[发明专利]高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，属于多孔陶瓷材料制备领域。

背景技术

多孔陶瓷膜已经被广泛应用于医药、食品、化工、生物、染料以及水处理等领域。与有机膜相比，陶瓷膜由于具有耐高温、耐极性溶剂、耐酸碱腐蚀以及对环境友好等特点，已经引起人们的广泛关注，并逐步实现了在石油化工、医药工程、环境工程等方面的大规模应用，并取得了良好的社会经济效益。

但是陶瓷膜的制备难度很大，其中一个重要的原因是高质量的支撑体不易获得。如何制备高性能的支撑体已经成为陶瓷领域关注的核心问题，而渗透性能则是影响高质量的支撑体的关键因素之一。目前陶瓷膜主要采用平均孔径1～10μm的多孔陶瓷为支撑体，这在一定程度上限制了支撑体的渗透性能的提高；此外，已经产业化的支撑体的工业制备技术为九思、Pall等公司所掌握，其制备出的支撑体孔隙率通常低于36％(孔陶瓷膜支撑体的孔隙率大于45％为高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体)，这也制约了支撑体通量的提高。可见，孔径分布以及孔隙率成为影响支撑体渗透性能的主要因素。

目前，就如何提高陶瓷膜支撑体渗透性能的方法，普遍采用如下三种方法：一是利用大颗粒的陶瓷粉体为骨料，采用颗粒堆积烧结工艺，由于陶瓷粉体骨料粒径较大，因此，制备出的支撑体的平均孔径往往也较大，从而提高了支撑体的渗透性能。二是利用特殊的制备工艺，如聚合模板法、发泡法、淀粉固化成型法、冷凝胶化法，主要是通过向固相中引入液相或者气相来实现多孔结构，从而提高了支撑体的孔隙率，进而提高了渗透性能。三是采用在纯度较高的骨料中添加造孔剂作为烧结助剂，由于造孔剂在烧结过程中以气体的形式溢出，很容易在坯体内部形成多孔结构，从而提高了渗透性能。但是这些方法制备出的支撑体普遍存在着不耐酸碱腐蚀的问题。因此，在保证支撑体综合性能的前提下尽可能提高渗透性能，目前多数研究者采用第三种方法，通过向骨料中添加一定含量的造孔剂来提高支撑体的渗透性能，但是由于造孔剂粒径往往较大，很容易在烧结过程中在孔之间由于架桥作用形成大孔，造成了陶瓷的孔结构的均匀性差异较大，很难形成高孔隙率陶瓷膜支撑体，同时也使得支撑体的耐酸碱腐蚀性能较差，从而影响了陶瓷膜支撑体的品质。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统工艺中利用造孔剂制备出的支撑体易形成大孔、机械强度低、耐酸碱腐蚀性能差等不足，而提供了一种以常用成孔剂作为造孔剂的具有高孔隙率陶瓷膜支撑体的制备方法。

本发明的技术方案为：一种高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体的制备方法，具体步骤为：

1)在陶瓷粉体为原料中加入占陶瓷粉体原料质量分数为5％～20％的造孔剂，加入到球磨罐中进行研磨分散；

2)向步骤1)中球磨后的粉体中加入粘结剂和增塑剂，再研磨、筛分，得到分布均匀的细颗粒粉体；其中粘结剂的加入质量为球磨后的粉体质量的5～10％，增塑剂的加入质量为球磨后的粉体质量的5～10％；

3)将步骤2)中筛分后的粉体加入到磨具中，压片、脱模得到多孔陶瓷支撑体湿坯，并进行干燥；

4)将干坯升温烧结，自然冷却制得具有高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体。

优选所述的陶瓷粉体骨料为氧化铝、碳化硅或氧化钛中的任意一种；优选陶瓷粉体平均粒径为2～10微米。优选陶瓷粉体的纯度为95％以上(一般为95％～99.9％)。

优选所述的粘结剂为石蜡、甲基纤维素或者糊精中的任意一种或几种；所述的增塑剂为聚乙烯醇或聚乙二醇中的任意一种或两种；所述的造孔剂为淀粉、活性炭或者纤维中的任意一种或几种；所述的造孔剂的平均粒径为20～40μm。

优选步骤1)中球磨罐中料球比为1∶1～1∶3，球磨时间为12～36h；优选球磨罐中的磨球为高铝瓷球；优选步骤3)中干燥升温速率为0.2～1℃/min，干燥温度为100～150℃，保温时间为10～30h。优选向球磨后的粉料中加入粘结剂以及增塑剂，研磨时间为1～2h，再利用20～50目的筛子进行筛分，得到粒度分布均匀的粉体，将粉体注入金属磨具中，利用粉末压片机一般在5～12MPa下保持1～3min干压成型，得到直径为Φ30mm～Φ50mm(根据需要可调整)的片状支撑体湿坯。

优选法步骤4)升温烧结的程序为：先以1～4℃/min升温至500～700℃，保温0～3h，再以1～3℃/min升温至800～1000℃，保温2～4h，最终以1～4℃/min升温至1300～1600℃，保温时间为2～4h。

有益效果：