一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法
2023-04-27 06:17:36 1
專利名稱：一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分離技術，具體是一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，屬於冶金化學領域。
背景技術：
膜分離技術是20世紀開發成功的新型、高效、精密的分離技術，廣泛應用於電子、食品、環保等領域，目前工業生產中使用的膜就其材料來說包括有機膜、陶瓷膜和金屬膜。有機膜是以有機高分子材料為基體、有機高分子材料為膜層材料製備而成的一種不對稱膜，高分子材料的缺點是熱穩定性及抗腐蝕性差，不易清洗、強度低、壽命短；陶瓷膜是以陶瓷為基體、同種或不同種陶瓷為膜層材料製備而成的一種不對稱膜，儘管其熱穩定性和抗腐蝕性比有機膜好，但是陶瓷膜的脆性太大，使用過程中容易發生突然損壞導致分離功能喪失。膜分離設備中所使用的膜材料均存在性能上的缺陷和不足，所以利用在多孔金屬基體上製備具有分離功能的陶瓷超濾膜對膜分離技術的發展具有重要的現實意義。
發明內容
本發明目的是公開一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，為膜分離技術提供一種強度高於陶瓷膜的新型膜材料。
本發明採取如下技術方案分別製備TiO2溶膠、SiO2溶膠、Al2O3溶膠和ZrO2溶膠→製備Al2O3底膜→在底膜上分別製備SiO2複合陶瓷膜、ZrO2複合陶瓷膜和TiO2複合陶瓷膜→多孔不鏽鋼基複合陶瓷超濾膜。
依照上述技術方案可以在孔徑1μm的多孔不鏽鋼基體上製備三種類型的複合陶瓷超濾膜，其孔徑分布範圍為0.08～0.3μm。該複合陶瓷膜可以進而製成超濾膜組件，代替目前使用的有機或陶瓷超濾膜，能廣泛應用於電子、食品、環保、化工、冶金、醫藥、生物、能源、石油、仿生等領域，具有廣闊的市場應用前景。
具體實施例方式
本發明具體可按以下技術方案進行a.製備TiO2溶膠a.1摩爾比Ti(OBu)4∶H2O∶HNO3∶EtOH＝1∶300∶1.2∶2a.2取去離子水置於燒瓶中a.3取Ti(OBu)4於燒杯中a.4移取乙醇加入盛有Ti(OBu)4的燒杯中，攪拌a.5劇烈攪拌下，將Ti(OBu)4的乙醇溶液逐滴滴加到燒瓶中a.6向燒瓶中滴加HNO3溶液a.7 60℃～65℃回流至透明a.8製得TiO2溶膠；b.製備SiO2溶膠b.1摩爾比TEOS∶H2O∶EtOH∶NH4OH＝1∶52.6∶38.2∶2.1b.2移取無水乙醇置於燒瓶中b.3再加入TEOS成混合液b.4在燒瓶上組裝回流裝置，將混合液加熱至5O℃b.5移取去離子水及氨水於燒杯中，攪拌混合b.6待TEOS的乙醇溶液溫度達到50℃時開始逐滴滴加氨水溶液b.7滴加完後於50℃～60℃下溶膠12～14hb.8製得SiO2溶膠；c.製備Al2O3溶膠
c.1摩爾比Al(C3HO)3∶H2O∶HNO3＝1∶300∶0.22c.2取去離子水置於燒瓶中c.3在燒瓶上組裝回流裝置，加熱去離子水至85℃c.4秤取Al(C3HO)3，研細後加入燒瓶c.5滴加HNO3c.6 85℃～90℃下膠溶12～14hc.7製得Al2O3溶膠；d.製備ZrO2溶膠d.1體積比0.5mol/L的ZrOCl2·8H2O∶0.25mol/L的草酸＝1∶0.5d.2移取ZrOCl2·8H2O溶液加入錐形瓶d.3加熱溶液至85℃，攪拌d.4移取草酸溶液，逐滴滴加d.5繼續攪拌30～35分鐘d.6製得ZrO2溶膠；e.製備Al2O3底膜e.1將Al2O3溶膠用去離子水稀釋至0.032mol/Le.2添加1％聚乙烯醇(PVA)e.3 15℃～20℃下陳化12～14he.4用浸塗法塗膜e.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜e.6將幹凝膠膜熱處理e.6.1溫度1200℃～1300℃e.6.2時間3～4he.7製得Al2O3底膜；
f.在底膜上製備SiO2型陶瓷膜f.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.047mol/Lf.2添加1％聚乙烯醇(PVA)f.3 15℃～20℃下陳化12～14hf.4用浸塗法塗膜f.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜f.6熱處理f.6.1溫度800℃～900℃f.6.2時間3～4hf.7得到SiO2型複合陶瓷超濾膜；g.在底膜上製備ZrO2型陶瓷膜g.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.47mol/Lg.2添加1％聚乙烯醇(PVA)g.3 15℃～20℃下陳化12～14hg.4用浸塗法塗膜g.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜g.6熱處理g.6.1溫度800℃～900℃g.6.2時間3～4h；g.7得到ZrO2型複合陶瓷超濾膜；h.在底膜上製備TiO2型陶瓷膜h.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.0036mol/Lh.2添加1％聚乙烯醇(PVA)h.3 15℃～20℃下陳化12～14hh.4用浸塗法塗膜
h.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜h.6熱處理h.6.1溫度800℃～900℃h.6.2時間3～4hh.7得到TiO2型複合陶瓷超濾膜。
製得三種類型的多孔不鏽鋼基複合陶瓷超濾膜，從Al2O3底膜到頂膜其孔徑依次呈梯度分布，最外層膜的孔徑最小，其孔徑分布範圍為0.08～0.3μm。
實施例1.首先稀釋Al2O3溶膠至濃度為0.032mol/L，添加1％的PVA黏合劑，攪拌均勻，15℃～20℃下放置陳化12～14h；2.攪拌制膜液，將不鏽鋼基體浸入制膜液中充分吸附制膜液，之後提拉出不鏽鋼基體，並甩掉表面過多的制膜液，在不鏽鋼基體上形成一層溼溶膠膜；3.將溼膜放置在空氣中乾燥，即成為幹凝膠膜；4.將幹凝膠膜於1200℃～1300℃下進行熱處理，時間3～4小時，則可以在多孔不鏽鋼基體上形成一層Al2O3陶瓷底膜；5.分別稀釋TiO2、SiO2、ZrO2三種溶膠到0.036mol/L、0.047mol/L和0.47mol/L；6.分別向上述三種溶膠中添加1％的PVA製備制膜液；7.用浸塗法進行第二次塗膜，得到SiO2、ZrO2、TiO2三種類型的溼膜；8.三種類型的溼膜均於15℃～20℃的空氣中乾燥，即成為幹凝膠膜；9.將幹凝膠膜於800℃～900℃下熱處理3～4h，即可在孔徑1μm的多孔不鏽鋼表面得到三種類型的多層陶瓷複合超濾膜，其膜層的孔徑分布範圍為0.08～0.3μm。
權利要求
1.一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，其特徵是採取如下技術方案分別製備TiO2溶膠、SiO2溶膠、Al2O3溶膠和ZrO2溶膠→製備Al2O3底膜→在底膜上分別製備SiO2複合陶瓷膜、ZrO2複合陶瓷膜和TiO2複合陶瓷膜→多孔不鏽鋼基複合陶瓷超濾膜。
2.根據權利要求1所述的一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，其特徵是具體可按以下技術方案進行2.a製備TiO2溶膠2.a.1摩爾比Ti(OBu)4∶H2O∶HNO3∶EtOH＝1∶300∶1.2∶22.a.2取去離子水置於燒瓶中2.a.3取Ti(OBu)4於燒杯中2.a.4移取乙醇加入盛有Ti(OBu)4的燒杯中，攪拌2.a.5劇烈攪拌下，將Ti(OBu)4的乙醇溶液逐滴滴加到燒瓶中2.a.6向燒瓶中滴加HNO3溶液2.a.7 60℃～65℃回流至透明2.a.8製得TiO2溶膠；2.b製備SiO2溶膠2.b.1摩爾比TEOS∶H2O∶EtOH∶NH4OH＝1∶52.6∶38.2∶2.12.b.2移取無水乙醇置於燒瓶中2.b.3再加入TEOS成混合液2.b.4在燒瓶上組裝回流裝置，將混合液加熱至50℃2.b.5移取去離子水及氨水於燒杯中，攪拌混合2.b.6待TEOS的乙醇溶液溫度達到50℃時開始逐滴滴加氨水溶液2.b.7滴加完後於50℃～60℃下溶膠12～14h2.b.8製得SiO2溶膠；2.c製備Al2O3溶膠2.c.1摩爾比Al(C3HO)3∶H2O∶HNO3＝1∶300∶0.222.c.2取去離子水置於燒瓶中，組裝回流裝置2.c.3在燒瓶上組裝回流裝置，加熱去離子水至85℃2.c.4秤取Al(C3HO)3，研細後加入燒瓶2.c.5滴加HNO32.c.6 85℃～90℃下膠溶12～14h2.c.7製得Al2O3溶膠；2.d製備ZrO2溶膠2.d.1體積比0.5mol/L的ZrOCl2·8H2O∶0.25mol/L的草酸＝1∶0.52.d.2移取ZrOCl2·8H2O溶液加入錐形瓶2.d.3加熱溶液至85℃，攪拌2.d.4移取草酸溶液，逐滴滴加2.d.5繼續攪拌30～35分鐘2.d.6製得ZrO2溶膠；2.e製備Al2O3底膜2.e.1將Al2O3溶膠用去離子水稀釋至0.032mol/L2.e.2添加1％聚乙烯醇(PVA)2.e.3 15℃～20℃下陳化12～14h2.e.4用浸塗法塗膜2.e.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜2.e.6將幹凝膠膜熱處理2.e.6.1溫度1200℃～1300℃2.e.6.2時間3～4h2.e.7製得Al2O3底膜；2.f在底膜上製備SiO2型陶瓷膜2.f.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.047mol/L2.f.2添加1％聚乙烯醇(PVA)2.f.3 15℃～20℃下陳化12～14h2.f.4用浸塗法塗膜2.f.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜2.f.6熱處理2.f.6.1溫度800℃～900℃2.f.6.2時間3～4h2.f.7得到SiO2型複合陶瓷超濾膜；2.g在底膜上製備ZrO2型陶瓷膜2.g.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.47mol/L2.g.2添加1％聚乙烯醇(PVA)2.g.3 15℃～20℃下陳化12～14h2.g.4用浸塗法塗膜2.g.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜2.g.6熱處理2.g.6.1溫度800℃～900℃2.g.6.2時間3～4h；2.g.7得到ZrO2型複合陶瓷超濾膜；2.h在底膜上製備TiO2型陶瓷膜2.h.1用去離子水稀釋溶膠濃度為0.0036mol/L2.h.2添加1％聚乙烯醇(PVA)2.h.3 15℃～20℃下陳化12～14h2.h.4用浸塗法塗膜2.h.5溼膜於15℃～20℃的空氣中乾燥，得到幹凝膠膜2.h.6熱處理2.h.6.1溫度800℃～900℃2.h.6.2時間3～4h2.h.7得到TiO2型複合陶瓷超濾膜。
3.根據權利要求1所述的一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，其特徵是製得三種類型的多孔不鏽鋼基複合陶瓷超濾膜，從Al2O3底膜到頂膜其孔徑依次呈梯度分布，最外層膜的孔徑最小，其孔徑分布範圍為0.08～0.3μm。
全文摘要
本發明公開了一種在多孔不鏽鋼基體上製備複合陶瓷超濾膜的方法，其技術方案是分別製備TiO
文檔編號B01D71/00GK101069819SQ200710017580
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月29日 優先權日2007年3月29日
發明者李忠宏, 楊公明, 仇農學, 楊祖培, 楊繼紅 申請人:西北農林科技大學