一種無機微濾膜的塗膜設備及方法
2023-05-28 07:05:16 2
專利名稱：一種無機微濾膜的塗膜設備及方法
技術領域：
本發明涉及微濾膜技術領域，具體涉及一種無機微濾膜的塗膜設備及方法，該塗膜設備和方法適用於各種形狀的管式和多通道支撐體的塗膜過程。
背景技術：
無機膜作為一種新型的分離介質，與有機膜相比具有化學穩定性好、機械強度大、抗生物腐蝕能力強、孔徑分布窄、耐高溫等特點。因此，無機膜的研究和開發引起了人們越來越普遍的關注，已成為膜分離領域的重要組成部分，已在化工、石化、製藥、生化等過程工業中獲得了成功應用，在節能降耗、清潔生產和循環經濟等方面也發揮著重要作用，受到各國政府的高度重視。無機膜的製備方法很多，應根據制膜材料、膜及載體的結構、膜孔徑大小、孔隙率以及膜的厚度不同而選擇。目前無機膜的製備方法主要有溶膠-凝膠法、陽極氧化法、固態粒子燒結法、薄膜沉積法、化學鍍膜法以及熱分解法等。其中研究最多、應用最多的方法是溶膠-凝膠法，溶膠-凝膠法具有均勻度高、純度高等優點，但是製備的無機膜存在孔徑分布較寬、孔隙率較低、孔徑難控制等缺點。固態粒子燒結法則主要用於壓製成型後燒結製備無機膜支撐體，未見用於塗敷後製備無機膜的發明和報導。利用較常用的溶膠-凝膠塗膜法製備無機膜時，由於一般採用靜態吸附的方法，而溶膠粒子粒徑遠小於支撐體孔徑，容易出現溶膠粒子在支撐體通道內的內滲，堵塞孔道，支撐體過濾阻力增大，整個無機膜滲透通量減小，也降低了成品合格率，需要尋求更為合理的塗膜方法，提高無機膜的孔徑均一性、完整性和成品率。
發明內容
本發明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種無機微濾膜的塗膜設備及方法，該塗膜設備和方法適用於各種形狀的管式和多通道支撐體的塗膜過程，適用於在平均孔徑0.3-20 μ m的支撐體上直接製備50nm_5 μ m的無機微濾膜。本發明的一種無機微濾膜的塗膜設備及方法技術方案為，該無機微濾膜的塗膜設備包括塗膜液配製裝置、塗膜液計量輸送裝置、塗膜液循環保溫裝置、支撐體夾緊及轉動裝置、等電點控制裝置。塗膜液配製裝置由塗膜液配製槽組成，塗膜液計量輸送裝置由泵、流量計、塗膜速度控制液槽、塗膜液循環槽、控制閥A、控制閥B組成，塗膜液循環保溫裝置由溫控裝置組成，支撐體夾緊及轉動裝置由支撐體夾緊轉動裝置組成，等電點控制裝置由等電點調節裝置組成。塗膜液配製槽通過泵和流量計與支撐體夾緊轉動裝置一端連接，支撐體夾緊轉動裝置另一端通過流量計與塗膜液循環槽連接，塗膜液循環槽通過控制閥A與塗膜液配製槽連接；支撐體夾緊轉動裝置還通過控制閥B與塗膜速度控制液槽連接；塗膜液配製槽連接有等電點調節裝置，塗膜液 配製槽和塗膜液循環槽上都設置有溫控裝置。
使用上述塗膜設備的無機微濾膜的塗膜方法，步驟為:利用塗膜液配製槽配好足量塗膜液，並將支撐體安裝於支撐體夾緊轉動裝置上，然後開啟泵，開啟控制閥A，通過支撐體夾緊轉動裝置兩端的流量計讀數調整流量，通過等電點調節裝置調節PH，開啟溫控裝置調整塗膜液溫度至穩定，調整穩定後，控制支撐體中的塗膜液平均流速適當，開啟支撐體夾緊轉動裝置，開始塗膜，塗膜液經泵加壓後進入支撐體各通道，循環至塗膜液循環槽，根據流速不同，對應的不同粒徑的顆粒沉積吸附在支撐體通道側壁，並隨著夾緊轉動裝置的轉動使支撐體通道各方向塗膜變均勻，周期性測定塗膜液內粒徑分布變化，獲取塗膜所用到的顆粒粒徑及數量，直到測定塗膜液內粒徑分布達到目標值時停止塗膜，然後緩緩開啟控制閥B，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成塗膜，停泵靜置足夠時間後取下支撐體，燒結後可得到孔徑分布均一、表面平整的無機微濾膜。支撐體為平均孔徑0.3-20 μ m的單管或多通道支撐體。塗膜液為含鈦、鋁、鋯、矽、碳、鉀、鈉、鎂中至少一種元素的有機或無機混合溶劑塗膜液，元素含量為0-20%。等電點調節裝置中的等電點調節溶液為低分子有機強酸和有機強鹼，濃度為0.01_8mol/L。
塗膜時塗膜液平均流速0.01-50m/s ;塗膜液溫度範圍為20_80°C，塗膜液pH範圍為2-10 ;支撐體夾緊轉動裝置轉動速度為0-600r/min ;塗膜完成後靜置時間為l_48h。塗膜後燒結而成的無機微濾膜平均孔徑為50nm-5ym。本發明的有益效果為:無機膜的製備過程包括支撐體製備、塗膜、陳化乾燥、燒結等步驟，支撐體通道堵塞的主要原因是顆粒在塗膜液溶劑膠連、荷電力及流動動力下進入支撐體通道內部，無法流出而堵塞；所塗無機膜的厚度一般為幾十微米，主要取決於塗膜液濃度、塗膜液粘度和塗膜時各通道內塗膜液流速；塗膜顆粒粒徑及其分布直接決定著所製備的無機膜孔徑及孔徑分布，本發明裝置利用等電點控制裝置、塗膜液計量輸送裝置、塗膜液循環保溫裝置、支撐體夾緊及轉動裝置等單元系統性解決了上述問題，顯著提高了無機膜的孔徑均一性、完整性和成品率。本發明利用等電點調節裝置及溫控裝置使得塗膜液及支撐體在準備階段和塗膜階段處於不同荷電狀態，大大減輕了支撐體通道內滲現象，夾緊轉動裝置的轉動使支撐體通道各方向塗膜變得更均勻，利用不同流速篩選出不同粒徑的成膜顆粒使得膜孔徑控制量化、精確化，可實現無機膜孔徑的連續控制生產，也就真正實現了根據過濾目標進行膜孔徑設計生產。具體有以下幾點:
1.利用本發明裝置和方法，可在平均孔徑約0.3-20 μ m的支撐體上，用顆粒粒徑
0.1-100 μ m的塗膜液塗膜，塗膜後靜置，然後燒結，製備出孔徑50nm-5ym的無機微濾膜，其塗膜均勻，塗膜顆粒可實現系統自行篩選，對塗膜液中的顆粒粒徑分布要求降低，更易實現。2.塗膜厚度由塗膜液中的總可用顆粒總量控制，膜厚度定量可控。3.利用本發明裝置和方法，可由不同流速篩選出目標粒徑合適的成膜顆粒塗膜，進而使得燒結後膜孔徑更加均一。4.本發明的等電點裝置大大減輕了其他塗膜方法中出現的塗膜液或凝膠顆粒過小而滲入支撐體通道的情況，保證了支撐體的低阻力、高通量。
:圖1所示為本發明設備的基本結構示意 圖2所示為現有技術塗膜液中的顆粒深入支撐體通道SEM 圖3所示為本發明塗膜液中的顆粒與支撐體通道表面結合SEM 圖4所示為本發明所制陶瓷膜的表面SEM 圖5所示為本發明方法的無機微濾膜採用氣體泡壓法測出的孔徑分布；
圖6所示為本發明塗膜所用塗膜液中的氧化鋁顆粒粒徑分布 圖7所示為本發明所製備的平均孔徑0.15 μ m的微濾膜對平均粒徑0.21 μ m的氧化鋁粉體的截留率情況。圖中，1.塗膜液配製槽，2.泵，3.支撐體夾緊轉動裝置，4.支撐體，5.塗膜液，
6.塗膜速度控制液槽，7.塗膜液循環槽，8.控制閥A，9.流量計，10.控制閥B，11.等電點調節裝置，12.溫控裝置。
具體實施方式
:
為了更好地理解本發明，下面用具體實例來詳細說明本發明的技術方案，但是本發明並不局限於此。實施例1
如說明書附1所示，等電點調節所需酸鹼提前放於等電點調節裝置11 (5L玻璃瓶，設置滴放控制閥) 中，配好的塗膜液5放於塗膜液配製槽I中(15L，316L不鏽鋼材質)，裝好支撐體4，開啟泵2(32FS-8耐腐蝕離心泵，上海錢濤機電設備有限公司)，開啟手動控制閥A8，通過流量計9讀數確定調整流量至滿足流速需求(LZS-50D流量計，浙江餘姚工業自動化儀表廠)，開啟溫控裝置12調溫至穩定，開啟等電點調節裝置11上的控制閥滴加酸(或鹼)，調節PH至目標值，啟動支撐體夾緊轉動裝置3，完成後開始塗膜，塗膜液5經泵2加壓後進入支撐體4各通道，循環至塗膜液循環槽7 (25L，316L不鏽鋼材質)，顆粒沉積吸附在支撐體4通道側壁，並隨著支撐體夾緊轉動裝置3的轉動使支撐體4通道各方向塗膜變均勻，測定塗膜液5內粒徑分布變化，獲取沉積到支撐體4上的顆粒粒徑及數量，當塗膜液5內粒徑分布達到目標值時停止塗膜。然後開啟控制閥B10，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成塗膜，停泵2，靜置足夠時間後取出形成陳化膜的支撐體4，進行後續的乾燥及燒結處理。實施例2
利用本發明塗膜設備和方法，已在平均孔徑2.58 μ m的支撐體4上，製備出平均孔徑
0.15 μ m的無機膜，孔徑較均一，對目標顆粒截留率高，本裝置的塗膜顆粒滲入率降低效果如說明書附2、圖3所示。由圖2可見，在沒有使用等電點調節裝置前，塗膜液中的顆粒深入支撐體通道較明顯，而採用本裝置塗膜後的圖3中，支撐體4內幾乎沒有進入孔道的顆粒，塗膜顆粒孔道滲入量顯著降低。實施例3
利用本發明塗膜設備和方法，成功在平均孔徑2.77 μ m的支撐體4上，製備出平均孔徑0.23 μπι的無機膜，孔徑非常均一，說明書附4為所制陶瓷膜的表面SEM圖，可見經流速篩選的顆粒粒徑十分均一，球形度也較好，圖5則表明，氣體泡壓法測出的孔徑分布表明，95%以上孔徑集中在0.21-0.25範圍內，孔徑分布非常均一。實施例4
利用本發明塗膜設備和方法，使用顆粒粒徑分布寬至0.1-8 μ m的塗膜液，成功在平均孔徑2.77 μ m的支撐體4上製備出孔徑均一、平均孔徑0.23 μ m的無機膜，說明書附6為塗膜所用塗膜液中的氧化鋁顆粒粒徑分布圖，可見經流速篩選後的顆粒粒徑十分均一，能適應顆粒粒徑分布很寬的塗膜液塗膜。 實施例5
利用本發明塗膜設備和方法，在平均孔徑2.58 μ m的支撐體4上製備出孔徑均一、平均孔徑0.15 μ m的無機膜，並使用該無機膜過濾含氧化鋁粉體的(平均粒徑0.21 μ m)懸濁液，考查其截留率，說明書附7為不同過濾壓力下的截留率變化圖，可見截留率均在90%以上，能較好的應用於 該懸濁液的過濾分離。
權利要求
1.一種無機微濾膜的塗膜設備，其特徵在於，包括塗膜液配製裝置、塗膜液計量輸送裝置、塗膜液循環保溫裝置、支撐體夾緊及轉動裝置、等電點控制裝置。
2.根據權利要求1所述的一種無機微濾膜的塗膜設備，其特徵在於，塗膜液配製裝置由塗膜液配製槽組成，塗膜液計量輸送裝置由泵、流量計、塗膜速度控制液槽、塗膜液循環槽、控制閥A、控制閥B組成，塗膜液循環保溫裝置由溫控裝置組成，支撐體夾緊及轉動裝置由支撐體夾緊轉動裝置組成，等電點控制裝置由等電點調節裝置組成。
3.根據權利要求2所述的一種無機微濾膜的塗膜設備，其特徵在於，塗膜液配製槽通過泵和流量計與支撐體夾緊轉動裝置一端連接，支撐體夾緊轉動裝置另一端通過流量計與塗膜液循環槽連接，塗膜液循環槽通過控制閥A與塗膜液配製槽連接；支撐體夾緊轉動裝置還通過控制閥B與塗膜速度控制液槽連接；塗膜液配製槽連接有等電點調節裝置，塗膜液配製槽和塗膜液循環槽上都設置有溫控裝置。
4.一種使用權利要求1至3任一所述塗膜設備的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，步驟為:利用塗膜液配製槽配好足量塗膜液，並將支撐體安裝於支撐體夾緊轉動裝置上，然後開啟泵，開啟控制閥A，通過支撐體夾緊轉動裝置兩端的流量計讀數調整流量，通過等電點調節裝置調節PH，開啟溫控裝置調整塗膜液溫度至穩定，調整穩定後，控制支撐體中的塗膜液平均流速適當，開啟支撐體夾緊轉動裝置，開始塗膜，塗膜液經泵加壓後進入支撐體各通道，循環至塗膜液循環槽，根據流速不同，對應的不同粒徑的顆粒沉積吸附在支撐體通道側壁，並隨著夾緊轉動裝置的轉動使支撐體通道各方向塗膜變均勻，周期性測定塗膜液內粒徑分布變化，獲取塗膜所用到的顆粒粒徑及數量，直到測定塗膜液內粒徑分布達到目標值時停止塗膜，然後緩緩開啟控制閥B，壓緊已沉積的成膜顆粒，完成塗膜，停泵靜置足夠時間後取下支撐體，燒結後可得 到孔徑分布均一、表面平整的無機微濾膜。
5.根據權利4所述的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，支撐體為平均孔徑0.3-20 μ m的單管或多通道支撐體。
6.根據權利4所述的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，塗膜液為含鈦、鋁、鋯、矽、碳、鉀、鈉、鎂中至少一種元素的有機或無機混合溶劑塗膜液，元素含量為0-20%。
7.根據權利4所述的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，等電點調節裝置中的等電點調節溶液為低分子有機強酸和有機強鹼，濃度為0.01-8mol/L。
8.根據權利4所述的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，塗膜時塗膜液平均流速0.01-50m/s ;塗膜液溫度範圍為20-80°C，塗膜液pH範圍為2_10 ;支撐體夾緊轉動裝置轉動速度為0-600r/min ;塗膜完成後靜置時間為l_48h。
9.根據權利4所述的無機微濾膜的塗膜方法，其特徵在於，塗膜後燒結而成的無機微濾膜平均孔徑為50nm-5 μ m。
全文摘要
本發明涉及微濾膜技術領域，具體涉及一種無機微濾膜的塗膜設備及方法，包括塗膜液配製裝置、塗膜液計量輸送裝置、塗膜液循環保溫裝置、支撐體夾緊及轉動裝置、等電點控制裝置。該塗膜設備和方法適用於各種形狀的管式和多通道支撐體的塗膜過程，適用於在平均孔徑0.3-20μm的支撐體上直接製備50nm-5μm的無機微濾膜。
文檔編號B01D67/00GK103230746SQ20131013314
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者李長海, 劉學文, 賈冬梅, 李躍金, 商希禮 申請人:濱州學院