本发明涉及一种碳化硅无机陶瓷膜的生产方法，具体涉及一种以碳化硅外延性生长石墨烯为技术基础，创新的碳化硅无机陶瓷膜生产工艺和方法。
背景技术：
无机陶瓷膜是分离膜中一种独特的品类，具有优良的稳定性，包括耐高温、耐化学溶剂，抗污染能力强；机械强度高，适合于高粘度、高固含量及复杂流体物料的分离；无机陶瓷膜因其孔径分布窄，采用错流过滤，可显著提高对特定分子量的分离效率；无机陶瓷膜的使用寿命是有机膜的3～5倍。
随着近些年科技的进步，无机陶瓷膜的材料和制作工艺也得到了极大的发展，其中采用碳化硅材料的无机陶瓷膜更是无机膜优良特性的集大成者。碳化硅材料因极佳的酸碱耐受能力和亲水性，其制成的无机陶瓷膜具有十分优异的抗腐蚀和抗污染能力，在无机陶瓷膜领域具有重要的应用价值。目前碳化硅无机陶瓷膜在强酸、强碱等高污染行业的应用状况，证明其耐受能力能经受住稳定性需求的考验，具有较好的市场应用前景。但目前碳化硅无机陶瓷膜，受限于其原料成本高、加工成型温度高达2800℃等问题，制作成本一直高居不下，极大阻碍了其市场化运作。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于以碳化硅外延性生长石墨烯为技术基础，提供一种创新的碳化硅无机陶瓷膜生产工艺和方法。经本方法制得的碳化硅无机陶瓷膜，过滤孔径小、孔径分布精度高、膜体的机械强度佳，抗折强度高。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种碳化硅无机陶瓷膜的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对碳化硅粉末表面进行氢刻蚀；
(2)在碳化硅粉末表面生成石墨烯薄层；
(3)将生成的石墨烯转化为氧化石墨烯；
(4)使生成的氧化石墨烯溶胀；
(5)碳化硅粉末塑性；
(6)碳化硅还原固化。
进一步的，步骤(1)中，使用30～100μm的碳化硅粉末，均匀摊开形成一薄层，在真空环境下，使用10～30l/min流速的氢气对碳化硅粉末进行表面氢刻蚀，使之形成具有原子级平整度的台阶阵列形貌的表面，刻蚀温度为1000～1300℃，刻蚀时间控制在50～100min，刻蚀过程中对温度和时间的阶梯性变化进行控制。
进一步的，步骤(2)中，碳化硅粉末表面氢刻蚀完成后，在真空或氩气保护条件下完成碳硅键的热断裂，使碳化硅粉末表层的硅原子先于碳原子升华而从表面脱附，而表面富集的碳原子发生重构从而形成六方蜂窝状的石墨烯薄膜，热裂解的温度控制在1400～1800℃范围内，热裂解时间控制在1～30min范围内，真空或氩气环境下的环境压力控制在5～50kpa范围内；热裂解完成后，使用氩气将碳化硅粉末降温到室温，待用。
进一步的，步骤(3)中，将生成完石墨烯的碳化硅粉末转化为氧化石墨烯分三步反应完成：①低温共混：将碳化硅与占其质量1～5％的nano3混合，缓慢加入5～10倍的浓硫酸中，加入完成后，再缓慢加入kmno4，其加入量为碳化硅粉末的0.15～0.2倍，于20～25℃反应5～10min；②中温反应：升温至35～40℃反应30～60min；③高温反应与终止：加入3％h2o2溶液来还原多余的kmno4，h2o2溶液的加入量为kmno4的10～15倍，反应温度为40～70℃，反应到无明显气泡为止，将碳化硅粉末滤出，冲洗残留的浓硫酸至中性。
进一步的，步骤(4)中，将已覆盖有氧化石墨烯的碳化硅粉末置于溶剂中进行表面溶胀，溶胀温度为10～30℃，溶胀时间为12～24h，溶剂为水或甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇的醇类或甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、丙烯酸的有机酸类或丙酮、丁酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲亚砜、n-甲基吡咯烷酮、吡啶、二氧六环、氯化钠的水溶液、氯化钙的水溶液、硝酸钠的水溶液、硝酸钙的水溶液、磷酸钠的水溶液、氯化钾的水溶液、氯化铵的水溶液、氢氧化钾的水溶液、氢氧化钠的水溶液或这些溶液的混合液。
进一步的，步骤(5)中，将溶胀完成后滤出的碳化硅粉末置于模具中塑性，形状为扁平的立方体，厚度为0.1～1cm。
进一步的，所述步骤(6)中，将扁平的碳化硅立方体，置于100～600℃的环境下热还原固化，固化时间为12～24h。
进一步的，刻蚀过程中对温度和时间的阶梯性变化进行控制，刻蚀流程为先1100℃刻蚀30min，再升温至1300℃刻蚀50min。
进一步的，刻蚀过程中对温度和时间的阶梯性变化进行控制，刻蚀流程为先1000℃刻蚀30min，后升温至1150℃刻蚀30min，最后升温至1300℃刻蚀40min。
本发明的有益效果是：采用本发明制备的无机陶瓷膜，具耐高温、耐化学溶剂、机械强度高、抗污染能力强的优点，可显著提高高粘度、高固含量及复杂流体物料的分离效率。由于其具有很高的处理效率，因此在处理相同物料时，使用寿命较传统有机膜长2～4倍。规模化应用后可降低70％以上综合生产成本。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
1)对碳化硅粉末表面进行氢刻蚀：
使用100μm的碳化硅粉末，均匀摊开形成一薄层，在真空环境下，使用30l/min流速的氢气对碳化硅粉末进行表面氢刻蚀，使之形成具有原子级平整度的台阶阵列形貌的表面。刻蚀流程为先1100℃刻蚀30min，再升温至1300℃刻蚀50min。
2)在碳化硅粉末表面生成石墨烯薄层：
碳化硅粉末表面氢刻蚀完成后，在真空保护条件下完成碳硅键的热断裂，使碳化硅粉末表层的硅原子先于碳原子升华而从表面脱附，而表面富集的碳原子发生重构从而形成六方蜂窝状的石墨烯薄膜。热裂解的温度控制在1400℃，热裂解时间控制在10min，真空度控制在10kpa范围内。热裂解完成后，使用氩气将碳化硅粉末降温到室温，待用。
3)将生成的石墨烯转化为氧化石墨烯：
将生成完石墨烯的碳化硅粉末转化为氧化石墨烯分三步反应完成：①低温共混。将碳化硅与占其质量1％的nano3混合，缓慢加入5倍的浓硫酸中，加入完成后，再缓慢加入kmno4，其加入量为碳化硅粉末的0.15倍，于20℃反应5min；②中温反应。升温至35℃反应30min；③高温反应与终止。加入3％h2o2溶液来还原多余的kmno4，h2o2溶液的加入量为kmno4的10倍，反应温度为50℃，反应到无明显气泡为止，将碳化硅粉末滤出，冲洗残留的浓硫酸至中性。
4)使生成的氧化石墨烯溶胀：
将已覆盖有氧化石墨烯的碳化硅粉末置于溶剂中进行表面溶胀。溶胀温度为15℃，溶胀时间为18h，溶剂为1％硝酸钠的水溶液。溶胀完成后将碳化硅粉末滤出待用。
5)碳化硅粉末塑性：
将溶胀完成后滤出的碳化硅粉末置于模具中塑性，形状为扁平的立方体，厚度为0.5cm。
6)碳化硅还原固化
将扁平的碳化硅立方体，置于300℃的环境下热还原固化，固化时间为12h。
经上述方法制得的碳化硅无机陶瓷膜，使用泡点法检测，其过滤孔径为30nm，孔径分布经孔径仪检测十分良好，膜体的机械强度高，抗折强度可以达到2500n。
实施例2：
1)对碳化硅粉末表面进行氢刻蚀：
使用30μm的碳化硅粉末，均匀摊开形成一薄层，在真空环境下，使用10l/min流速的氢气对碳化硅粉末进行表面氢刻蚀，使之形成具有原子级平整度的台阶阵列形貌的表面。刻蚀流程为先1000℃刻蚀30min，后升温至1150℃刻蚀30min，最后升温至1300℃刻蚀40min。
2)在碳化硅粉末表面生成石墨烯薄层：
碳化硅粉末表面氢刻蚀完成后，在氩气保护条件下完成碳硅键的热断裂，使碳化硅粉末表层的硅原子先于碳原子升华而从表面脱附，而表面富集的碳原子发生重构从而形成六方蜂窝状的石墨烯薄膜。热裂解的温度控制在1800℃，热裂解时间控制在20min，真空度控制在30kpa范围内。热裂解完成后，使用氩气将碳化硅粉末降温到室温，待用。
3)将生成的石墨烯转化为氧化石墨烯：
将生成完石墨烯的碳化硅粉末转化为氧化石墨烯分三步反应完成：①低温共混。将碳化硅与占其质量5％的nano3混合，缓慢加入10倍的浓硫酸中，加入完成后，再缓慢加入kmno4，其加入量为碳化硅粉末的0.2倍，于25℃反应10min；②中温反应。升温至40℃反应50min；③高温反应与终止。加入3％h2o2溶液来还原多余的kmno4，h2o2溶液的加入量为kmno4的15倍，反应温度为60℃，反应到无明显气泡为止，将碳化硅粉末滤出，冲洗残留的浓硫酸至中性。
4)使生成的氧化石墨烯溶胀：
将已覆盖有氧化石墨烯的碳化硅粉末置于溶剂中进行表面溶胀。溶胀温度为20℃，溶胀时间为24h，溶剂为水。溶胀完成后将碳化硅粉末滤出待用。
5)碳化硅粉末塑性：
将溶胀完成后滤出的碳化硅粉末置于模具中塑性，形状为扁平的立方体，厚度为0.1cm。
6)碳化硅还原固化
将扁平的碳化硅立方体，置于600℃的环境下热还原固化，固化时间为15h。
经上述方法制得的碳化硅无机陶瓷膜，使用泡点法检测，其过滤孔径为10nm，孔径分布经孔径仪检测十分良好，膜体的机械强度高，抗折强度可以达到1000n。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。