专利名称：一种陶瓷膜支撑体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷膜支撑体的制备方法，属于多孔陶瓷制备领域。
背景技术：
在膜分离领域，无机膜被广泛的应用于液体介质的微滤和超滤以及气体分离。在支撑体上沉积无机材料制成的无机膜可以用于环境工业、食品饮料工业、生物工业、化学工业、石油化学工业中的过滤和分离应用。具体的粒子包括油水混合物的分离、 废水处理、酒类和果汁的过滤、从液体中过滤细菌和病毒。在现有的技术中，商品化的陶瓷膜支撑体主要采用高纯度特种氧化铝烧结而成， 为了获得足够的强度，一般采用在氧化铝骨料中添加亚微米或者纳米级别氧化铝或者氧化物溶胶，起到提高支撑体强度的作用，但是降低了支撑体的透水通量。CN 101139206A中描述了采用超细晶核颗粒悬浮液作为烧结助剂添加到陶瓷粉体骨料中制造陶瓷膜支撑体，超细晶核颗粒填充在骨料的间隙中，提供了高的烧结活性，使支撑体可以在1100-1500°C的较低温度下实现烧结，降低了制造成本，但是这种填充使支撑体的孔隙率降低，其通量只有 4600-11000L. M-2. H-1. bar_l。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷膜支撑体及其制备方法，以解决背景技术的以上问题。本发明的目的由以下的技术方案实现—种陶瓷膜支撑体，其由以下材料制作而成，按质量比包含50-80 % 的 α -氧化铝；10-30%的硅的化合物；1-10%的烧结助剂；和 3-15%的粘结剂与造孔剂(其中粘结剂用量为1-6%，造孔剂用量为2-14%，两者总量为3-15% ) ο在本发明的较佳实施例中，所述α -氧化铝的平均粒径是10-50微米。在本发明的较佳实施例中，所述硅的化合物可以是硅的氧化物、碳化物或有机物。在本发明的较佳实施例中，当所述硅的化合物为无机物时，其平均粒径为10微米或更小。在本发明的较佳实施例中，所述烧结助剂选自下组金属铝、镁、钛、镧、锰、锆的氧化物、氢氧化物、无机盐或胶体中的一种或其组合。在本发明的较佳实施例中，所述粘结剂为纤维素类、聚醇类、聚合物多糖。其中所述的纤维素包括甲基纤维素、羧甲基纤维素或其钠盐、羟乙基纤维素等。所述的聚醇类包括聚乙烯醇或聚乙二醇等。所述粘结剂其质量为组合物含量的1_6%。在本发明的较佳实施例中，所述的造孔剂包括石墨、淀粉、糊精、聚乙烯醇等成分中的一种或其组合。其质量应为组合物含量的2-14%，特别优选为4-8%。在本发明的较佳实施例中，所述的造孔剂平均粒径为2-50微米。一种形成莫来石支撑体的方法，包括通过以下方法提供组合物使50-80%的 α -氧化铝、10-30 %的氧化硅、1-10 %的烧结助剂和3-15 %的粘结剂与造孔剂组合，加入适当的流体，如水、有机溶剂等，并混合所述组合以形成均勻的混合物。使前述混合物成型以形成生坯；和使生坯烧结以形成支撑体。在本发明的较佳实施例中，前述的成型包括通过挤出模具挤出成型为生坯。烧结生坯包括在1350-1650°C的温度下使坯体保温1-8个小时。所述的组合物可以用蜂窝煤式的圆柱形几何形状挤出形成生坯，其包含1.8-6mm直径的圆形通道。所述生坯在 1350-1650°C的温度中加热1-8小时，特别优选为1450_1550°C的温度中加热3_6小时。前述的一种形成莫来石支撑体的方法，该方法将支撑体制成管状或多通道管状。 支撑体的平均孔径为4-15微米。作为组分中的α氧化铝，可以采用10-50微米的α氧化铝颗粒，优选为30_40微米的氧化铝颗粒。硅的化合物可以是10微米或以下粒径的氧化硅、碳化硅，优选为硅的纳米溶胶。所述烧结助剂可以是镁、钛、锆、镧的氧化物、盐类、胶体溶液。在1350-1650°c的温度中烧结时，过量的α氧化铝与硅反应生产莫来石，由于硅的颗粒小于氧化铝，因此莫来石将会在α氧化铝颗粒上生长，硅的化合物颗粒消失而不再填充在氧化铝颗粒的间隙中， 这有助于本发明的支撑体具有高的孔隙率与强度。作为烧结助剂的元素将会提高莫来石的耐碱性，使莫来石支撑体可以使用弱碱进行多次的清洗，这有助于提高莫来石支撑体的使用寿命。通过本发明，使得这样的工艺成为可能，S卩，使氧化铝与含硅的无机物或有机物作为反应成分制造莫来石支撑体，使组合物的体积缩小、孔隙增大。由此得到的支撑体具有高的孔隙率、高的强度。本发明中，硅的化合物将会与氧化铝反应而不会堵塞空隙，使支撑体的孔隙率提高，通量增加。同时，本发明使的制造支撑体可以采用更廉价的氧化铝以及更低的烧结温度，从而降低支撑体的制造成本。具体实施方法实施例一平均粒径为30微米的α氧化铝3kg，平均粒径为5微米的氧化硅0. 5kg,氧化钛 0. 05kg，平均粒径20微米的石墨0. 3kg，甲基纤维素0. 06kg混合搅拌均勻，加入粉体质量 16%的水捏合成泥料并挤出成型。将生坯加热到1550°C并保温2小时，从而获得平均孔径为15微米，孔隙率52%的莫来石陶瓷膜支撑体。将支撑体在20%硫酸中加热到100°C，保持72小时，其强度损失率为4. 8%。实施例二平均粒径为40微米的α氧化铝3kg，平均粒径为5微米的氧化硅0. 6kg,硝酸镧 0. 2kg, 200目面粉0. 25kg，聚合物多糖0. 045kg混合搅拌均勻，加入粉体质量18%的水捏合成泥料并挤出成型。将生坯加热到1500°C并保温2小时，从而获得平均孔径为12微米、孔隙率55%的莫来石陶瓷膜支撑体。将支撑体在20%硫酸中加热到100°C，保持72小时，其强度损失率为5. 1%。实施例三
平均粒径为25微米的α氧化铝3kg，30纳米的气相法氧化硅0. Ikg,有机硅溶胶 0. 2kg,硝酸镧0. 2kg, 200目糊精0. 2kg,聚乙二醇0. Ikg混合搅拌均勻，加入粉体质量8 % 的水捏合成泥料并挤出成型。将生坯加热到1450°C并保温2小时，从而获得平均孔径为10 微米、孔隙率50%的莫来石陶瓷膜支撑体。将支撑体在20%硫酸中加热到100°C，保持72 小时，其强度损失率5.9%。实施例四平均粒径为四微米的α氧化铝3kg，平均粒径为0. 6微米的碳化硅0. 15kg,平均粒径0. 4微米的氧化铝0. 1kg，硝酸镧0. ^cg,平均粒径为2微米的石墨0. 2kg,甲基纤维素0. 06kg混合搅拌均勻，加入粉体质量8%的水捏合成泥料并挤出成型。将生坯加热到 1450°C并保温2小时，从而获得平均孔径为11微米、孔隙率的莫来石陶瓷膜支撑体。 将支撑体在20%硫酸中加热到100°C，保持72小时，其强度损失率为5. 0%。实施例五平均粒径为四微米的α氧化铝3kg，平均粒径为1微米的氧化硅0. 5kg,平均粒径0. 4微米的氧化铝0. Ikg,平均粒径为45纳米的氧化锆0. 05kg,硝酸镧0. Ikg, 200目面粉0. Mkg，聚合物多糖0. 045kg混合搅拌均勻，加入粉体质量8%的水捏合成泥料并挤出成型。将生坯加热到1450°C并保温2小时，从而获得平均孔径为10微米、孔隙率52%的莫来石陶瓷膜支撑体。将支撑体在20%硫酸中加热到10(TC，保持72小时，其强度损失率为 5. 2%。
权利要求
1.一种陶瓷膜支撑体，其由以下材料制作而成，按质量比包含 50-80%的α-氧化铝；10-30%的硅的化合物； 1-10%的烧结助剂；和3-15%的粘结剂与造孔剂，其中所述粘结剂用量为1_6%，造孔剂用量为2-14%。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述α-氧化铝的平均粒径是 10-50微米。
3.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述硅的化合物为硅的氧化物、碳化物或有机物。
4.如权利要求3所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述硅的化合物的平均粒径为 10微米或更小。
5.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述烧结助剂选自下组金属铝、镁、钛、镧、锰、锆的氧化物、氢氧化物、无机盐或胶体中的一种或其组合。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述粘结剂为纤维素类或聚醇类。
7.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述的造孔剂为石墨、淀粉、 糊精或聚合物多糖中的一种或其组合。
8.如权利要求1所述的一种陶瓷膜支撑体，其特征在于所述的造孔剂平均粒径为2-50 微米。
9.一种形成莫来石支撑体的方法，包括将以下重量比的组合物50-80%的α-氧化铝、10-30%的硅的化合物、1-10%的烧结助剂、3-15 %的粘结剂与造孔剂，加入适量的流体，混合均勻，使组合物成型，形成生坯；在 1350-1650°C的温度中烧结1-8小时，形成莫来石支撑体。
10.如权利要求9所述的一种形成莫来石支撑体的方法，其特征在于该莫来石支撑体形状为管状或多通道管状。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷膜支撑体及其制备方法，该支撑体由以下材料制作而成，按质量比包含50-80％的α-氧化铝；10-30％的硅的化合物；1-10％的烧结助剂；和3-15％的粘结剂与造孔剂。本发明方法主要为形成生坯和烧结。本发明通过使氧化铝与含硅的无机物或有机物作为反应成分制造莫来石支撑体，使组合物的体积缩小、孔隙增大。由此得到的支撑体具有高的孔隙率、高的强度。同时，本发明使得制造支撑体可以采用更廉价的氧化铝以及更低的烧结温度，从而降低支撑体的制造成本。
文档编号C04B38/06GK102408250SQ201110209420
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者洪昱斌, 翁志龙, 蓝伟光 申请人:三达膜科技(厦门)有限公司