专利名称：一种Al2O3-SiO2陶瓷膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及膜分离领域，特别涉及一种A1203-Si02陶瓷膜及其制备方法。
技术背景
陶瓷膜的研究始于20世纪40年代，其发展可分为三个阶段。从用于铀的同位素分离的核工业时期进入到以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期和以膜催化反应为核心的全面发展时期。20世纪90年代，溶胶-凝胶技术的出现标志着无机膜的研究与应用进入第三个阶段，即以气体分离应用为主和陶瓷膜分离器-反应器组合构件的研究阶段。
陶瓷膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、 分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为分离科学中最重要的手段之一。
陶瓷薄膜制备技术是在基体表面制备一层或多层陶瓷膜以使其具有铁电性，生物活性，或提高其耐磨、耐蚀、耐高温和抗微生物侵蚀等性能的表面工程技术，已经在环保、化工和生物工程等领域起到了非常重要的作用，而且表现出其他产品无法替代的优势。不仅如此，陶瓷膜还将在能源、资源和健康等领域的分离工艺中发挥重要作用。因此，无机陶瓷滤膜将成为前景十分广阔的一种材料，对解决我国资源短缺、环境污染等问题，都起着十分重要的作用。
目前无机陶瓷膜的主要制备技术有溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法、分相法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等。目前多孔膜主要是超滤和微滤膜，其制备方法以粒子烧结法和溶胶-凝胶法为主。前者主要用于制备微孔滤膜，而后者主要用来制备超滤膜。20 世纪50年代，法国、美国等先后开发了各种SiC、莫来石、Zr02、陶瓷纤维等气、液过滤、微生物处理用微孔陶瓷过滤元件，主要用于化工、食品、饮料及水处理行业。20世纪70年代，日本等国家在高温气体净化、烟气除尘用多孔陶瓷过滤材料研究方面取得了较大进展。从20 世纪80年代开始，国外在陶瓷膜的研究及开发应用、高温陶瓷热气体净化技术方面研究又取得较大的突破。随着使用范围的扩大，其材质也由普通的粘土发展到耐高温、耐腐蚀、抗热冲击的材质，如SiC、堇青石、莫来石、Zr02和Si02等。从20世纪90年代开始，制备无机分离膜的材质种类越来越多，常用的有金属、玻璃31203、5丨02、1102、5比、5丨3附、和硅铝酸盐等，其中最常用的是A1203。
目前，无机陶瓷膜在水处理中应用最大的障碍主要有二个方面，其一是制造过程复杂，成本高，价格昂贵；其二是膜通量问题，只有克服膜污染并提高膜的过滤通量，才能真正推广应用到水处理的各个领域。发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于设计一种制造成本低、膜通量大的A1203_Si02 陶瓷膜及其制备方法。
为达到上述问题，本发明所提出的技术方案为一种A1203_Si02陶瓷膜，包括支撑体和分离层，其特征在于所述的分离层采用纳米Si02、PVA、甘油、水组成的制膜液通过溶融-凝胶法涂覆于支撑层内表面制得。
进一步，所述的制膜液中各物料的组分分别为纳米Si02 13%, PVA 15%、甘油 10-22%、水 50-57% ο
进一步，所述的分离层的厚度为50-60 μ m。
进一步，所述的支撑体所用原料及各组分质量百分比分别为陶瓷膜支撑体粉体 90-95 %，造孔剂1-5 %，粘结剂0. 5-5 %，烧结助剂0. 5-5 %。
进一步，所述的陶瓷膜支撑体粉体为纳米A1203，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛树脂的任意一种或几种，所述的烧结助剂为高岭土、膨润土、氧化镁中的任意一种或者几种的混合，所述的造孔剂为碳粉。
本发明还涉及上述A1203_Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤
步骤1 将支撑体所用原料混合搅拌均勻，使用共混粒子烧结法，在温度 12000C -1600°C下，烧结时间4-6h，自然降温得支撑体；
步骤2 把不同配比的纳米Si02和水混合后在20°C左右的环境下陈化Mh，再加入不同比例的PVA和甘油作为添加剂得到制膜液；
步骤3 将制膜液多次涂覆在陶瓷膜支撑体内表面上，至表面均勻为止，放置干燥，最后把干透后的陶瓷膜放入烧结炉中于800°C下烧结，即得A1203-Si02陶瓷膜。
进一步，所述的支撑体所用原料及各组分质量百分比分别为陶瓷膜支撑体粉体 90-95 %，造孔剂1-5 %，粘结剂0. 5-5 %，烧结助剂0. 5-5 %。
进一步，所述的陶瓷膜支撑体粉体为纳米A1203，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛树脂的任意一种或几种，所述的烧结助剂为高岭土、膨润土、氧化镁中的任意一种或者几种的混合，所述的造孔剂为碳粉。
进一步，所述的制膜液中各物料的组分分别为纳米Si02 13%, PVA 15%、甘油 10-22%、水 50-57% ο
进一步，所述的涂覆次数优选3-5次。
进一步，所述的分离层的厚度为50_60μπι。
综上所述，本发明所述的A1203_Si02陶瓷膜，采用纳米Α1203作为主要原料，碳粉为造孔剂，利用共混粒子烧结法，制备纳米A1203支撑体，并且采用溶融-凝胶法在支撑体内表面上涂覆纳米Si02、PVA、甘油等材料组成的制膜液，形成A1203-Si02陶瓷膜，解决了制作成本高，膜孔径不均勻等问题。采用上述技术方案，具有成本低廉、简单易得、膜通量加大，机械强度高，耐污染。膜孔径均勻、膜壁薄，渗透通量大和节省原料、易于实现分离设备小型化、结构简单化等特点。
具体实施方式
下面具体实施例，对本发明做进一步说明。
( 一 )A1203-Si02 陶瓷膜的制备
步骤1 支撑体的制备
将支撑体所用原料混合搅拌均勻，使用共混粒子烧结法，在温度1200°C -1600°C下，烧结时间4_6h，自然降温，得支撑体；支撑体所用原料及各组分质量百分比分别为陶瓷膜支撑体粉体90-95 %，造孔剂1-5 %，粘结剂0. 5-5 %，烧结助剂0. 5-5 %，所述的陶瓷膜支撑体粉体为纳米A1203，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛树脂的任意一种或几种，所述的烧结助剂为高岭土、膨润土、氧化镁中的任意一种或者几种的混合，所述的造孔剂为碳粉。
步骤2 制膜液的制备
把不同配比的纳米Si02和水混合后在20°C左右的环境下陈化Mh，再加入不同比例的PVA和甘油作为添加剂得到制膜液；制备不同孔径的陶瓷膜分离层各物料质量百分比如表一所示。
表一
权利要求
1.一种A1203-Si02陶瓷膜，包括支撑体和分离层，其特征在于所述的分离层采用纳米Si02、PVA、甘油、水组成的制膜液通过溶融-凝胶法涂覆于支撑层内表面制得。
2.根据权利要求1所述的一种A1203-Si02陶瓷膜，其特征在于所述的制膜液中各物料的组分分别为纳米Si02 13%, PVA 15%、甘油10-22%、水50-57%。
3.根据权利要求1所述的一种A1203-Si02陶瓷膜，其特征在于所述的分离层的厚度为 50-60 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种A1203-Si02陶瓷膜，其特征在于所述的支撑体所用原料及各组分质量百分比分别为陶瓷膜支撑体粉体90-95%，造孔剂1-5%，粘结剂 0. 5-5%，烧结助剂 0. 5-5% ο
5.根据权利要求1所述的一种A1203-Si02陶瓷膜，其特征在于所述的陶瓷膜支撑体粉体为纳米A1203，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛树脂的任意一种或几种，所述的烧结助剂为高岭土、膨润土、氧化镁中的任意一种或者几种的混合，所述的造孔剂为碳粉。
6.一种A1203-Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 将支撑体所用原料混合搅拌均勻，使用共混粒子烧结法，在温度 12000C -1600°C下，烧结时间4-6h，自然降温得支撑体；步骤2 把纳米Si02和水混合后在20°C左右的环境下陈化Mh，再加入PVA和甘油作为添加剂得到制膜液；步骤3 将制膜液多次涂覆在陶瓷膜支撑体内表面上，至表面均勻为止，放置干燥，最后把干透后的陶瓷膜放入烧结炉中于800°C下烧结，即得A1203-Si02陶瓷膜。
7.根据权利要求6所述的一种A1203-Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于所述的支撑体所用原料及各组分质量百分比分别为陶瓷膜支撑体粉体90-95%，造孔剂1-5%，粘结剂0. 5-5 %，烧结助剂0. 5-5 %。
8.根据权利要求6所述的一种A1203-Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于所述的制膜液中各物料的组分分别为纳米Si02 13%, PVA 15%、甘油10-22%、水50-57%。
9.根据权利要求6所述的一种A1203-Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于所述的陶瓷膜支撑体粉体为纳米A1203，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛树脂的任意一种或几种，所述的烧结助剂为高岭土、膨润土、氧化镁中的任意一种或者几种的混合，所述的造孔剂为碳粉。
10.根据权利要求6所述的一种A1203-Si02陶瓷膜的制备方法，其特征在于所述的涂覆次数为3-5次。
全文摘要
本发明公开了一种Al2O3-SiO2陶瓷膜，包括支撑体和分离层，其特征在于，所述的分离层采用纳米SiO2、PVA、甘油、水组成的制膜液通过溶融-凝胶法涂覆于支撑层内表面制得；本发明还公开了Al2O3-SiO2陶瓷膜的制备方法，利用共混粒子烧结法，制备纳米Al2O3支撑体，并且采用溶融-凝胶法在支撑体内表面上涂覆纳米SiO2、PVA、甘油等材料组成的制膜液，形成Al2O3-SiO2陶瓷膜。采用上述技术方案，具有成本低廉、简单易得、膜通量加大，机械强度高，耐污染。膜孔径均匀、膜壁薄，渗透通量大和节省原料、易于实现分离设备小型化、结构简单化等特点。
文档编号B01D69/10GK102512977SQ20111035802
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者俞海桥, 尹娟, 江良涌, 王俊川 申请人:厦门绿邦膜技术有限公司