[发明专利]一种陶瓷分离膜的湿化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷分离膜的制备方法，具体地涉及一种通过湿化学工艺制备陶瓷分离膜的方法。

背景技术

陶瓷膜中最具工业应用价值的是管式多通道陶瓷膜，其工业生产方法一般是先使用较大颗粒的氧化铝粉生产具有较大孔径的管式多通道支撑体，再在支撑体的通道内浸涂一层或几层较小颗粒的氧化铝，烧结后形成较小孔径的膜层，最终得到非对称的管式多通道陶瓷膜。

陶瓷膜的关键技术和主要成本在于支撑体的制造，目前支撑体的制造工艺主要有两种，第一种是在数十微米大的氧化铝粉中掺入一定数量的亚微米氧化铝粉制造支撑体，利用亚微米的氧化铝粉提供烧结活性，粘结大颗粒的氧化铝粉，这种方法的优点是支撑体中氧化铝纯度非常高，基本在99.5％以上，制造出来的支撑体可以适应绝大多数的高温、高酸碱腐蚀的环境，但是缺点也比较明显，亚微米的氧化铝粉堵塞了数十微米氧化铝粉的间隙，导致孔隙率降低，过滤通量下降，同时，及时掺杂了亚微米的氧化铝粉，其烧结温度仍然非常高，基本在1800℃以上，造成成本高昂。第二种方法是在支撑体的制造中掺杂一些低温烧结的助剂，可以大大降低烧结温度，降低成本，同时也能有较高的孔隙率，但是由于起烧结作用的是低温烧结助剂，所以耐酸碱性能大幅度下降，使用范围因此受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷分离膜的湿化学制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。该制备方法采用纳米材料包裹Al₂O₃粉，获得具有更高烧结活性的球型颗粒，并且简化了生产流程中的成型配方和工艺，避免了繁琐的生坯晾坯、翻坯过程。

本发明提供的技术方案如下：

一种陶瓷分离膜的湿化学制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：

a、将30～70微米大小的氧化铝颗粒(纯度在99.8％以上)、以及预先溶解成水溶液的硝酸铝、钛醇盐、及硝酸镧和/或硝酸钇缓慢加入足量氨水中，调节pH值为8～10，在65～90℃温度下反应完全后，沉淀，清洗，陈化，烘干，在500～800℃预烧结，得到纳米氧化物包裹的氧化铝颗粒；

b、将纳米氧化物包裹的氧化铝颗粒和有机成型助剂混合后捏合形成有塑性的泥料，挤出成型为支撑体的生坯，将生坯在1450～1700℃烧结0.5～5小时，形成支撑体；

c、涂膜，而后烧结，获得陶瓷分离膜产品。

在推荐的实施例中，步骤c中的涂膜、烧结过程包括以下的步骤：按重量份配比取粒径为1～10微米的氧化铝微粉40～95份和粒径为25～80纳米的纳米氧化物微粉5～40份加入纯净水中，而后加入悬浮剂和防裂剂配置成固含量为5～30％的浆料，将此浆料在支撑体上浸涂成膜，烘干后在1200～1450℃左右烧结成为第一层氧化铝膜；取粒径为100～800纳米氧化物微粉加入纯净水中，而后加入悬浮剂、防裂剂和分散剂配置成固含量为3～30％的浆料，在第一层氧化膜上浸涂成膜，烘干后在1000～1200℃烧结，获得陶瓷分离膜产品。

在推荐的实施例中，所述纳米氧化物选自纳米二氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锆中的至少一种。纳米氧化物起到促进氧化铝固态烧结的作用，使氧化铝之间的烧结速度加快，这样，可大大降低烧结温度，减少能耗和成本。

在推荐的实施例中，步骤a中，130～70微米大小的氧化铝颗粒、硝酸铝、钛醇盐、以及硝酸镧和/或硝酸钇的重量份配比为100∶1～25∶0～1∶0.1～2.0。

在推荐的实施例中，所述的氧化铝为α-氧化铝。

需要说明的是，本发明提及的有机成型助剂为陶瓷分离膜制备中常用的有机成型助剂，其主要的功能是将氧化铝粉末粘结成生坯，且可以在随后的烧结过程中分解氧化，并以CO₂、水和其它气体的形式逸出，而不会留在陶瓷分离膜产品中。

另外，本发明中提及的悬浮剂、分散剂和防裂剂也是陶瓷分离膜制备中常用的悬浮剂和防裂剂，其使用的剂量也是悬浮剂、分散剂和防裂剂的常规使用剂量。这其中，悬浮剂和分散剂的主要功能是将氧化铝均匀分散在浆液中，而防裂剂的主要功能是防止烧结后的氧化铝粉裂开。

与现有技术相比，本发明提供的制备方法具有如下的特点：

1、该工艺所制备的新型非对称陶瓷分离膜，支撑体孔径分布窄，过滤阻力小，有利于涂膜，且耐酸碱腐蚀；具有分离通量大、分离精度高、单品尺寸大、耐酸碱性好、使用寿命长等优点。