[发明专利]一种蜂窝型陶瓷膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷膜技术领域，具体涉及一种蜂窝型陶瓷膜的制备方法。

背景技术

无机陶瓷膜是由金属氧化物或混合金属氧化物粉体经高温烧结而成的具有一定选择性分 离性能的精密陶瓷材料，具有稳定性好，能耐高温、耐酸、耐碱、耐氧化、耐有机溶剂；机 械强度大，耐压好耐磨性好；孔径分布窄，分离精度高；容易易清洗等优点，可用于气体分 离、液体分离净化和膜反应器，在食品工业(如植物提取液的澄清除杂，果蔬汁、乳品的澄 清过滤和浓缩，苹果残渣中提取果胶饮料，大豆、茶叶深加工等)、制药与生物工程(如发酵 液的除菌过滤，菌体浓缩，蛋白、色素脱除；中药提取，替代醇沉工艺；糖液除杂，产品精 制)、化学与石油化工工业(如高温、高压、溶剂体系的分离、纯化与精制；非催化反应体系 的产品与催化剂的分离；超细催化剂及纳米粉体的生产)以及环境保护(如含油废水处理及 回用；废水中超细粒子的回收)等领域均有广泛的应用。

陶瓷膜一般具有多孔支撑层、过渡层及分离层的非对称结构，它首先是通过成型烧结制 得多孔支撑体，再通过膜孔结构和表面修饰得到过渡层，最后通过不同方法制得有效分离层。 可见，无机膜的生产工艺复杂，生产周期长，成本昂贵，况且陶瓷膜脆性大，这些缺点又大 大限制了它的实际应用。要大规模应用陶瓷膜，一方面必须简化制备工艺，降低陶瓷膜的生 产成本，另一方面需要提高单位体积内有效膜面积，提高膜材料的利用效率。

近些年来，我们借助于有机中空纤维膜的制备技术开发了相转化/烧结法制备陶瓷中空纤 维膜方法，并成功制得了多种陶瓷中空纤维膜(Xiaoyao Tan，Shaomin Liu，K.Li， Preparation and Characterization of Inorganic Hollow Fibre Membranes，J.Membrane Sci.，188：87-95，2001；谭小耀，孟波，杨乃涛.“非对称结构的固体氧化物燃料电池多孔 电极及其制备方法”，中国发明专利ZL03143242.5，2006；谭小耀；孟波；杨乃涛，“用于空 分制氧的陶瓷中空纤维膜反应器及其制法和应用”，中国发明专利ZL200510042334.6， 2007)。

这种陶瓷中空纤维膜的显著优点体现在：

1)膜的多孔支撑层和致密薄层是一步制成，工艺简单，不需要昂贵设备，适合于大规模 工业化生产；

2)多孔层和致密薄层是同一种材料，结构性能稳定；

3)中空纤维膜结构具有最大的膜面积/体积比，可显著减小设备体积，降低设备成本。

然而，这样的陶瓷中空纤维膜由于直径小而容易断裂，因此要装成膜组件和膜分离系统， 才能实际应用。

本发明应用一种特殊设计的蜂窝型结构模具，结合相转化/烧结制备陶瓷中空纤维膜的工 艺，制得了蜂窝型管状陶瓷膜，该发明成功解决了无机陶瓷膜制备的高成本和陶瓷膜脆性大 的问题，为陶瓷膜在生产和生活中的大规模推广、应用创造了条件。

发明内容

本发明的原理是：在含陶瓷粉体的铸膜液中，由于溶剂与水的交换使有机聚合物凝结析 出(即发生相转化)而形成一种多孔结构，在膜的不同位置由于溶剂与水的交换速度不同将 形成不同的孔隙结构。这样，在膜的内表面由于用水作凝结剂，相转化速率快而形成比较致 密的一层，在膜的骨架和外表面，由于相转化延迟而形成较大的孔隙结构。这样可以一次性 制得具有多孔支撑层、过渡层及有效分离层的非对称结构陶瓷膜。

本发明依据上面的相转化成膜原理，通过一种特殊设计的蜂窝型结构模具，一次性制得 具有多孔支撑层、过渡层及有效分离层非对称结构的蜂窝型管状陶瓷膜。这种蜂窝型管状陶 瓷膜相当于将多根非对称结构的陶瓷中空纤维膜集成一束，因而既具有非对称结构陶瓷中空 纤维膜的优点，又成功解决了陶瓷中空纤维膜易脆裂的问题，因而更容易组装成膜组件和膜 分离系统。

本发明的具体实施方案如下：

研制一种蜂窝型陶瓷膜的制备方法，其特征是制备过程包括如下工艺步骤：

(1)制备聚合物溶液

有机聚合物和添加剂溶解于溶剂中，制成聚合物溶液；

所述的聚合物溶液中各组分的重量百分组成为：

有机聚合物∶溶剂∶添加剂＝10～25％∶70～90％∶0～10％；