[发明专利]一种高通量陶瓷过滤膜及其制备方法

说明书

本发明属于陶瓷过滤膜材料的技术领域，公开了一种高通量陶瓷过滤膜及其制备方法。本发明的方法：1)将高分子材料成膜，获得高分子底膜；2)将陶瓷颗粒、粘结剂以及水混匀，获得陶瓷膜涂膜液；3)将陶瓷膜涂膜液涂覆在高分子底膜上，干燥，得到陶瓷膜转印膜；4)将陶瓷膜转印膜中由陶瓷膜涂膜液形成的膜层与支撑体粘合，干燥，排胶，烧成，得到陶瓷过滤膜。本发明的方法能够实现对过滤膜孔径和厚度准确控制，避免膜层内渗，提升膜通量，同时减少陶瓷过滤膜的缺陷。通过本发明方法所获得的陶瓷过滤膜具有较高的膜通量，过滤层无裂纹，并且过滤层与支撑体具有较好的结合强度。本发明的方法简单，易于生产。

技术领域

本发明属于陶瓷过滤膜材料的技术领域，具体涉及一种高通量陶瓷过滤膜及其制备方法。

背景技术

陶瓷过滤膜具有热稳定性高、耐腐蚀、寿命长等特点，在食品加工业、工业废水处理等方面有较多的应用，且具有大规模处理城市污水以及制备饮用水的潜力。商业用陶瓷过滤膜主要是用α-Al₂O₃材料制备支撑体，Al₂O₃、ZrO₂或TiO₂等制备过滤层。然而陶瓷过滤膜制备成本相对较高，限制了其广泛应用。陶瓷过滤膜的通量是其关键性能之一，在相同工作压力、时间等条件下，陶瓷过滤膜通量越大，过滤效率越高，使用成本就会越低。因此，高通量陶瓷过滤膜的制备具有较大的社会意义与经济价值。

陶瓷过滤膜通常具有非对称结构，主要由过滤层和支撑体构成。过滤层孔径小，且厚度薄，决定了陶瓷过滤膜的选择透过性和分离效率。支撑体孔径大，且厚度厚，主要功能是作为过滤层的载体，为膜提供依附和机械强度。陶瓷过滤膜的通量取决于过滤膜孔结构参数，包括平均孔直径，孔隙率，曲折度等以及过滤膜的厚度。对过滤膜孔径、厚度等进行准确控制至关重要。传统陶瓷过滤膜制备工艺，在浸渍-提拉法等传统涂覆过滤层前驱体工艺中，过滤层前驱体主要是以液相形式存在，由于毛细孔力等作用，成膜颗粒容易渗入支撑体大孔，显著降低陶瓷过滤膜通量，且涂覆过程容易受支撑体形貌、涂膜液黏度等性质影响，造成过滤层厚度不易控制、重复性不好等缺点。有文献(Wang Y H,Liu X Q,Meng GY.Preparation and properties of supported 100％titania ceramic membranes[J].Materials Research Bulletin,2008,43(6):1480-1491.)采用浸渍-提拉的方法，分别使用平均粒径为0.37μmTiO₂粉体制备了陶瓷过滤膜，过滤层孔径为0.10～0.12μm，厚度为15～20μm，但其通量仅为740Lm^-2h^-1bar^-1。近年来，研究者提出牺牲中间层法、热涂覆法、纤维搭建法等减少陶瓷涂膜液中小颗粒渗入支撑体大孔，一定程度上提升了陶瓷过滤膜的通量。文献报道(Qin W,Peng C,Wu J.A sacrificial-interlayer technique for single-step coating preparation of highly permeable alumina membrane[J].CeramicsInternational,2016,43(1):901-904.)用牺牲中间层法制备的过滤膜孔径为0.24μm，厚度为10.0μm，纯水通量为1410Lm^-2h^-1bar^-1。然而这些方法都存在一些不足，比如普遍存在膜厚度和膜孔径不易控制，以及前面提到的牺牲中间层的烧成容易造成过滤层开裂、热涂覆法中涂膜液快速干燥过程容易产生裂纹等缺陷、纤维搭建过滤层与支撑体结合强度相对较低，且孔径分布受纤维影响较大等问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高通量陶瓷过滤膜及其制备方法。本发明的方法能够实现对过滤膜孔径和厚度准确控制，避免膜层内渗，提升膜通量，同时减少陶瓷过滤膜的缺陷。通过本发明方法所获得的陶瓷过滤膜具有较高的膜通量，过滤层无裂纹，并且过滤层与支撑体具有较好的结合强度。