[发明专利]一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件的制备方法，属于污水处理过滤、固-液化工分离领域。本发明还涉及上述方法的得到的过滤陶瓷膜元件。 

背景技术

在污水处理、固-液化工膜分离装置中，起主要作用的是分离膜元件，它是膜分离技术的核心。多孔无机陶瓷膜元件具有聚合物有机分离膜所无法比拟的一些优点，如耐高温；化学稳定性好，耐酸碱和生物腐蚀；机械强度高、耐压耐磨；孔径分布窄，分离精度高；可反复清洗再生，使用寿命长，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、治金工业等领域有着广泛的应用。 

无机陶瓷过滤膜元件主要是依据“筛分”效应进行分离。利用压力差为推动力，在一定的孔径范围内，物质的颗粒(分子)直径不同，则透过率不同，从而小颗粒可以通过，大颗粒物质被截留，实现了它们之间的分离。多孔陶瓷膜元件由多孔陶瓷膜支撑体、陶瓷过滤膜层(包括过渡层和分离层)三部分组成，其中支撑体为膜层提供足够的机械强度，同时也具有较高的渗透率；陶瓷过滤膜层中过渡层是为了提高过滤精度和分离膜的附着力；分离层是实现物质分离的功能层。 

目前国内膜过滤分离仍然是以有机膜为主。现有的无机陶瓷膜与有机膜相比，在使用中存在分离精度低、处理通量小、过滤阻力大、能耗高等问题。这主要是由于陶瓷支撑体、陶瓷过滤膜制备工艺的限制造成的。 

目前对于无机陶瓷过滤膜元件仅停留在管状膜的应用，但从过滤分离实用技术与陶瓷膜的阻塞、再生等方面考虑，管状膜也有很大的局限性；而平板陶瓷过滤膜具有过滤阻力小、再生容易、不易阻塞的特点，日益受到重视， 国内也开展了无多孔陶瓷平板膜的相关应用研究： 

中国专利CN102688700A公开了平板结构陶瓷膜支撑体的制备方法，该专利选用Al₂O₃为陶瓷骨料，PMMA微球为造孔剂，采用挤出成型法，在烧结温度为1550℃保温时间4h条件下，制备出了平均孔径为15μm，孔隙率50％的平板结构陶瓷膜支撑体；Sandeep Sarkar等(New clay-alumina porous capillary supports for filtration application[J].Journal of Membrane Science，2012.)以粘土和氧化铝为主要原料，采用挤出成型法，在1450℃下烧结，制备出了平均孔径1.3μm，孔隙率44％的陶瓷膜支撑体；朱庆鹏等(“多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备及其性能表征”[D].西安：西安工程大学，2011.)以α-Al₂O₃为骨料，CMC为造孔剂，在1300℃下制得孔隙率为36.97％，平均孔径为1.86μm的陶瓷膜支撑体。 

杨柯等人(喷涂法制备陶瓷微滤膜的研究[J].中国陶瓷，2012.)以粒径1微米的氧化铝为主要原料，加入聚丙烯酸溶液和水制成浆料，采用喷涂法，将上述浆料喷涂到支撑体上，再于1350℃下煅烧2h制得平板陶瓷微滤膜；中国专利CN101092307A公开的纳米平板陶瓷过滤膜的制备方法，是将异丙醇铝水解后HNO₃进行胶溶，回流老化形成铝溶胶，在铝溶胶中加入纳米氧化铝粉进行混合、分散，形成均匀一致的纳米膜凝胶，再采用浸渍提拉法将纳米膜凝胶均匀涂覆与基板表面，经干燥、烧成制得；美国专利US005208190公开的氧化铝陶瓷膜是通过溶胶凝胶法制备而成，将铝醇盐溶于乙醇中，并加入一定量的水，然后在低于80℃的温度下，通过加酸使之胶溶，以便形成小颗粒状的氧化铝，直到形成稳定的溶胶后，取出缓慢干燥，去除其中的溶剂形成干溶胶，最后在500℃下煅烧制得了孔径分布均匀的多孔陶瓷膜。 

在这些专利文献中，平板式陶瓷膜支撑体的制备过程中直接选用氧化铝粉体或粘土类为原料，烧结温度1300-1550℃，烧结温度相对较高；另外，专利文献中所述平板式陶瓷过滤膜层均采用陶瓷浆料喷涂、溶胶浸渍、提拉等方法制备，这样制得的过滤阻力大、处理通量小，孔径尺寸和分布很难控制，造成平板无机陶瓷膜材料在分离、过滤、净化领域难以广泛应用。 

发明内容

本发明目的在于针对现有陶瓷制膜技术的不足，提供一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件的制备方法，通过选取高活性的氢氧化铝作为原料来降低制备陶瓷支撑体的烧结温度；采用等离子喷涂技术在陶瓷多孔支撑体上精确地制备出满足孔径分布均匀、高通量、低过滤阻力的无机陶瓷过滤膜层，并且制得的过滤膜层不需要再次烧结，有效地降低了制备成本。 

本发明采用以下的技术方案：