专利名称：一种陶瓷过滤装置及其制备方法
一种陶瓷过滤装置及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷过滤材料和过滤装置领域。
背景技术：
随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到重视。尤其是生物化工、精细化工、能源材料等高技术领域的迅速发展，对液、固分离技术的研究和开发提出更高的要求，高分离精度、高运行效率的多孔过滤技术及多孔过滤材料愈来愈引起人们的重视。多孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、可控孔径、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，在许多领域具有较大的应用市场。以多孔陶瓷材料做过滤介质的陶瓷微过滤技术及陶瓷过滤装置由于其不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等难过滤问题，而且由于本身具有过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到广泛应用。 目前，多孔陶瓷材料的材质种类繁多，由于使用目的不同，对材料的性能要求各异，因此，近年来逐渐开发出许多不同的制备技术。应用比较成功研究比较活跃的有添加造孔剂工艺、发泡工艺、有机泡沫浸溃工艺、溶胶凝胶工艺等。上述现有的制备工艺制得的多孔陶瓷均为经过高温烧结后的整块材料，容易产生裂纹、气孔消失等缺点，且整块材料在装配和应用过程中使用不便。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷过滤装置及其制备方法。本发明实现发明目的采用的技术方案是一种陶瓷过滤装置，包括装置壳体以及位于在装置壳体内的陶瓷过滤材料，所述陶瓷过滤材料由陶瓷微球颗粒组成，所述陶瓷微球颗粒具有气孔结构，所述陶瓷微球颗粒呈层状分布，不同层的陶瓷微球颗粒的粒径不同。更好地，所述陶瓷微球颗粒的气孔结构相互连通。更好地，所述不同层的陶瓷微球颗粒的粒径呈递增或递减的顺序层叠。更好地，所述不同层的陶瓷微球颗粒的粒径沿过滤介质的流动方向递减。更好地，所述装置壳体的过滤出口处设置有一层纳米陶瓷纤维布。更好地，所述纳米陶瓷纤维布与所述陶瓷微球颗粒粘结。本发明还提供一种陶瓷过滤装置的制备方法，包括以下步骤a.制备具有具有不同粒径大小的陶瓷微球颗粒；b.将陶瓷微球颗粒按粒径大小递增或递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，形成陶瓷过滤装置。更好地，所述b步骤为将陶瓷微球颗粒按粒径大小沿过滤介质流动方向递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，并在陶瓷过滤装置的过滤出口处设置一层纳米陶瓷纤维材料，形成陶瓷过滤装置。更好地，所述b步骤后还包括将所述陶瓷过滤装置置于高温下烧结。
更好地，所述陶瓷微球颗粒由以下方法制得将陶瓷粉末、海藻酸钠和水组成的浆料滴入到氯化钙溶液中，形成微球颗粒，然后将微球颗粒在高温下烧结，制得陶瓷微球颗粒。更好地，通过电喷的方法将所述浆料滴入到氯化钠溶液中，形成微球颗粒。更好地，通过改变电喷针孔的大小制得具有不同粒径的微球颗粒。更好地，所述浆料里还包含有成孔剂，所述成孔剂为碳粉或聚合物粉。本发明的陶瓷过滤装置，由于过滤材料是由松散的陶瓷微球颗粒构成，单个陶瓷微球颗粒具有相互连通的气孔结构，其球形的颗粒结构具有良好的结构稳定性，避免了现有多孔陶瓷材料机械强度不高容易产生裂纹的缺点。并且在应用上更为方便，只需要将陶瓷微球颗粒填充到过滤装置即可，同时，陶瓷微球颗粒间的大通孔网有利于提高过滤效率。
图I，实施例I陶瓷过滤材料的微观结构图。图2，实施例2陶瓷过滤材料的微观结构图。
具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。实施例I一种陶瓷过滤装置，包括装置壳体以及位于在装置壳体内的陶瓷过滤材料，其陶瓷过滤材料的微观结构图参看附图I，陶瓷过滤材料由陶瓷微球颗粒I组成，陶瓷微球颗粒I具有气孔结构2，陶瓷微球颗粒I呈层状分布，不同层的陶瓷微球颗粒I的粒径不同。本实施例陶瓷过滤装置的制备方法，包括以下步骤a.制备具有具有不同粒径大小的陶瓷微球颗粒，将陶瓷粉末、成孔剂、海藻酸钠和水组成的浆料滴入到氯化钙溶液中，形成微球颗粒，然后将微球颗粒在高温下烧结，制得陶瓷微球颗粒。其制备原理是，以陶瓷粉末作为陶瓷的基体材料，当浆料滴入到氯化钙溶液中，浆料中的海藻酸钠与氯化钙反应生成海藻酸钙，生成的海藻酸钙固体相互交联并与陶瓷粉末一起形成微球颗粒，将微球颗粒置于高温下烧结，微球颗粒中的海藻酸钙和成孔剂被燃烧掉，进而在微球颗粒内部形成气孔结构，同时陶瓷粉末经烧结形成致密的陶瓷材料，进而得到具有气孔结构的陶瓷微球颗粒。通过选用不同针筒口径和采用振动针筒的方法，可以实现不同粒径的陶瓷微球颗粒。b.将陶瓷微球颗粒按粒径大小按递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，形成陶瓷过滤装置。本实施例中，由于陶瓷过滤材料是由松散的陶瓷微球颗粒构成,单个陶瓷微球颗粒具有相互连通的气孔结构，其球形的颗粒结构具有良好的结构稳定性，避免了现有多孔陶瓷材料机械强度不高容易产生裂纹的缺点。并且在应用上更为方便，只需要将陶瓷微球颗粒填充到过滤装置即可。实施例2一种陶瓷过滤装置，包括装置壳体以及位于在装置壳体内的陶瓷过滤材料，其陶瓷过滤材料的微观结构图参看附图2，陶瓷过滤材料由陶瓷微球颗粒I组成，陶瓷微球颗粒I具有相互连通的气孔结构2，陶瓷微球颗粒I呈层状分布，不同层的陶瓷微球颗粒I的粒径不同，不同层的陶瓷微球颗粒I的粒径沿过滤介质的流动方向递减，图中A表示过滤介质的流动方向，过滤出口处设置有一层纳米陶瓷纤维布3。本实施例陶瓷过滤装置的制备方法，包括以下步骤a.制备具有具有不同粒径大小的陶瓷微球颗粒，将陶瓷粉末、成孔剂、海藻酸钠和水组成的浆料采用电喷的方法滴入到氯化钙溶液中，形成微球颗粒，然后将微球颗粒进行冷冻干燥，制得陶瓷微球颗粒。其制备原理是，以陶瓷粉末作为陶瓷的基体材料，将浆料装入到容器中并与金属针孔连通，金属针孔下方设置装有氯化钙溶液的金属容器，金属针孔与金属容器之间附加有高压电场，浆料在高压电场的作用下滴入到氯化钙溶液中，浆料中的海藻酸钠与氯化钙反应生成海藻酸钙，生成的海藻酸钙固体相互交联并与陶瓷粉末一起形成微球颗粒，然后进行冷冻干燥，将微球颗粒中的水去除掉。通过控制金属针孔的大小，可以很方便地制得具·有不同粒径大小的微球颗粒。b.将陶瓷微球颗粒按粒径大小按递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，并在装置壳体的过滤出口处通过电纺的方法设置一层纳米陶瓷纤维布，形成陶瓷过滤装置。c.将陶瓷过滤装置置于高温下烧结，使纳米陶瓷纤维布与陶瓷微球颗粒之间相互粘结。由于微球颗粒中的海藻酸钙或成孔剂被燃烧掉，进而在微球颗粒内部形成气孔结构，同时陶瓷粉末经烧结形成致密的陶瓷材料，进而得到具有气孔结构的陶瓷微球颗粒。本实施例中，采用电喷的方法制得的微球颗粒可以具有更小的粒径，最终形成的陶瓷微球颗粒在烧结后粒径进一步减小，其形成的气孔结构的孔径可以达到纳米级别，因而作为陶瓷过滤材料具有更好的过滤效果。同时，由于陶瓷过滤材料是由松散的陶瓷微球颗粒构成，单个陶瓷微球颗粒具有相互连通的气孔结构，其球形的颗粒结构具有良好的结构稳定性，避免了现有多孔陶瓷材料机械强度不高容易产生裂纹的缺点。并且在应用上更为方便，只需要将陶瓷微球颗粒填充到过滤装置即可。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
1.一种陶瓷过滤装置，包括装置壳体以及位于在装置壳体内的陶瓷过滤材料，其特征在于所述陶瓷过滤材料由陶瓷微球颗粒组成，所述陶瓷微球颗粒具有气孔结构，所述陶瓷微球颗粒呈层状分布，不同层的陶瓷微球颗粒的粒径不同。
2.根据权利要求I所述的陶瓷过滤装置，其特征在于所述陶瓷微球颗粒的气孔结构相互连通。
3.根据权利要求I或2所述的陶瓷过滤装置，其特征在于所述不同层的陶瓷微球颗粒的粒径呈递增或递减的顺序层叠。
4.根据权利要求I或2所述的陶瓷过滤装置，其特征在于所述不同层的陶瓷微球颗粒的粒径沿过滤介质的流动方向递减。
5.根据权利要求4所述的陶瓷过滤装置，其特征在于所述装置壳体的过滤出口处设置有一层纳米陶瓷纤维布。
6.根据权利要求4所述的陶瓷过滤装置，其特征在于所述纳米陶瓷纤维布与所述陶瓷微球颗粒粘结。
7.一种陶瓷过滤装置的制备方法，包括以下步骤 a.制备具有具有不同粒径大小的陶瓷微球颗粒； b.将陶瓷微球颗粒按粒径大小递增或递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，形成陶瓷过滤装置。
8.根据权利要求7所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，所述b步骤为将陶瓷微球颗粒按粒径大小沿过滤介质流动方向递减的顺序分层装入到陶瓷过滤装置的装置壳体内，并在陶瓷过滤装置的过滤出口处设置一层纳米陶瓷纤维材料，形成陶瓷过滤装置。
9.根据权利要求7或8所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，所述b步骤后还包括将所述陶瓷过滤装置置于高温下烧结。
10.根据权利要求7所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，所述陶瓷微球颗粒由以下方法制得将陶瓷粉末、海藻酸钠和水组成的浆料滴入到氯化钙溶液中，形成微球颗粒，然后将微球颗粒在高温下烧结，制得陶瓷微球颗粒。
11.根据权利要求10所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，通过电喷的方法将所述浆料滴入到氯化钠溶液中，形成微球颗粒。
12.根据权利要求11所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，通过改变电喷针孔的大小制得具有不同粒径的微球颗粒。
13.根据权利10所述的陶瓷过滤装置的制备方法，其特征在于，所述浆料里还包含有成孔剂，所述成孔剂为碳粉或聚合物粉。
全文摘要
本发明提供了一种陶瓷过滤装置及其制备方法，由于陶瓷过滤装置中的过滤材料是由松散的陶瓷微球颗粒构成，单个陶瓷微球颗粒具有相互连通的气孔结构，其球形的颗粒结构具有良好的结构稳定性，避免了现有多孔陶瓷材料机械强度不高、难以加工、容易产生裂纹的缺点。并且在应用上更为方便，只需要将陶瓷微球颗粒填充到过滤装置即可。
文档编号B01J2/06GK102895809SQ20111021634
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者刘若鹏, 赵治亚, 缪锡根 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司