专利名称：一种无机微滤膜的涂膜设备及方法
技术领域：
本发明涉及微滤膜技术领域，具体涉及一种无机微滤膜的涂膜设备及方法，该涂膜设备和方法适用于各种形状的管式和多通道支撑体的涂膜过程。
背景技术：
无机膜作为一种新型的分离介质，与有机膜相比具有化学稳定性好、机械强度大、抗生物腐蚀能力强、孔径分布窄、耐高温等特点。因此，无机膜的研究和开发引起了人们越来越普遍的关注，已成为膜分离领域的重要组成部分，已在化工、石化、制药、生化等过程工业中获得了成功应用，在节能降耗、清洁生产和循环经济等方面也发挥着重要作用，受到各国政府的高度重视。无机膜的制备方法很多，应根据制膜材料、膜及载体的结构、膜孔径大小、孔隙率以及膜的厚度不同而选择。目前无机膜的制备方法主要有溶胶-凝胶法、阳极氧化法、固态粒子烧结法、薄膜沉积法、化学镀膜法以及热分解法等。其中研究最多、应用最多的方法是溶胶-凝胶法，溶胶-凝胶法具有均匀度高、纯度高等优点，但是制备的无机膜存在孔径分布较宽、孔隙率较低、孔径难控制等缺点。固态粒子烧结法则主要用于压制成型后烧结制备无机膜支撑体，未见用于涂敷后制备无机膜的发明和报道。利用较常用的溶胶-凝胶涂膜法制备无机膜时，由于一般采用静态吸附的方法，而溶胶粒子粒径远小于支撑体孔径，容易出现溶胶粒子在支撑体通道内的内渗，堵塞孔道，支撑体过滤阻力增大，整个无机膜渗透通量减小，也降低了成品合格率，需要寻求更为合理的涂膜方法，提高无机膜的孔径均一性、完整性和成品率。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种无机微滤膜的涂膜设备及方法，该涂膜设备和方法适用于各种形状的管式和多通道支撑体的涂膜过程，适用于在平均孔径0.3-20 μ m的支撑体上直接制备50nm_5 μ m的无机微滤膜。本发明的一种无机微滤膜的涂膜设备及方法技术方案为，该无机微滤膜的涂膜设备包括涂膜液配制装置、涂膜液计量输送装置、涂膜液循环保温装置、支撑体夹紧及转动装置、等电点控制装置。涂膜液配制装置由涂膜液配制槽组成，涂膜液计量输送装置由泵、流量计、涂膜速度控制液槽、涂膜液循环槽、控制阀A、控制阀B组成，涂膜液循环保温装置由温控装置组成，支撑体夹紧及转动装置由支撑体夹紧转动装置组成，等电点控制装置由等电点调节装置组成。涂膜液配制槽通过泵和流量计与支撑体夹紧转动装置一端连接，支撑体夹紧转动装置另一端通过流量计与涂膜液循环槽连接，涂膜液循环槽通过控制阀A与涂膜液配制槽连接；支撑体夹紧转动装置还通过控制阀B与涂膜速度控制液槽连接；涂膜液配制槽连接有等电点调节装置，涂膜液 配制槽和涂膜液循环槽上都设置有温控装置。
使用上述涂膜设备的无机微滤膜的涂膜方法，步骤为:利用涂膜液配制槽配好足量涂膜液，并将支撑体安装于支撑体夹紧转动装置上，然后开启泵，开启控制阀A，通过支撑体夹紧转动装置两端的流量计读数调整流量，通过等电点调节装置调节PH，开启温控装置调整涂膜液温度至稳定，调整稳定后，控制支撑体中的涂膜液平均流速适当，开启支撑体夹紧转动装置，开始涂膜，涂膜液经泵加压后进入支撑体各通道，循环至涂膜液循环槽，根据流速不同，对应的不同粒径的颗粒沉积吸附在支撑体通道侧壁，并随着夹紧转动装置的转动使支撑体通道各方向涂膜变均匀，周期性测定涂膜液内粒径分布变化，获取涂膜所用到的颗粒粒径及数量，直到测定涂膜液内粒径分布达到目标值时停止涂膜，然后缓缓开启控制阀B，压紧已沉积的成膜颗粒，完成涂膜，停泵静置足够时间后取下支撑体，烧结后可得到孔径分布均一、表面平整的无机微滤膜。支撑体为平均孔径0.3-20 μ m的单管或多通道支撑体。涂膜液为含钛、铝、锆、硅、碳、钾、钠、镁中至少一种元素的有机或无机混合溶剂涂膜液，元素含量为0-20%。等电点调节装置中的等电点调节溶液为低分子有机强酸和有机强碱，浓度为0.01_8mol/L。
涂膜时涂膜液平均流速0.01-50m/s ;涂膜液温度范围为20_80°C，涂膜液pH范围为2-10 ;支撑体夹紧转动装置转动速度为0-600r/min ;涂膜完成后静置时间为l_48h。涂膜后烧结而成的无机微滤膜平均孔径为50nm-5ym。本发明的有益效果为:无机膜的制备过程包括支撑体制备、涂膜、陈化干燥、烧结等步骤，支撑体通道堵塞的主要原因是颗粒在涂膜液溶剂胶连、荷电力及流动动力下进入支撑体通道内部，无法流出而堵塞；所涂无机膜的厚度一般为几十微米，主要取决于涂膜液浓度、涂膜液粘度和涂膜时各通道内涂膜液流速；涂膜颗粒粒径及其分布直接决定着所制备的无机膜孔径及孔径分布，本发明装置利用等电点控制装置、涂膜液计量输送装置、涂膜液循环保温装置、支撑体夹紧及转动装置等单元系统性解决了上述问题，显著提高了无机膜的孔径均一性、完整性和成品率。本发明利用等电点调节装置及温控装置使得涂膜液及支撑体在准备阶段和涂膜阶段处于不同荷电状态，大大减轻了支撑体通道内渗现象，夹紧转动装置的转动使支撑体通道各方向涂膜变得更均匀，利用不同流速筛选出不同粒径的成膜颗粒使得膜孔径控制量化、精确化，可实现无机膜孔径的连续控制生产，也就真正实现了根据过滤目标进行膜孔径设计生产。具体有以下几点:
1.利用本发明装置和方法，可在平均孔径约0.3-20 μ m的支撑体上，用颗粒粒径
0.1-100 μ m的涂膜液涂膜，涂膜后静置，然后烧结，制备出孔径50nm-5ym的无机微滤膜，其涂膜均匀，涂膜颗粒可实现系统自行筛选，对涂膜液中的颗粒粒径分布要求降低，更易实现。2.涂膜厚度由涂膜液中的总可用颗粒总量控制，膜厚度定量可控。3.利用本发明装置和方法，可由不同流速筛选出目标粒径合适的成膜颗粒涂膜，进而使得烧结后膜孔径更加均一。4.本发明的等电点装置大大减轻了其他涂膜方法中出现的涂膜液或凝胶颗粒过小而渗入支撑体通道的情况，保证了支撑体的低阻力、高通量。
:图1所示为本发明设备的基本结构示意 图2所示为现有技术涂膜液中的颗粒深入支撑体通道SEM 图3所示为本发明涂膜液中的颗粒与支撑体通道表面结合SEM 图4所示为本发明所制陶瓷膜的表面SEM 图5所示为本发明方法的无机微滤膜采用气体泡压法测出的孔径分布；
图6所示为本发明涂膜所用涂膜液中的氧化铝颗粒粒径分布 图7所示为本发明所制备的平均孔径0.15 μ m的微滤膜对平均粒径0.21 μ m的氧化铝粉体的截留率情况。图中，1.涂膜液配制槽，2.泵，3.支撑体夹紧转动装置，4.支撑体，5.涂膜液，
6.涂膜速度控制液槽，7.涂膜液循环槽，8.控制阀A，9.流量计，10.控制阀B，11.等电点调节装置，12.温控装置。
具体实施方式
:
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。实施例1
如说明书附1所示，等电点调节所需酸碱提前放于等电点调节装置11 (5L玻璃瓶，设置滴放控制阀) 中，配好的涂膜液5放于涂膜液配制槽I中(15L，316L不锈钢材质)，装好支撑体4，开启泵2(32FS-8耐腐蚀离心泵，上海钱涛机电设备有限公司)，开启手动控制阀A8，通过流量计9读数确定调整流量至满足流速需求(LZS-50D流量计，浙江余姚工业自动化仪表厂)，开启温控装置12调温至稳定，开启等电点调节装置11上的控制阀滴加酸(或碱)，调节PH至目标值，启动支撑体夹紧转动装置3，完成后开始涂膜，涂膜液5经泵2加压后进入支撑体4各通道，循环至涂膜液循环槽7 (25L，316L不锈钢材质)，颗粒沉积吸附在支撑体4通道侧壁，并随着支撑体夹紧转动装置3的转动使支撑体4通道各方向涂膜变均匀，测定涂膜液5内粒径分布变化，获取沉积到支撑体4上的颗粒粒径及数量，当涂膜液5内粒径分布达到目标值时停止涂膜。然后开启控制阀B10，压紧已沉积的成膜颗粒，完成涂膜，停泵2，静置足够时间后取出形成陈化膜的支撑体4，进行后续的干燥及烧结处理。实施例2
利用本发明涂膜设备和方法，已在平均孔径2.58 μ m的支撑体4上，制备出平均孔径
0.15 μ m的无机膜，孔径较均一，对目标颗粒截留率高，本装置的涂膜颗粒渗入率降低效果如说明书附2、图3所示。由图2可见，在没有使用等电点调节装置前，涂膜液中的颗粒深入支撑体通道较明显，而采用本装置涂膜后的图3中，支撑体4内几乎没有进入孔道的颗粒，涂膜颗粒孔道渗入量显著降低。实施例3
利用本发明涂膜设备和方法，成功在平均孔径2.77 μ m的支撑体4上，制备出平均孔径0.23 μπι的无机膜，孔径非常均一，说明书附4为所制陶瓷膜的表面SEM图，可见经流速筛选的颗粒粒径十分均一，球形度也较好，图5则表明，气体泡压法测出的孔径分布表明，95%以上孔径集中在0.21-0.25范围内，孔径分布非常均一。实施例4
利用本发明涂膜设备和方法，使用颗粒粒径分布宽至0.1-8 μ m的涂膜液，成功在平均孔径2.77 μ m的支撑体4上制备出孔径均一、平均孔径0.23 μ m的无机膜，说明书附6为涂膜所用涂膜液中的氧化铝颗粒粒径分布图，可见经流速筛选后的颗粒粒径十分均一，能适应颗粒粒径分布很宽的涂膜液涂膜。 实施例5
利用本发明涂膜设备和方法，在平均孔径2.58 μ m的支撑体4上制备出孔径均一、平均孔径0.15 μ m的无机膜，并使用该无机膜过滤含氧化铝粉体的(平均粒径0.21 μ m)悬浊液，考查其截留率，说明书附7为不同过滤压力下的截留率变化图，可见截留率均在90%以上，能较好的应用于 该悬浊液的过滤分离。
权利要求
1.一种无机微滤膜的涂膜设备，其特征在于，包括涂膜液配制装置、涂膜液计量输送装置、涂膜液循环保温装置、支撑体夹紧及转动装置、等电点控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种无机微滤膜的涂膜设备，其特征在于，涂膜液配制装置由涂膜液配制槽组成，涂膜液计量输送装置由泵、流量计、涂膜速度控制液槽、涂膜液循环槽、控制阀A、控制阀B组成，涂膜液循环保温装置由温控装置组成，支撑体夹紧及转动装置由支撑体夹紧转动装置组成，等电点控制装置由等电点调节装置组成。
3.根据权利要求2所述的一种无机微滤膜的涂膜设备，其特征在于，涂膜液配制槽通过泵和流量计与支撑体夹紧转动装置一端连接，支撑体夹紧转动装置另一端通过流量计与涂膜液循环槽连接，涂膜液循环槽通过控制阀A与涂膜液配制槽连接；支撑体夹紧转动装置还通过控制阀B与涂膜速度控制液槽连接；涂膜液配制槽连接有等电点调节装置，涂膜液配制槽和涂膜液循环槽上都设置有温控装置。
4.一种使用权利要求1至3任一所述涂膜设备的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，步骤为:利用涂膜液配制槽配好足量涂膜液，并将支撑体安装于支撑体夹紧转动装置上，然后开启泵，开启控制阀A，通过支撑体夹紧转动装置两端的流量计读数调整流量，通过等电点调节装置调节PH，开启温控装置调整涂膜液温度至稳定，调整稳定后，控制支撑体中的涂膜液平均流速适当，开启支撑体夹紧转动装置，开始涂膜，涂膜液经泵加压后进入支撑体各通道，循环至涂膜液循环槽，根据流速不同，对应的不同粒径的颗粒沉积吸附在支撑体通道侧壁，并随着夹紧转动装置的转动使支撑体通道各方向涂膜变均匀，周期性测定涂膜液内粒径分布变化，获取涂膜所用到的颗粒粒径及数量，直到测定涂膜液内粒径分布达到目标值时停止涂膜，然后缓缓开启控制阀B，压紧已沉积的成膜颗粒，完成涂膜，停泵静置足够时间后取下支撑体，烧结后可得 到孔径分布均一、表面平整的无机微滤膜。
5.根据权利4所述的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，支撑体为平均孔径0.3-20 μ m的单管或多通道支撑体。
6.根据权利4所述的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜液为含钛、铝、锆、硅、碳、钾、钠、镁中至少一种元素的有机或无机混合溶剂涂膜液，元素含量为0-20%。
7.根据权利4所述的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，等电点调节装置中的等电点调节溶液为低分子有机强酸和有机强碱，浓度为0.01-8mol/L。
8.根据权利4所述的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜时涂膜液平均流速0.01-50m/s ;涂膜液温度范围为20-80°C，涂膜液pH范围为2_10 ;支撑体夹紧转动装置转动速度为0-600r/min ;涂膜完成后静置时间为l_48h。
9.根据权利4所述的无机微滤膜的涂膜方法，其特征在于，涂膜后烧结而成的无机微滤膜平均孔径为50nm-5 μ m。
全文摘要
本发明涉及微滤膜技术领域，具体涉及一种无机微滤膜的涂膜设备及方法，包括涂膜液配制装置、涂膜液计量输送装置、涂膜液循环保温装置、支撑体夹紧及转动装置、等电点控制装置。该涂膜设备和方法适用于各种形状的管式和多通道支撑体的涂膜过程，适用于在平均孔径0.3-20μm的支撑体上直接制备50nm-5μm的无机微滤膜。
文档编号B01D67/00GK103230746SQ20131013314
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者李长海, 刘学文, 贾冬梅, 李跃金, 商希礼 申请人:滨州学院