专利名称：一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法及制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法及制品。
背景技术：
不锈钢陶瓷复合膜由于其本身具有优良的热稳定性，化学稳定和高透过率，在众多的无机膜材料中不锈钢陶瓷复合膜是很引人注目的一类新型的气体、液体分离膜材料，由于它是将催化反应和膜分离技术结合在一起，可以提高可逆反应的平衡转化率和节约分离能量，提高平行串联反应目的产物的选择性，在逆渗透、超过滤、纳过滤、透析、渗透气化、气体分离、液体分离等方面广泛应用。于医药及生物技术方面，已成为分离及杀菌的重要手段，环保水和工业水处理、在食品饮料行业中溶液的浓缩杀菌分离、用于石化领域的高温、溶剂体系中的超细催化剂的分离，用于纳米粉体洗涤浓缩等。
由于膜分离技术近年来得到迅速发展，随着不同的环境下对膜制品的选择，必然寻求应用范围更广、更经济的膜制品。
膜制品以成形材料概括分为无机膜和有机膜，无机膜具有卓越的耐热性，有机膜的最大缺点是不耐高温，故高温条件下广泛应用无机膜，无机膜中不锈钢撑体膜的机械强度高，陶瓷撑体膜制品极大不足是易损碎，在较大压力系统要求下，最好选用的是不锈钢撑体膜制品。
不锈钢金属膜制备，主要制备膜原料是钯、镍、银，由于金属粉体成本很高也无其简易制作金属膜工艺，所以市场上金属膜制品价格极高，极大影响工业上广泛应用，用一种高强度，易向纳米级孔径发展的不锈钢陶瓷复合膜克服以上各种膜制备的不足，并应用其成功的制作方法，工艺手段产出制品。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术之缺点而提供一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法及制品。采用一种用Zr(Hf)O2、氧化硅、氧化钛制备不锈钢陶瓷复合膜的方法。其制备方法主要是固态粒子烧结法。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案本发明的Zr(Hf)O2、硅石、TiO2固态粒子烧结法制备不锈钢陶瓷复合膜，先把Zr(Hf)O2、氧化硅、氧化钛粉末加入到纯净水中，使锆∶水比为1∶20-100(摩尔比)，搅拌均匀；然后再向溶液中加入有机酸、分散剂、稳定剂、乳化剂、无机酸的混合物，其中分散剂为六偏磷酸钠、稳定剂为硝酸钇或氧化钇、乳化剂为聚乙烯醇或甲基纤维素、无机酸为盐酸或硝酸，使溶液的PH值为1-14，将该溶液高速搅拌制得半透明的小粒径(微米至纳米级)粉体粒径范围0.5-1u或50-100nm，经交剪乳化分散搅拌2-3小时后得到白色悬浮液，再加入粘结剂配成0.4-1.0摩尔/升浓度的涂膜液，然后将该涂膜液均匀涂于微孔不锈钢载体的表面上，涂膜时间7-10s或10-15s，经自然干燥、升温干燥120-140℃，干燥时间36小时，在炉中升温焙烧至700-850℃，制得表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜。
本发明的优点是本发明是一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法及制品，它是用Zr(Hf)O2、氧化硅、氧化钛为原料，经酸解、乳化分散、高速搅拌制得半透明的小粒径(微米级至纳米级)单分散性悬浮液，再向乳液中加入粘结剂、稳定剂等添加剂，制得涂膜液，将该涂膜液均匀涂于微孔不锈钢载体上，经自然干燥，程序升温干燥，程序升温焙烧后，制得表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜。该制品具有成膜性能好，耐酸碱、有机溶剂，热、化学稳定性好，机械强度高，使用寿命长等优点；可广泛用于生物医药、食品饮料、工业水处理、石油化工、金属加工、航空电子等领域中。
不锈钢陶瓷复合膜由于其本身具有优良的热稳定性，化学稳定和高透过率，在众多的无机膜材料中，不锈钢陶瓷复合膜是很引人注目的一类新型的气体、液体分离膜材料，由于它是将催化反应和膜分离技术结合在一起，可以提高可逆反应的平衡转化率和节约分离能量，提高平行串联反应目的产物的选择性，在反渗透、超滤、纳滤、透析、渗透气化、气体分离、液体分离等方面广泛应用。于医药及生物技术方面，已成为分离及杀菌的重要手段，环保水和工业水处理、在食品饮料行业中溶液的浓缩杀菌分离、用于石化领域的高温、溶剂体系中的超细催化剂的分离，用于纳米粉体洗涤浓缩等。
图1本发明工艺主流程图；图2制品示意图。
具体实施例方式
实施例1如图1所示的流程，本发明的Zr(Hf)O2、硅石、TiO2固态粒子烧结法步骤1将纯净水2800毫升加入到1260克混合物粉末(ZrO2·8H2O∶TiO2＝10∶1摩尔比)中，高速搅拌20分钟，使锆∶水＝1∶20(摩尔比)；步骤2待ZrO2·8H2O和TiO2混合粉末在纯净水中分散均匀后，向该溶液中加入1M的有机酸如N、N-二甲基甲酰胺或盐酸或六偏磷酸钠或HNO350毫升，然后再向溶液中加入分散剂、稳定剂、乳化剂、无机酸的混合物，其中分散剂为六偏磷酸钠、稳定剂为硝酸钇或氧化钇、乳化剂为聚乙烯醇或甲基纤维素、无机酸为盐酸或硝酸，使之配成悬浮液，该悬浮液在25℃恒温条件下搅拌2小时后，再加5％粘结剂甲基纤维素或聚乙烯醇溶胶200毫升，粘结剂加入量为锆(硅、钛)溶液量的1％(重量比)，再搅拌半小时，HNO3浓度1M，使溶液中的PH为1，将该溶液高速搅拌制得半透明的小粒径(微米至纳米级)粉体粒径范围0.5um；步骤3然后用170目不锈钢滤网滤掉少量沉淀物，获得外观奶白色的分散性溶胶，粉末粒径分布范围50纳米，溶液中金属氧化物，氧化锆、氧化硅、氧化钛为微米级至纳米级的粉末，溶液的浓度为0.5摩尔/升；步骤4选用Φ40×250×34毫米的不锈钢载体，在25℃涂膜10秒的条件下进行涂膜，然后自然干燥，程序升温干燥120℃，干燥时间36小时，在炉中程序升温焙烧至750℃，如此反复3次，如图2所示，制得载体1的材质为微孔不锈钢单道管或多通道金属撑体表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜层，2为过渡层，3为极细化膜层。
实施例2步骤1将纯净水300毫升加入到100克ZrO2粉末中，高速搅拌20分钟，使锆∶水＝1∶100(摩尔比)；步骤2待ZrO2·8H2O粉末在纯净水中分散均匀后，向该溶液中加入1M的有机酸如N、N-二甲基甲酰胺、盐酸、六偏磷酸钠或HNO360毫升，然后再向溶液中加入分散剂、稳定剂、乳化剂、无机酸的混合物，其中分散剂为六偏磷酸钠、稳定剂为硝酸钇或氧化钇、乳化剂为聚乙烯醇或甲基纤维素、无机酸为盐酸或硝酸，使之配成悬浮液；该悬浮液在25℃恒温条件下搅拌2.5小时后，加入1M Y2O3溶液50毫升和5％粘结剂甲基纤维素或聚乙烯醇溶胶300毫升，粘结剂加入量为锆(硅、钛)溶液量的1％(重量比)，再搅拌半小时；使溶液的PH值为9；将该溶液高速搅拌制得半透明的小粒径(微米至纳米级)粉体粒径范围0.8um；步骤3然后用180目不锈钢滤网滤掉少量沉淀物，获得外观奶白色的单分散性溶胶，粉末粒径分布范围0.8微米，溶液中金属氧化物，氧化锆、氧化硅、氧化钛为微米级至纳米级的粉末，溶液的浓度为0.4摩尔/升；步骤4选用Φ400×250×34毫米的不锈钢载体，在25℃涂膜时间8秒的条件下进行涂膜，然后自然干燥，程序升温干燥130℃，干燥时间36小时，在特种炉里程序升温焙烧至800℃，如此反复2次，如图2所示，制得载体1的材质为微孔不锈钢单道管或多通道金属撑体表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜层，2为过渡层，3为极细化膜层。
实施例3步骤1将纯净水350毫升加入到100克ZrO2粉末中，高速搅拌20分钟，使锆∶水＝1∶81(摩尔比)；步骤2待ZrO2·8H2O粉末在纯净水中分散均匀后，向该溶液中加入1M的有机酸如N、N-二甲基甲酰胺、盐酸、六偏磷酸钠或HNO360毫升，然后再向溶液中加入分散剂、稳定剂、乳化剂、无机酸的混合物，其中分散剂为六偏磷酸钠、稳定剂为硝酸钇或氧化钇、乳化剂为聚乙烯醇或甲基纤维素、无机酸为盐酸或硝酸，使之配成悬浮液；该悬浮液在25℃恒温条件下搅拌2.5小时后，加入1M Y2O3溶液50毫升和5％粘结剂甲基纤维素或聚乙烯醇溶胶300毫升，粘结剂加入量为锆(硅、钛)溶液量的1％(重量比)，再搅拌半小时；使溶液的PH值为14；将该溶液高速搅拌制得半透明的小粒径(微米至纳米级)粉体粒径范围1um；步骤3然后用200目不锈钢滤网滤掉少量沉淀物，获得外观奶白色的单分散性溶胶，粉末粒径分布范围1微米，溶液中金属氧化物，氧化锆、氧化硅、氧化钛为微米级至纳米级的粉末，溶液的浓度为1摩尔/升；步骤4选用Φ400×250×34毫米的不锈钢载体，在25℃涂膜时间15秒的条件下进行涂膜，然后自然干燥，程序升温干燥130℃，干燥时间36小时，在特种炉里程序升温焙烧至800℃，如此反复2次，如图2所示，制得载体1的材质为微孔不锈钢单道管或多通道金属撑体表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜层，2为过渡层，3为极细化膜层。
测试结果检测样件不锈钢陶瓷复合膜检测项目渗透性、孔径分布，起泡压强、孔隙度使用仪器PBR气泡孔径渗透性测定仪、精密天平检测标准GB/T5249-1985、GB/T5250-1993、GB516-1985检测单位钢铁研究总院表一 检测结果
表二 检测结果
权利要求
1.种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于先把Zr(Hf)O2、氧化硅、氧化钛粉末加入到纯净水中，使锆∶水比为1∶20-100(摩尔比)，搅拌均匀；然后再向溶液中加入有机酸、分散剂、稳定剂、乳化剂、无机酸的混合物，使溶液的PH值为1-14，经交剪乳化分散搅拌2-3小时后得到白色悬浮液，再加入粘结剂配成0.4-1.0摩尔/升浓度的涂膜液，然后将该涂膜液均匀涂于微孔不锈钢载体的表面上，经自然干燥、升温干燥、在炉中升温焙烧至700-850℃，制得表面均匀的不锈钢陶瓷复合膜制品。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于向溶液中加入N、N-二甲基甲酰胺、硝酸或盐酸、六偏磷酸钠。
3.权利要求1所述的一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于向溶液中加入的粘结剂为聚乙烯醇、甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于溶液的浓度为0.3-0.5摩尔/升。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于特种炉中程序升温焙烧的温度为700-850℃。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于粘结剂加入量为锆(硅、钛)溶液量的1％(重量比)。
7.根据权利要求1所述的不锈钢陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于溶液中金属氧化物，氧化锆、氧化硅、氧化钛为微米级至纳米级的粉末。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的制备方法制备的一种不锈钢陶瓷复合膜制品，其特征在于载体的材质为微孔不锈钢单道管或多通道金属撑体。
全文摘要
本发明一种不锈钢陶瓷复合膜的制备方法及制品，用Zr(Hf)O
文档编号B01D71/00GK1621137SQ20041008387
公开日2005年6月1日 申请日期2004年10月21日 优先权日2004年10月21日
发明者许良英, 余朝阳 申请人:山西保太和膜科技有限公司