专利名称：一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷膜膜层的制备方法，具体涉及一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法。
背景技术：
分离膜从材料来源上可分为天然膜和合成膜，其中合成膜又分为无机陶瓷膜和有机高分子膜。无机陶瓷膜相对有机高分子膜具有热稳定性和化学稳定性好、机械强度高、污染小和使用寿命长等优点，在产品分离及提纯，废气及废液处理等领域备受关注。目前，研究十分活跃，应用十分广泛的是用氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)等材料制备的无机陶瓷膜，其中以氧化铝的研究最为成熟，应用最为广泛。氧化铝膜的制备方法主要有固态粒子烧结法、溶胶-凝胶法、阳极氧化法、化学气相沉积法等。目前在工业生产中，固态粒子烧结法应用最多。固态粒子烧结法的主要过程为氧化铝粒子在分散介质中形成稳定的悬浊液，然后在多孔陶瓷支撑体上采用浸浆法成膜。在悬浊液中浸渍支撑体时，分散介质水在毛细管力的作用下进入支撑体，而氧化铝粒子则在支撑体表面堆积成膜，高温下粒子接触面部分烧结，使膜具有一定的孔隙率、孔径和强度，但由于最后烧结步骤的温度很高，使得膜表面很容易形成微裂纹、针孔等缺陷，且能耗很高。溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均勻混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料，成膜时的烧结温度较固体粒子烧结法低数十至数百度。但由于该法在工业上的原料主要为醇盐，成本较高，反应时间很长，在工业上的应用较少。
发明内容
本发明的目的在于结合固态粒子烧结法和溶胶凝胶法，提供一种低成本的制备氧化铝陶瓷膜膜层的方法。本发明的技术方案如下一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，包含如下步骤(1)将铝溶胶和氧化铝悬浊液按一定比例均勻混合；(2)加入酸作为分散剂，调节pH为3 5. 5，使上述混合溶胶稳定；(3)在上述稳定的混合溶胶中加入胶凝剂、干燥控制剂、增稠剂，均勻混合后陈化、 真空脱泡制得涂膜液；(4)用浸渍加压涂膜法将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；(5)上述完成涂膜的支撑体经干燥、高温烧结得氧化铝陶瓷膜膜层。所述步骤(1)中铝溶胶的最可几粒径范围为20 400nm，氧化铝悬浊液的最可几
3粒径范围为200 800nm，铝溶胶和氧化铝悬浊液的比例范围按氧化铝计为5% 95%，铝 (氧化铝计)为水质量的0.5% 10%。所述步骤O)中的酸为盐酸或硝酸。所述步骤(3)中胶凝剂为聚乙烯醇、聚乙二醇，胶凝剂占总铝质量(氧化铝计)的 5% 40%。所述步骤(3)中干燥控制剂为乙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇中的一种或几种，干燥控制剂为水质量的 50%。所述步骤(3)中增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、 聚乙二醇中的一种或几种，增稠剂为水质量的 25%。所述步骤(5)中干燥的温度为室温，干燥时间为1 4天。所述步骤(5)中的高温烧结为在通空气条件下，经0.5 4°C/min的程序升温至 350 1400°C中的某一温度，恒温2 5小时后自然降温.本发明将pH = 3 5. 5稳定的铝溶胶和氧化铝悬浊液按一定比例混合，随后加入胶凝剂、干燥控制剂、增稠剂，均勻混合后陈化、真空脱泡制得涂膜液，将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体，经干燥、高温烧结得氧化铝陶瓷膜膜层。本发明将溶胶-凝胶的成膜机理和低温烧结技术应用于固态粒子烧结法中，相对于现有技术来说，本发明降低了能耗，使得所生产出的产品在分离性能不变的前提下成本得到降低，具有很高的性价比。
具体实施例方式实施例1将最可几粒径为120nm的铝溶胶和最可几粒径为230nm的氧化铝悬浊液按45 % 的铝溶胶(按氧化铝计)和氧化铝悬浊液的比例混合，制得铝(氧化铝计)水比为2. 5% 的溶胶混合液；用盐酸做分散剂，控制pH为4. 0使溶胶稳定；随后添加与总铝(氧化铝计) 比为8%的聚乙烯醇；添加与水比为2%丁二醇；添加与水比为3%甲基纤维素，得涂膜液； 真空脱泡；将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；室温干燥，干燥时间为2天；最后将干燥后的陶瓷膜在高温通空气下烧结，程序升温，升温速度1 "C /min升温至800°C，恒温2小时，自然降温得涂有氧化铝膜层的氧化铝陶瓷膜。实施例2将最可几粒径为200nm的铝溶胶和最可几粒径为400nm的氧化铝悬浊液按25 %的铝溶胶(按氧化铝计)和氧化铝悬浊液的比例混合，制得铝(氧化铝计)水比为7%的溶胶混合液；用硝酸做分散剂，控制PH为4. 5使溶胶稳定；随后添加与总铝(氧化铝计)比为 3%的聚乙烯醇；添加与水比分别为30%的乙醇和丙三醇；添加与水比分别为1. 5%甲基纤维素和2%的聚乙二醇，得涂膜液；真空脱泡；将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；室温干燥，干燥时间为2天；最后将干燥后的陶瓷膜在高温通空气下烧结，程序升温，升温速度2V /min升温至1100°C，恒温3小时，自然降温得涂有氧化铝膜层的氧化铝陶瓷膜。实施例3将最可几粒径为75nm的铝溶胶和最可几粒径为200nm的氧化铝悬浊液按75 %的铝溶胶(按氧化铝计)和氧化铝悬浊液的比例混合，制得铝(氧化铝计)水比为5%的溶胶混合液；用硝酸做分散剂，控制pH为3. 5使溶胶稳定；随后添加与总铝(氧化铝计)比为40%的聚乙二醇；添加与水比分别为2%的乙二醇和异丙醇；添加与水比为5%甲基纤维素，得涂膜液；真空脱泡；将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；室温干燥，干燥时间为2天；最后将干燥后的陶瓷膜在高温通空气下烧结，程序升温，升温速度1°C /min升温至 600°C，恒温2小时，自然降温得涂有氧化铝膜层的氧化铝陶瓷膜。实施例4将最可几粒径为30nm的铝溶胶和最可几粒径为750nm的氧化铝悬浊液按8 %的铝溶胶(按氧化铝计)和氧化铝悬浊液的比例混合，制得铝(氧化铝计)水比为0.8%的溶胶混合液；用硝酸做分散剂，控制PH为5.0使溶胶稳定；随后添加与总铝(氧化铝计)比为 10%的聚乙烯醇；添加与水比分别为45%的乙醇、2%的丁二醇和丙三醇；添加与水比为4%羧甲基纤维素，得涂膜液；真空脱泡；将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；室温干燥， 干燥时间为4天；最后将干燥后的陶瓷膜在高温通空气下烧结，程序升温，升温速度4°C / min升温至1350°C，恒温5小时，自然降温得涂有氧化铝膜层的氧化铝陶瓷膜。实施例5 将最可几粒径为300nm的铝溶胶和最可几粒径为300nm的氧化铝悬浊液按85 %的铝溶胶(按氧化铝计)和氧化铝悬浊液的比例混合，制得铝(氧化铝计)水比为4%的溶胶混合液；用硝酸做分散剂，控制PH为3. 5使溶胶稳定；随后添加与总铝(氧化铝计)比为5%的聚乙烯醇；添加与水比分别为2%的丁二醇和2%丙三醇；添加与水比为4%羟乙基纤维素，得涂膜液；真空脱泡；将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；室温干燥，干燥时间为1天；最后将干燥后的陶瓷膜在高温通空气下烧结，程序升温，升温速度0. 5°C /min升温至400°C，恒温2小时，自然降温得涂有氧化铝膜层的氧化铝陶瓷膜。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于包含如下步骤(1)将铝溶胶和氧化铝悬浊液按一定比例均勻混合；(2)加入酸作为分散剂，调节pH为3 5.5，使上述混合溶胶稳定；(3)在上述稳定的混合溶胶中加入胶凝剂、干燥控制剂、增稠剂，均勻混合后陈化、真空脱泡制得涂膜液；(4)将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体；(5)上述完成涂膜的支撑体经干燥、高温烧结得氧化铝陶瓷膜膜层。
2.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中铝溶胶的最可几粒径范围为20 400nm，氧化铝悬浊液的最可几粒径范围为200 800nm，铝溶胶和氧化铝悬浊液的比例范围按氧化铝计为5% 95%，铝(氧化铝计)为水质量的0. 5% 10%。
3.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的酸为盐酸或硝酸。
4.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中胶凝剂为聚乙烯醇、聚乙二醇，胶凝剂占总铝质量(氧化铝计)的5% 40%。
5.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中干燥控制剂为乙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇中的一种或几种，干燥控制剂为水质量的 50%。
6.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种，增稠剂为水质量的 25%。
7.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中干燥的温度为室温，干燥时间为1 4天。
8.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中的高温烧结为在通空气条件下，经0. 5 4°C /min的程序升温至350 1400°C中的某一温度，恒温2 5小时后自然降温。
全文摘要
本发明涉及一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法。本发明将pH＝3～5.5稳定的铝溶胶和氧化铝悬浊液按一定比例混合，随后加入胶凝剂、干燥控制剂、增稠剂，均匀混合后陈化、真空脱泡制得涂膜液，将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体，经干燥、高温烧结得氧化铝陶瓷膜膜层。本发明将溶胶-凝胶的成膜机理和低温烧结技术应用于固态粒子烧结法中，相对于现有技术来说，本发明降低了能耗，使得所生产出的产品在分离性能不变的前提下成本得到降低，具有很高的性价比。
文档编号B01D71/02GK102380321SQ20111026468
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者洪昱斌, 王强立, 蓝伟光 申请人:三达膜科技(厦门)有限公司