一種改性的陶瓷微濾膜的製作方法

2023-12-08 14:16:46 3

專利名稱：一種改性的陶瓷微濾膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及無機膜材料技術領域，具體地說，本發明涉及一種陶瓷微濾膜。
膜分離技術是二十世紀60年代進入工業領域的，由於其能耗低、製備過程簡單、處理量大，70年代以來在化工、食品、醫藥等領域和研究中得到越來越廣泛的應用。與有機分離膜相比，無機分離膜具有高的耐熱性，極好的化學穩定性，無生物降解、無汙染、機械強度高、可再生、易清洗、壽命長且孔徑分布狹窄，孔結構和孔分布在很大程度上可控制等優點，因此，無機分離膜正日益引起科研人員的濃厚興趣，作為一種具有巨大比表面的重要的功能材料，無機分離膜正成為膜分離技術領域的一個很重要的組成部分。
膜孔徑範圍在0.1-10微米的陶瓷膜被稱為陶瓷微濾膜，現有陶瓷微濾膜的製備技術包括配料、製漿、成型、燒成、塗覆、乾燥、燒成等工藝過程。製備常用材料為α-Al2O3、粘土。它包括支撐體及微濾膜兩個製備步驟(1)支撐體製備採用固態粒子燒結法用α-Al2O3(96wt％)、粘土(4wt％)、焦磷酸鈉(0.2wt％)在適量的水中高速攪伴並抽真空，使漿料分散均勻後注漿成型，乾燥後在1150℃燒成，保溫2小時。
(2)微濾膜的製備與支撐體製備相似，配好料後(α-Al2O310wt％、粘土0.4wt％、纖維素0.2wt％)，在強力攪伴下抽真空，製成懸浮性能良好的漿料，用該漿料單面浸漬支撐體進行微濾膜塗覆。通過浸漬時間控制塗覆膜的厚度在20微米。乾燥後在1150℃燒成，保溫1小時。
平均孔徑在200-500納米左右的陶瓷微濾膜，可用於分離微小粒子、大的膠體粒子、細菌等；但是，現有構造的陶瓷微濾膜材料，由於存在分離阻力較大，耐酸鹼性能差的缺點，往往難以滿足多數工業實際要求，使其應用領域受到極大的限制，應用效果受到極大的影響。
因此，迄今為止迫切要求對上述陶瓷微濾膜進行改性。要使製品同時具有儘量小的膜孔和儘量大的過濾通量是本技術領域的難點。根據常識，人們普遍認為，隨著膜孔徑的減小，過濾通量也隨之減小，然而，本發明人經大量的實驗研究發現，以現有的陶瓷微濾膜為基礎，在其膜孔的內表面被覆一層具有特定厚度的某類物質，即在膜孔徑減小的情況下，提高其過濾通量是可能的。
本發明的目的是提供一種改性的陶瓷微濾膜，它在保證平均孔徑略微減小的情況下，顯著提高其過濾通量，並且它的耐酸鹼性能也明顯得到改善。
本發明提供的一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規方法獲得的孔徑為200-500納米的陶瓷微濾膜，採用均相沉澱法或者原位生成法經塗覆、燒成等工藝製得製品，其特徵是在所得製品膜孔的內表面鍍有厚度為20-60納米、晶粒尺寸為5-30納米、具有半導體性能的氧化物膜層。
上述晶粒尺寸為5-30納米、具有半導體性能的氧化物膜層可以是ZnO、TiO2、ZrO2、SnO2其中的一種。
上述陶瓷微濾膜的製備方法之一是採用均相沉澱法以尿素作均相沉澱劑，ZnO改性採用硝酸鋅與尿素組合；TiO2改性採用硫酸鈦與尿素組合；ZrO2改性採用氯氧鋯與尿素組合。
改性劑鹽溶液配製濃度為0.1-1mol/L，沉澱劑溶液配製濃度為0.6-2mol/L。改性劑鹽溶液與沉澱劑溶液的濃度之比為1∶2；混合液的反應溫度為60℃-110℃，反應時間為3-7小時。微濾膜浸漬上述混合溶液1-3次。燒成溫度為950℃-1150℃，保溫時間為1-2小時。
上述陶瓷微濾膜的製備方法之二是採用原位生成法用四氯化錫、氨水作原料。氨水溶液配製濃度為5％，四氯化錫溶液配製濃度為0.04-0.1mol/L。
先將微濾膜浸漬在配製好的四氯化錫溶液中並抽真空10-30分鐘，取出乾燥，再在氨水溶液中浸漬並抽真空10-30分鐘，取出乾燥後燒成，燒成溫度950-1150℃，保溫1-2小時。
通過本發明者大量的試驗研究結果表明，本發明改性的陶瓷微濾膜與原陶瓷微濾膜相比，在膜孔徑減小40-120納米的情況下，對水的過濾通量反而可提高17％以上，並且耐酸鹼性能明顯得到改善。


圖1是均相沉澱法工藝流程圖；圖2是原位生成法工藝流程圖。
下面通過實施例和比較例對本發明作進一步說明，但是本發明不僅限於這些例子。
實施例1(1)配製溶液硝酸鋅配成1mol/L濃度的溶液，尿素配成2mol/L濃度的溶液。將硝酸鋅溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述混合溶液中抽真空，在95℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時。重複浸漬、反應、乾燥、燒成二次。
(4)改性膜的技術指標 實施例2(1)配製溶液硝酸鋅配成1mol/L濃度的溶液，尿素配成2mol/L濃度的溶液。將硝酸鋅溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述混合溶液中抽真空，在95℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度1150℃，保溫1小時。重複浸漬反應、乾燥、燒成二次。
(4)改性膜的技術指標 實施例3(1)配製溶液硫酸鈦配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將硫酸鈦溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液中抽真空，在85℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時。重複浸漬反應、乾燥、燒成一次。
(4)改性膜的技術指標
實施例4(1)配製溶液硫酸鈦配成0.2mol/L濃度的溶液，尿素配成0.4mol/L濃度的溶液。將硫酸鈦溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液後抽真空，在85℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時。重複浸漬反應、乾燥、燒成一次。
(4)改性膜的技術指標 實施例5(1)配製溶液氯氧鋯配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將氯氧鋯溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液後抽真空，在85℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時。
(4)改性膜的技術指標 實施例6(1)配製溶液氯氧鋯配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將氯氧鋯溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，製備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液後抽真空，在85℃下反應4小時，乾燥。
(3)將乾燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫2小時。
(4)改性膜的技術指標
實施例7(1)配製溶液氨水溶液配製濃度為5％，四氯化錫溶液配製濃度為0.05mol/L。
(2)將微濾膜浸漬在配製好的四氯化錫溶液中並抽真空20分鐘，取出乾燥，再在氨水溶液中浸漬並抽真空20分鐘，取出乾燥，燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時。然後再重複浸漬，乾燥，燒成一次。
(3)改性膜的技術指標 實施例8(1)配製溶液氨水溶液配製濃度為5％，四氯化錫溶液配製濃度為0.07mol/L。
(2)將微濾膜浸漬在配製好的四氯化錫溶液中並抽真空20分鐘，取出乾燥，再在氨水溶液中浸漬並抽真空20分鐘，取出乾燥後燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時。
(3)改性膜的技術指標

權利要求
1.一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規方法獲得的孔徑為300-400納米的陶瓷微濾膜，採用均相沉澱法或者原位生成法經塗覆、燒成等工藝製得製品，其特徵是在所得製品膜孔的內表面鍍有厚度為20-60納米、晶粒尺寸為5-30納米、具有半導體性能的氧化物膜層。
2.根據權利要求1所述的陶瓷微濾膜，其特徵是所述的氧化物膜層為ZnO、TiO2、ZrO2、SnO2等其中的一種。
全文摘要
本發明涉及一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規方法獲得的孔徑為200－500納米的陶瓷微濾膜，採用均相沉澱法或者原位生成法經塗覆、燒成等工藝製得製品，其特徵是在所得製品膜孔的內表面鍍有厚度為20－60納米、晶粒尺寸為5－30納米、具有半導體性能的氧化物膜層。本發明與原有的陶瓷微濾膜相比，在膜孔徑減小40－120納米的情況下，對水的過濾通量反而可提高17％以上，並且耐酸鹼性能明顯得到改善。
文檔編號B01D71/02GK1513588SQ0315522
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月22日 優先權日2003年8月22日
發明者周健兒, 馬光華, 顧幸勇, 江偉輝, 汪永清, 梁健, 趙學國, 操瑞北 申請人:景德鎮陶瓷學院