一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备艺，属于膜分离【技术领域】，准备膜管，并用氮气吹扫所述膜管，以清洁所述膜管表面的灰尘；将所述膜管放入煅烧炉中烧制以去除所述膜管上的有机物；使用涂覆设备将载体材料涂覆到所述膜管上；涂覆好后将所述膜管放置到所述煅烧炉中煅烧；使用金刚石将所述膜管的两端磨平，所述膜管被磨平的长度约10毫米，并涂覆一层玻璃；使用涂覆设备再涂一层载体材料至所述膜管上等。与现有技术相比，本发明杂化氧化硅膜是将SiO2中部分Si-O-Si键用Si-CmHn-Si代替，在具有和分子筛膜同等分离性能基础上，增加了抗水解性能、耐酸性能及耐高温性能，进而延长了膜材料寿命，填补了国内外的渗透汽化膜产品采用陶瓷管内壁涂覆的空白。
【专利说明】一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于膜分离【技术领域】，尤其涉及一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺。
【背景技术】
[0002]随着工业快速发展，各种有机溶剂得到广泛使用，包括醇类、酯类、酮类、醚类、芳香族化合物等化学溶剂应用于能源、医药、生物等领域，在国民经济中发挥着重要作用。目前国内外研究并可工业化应用的有机溶剂脱水技术的渗透汽化膜材料主要有两种:有机高分子膜材料和无机分子筛膜材料。针对大多有机溶剂偏酸性及渗透汽化处理温度高等特性，这两种膜材料均有弊端，有机渗透汽化膜耐温、耐冲刷、耐酸碱和耐溶胀能力不足，仅有几个月的寿命，因寿命短增加了渗透汽化的处理成本，逐渐取而代之的是无机膜。无机分子筛膜以NaA为代表，虽可得到较好的分离性能指标，但其长期水热稳定性不好。另外，因分子筛的自身S1-O-Si键不稳定，耐酸性和抗水解性能差，因此不能用在PH值较低的有机溶剂脱水，并且膜材料寿命较短。
[0003]另外现有技术中，使用陶瓷管作为支撑体涂覆膜材料多是外壁涂覆，虽然涂覆技术难度低，但是，外壁涂覆膜管，容易在安装操作时损伤；在使用操作时管外走流体，管内抽真空，管内空间小，抽真空效率低而导致膜使用效率低下，本发明开发的渗透汽化膜产品是将材料涂覆在陶瓷管内壁上，可避免以上问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中的不足，提供了一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，填补了国内外的渗透汽化膜产品采用陶瓷管内壁涂覆的空白。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决:一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，具体步骤如下:步骤S1:准备膜管，并用氮气吹扫所述膜管，以清洁所述膜管表面的灰尘；步骤S2:将所述膜管放入煅烧炉中烧制以去除所述膜管上的有机物；步骤S3:使用涂覆设备并采用陶瓷管内壁涂覆方式将载体材料涂覆到所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的内层；步骤S4:涂覆好后将所述膜管放置到煅烧炉中煅烧；步骤S5:使用金刚石将所述膜管的两端磨平，所述膜管被磨平的长度约10毫米，并在被打磨的区域涂覆一层玻璃，以便将接口密封住；步骤S6:使用涂覆设备再涂一层载体材料至所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的中间层；步骤S7:将步骤S6的所述膜管放置在干燥箱内干燥，温度保持40°C，相对湿度60% ;步骤S8:待干燥后，将所述膜管放置到所述煅烧炉中继续煅烧；步骤S9:使用涂覆设备将杂化氧化硅材料涂覆在所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的外层；步骤SlO:将步骤S9中的所述膜管放置在煅烧炉中，室温条件下放置至少12小时后，使用300°C -400°C烧结膜管，得以制成陶瓷支撑杂化氧化硅膜。
[0006]陶瓷支撑杂化氧化硅渗透汽化膜是以陶瓷管作为支撑体，以λ -Al2O3、二氧化钛、氧化锆或二氧化硅等材料为载体，将改性后的杂化氧化硅材料涂覆在载体表面的形成一层平均孔径集中分布在0.3^0.6nm、厚度为2(T2000nm的微孔致密膜，因此从结构和孔径上分，该膜共由三层材料组成，第一层陶瓷支撑体为大孔颗粒材料，第二层载体材料作为介孔颗粒材料，第三层杂化氧化硅作为微孔颗粒材料，层层递进，进而形成规则平滑的渗透汽化膜。
[0007]作为优选的，上述步骤S2中的煅烧炉中的烧制温度为500°C _600°C，在空气氛中热处理2h、升温\冷却速率为0.5 0C /min。
[0008]作为优选的，上述步骤S4中的煅烧炉中的烧制温度为1000°C -1200°C，在空气氛中热处理2h、升温\降温速率为0.50C /min。
[0009]作为优选的，上述步骤S8中的煅烧炉中的烧制温度为500°C _600°C，在空气氛中热处理2h、升温\冷却速率为0.50C /min。
[0010]本发明的有益效果:本发明开发的杂化氧化硅膜材料是将SiO2中S1-O-Si键，部分用S1-CmHn-Si代替，在具有和分子筛膜同等分离性能基础上，增加了抗水解性能、耐酸性能及耐高温性能，进而延长了膜材料寿命，并且通过上述技术方案制造的陶瓷支撑杂化氧化硅渗透汽化膜有如下优越性能:1)耐水热性可长期在120°C ~150°C水热环境下工作，最高可承受17(Tl90°C ；2)耐酸碱性适用于PH=3~8的有机溶剂；3)耐溶剂性适用于常见醇、醚、酮、S旨、苯、酚、四氢呋喃、乙腈等各种溶剂及其混合溶剂。
【具体实施方式】
[0011]下面结合与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0012]实施例1:一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，包括涂覆、干燥和煅烧过程，具体步骤如下:步骤S1:准备膜管，并用氮气吹扫所述膜管，以清洁所述膜管表面的灰尘；步骤S2:将所述膜管放入煅烧炉中烧制以去除所述膜管上的有机物；步骤S3:使用涂覆设备并采用陶瓷管内壁涂覆方式将载体材料涂覆到所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的内层；步骤S4:涂覆好后将所述膜管放置到煅烧炉中煅烧；步骤S5:使用金刚石将所述膜管的两端磨平，所述膜管被磨平的长度约10毫米，并在被打磨的区域涂覆一层玻璃，以便将接口密封住；步骤S6:使用涂覆设备再涂一层载体材料至所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的中间层；步骤S7:将步骤S6的所述膜管放置在干燥箱内干燥，温度保持40°C，相对湿度60% ;步骤S8:待干燥后，将所述膜管放置到所述煅烧炉中继续煅烧；步骤S9:使用涂覆设备将杂化氧化硅材料涂覆在所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的外层；步骤SlO:将步骤S9中的所述膜管放置在煅烧炉中，室温条件下放置至少12小时后，使用300°C烧结膜管，得以制成陶瓷支撑杂化氧化硅膜。
[0013]陶瓷支撑杂化氧化硅渗透汽化膜是以陶瓷管作为支撑体，以λ -Al2O3、二氧化钛、氧化锆或二氧化硅等材料为载体，将改性后的杂化氧化硅材料涂覆在载体表面的形成一层平均孔径集中分布在0.3^0.6nm、厚度为2(T2000nm的微孔致密膜，因此从结构和孔径上分，该膜共由三层材料组成，第一层陶瓷支撑体为大孔颗粒材料，第二层载体材料作为介孔颗粒材料，第三层杂化氧化硅作为微孔颗粒材料，层层递进，进而形成规则平滑的渗透汽化膜。
[0014]上述技术方案中，上述步骤S2中的煅烧炉中的烧制温度为600°C，在空气氛中热处理2h、升温\冷却速率为0.50C /min。
[0015]上述技术方案中，上述步骤S4中的煅烧炉中的烧制温度为1200°C，在空气氛中热处理2h、升温\降温速率为0.50C /min。
[0016]上述技术方案中，上述步骤S8中的煅烧炉中的烧制温度为600°C，在空气氛中热处理2h、升温\冷却速率为0.50C /min。
[0017]实施例2:所述载体材料为二氧化钛，所述步骤S2和S8中在煅烧炉中的烧制温度均为500°C，所述步骤S4中在煅烧炉中的烧制温度为1100°C，所述步骤SlO中的烧制温度为400°C，其余技术方案为同实施例1。
[0018]实施例3:所述载体材料为氧化锆，所述步骤S2和S8中在煅烧炉中的烧制温度均为550°C，所述步骤S4中在煅烧炉中的烧制温度为1050°C，所述步骤SlO中的烧制温度为350°C，其余技术方案为同实施例1。
[0019]实施例4:所述载体材料为二氧化硅，所述步骤S2和S8中在煅烧炉中的烧制温度均为600°C，所述步骤S4中在煅烧炉中的烧制温度为1000°C，所述步骤SlO中的烧制温度为300°C，其余技术方案为同实施例1。
[0020]以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然，本发明不限于以上的实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，其特征在于，具体步骤如下:步骤S1:准备膜管，并用氮气吹扫所述膜管，以清洁所述膜管表面的灰尘；步骤S2:将所述膜管放入煅烧炉中烧制以去除所述膜管上的有机物；步骤S3:使用涂覆设备并采用陶瓷管内壁涂覆方式将载体材料涂覆到所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的内层；步骤S4:涂覆好后将所述膜管放置到煅烧炉中煅烧；步骤S5:使用金刚石将所述膜管的两端磨平，所述膜管被磨平的长度约10毫米，并在被打磨的区域涂覆一层玻璃，以便将接口密封住；步骤S6:使用涂覆设备再涂一层载体材料至所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的中间层；步骤S7:将步骤S6的所述膜管放置在干燥箱内干燥，温度保持40°C，相对湿度60% ;步骤S8:待干燥后，将所述膜管放置到所述煅烧炉中继续煅烧；步骤S9:使用涂覆设备将杂化氧化硅材料涂覆在所述膜管上，以得到陶瓷支撑杂化氧化硅膜的外层；步骤SlO:将步骤S9中的所述膜管放置在煅烧炉中，室温条件下放置至少12小时后，使用300°C -400°C烧结膜管，得以制成陶瓷支撑杂化氧化硅膜。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，其特征在于:所述载体材料为λ -Al2O3、二氧化钛、氧化锆或二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，其特征在于:所述步骤S2和所述步骤S8中的煅烧炉中的烧制温度均为500°C -600°C。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷支撑杂化氧化硅膜制备工艺，其特征在于:所述步骤S4中的煅烧炉中的烧制温度为1000°C -1200°C。
【文档编号】B01D67/00GK103977713SQ201410166327
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】袁奕琳, 凌福康, 李玉芳, 施晨 申请人:宁波信远膜工业股份有限公司, 宁波信远工业集团有限公司