[发明专利]粒子充填法纳滤膜制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于无机纳滤膜制备领域，特别涉及一种采用粒子填充技术简化三氧化二铝纳滤膜的制备工艺。

背景技术：

膜分离技术是一项新兴的高效分离技术。具有良好的耐高温性和化学稳定性、机械强度大、抗微生物侵蚀、使用寿命长等优点。目前，膜产品的世界年销售额已超过100亿美元，年增长率为14-30％。大多数膜分离过程中，物质不发生相变化，分离系数较大，操作温度在室温左右，所以它是解决当代人类面临的能源、资源、环境等重大问题的重要新技术。膜在21世纪的多数工业过程中扮演着战略角色，并且是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。膜已经广泛应用于多个领域，包括食品、含油废水分离、化工生产、纺织、造纸、制药、城市生活污水、气体分离、饮用水净化、膜生物反应器，等。

目前，氧化铝陶瓷膜制备工艺主要有阳极氧化法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。化学气相沉积技术所形成的膜层致密且均匀，膜层与基体结合牢固，薄膜成分易控，沉积速度快，膜层质量也很稳定。申铉国(CN1280209)提出一种用于由化学蒸汽沉积形成铝膜的有机金属化合物，及这些有机金属化合物的制备方法和形成铝膜的方法。此法缺点是沉积温度通常很高，一般在1000～2000℃之间，超过了许多模具的常规热处理温度。因此，涂覆之后仍需进行二次热处理，容易引起基体的变形和开裂，也使涂层的性能下降，所以基片的选择、沉积层或所得工件的质量都受到限制。(李新起，闫肖萌.无机膜制备工艺、改性及成膜机理的研究进展[J].陶瓷学报，2008(29)：171-182.)

阳极氧化制备技术是近年发展起来的具有环境协调性的重要工艺路线，所制得的膜孔径均一、排列有序、孔密度高(达1011个/cm²)。石巍等人(CN101254416)提出一种用于蛋白分离的阳极氧化铝亲和膜的制备方法，具有良好亲水性和生物相容性，可应用于亲和分离，是以氨基硅烷偶联剂为活化剂的亲和性的明胶-氨基硅烷-阳极氧化铝复合膜的制备方法。缺点是在氧化过程中基体由于电击容易局部破坏，局部过热会导致膜呈现松软的粉状表面。

溶胶-凝胶法能在低温(400～600℃)下操作，其制备的无机膜孔径小且分布窄，因此溶胶-凝胶法被普遍认为是制备无机陶瓷膜的首选方法。这一工艺的优点是设备简单，可以大面积在各种不同形状、不同材料的基片上制备薄膜，可有效控制薄膜成分及微观结构。

美国专利(US 6464881)介绍了用sol-gel法制备Al₂O₃-TiO₂复合膜，并应用于糖生产工业。江伟辉等人在专利CN 101274776中介绍了采用溶胶-凝胶法制备钛酸铝薄膜的工艺，提到溶胶制成后采用浸渍提拉法镀膜，需要多次镀膜且多次镀膜前干凝胶膜需进行高温热处理。郦剑在专利CN101270476中提到一种高结合强度碳素钢基Al₂O₃陶瓷膜涂层方法。勃姆石溶胶制备完成后，需要涂层10-12次以得到理想涂层，且每次涂层前需要在850℃高温焙烧。

溶胶-凝胶技术中，制备溶胶的工艺已经比较成熟，这一技术的主要问题就是成本高，合成时间长，凝胶干燥的周期较长，工艺十分繁复，需要至少7道工序才能制得，成本相对较高。复杂的制备工艺阻碍了无机膜的推广和应用，也是无机膜发展中所面临的一大挑战。5至7遍共15-21步工艺缩至10步工艺，周期由30天缩短为10-12天。

发明内容：

本发明的目的在于通过采用粒子充填技术对陶瓷支撑体预处理，从而修饰支撑体表面及孔径分布，进而简化传统的溶胶-凝胶法制备氧化铝膜的多次涂膜工艺，降低涂膜、干燥、热处理工艺的重复次数，降低制膜周期及成本。

为了实现上述目的，本发明采取下面的技术方案：

一种粒子充填法纳滤膜制备方法，其特征在于，采用三氧化二铝粉末与分散剂制备成悬浊液，混合均匀后将陶瓷素胚浸渍在所述的悬浊液中、干燥、煅烧、除尘，重复一次浸渍、干燥、煅烧、除尘，然后将Al₂O₃溶胶涂覆于经过重复一次除尘步骤的陶瓷素胚的一侧表面5～10s。

氧化铝粉末的粒径为10～1000nm，其在悬浊液中的体积浓度为0.1％～1.5％。

分散剂为聚环氧琥珀酸二钠、聚丙烯酸钠、羟基乙叉二膦酸或六偏磷酸钠，其在悬浊液中的质量浓度为1～2g/L。

进一步，陶瓷素胚在悬浊液中浸渍时间为10～60s。

进一步，陶瓷素胚在所述的悬浊液中浸渍、室温下干燥后，在600～1200℃下煅烧1～3h。