[发明专利]一种内部多流道碟式氧化铝陶瓷膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内部多流道碟式氧化铝陶瓷膜及其制备方法，采用直接凝固注模成型工艺并结合消失模法，可以一步成型内部多流道的碟式氧化铝陶瓷膜支撑体，且通过调节制备工艺能够加速浆料凝固，显著减短脱模时间，同时不影响陶瓷膜性能。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及碟式陶瓷膜。

背景技术

用于动态错流过滤的碟式陶瓷膜，在自身旋转时产生离心力，且与过滤液会在膜面上形成一个平行于膜面的剪切应力，使膜面不易形成截留物隔离层，有效减缓膜表面的浓差极化或滤饼层等污染物，降低了过滤阻力和膜污染。碟式陶瓷膜在过滤过程中不容易堵塞，浓缩倍数及过滤效果高、系统运行成本低、使用寿命长，特别适用于高粘度、高浓度、高固含量料液的过滤，具有静态管式陶瓷膜不可比拟的优势。在碟式陶瓷膜饼的中间开设直线型或曲线形的流道，可降低膜的渗透阻力以及有利于膜渗透液的流通。

采用陶瓷干法成型制备的碟式陶瓷膜材料具有微观结构不均匀、易团聚、形状单一等诸多缺点，因此采用干法工艺成型内部多流道的碟式陶瓷膜会大大增加膜制造工艺的难度、工艺复杂性和制造成本。目前还有用于动态错流过滤的内部多流道的碟式陶瓷膜的液压成型方法，该工艺需要带有通道槽的模具，模具加工难、成本高，其在脱模时的难度也很高，并且需要将两块素坯扣合成一个完整的圆饼，扣合处还需要高温结合剂粘合，很容易产生不规则品，或存在泄露风险。

陶瓷湿法成型可有效控制颗粒团聚以及杂质、减少缺陷，易获得组织成分均一、形状复杂的陶瓷坯体。传统的湿法成型，如普通的注浆成型、离心注浆成型以及压滤铸造成型等，主要依靠多孔模具的毛细吸力、离心力及外加压力来成型，使坯体密度和强度提高，但所成型的坯体密度不均匀且生产效率低。注射成型虽可成型尺寸精度高、形状复杂的陶瓷坯体，但由于大量有机物的加入使脱脂过程耗时耗能，且脱脂所需时间随坯体体积的增大而延长，易产生开裂、坍塌等缺陷。

直接凝固注模成型(简称DCC)是一种新的胶态成型陶瓷部件的方法。DCC成型采用高固含量的陶瓷浆料，通过改变浆料的pH值使其移至等电点IEP或增加离子浓度压缩双电层，从而减少或消除离子间的静电斥力，利用范德华作用力原位凝固，可一次成型制备各种形状复杂的陶瓷部件。与其他湿法成型相比，DCC具有显著的优势：接近净尺寸的原位凝固，成型和烧结过程中尺寸和形状变化都很小；可通过浆料固含量、pH值、电解质浓度、温度等来调节浆料粘度及凝固速度，成型过程便于控制；湿坯体有足够脱模强度，可避免脱模及后续干燥引起的开裂变形；不添加或仅需要极少量的有机添加剂，不需要脱脂过程；可成型各种密度高、均匀性好、形状复杂的陶瓷坯体；采用非吸水性无孔模具，成本低廉。目前有三类典型的DCC体系，酶催化体系、高价离子体系和有机物体系，但这些凝固体系目前的应用只局限于部分陶瓷的成型，如以Al₂O₃、SiC、Si₃N₄为代表的氧化物和非氧化物，而对多相陶瓷、多孔陶瓷等研究很少。脱模时间偏长是限制其应用的主要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种内部多流道碟式氧化铝陶瓷膜及其制备方法。本发明有效缩短了陶瓷膜支撑体的脱模时间，且不影响陶瓷膜的性能和过滤效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种内部多流道碟式氧化铝陶瓷膜的制备方法，包括：

1)将平均粒径为4～12μm的氧化铝粉I按照体积比50～70％与水混合，添加适量硝酸至pH值为3.5～4.5，按照不高于0.2mol/L的离子浓度添加NH₄NO₃，混合制成悬浮液形式的浆料；将浆料在50～70℃加热5～30min后注入常温的模具中，在空气中放置一段时间，待浆料转变为具有一定强度和弹性的固态后脱模；得到的生坯烘干后进行烧结：先升温至300～450℃保温1～3小时，然后升温至800～1000℃保温1～3小时，继续升温至1400～1600℃保温1～3小时，升温速率为1～5℃/min，得到内部多流道碟式氧化铝陶瓷膜支撑体；