[发明专利]一种陶瓷膜管支撑体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸、高表面积、多通道结构的陶瓷膜管及其制备方法，这种结构能有效减小滤液流动的阻力，增加膜通量。

背景技术

多孔无机陶瓷膜由于具有优异的高分离效率、耐高温、耐溶剂、抗微生物、耐酸碱性、高机械强度及易清洗可再生等优点，其应用已渗透到食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。其主要由支撑体、中间层和分离层构成，根据分离层的孔径大小又分为微滤、超滤和纳滤三种。

多孔无机陶瓷膜过滤的关键在于膜，被过滤液体在压力作用下透过膜，液体透过膜的阻力越小能耗越小，渗透分离效率越高，而液体通过支撑体的路程越短，其渗透阻力也越小。目前规模应用的陶瓷膜通常采用多通道构形，即在一圆截面上分布着多个通道，一般通道数为7、19和37，通道内表面沉积着一层或多层多孔膜层。在海水淡化领域，目前常用的过滤分离装置是由多个多孔陶瓷膜管元件组合而成的，其不仅成本高、而且空间利用率低、同样装置内膜面积小，从而导致分离渗透效率低。为了改善上述问题，通常通过增大支撑体材料的孔径和孔隙率，或者采用多个小直径的多通道陶瓷膜管组合，其最大通道数一般为19。采用更大通道的陶瓷膜管不仅可以降低生产成本，而且有利于提高分离渗透效率，然而，采用大直径多通道的陶瓷膜管的液体渗透阻力也随之增大，从而降低了分离渗透效率。

为了克服陶瓷膜过滤阻力较大的缺点，CN1806900A公开了一种陶瓷膜过滤元件，其在多通道陶瓷膜的中心孔道处设置一引流管，用作过滤渗透侧，将渗透液引出，CN1864825将渗透侧设置在多通道膜管内，通过调整渗透侧通道的数量、外形和尺寸，调节渗透侧面积和过滤面积，进而提高膜管的利用效率。尽管上述方法在一定程度缩短了流体到达渗透侧的路程，从而减小了流体通过支撑层的阻力，增大了膜通量，但是上述方法对于小于等于19通道的陶瓷膜管较为有效，而对于更大直径多通道的陶瓷膜管，仅在中心孔处增加一个引流管也不能有效降低渗透液流动的阻力，从而影响了其分离渗透效率。

针对上述问题，本发明提出在大直径多通道陶瓷膜管中合理设置滤液腔和出水通道(如附图1-3所示)，减小滤液的渗透阻力，最后制备新颖结构的大直径多通道多孔陶瓷膜管，从而解决了膜面积和分离渗透效率之间的矛盾。

以往的多孔陶瓷膜管一般采用挤出成型工艺制备，一般采用粘度较大的泥料，挤出时在陶瓷膜支撑体内部存在着较大的应力，导致其在后续的干燥、烧结过程中陶瓷膜管容易开裂，最终使得烧结的陶瓷膜管的成品率较低。与上述常规的挤出成型工艺不同，本发明将挤出成型和凝胶注模工艺结合起来，所使用的挤出泥料的粘度较小，其液体的体积占整个泥料的10-50％，泥料呈半水半泥的状态，这将减小挤出成型后陶瓷膜管内的应力。通过对模具进行加热，利用泥料中的添加剂材料在不同温度下的特性不同使其挤出后陶瓷膜管生坯直接固化。或者通过控制从制备泥料到挤出成型的时间来实现陶瓷膜管挤出成型的同时实现固化。

通过本发明技术制备的陶瓷膜管的表面积大于10m²，孔隙率在30％-60％之间，孔径在0.1-20μm之间，抗压强度在20-40MPa之间，适合于水处理领域的应用。

本发明的目的是提供一种大尺寸、高表面积、多通道结构的陶瓷膜管及其制备方法，其克服了滤液在陶瓷膜管中过滤阻力较大的缺点，提高了分离渗透效率。本发明结合目前常用的挤出成型工艺，制备了含有滤液腔和出水通道的新颖结构的多孔陶瓷膜管，从而缩短了滤液通过膜管的路径，降低了滤液的流动阻力。本发明制备工艺简单，生产成本低，主要用于水处理领域，也可以用于其他各种液体过滤过程，有利于推广应用。

发明内容

本发明针对目前多通道结构陶瓷膜管的特点以及使用过程中液体通过支撑体的路程较长、液体渗透阻力较大的问题，提出在陶瓷膜管内部增加滤液腔和出水通道，减少液体渗透路径的解决方案。具体内容如下：

(1)大尺寸、高表面积、多通道陶瓷膜管的结构

多孔陶瓷膜支撑体中应包含多个通道，通道的形状可以是圆形、方形以及多边形，通道数量大于等于100。

多孔陶瓷膜支撑体的形状可以是圆柱形、或者由多个组件拼接而成的圆柱形。