本发明公开了一种多孔陶瓷过滤膜的制备方法，属于水处理
技术领域：
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背景技术：
：膜技术是新型高效分离技术，以其节约能源和环境友好的特征成为解决全球能源、环境、水资源等重大问题的共性支撑技术之一。多孔陶瓷膜，以其优异的材料稳定性，在石油和化学工业、医药、冶金等过程工业众多领域获得了广泛的应用，已成为膜领域发展最迅速、最具应用前景的膜材料之一。多孔陶瓷膜的分离性能与材料的孔径大小及其分布、孔隙率、孔形态等微结构有着密切的关系。多孔陶瓷膜的孔径可以在几个纳米到几十个微米范围进行调变。与多孔陶瓷相比，多孔陶瓷膜为非对称结构，具有更高的分离性能。膜的厚度一般介于几十纳米到几百个微米，可以进行从纳米尺度的筛分（如纳滤膜对多价离子的高截留率）到可见大颗粒的分离（如高温气体除尘），具有广泛的应用领域。多孔陶瓷膜的分离层孔结构是颗粒以任意堆积方式形成的，孔隙率通常为30～35%，且曲折因子调控较为困难，这使得陶瓷膜性能的大幅提高受到局限。研究陶瓷膜制备新技术以提高其渗透性及渗透选择性是目前陶瓷膜领域的研究重点之一。如何进一步降低陶瓷膜制备的成本亦是陶瓷膜制备研究领域的重点之一。而且目前的多孔陶瓷膜还存在力学性能不佳，使用寿命不长的问题，因此还需对其进行进一步研究。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题是：针对传统多孔陶瓷膜力学性能不佳、使用寿命不足的问题，提供了一种多孔陶瓷过滤膜的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：（1）按重量份数计，将10～20份高岭土，20～40份石英石，60～80份钾长石球磨混合，过筛，得陶瓷粘结剂粉末；（2）按重量份数计，将20～30份铝粉，20～30份海泡石，8～10份碳酸钙，50～60份水球磨混合，得混合浆料；（3）将混合浆料烘干，热压成型，得中间层材料；（4）按重量份数计，将30～40份琼脂液，20～30份纳米二氧化硅，30～40份氟化钠溶液，3～5份纳米锌粉搅拌混合，热压成型，充氧保温烧结，降温，浸泡，干燥，得支撑体材料；（5）按重量份数计，将80～100份碳化硅粉末，20～30份高锰酸钾，10～20份陶瓷粘结剂粉末，180～200份羧甲基纤维素钠溶液搅拌混合，得过滤膜浆料；（6）将上述所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，将铝粉质量0.1～0.2倍的镁粉平铺于中间层材料表面，再将所得过滤膜浆料在镁粉表面流延成膜，得三层复合湿料；（7）将三层复合湿料，干燥，充氧高温烧结，降温，即得多孔陶瓷过滤膜。步骤（3）所述热压成型条件：压力为10～12MPa，温度为120～140℃，热压成厚度为2～4mm。步骤（4）所述琼脂液的制备过程为：将琼脂与水按质量比1：50～1：100混合溶胀后，加热搅拌溶解，即得琼脂液。步骤（4）所述热压成型条件：压力为15～20MPa，温度为80～100℃，热压成厚度为8～12mm。步骤（4）所述充氧保温烧结条件：充氧速率为60～90mL/min，升温速率为10～15℃/min，温度为1200～1400℃，烧结时间为2～3h。步骤（7）所述充氧高温烧结条件：充氧速率为60～90mL/min，升温速率为5～8℃/min，温度为1400～1600℃，烧结时间为2～3h。本发明的有益效果是：（1）本发明通过添加海泡石，首先，由于海泡石颗粒外形呈不等轴针状，当极性溶液时迅速溶胀并解散，形成的单体纤维或较小的纤维束无规律的分散成互相制约的网络，起到了中间承接的作用，避免粒径较小的碳化硅颗粒填充进入孔隙较大的支撑体材料中，降低最终成型多孔陶瓷过滤膜的过滤压降程度，保证整个过滤体有足够的过滤除尘效率和精度，其次，海泡石具有良好的吸附性能，使得过滤膜料中的部分组分被海泡石吸附，在烧结过程中，形成固定连接，在使用过程中，可有效避免过滤膜与支撑体脱离，延长了多孔陶瓷过滤膜的使用寿命；（2）本发明通过添加铝粉，高锰酸钾和镁粉，首先，在高温烧结过程中，高锰酸钾分解生成氧气和二氧化锰，一方面，生成的氧气，形成多孔结构的中间层，另一方面，生成的氧气在高温条件下促使镁粉自然，同时，生成的二氧化锰与铝粉，在镁粉点燃作用下发生反应，生成氧化铝与锰，生成的锰在高温条件呈熔融状态，部分熔融的锰流入支撑体中，冷却固化后，使得滤膜与支撑体形成固定金属连接，可进一步避免过滤膜与支撑体脱离，延长了多孔陶瓷过滤膜的使用寿命。具体实施方式将琼脂与水按质量比1：50～1：100加入单口烧瓶中，用玻璃棒搅拌混合20～30min后，静置溶胀3～4h，再将单口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95～100℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌溶解40～50min，即得琼脂液；按重量份数计，将10～20份高岭土，20～40份石英石，60～80份钾长石置于球磨机中，于转速为500～600r/min条件下，球磨混合30～50，过30～50目的筛，得陶瓷粘结剂粉末；按重量份数计，将20～30份铝粉，20～30份海泡石，8～10份碳酸钙，50～60份水置于球磨机中，于转速为500～600r/min条件下，球磨混合20～30min，得混合浆料；将混合浆料置于烘箱中，于温度105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥混合物料，并将干燥混合物料置于热压机中，于压力为10～12MPa，温度为120～140℃条件下，热压成厚度为2～4mm，得中间层材料；按重量份数计，将30～40份琼脂液，20～30份纳米二氧化硅，30～40份质量分数为8～10%氟化钠溶液，3～5份纳米锌粉置于混料机中，于转速为1100～1200r/min条件下，高速搅拌混合30～50min，得支撑体浆料，并将支撑体浆料置于热压机中，于压力为15～20MPa，温度为80～100℃条件下，热压成厚度为8～12mm，得成型坯料，再将成型坯料置于烧结炉中，并以60～90mL/min向炉内充入氧气，随后以10～15℃/min升温速率升温至1200～1400℃，保温烧结2～3h后，随炉降至室温，得预处理支撑体材料，随后将预处理支撑体材料浸泡于水中，取出，得浸渍支撑体材料，将浸渍支撑体材料置于烘箱中，于温度105～110℃条件下，干燥至恒重，得支撑体材料；按重量份数计，将80～100份碳化硅粉末，20～30份高锰酸钾，10～20份陶瓷粘结剂粉末，180～200份羧甲基纤维素钠溶液置于烧杯中，于转速为500～600r/min条件下，搅拌混合30～50min，得过滤膜浆料；将所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，将铝粉质量0.1～0.2倍的镁粉平铺于中间层材料表面，再将所得过滤膜浆料在镁粉表面流延成膜，得三层复合湿料；将三层复合湿料置于烘箱中，于温度105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥三层复合湿料，随后将干燥三层复合湿料置于烧结炉中，并以60～90mL/min向炉内充入氧气，随后以10～15℃/min升温速率升温至1400～1600℃，保温烧结5～8h，随炉降至室温，即得多孔陶瓷过滤膜。实例1将琼脂与水按质量比1：100加入单口烧瓶中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将20份高岭土，40份石英石，80份钾长石置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合50，过50目的筛，得陶瓷粘结剂粉末；按重量份数计，将30份铝粉，30份海泡石，10份碳酸钙，60份水置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合30min，得混合浆料；将混合浆料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥混合物料，并将干燥混合物料置于热压机中，于压力为12MPa，温度为140℃条件下，热压成厚度为4mm，得中间层材料；按重量份数计，将40份琼脂液，30份纳米二氧化硅，40份质量分数为10%氟化钠溶液，5份纳米锌粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，高速搅拌混合50min，得支撑体浆料，并将支撑体浆料置于热压机中，于压力为20MPa，温度为100℃条件下，热压成厚度为12mm，得成型坯料，再将成型坯料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1400℃，保温烧结3h后，随炉降至室温，得预处理支撑体材料，随后将预处理支撑体材料浸泡于水中，取出，得浸渍支撑体材料，将浸渍支撑体材料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得支撑体材料；按重量份数计，将100份碳化硅粉末，30份高锰酸钾，20份陶瓷粘结剂粉末，200份羧甲基纤维素钠溶液置于烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得过滤膜浆料；将所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，将铝粉质量0.2倍的镁粉平铺于中间层材料表面，再将所得过滤膜浆料在镁粉表面流延成膜，得三层复合湿料；将三层复合湿料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥三层复合湿料，随后将干燥三层复合湿料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1600℃，保温烧结8h，随炉降至室温，即得多孔陶瓷过滤膜。实例2将琼脂与水按质量比1：100加入单口烧瓶中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将20份高岭土，40份石英石，80份钾长石置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合50，过50目的筛，得陶瓷粘结剂粉末；按重量份数计，将30份海泡石，10份碳酸钙，60份水置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合30min，得混合浆料；将混合浆料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥混合物料，并将干燥混合物料置于热压机中，于压力为12MPa，温度为140℃条件下，热压成厚度为4mm，得中间层材料；按重量份数计，将40份琼脂液，30份纳米二氧化硅，40份质量分数为10%氟化钠溶液，5份纳米锌粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，高速搅拌混合50min，得支撑体浆料，并将支撑体浆料置于热压机中，于压力为20MPa，温度为100℃条件下，热压成厚度为12mm，得成型坯料，再将成型坯料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1400℃，保温烧结3h后，随炉降至室温，得预处理支撑体材料，随后将预处理支撑体材料浸泡于水中，取出，得浸渍支撑体材料，将浸渍支撑体材料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得支撑体材料；按重量份数计，将100份碳化硅粉末，20份陶瓷粘结剂粉末，200份羧甲基纤维素钠溶液置于烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得过滤膜浆料；将所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，再将所得过滤膜浆料在表面流延成膜，得三层复合湿料；将三层复合湿料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥三层复合湿料，随后将干燥三层复合湿料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1600℃，保温烧结8h，随炉降至室温，即得多孔陶瓷过滤膜。实例3将琼脂与水按质量比1：100加入单口烧瓶中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将20份高岭土，40份石英石，80份钾长石置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合50，过50目的筛，得陶瓷粘结剂粉末；按重量份数计，将30份铝粉，10份碳酸钙，60份水置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合30min，得混合浆料；将混合浆料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥混合物料，并将干燥混合物料置于热压机中，于压力为12MPa，温度为140℃条件下，热压成厚度为4mm，得中间层材料；按重量份数计，将40份琼脂液，30份纳米二氧化硅，40份质量分数为10%氟化钠溶液，5份纳米锌粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，高速搅拌混合50min，得支撑体浆料，并将支撑体浆料置于热压机中，于压力为20MPa，温度为100℃条件下，热压成厚度为12mm，得成型坯料，再将成型坯料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1400℃，保温烧结3h后，随炉降至室温，得预处理支撑体材料，随后将预处理支撑体材料浸泡于水中，取出，得浸渍支撑体材料，将浸渍支撑体材料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得支撑体材料；按重量份数计，将100份碳化硅粉末，30份高锰酸钾，20份陶瓷粘结剂粉末，200份羧甲基纤维素钠溶液置于烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得过滤膜浆料；将所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，将铝粉质量0.2倍的镁粉平铺于中间层材料表面，再将所得过滤膜浆料在镁粉表面流延成膜，得三层复合湿料；将三层复合湿料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥三层复合湿料，随后将干燥三层复合湿料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1600℃，保温烧结8h，随炉降至室温，即得多孔陶瓷过滤膜。实例4将琼脂与水按质量比1：100加入单口烧瓶中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将20份高岭土，40份石英石，80份钾长石置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合50，过50目的筛，得陶瓷粘结剂粉末；按重量份数计，将30份铝粉，30份海泡石，60份水置于球磨机中，于转速为600r/min条件下，球磨混合30min，得混合浆料；将混合浆料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥混合物料，并将干燥混合物料置于热压机中，于压力为12MPa，温度为140℃条件下，热压成厚度为4mm，得中间层材料；按重量份数计，将40份琼脂液，30份纳米二氧化硅，40份质量分数为10%氟化钠溶液，5份纳米锌粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，高速搅拌混合50min，得支撑体浆料，并将支撑体浆料置于热压机中，于压力为20MPa，温度为100℃条件下，热压成厚度为12mm，得成型坯料，再将成型坯料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1400℃，保温烧结3h后，随炉降至室温，得预处理支撑体材料，随后将预处理支撑体材料浸泡于水中，取出，得浸渍支撑体材料，将浸渍支撑体材料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得支撑体材料；按重量份数计，将100份碳化硅粉末，30份高锰酸钾，20份陶瓷粘结剂粉末，200份羧甲基纤维素钠溶液置于烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得过滤膜浆料；将所得中间层材料平铺于支撑体材料表面，将铝粉质量0.2倍的镁粉平铺于中间层材料表面，再将所得过滤膜浆料在镁粉表面流延成膜，得三层复合湿料；将三层复合湿料置于烘箱中，于温度110℃条件下，干燥至恒重，得干燥三层复合湿料，随后将干燥三层复合湿料置于烧结炉中，并以90mL/min向炉内充入氧气，随后以15℃/min升温速率升温至1600℃，保温烧结8h，随炉降至室温，即得多孔陶瓷过滤膜。对比例：江苏某高科技股份有限公司生产的多孔陶瓷膜。将实例1至4所得多孔陶瓷膜和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：采用拉力试验机（CMT-6203），通过三点抗弯强度（GB1965）测定其抗弯强度。具体检测结果如表1所示：表1检测内容实例1实例2实例3实例4对比例抗弯强度/MPa9074687146由表1检测结果可知，本发明提供的多孔陶瓷过滤膜具有优异的力学性能，延长了使用寿命，并且具有优异的吸附性能。当前第1页1 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