[发明专利]一种多孔载体表面多孔陶瓷层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔载体表面多孔陶瓷层及其制备方法，属于无机膜制备 及应用技术领域。

背景技术

膜分离技术在化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工等领域有 着广泛的应用需求，膜材料是膜分离技术的关键材料。在各种膜材料中，多孔 陶瓷膜层具有耐腐蚀、耐高温、孔径分布窄、机械强度大等显著优点，在煤化、 石化、食品、环保等固液、气固、气体分离领域具有广泛的应用前景。

目前，多孔陶瓷层的制备方法主要为陶瓷粉体烧结法，该方法通过对微米 及亚微米陶瓷粉体的高温烧结在多孔载体表面获得一层高结合强度的多孔陶瓷 层，其工艺成熟，但陶瓷粉体烧结法的热处理温度较高，一般为1400℃-1600℃， 对多孔基体材料的高温耐受性能提出了很高要求。一般来说，多孔陶瓷的多孔 支撑材料有玻璃、金属和陶瓷。其中，陶瓷具有优异的耐高温性能，可以采用 陶瓷粉体烧结法在其上附加一层平均孔径更小的多孔陶瓷层。但是，多孔玻璃 在高温下会发生烧结，导致孔隙率降低，而多孔金属在高热处理温度下除了烧 结缩孔，还存在氧化的问题，难以在表面上通过高温烧结的方法获得高结合强 度的多孔陶瓷层。采用大气等离子喷涂等低温合成方法可以在多孔金属表面制 备多孔陶瓷层，但是陶瓷过渡层表面粗糙度过大，陶瓷层的孔隙率低，孔径分 布过大，不利于多孔陶瓷膜的应用[YHuang，RDittmeyer.J.MembraneSci.， 2006]。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种多孔载体表面多孔陶瓷层，该多孔陶 瓷层的结合强度高。

本发明的另一目的在于提供一种所述多孔载体表面多孔陶瓷层的制备方 法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔载体表面多孔陶瓷层，该多孔陶瓷层由核壳结构的二氧化硅包覆 陶瓷粉体构成。

其中，所述多孔载体为多孔玻璃、多孔陶瓷或多孔金属。所述陶瓷粉体为 Al₂O₃、ZrO₂、YSZ、CeO₂、Y₂O₃、TiO₂中的一种或几种混合，粉体的平均粒径 D50为50nm-50μm。

一种所述多孔载体表面多孔陶瓷层的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤：

(1)将陶瓷粉体与硅溶胶按比例混合，通过球磨将陶瓷粉体均匀分散在硅 溶胶中；

(2)将所得陶瓷粉体与硅溶胶的混合溶液均匀施加于多孔载体表面，然后 通过高温热处理在多孔载体表面获得二氧化硅包覆陶瓷粉体的多孔陶瓷层。

在所述步骤(1)中，陶瓷粉体与硅溶胶的混合溶液中硅溶胶含量为 10-50wt％。

在所述步骤(2)中，采用旋涂、浸渍提拉、流延或丝网印刷的方法，将混 合溶液均匀涂覆在多孔载体上。

在所述步骤(2)中，高温热处理温度范围为300-700℃。

本发明的优点在于：

本发明采用硅溶胶作为陶瓷粉体的粘结剂，有利于提高多孔陶瓷层的结合 强度。

附图说明

图1为本发明多孔载体表面多孔陶瓷层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限 于此。

如图1所示，本发明的多孔陶瓷层施加于多孔载体1表面，该多孔陶瓷层 由核壳结构的二氧化硅3包覆陶瓷粉体2而构成。

实施例1：多孔不锈钢片上多孔氧化铝层

采用多孔316不锈钢片作为多孔载体，其平均孔径5μm。具体步骤为：

(1)将Al₂O₃粉体与硅溶胶混合，Al₂O₃粉体20g，平均粒径5μm，硅溶胶 5g，其二氧化硅含量为25wt％；

(2)将混合后的Al₂O₃粉体与硅溶胶溶液置于行星球磨机，球磨30min， 转速600转/分钟，得到混合均匀Al₂O₃粉体与硅溶胶溶液；