支撐體。
4.如權利要求3所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於碳化矽粉末2的用量優選為碳化矽粉末1重量的3-8%。
5.如權利要求3或4所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述粘結劑是纖維素、聚乙烯醇、聚合物多糖、糊精或澱粉的一種或數種，增塑劑是聚合物多糖、 糊精或澱粉的一種或數種，造孔劑是澱粉、糊精、聚乙烯醇或石墨的一種或數種，總用量為碳化矽粉末1重量的1_15%。
6.如權利要求5所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述粘結劑、增塑劑及造孔劑的總用量優選為碳化矽粉末1重量的2-5%。
7.如權利要求6所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述粘結劑、增塑劑及造孔劑為同一物質。
8.如權利要求3或4所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述泥料中溶劑的用量為混合粉末重量的12-20%。
9.如權利要求8所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述溶劑為水或乙醇。
10.如權利要求3或4所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述步驟的初步脫水溫度為50-100°C，時間彡2小時；脫脂溫度為500-800°C，時間彡1小時。
11.如權利要求3或4所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述燒結的氣氛為大氣壓的氫氣或氬氣氣氛，燒結溫度為2200-2500°C，時間2-3小時。
12.如權利要求10所述的一種碳化矽陶瓷膜支撐體的製備方法，其特徵在於所述燒結的溫度優選為2300-M00°C。\
全文摘要
本發明涉及一種碳化矽陶瓷膜支撐體及其製備方法。該支撐體的原料粉末為碳化矽粉末1與碳化矽粉末2組成的混合粉末，其中碳化矽粉末1的中位粒徑D50為25-45μm，碳化矽粉末2的中位粒徑D50小於5μm，碳化矽粉末1與碳化矽粉末2的D50的比值≥6，碳化矽粉末2的用量為所用碳化矽粉末1的重量的0.5-13％。原料粉末與溶劑、粘結劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料，泥料經壓模形成生坯，生坯經脫水脫脂成煅燒製品，煅燒製品在氬氣或氫氣氣氛或真空內燒結成為重結晶碳化矽陶瓷膜的支撐體。所製得的重結晶碳化矽陶瓷膜支撐體擁有比傳統商品化的氧化鋁陶瓷膜支撐體更高的過濾通量與強度。
文檔編號B01D71/02GK102389719SQ20111021248
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者洪昱斌, 翁志龍, 藍偉光 申請人:三達膜科技(廈門)有限公司