[发明专利]一种荷正电微孔陶瓷膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能性陶瓷膜技术领域，具体涉及一种带正电荷的微孔陶瓷膜及其制备方法。

背景技术

与有机膜相比，无机陶瓷膜具有稳定性好，能耐高温、耐腐蚀、耐有机溶剂、耐微生物侵蚀；机械强度大，耐压耐磨性好；可进行蒸汽消毒杀菌，清洗再生方便等优点，可用于气体分离、液体分离净化和膜反应器，在食品工业、制药与生物工程、化学与石油化工工业以及环境保护等领域均有广泛的应用。

目前，在国内外研究和应用十分活跃的是用Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiO₂等材料制备的陶瓷膜。Darcovich等（J. Am. Ceram. Soc., 1999,82(8):2073）通过对浆料的沉降分离法制备出直径45mm，厚3.3mm的薄片状α-氧化铝陶瓷膜。Nijmeijer等（Am. Ceram. Soc. Bull., 1998,77(4):95）利用离心法制备出长13cm，直径16mm的α-氧化铝陶瓷膜管，该膜管中的孔径沿径向梯度变化，在水处理过程中不易形成膜孔淤塞，并且截留下的污染物停留在控制层表面，容易清洗，经机械清洗后截流率和通量可近100%恢复。Jinlu Wu等（J. Hazard. Mater., 2005,127(1):196）研究了对天然硅藻土进行改性，并用于市政废水二次处理后流出液的深度处理，发现使用改性硅藻土可使各种污染物达到直接排放标准。中国专利95102519.8、00117221.2采用熔膜离心工艺制备出孔径沿径向呈梯度分布、控制层孔径均匀为0.15μm的硅藻土梯度陶瓷膜，水中细菌去除率达到100%。薛友祥等（现代技术陶瓷, 1999,3:10）研制的孔径为4.3μm的微孔陶瓷，对大肠杆菌数为31500 CFU/ml，大肠杆菌噬菌体f₂小于230 PFU/ml的原水处理后，得到的处理水水质也优于国家饮用水标准。黄肖容等（膜科学与技术, 2003,23(6):69）用热CVD法在氧化铝膜陶瓷基体上沉积形成了一层氧化锌膜，负载氧化锌膜的高纯氧化铝膜管具有良好的抑制细菌繁殖的作用。Vadym Bakumova等（J. Eur. Ceram. Soc., 2007,27:328）成功地将纳米银分散到硅氮晶胞中合成新型陶瓷抗菌材料nc-Ag/SiN，并验证了其对大肠杆菌和金黄葡萄球菌具有很好的杀灭效果。中国专利02111800.0采用溶胶－凝胶工艺制备出TiO₂陶瓷膜，该膜在高温下性质稳定，具有良好的光催化降解性能。Peter K. Stoimenov等（Langmuir, 2002,18:6679）在陶瓷膜中添加纳米MgO颗粒，使该膜具有良好的杀菌性能。

上述研究结果表明普通的陶瓷滤膜对水中微小粒子、大的胶体粒子和细菌的分离非常有效，但是在滤除水中病毒方面存在严重不足，这是因为陶瓷滤膜的孔径大多在0.1μm以上，而病毒的体积更小，一般小于0.1μm，因此普通陶瓷滤膜对病毒没有分离截留作用，这极大地限制了陶瓷膜在许多领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够分离去除病毒且带有正电荷的微孔陶瓷膜及其制备方法。

本发明的技术方案是提供一种带正电荷的微孔陶瓷膜，其特征在于，由陶瓷膜基体以及分散于陶瓷膜基体中的无机荷正电材料组成，微孔陶瓷膜孔径尺寸为0.2~50 μm，孔隙率为20~80 %。

本发明带有正电荷的微孔陶瓷膜制备方法，首先分别制备出无机悬浮浆料和陶瓷膜基体，然后用陶瓷膜基体浸渍悬浮浆料，取出后烘干、烧成即获得荷正电微孔陶瓷膜；具体步骤如下：

（1）    制备无机悬浮浆料

将金属盐类化合物的水溶液加入带搅拌的反应器中，控制溶液中金属离子的摩尔浓度为0.1～2mol/L，加热至40～80℃，在剧烈搅拌的条件下缓慢加入摩尔浓度为0.1～3mol/L的无机碱溶液进行反应0.5～2h，获得悬浮浆料；

（2）    制备陶瓷膜基体

按重量比陶瓷粉体:添加剂＝0.6～0.95:0.05～0.4配料，进行机械研磨10～60min，将混合物料置于模具中压制成型，脱模形成陶瓷膜坯，然后置于烘箱中80～120℃干燥2～6h，再于马弗炉中1000～1400℃烧结1～5h，冷却后即得到陶瓷膜基体；

（3）    制备荷正电陶瓷膜