[发明专利]氧化铝陶瓷膜

说明书

本申请是以下申请的分案申请：申请日：2011年11月9日；申请号：2011800606904 (PCT/US2011/059932)；发明名称：“氧化铝陶瓷膜”。

发明背景

陶瓷膜在高温和高度腐蚀环境中需要稳健性能的应用中可能潜在地提供提高的价值。能使用陶瓷结构还使得一个过程能通过简单地回洗而脱污损或自身清洁；使用高分子膜不能实现这一点。然而，相对于聚合物膜，陶瓷膜通常较高成本，这是由于陶瓷膜在大体积制造和保持合理的缺陷控制方面昂贵。高体积、廉价的过程例如挤出陶瓷结构在生产有效分离所需要的受控的结构方面固有地不精确。膜的孔结构决定其过滤期望的介质或材料的有效能力。为了可靠地工作，这些结构必须具有紧密控制或容限。用于良好品质气体分离膜的缺陷的容限极严格。

遗憾的是，陶瓷膜在制造操作期间易于具有缺陷，包括微小的针孔。总的来说，使用较高的加工速度，缺陷密度倾向于提高。这样的缺陷是不期望的，因为它们是非选择性的，也就是，它们不加选择地通过进料流体的不期望的组分，并且它们降低膜的选择性并导致降低的性能。由于生产具有高缺陷率的部件，当前的高体积制造过程涉及高废品率和与陶瓷加工(烧结)相关的高温。消除缺陷对于开发可在高速度下经济地生产的高性能复合薄膜是必要的。对于在气体分离以及水分离应用中广泛使用陶瓷膜，能使用低成本过程有效修复陶瓷膜是关键的能力。

发明概述

简要地，在一方面，本发明涉及用于制造不含缺陷的陶瓷膜的方法，其能高产率地缺陷修复和改进品质同时降低最终产物的成本。所述方法包括：提供多孔基材，所述多孔基材具有至少一个延伸所述多孔基材的内部通道并且具有由多孔壁限定的表面；在内部通道的表面上沉积涂布浆料；和烧结。用于所述方法的烧结温度在约400℃-800℃范围。用于所述方法的涂布浆料包括勃姆石溶胶和多孔氧化铝颗粒的胶态悬浮体。

在另一方面，本发明涉及用于制造陶瓷膜的方法。所述方法包括：提供多孔载体，所述多孔载体具有至少一个延伸通过所述多孔载体的内部通道并且具有由多孔壁限定的表面；在至少一个内部通道的表面上沉积涂布浆料，和在约400℃-800℃范围的温度下烧结。所述涂布浆料包括勃姆石溶胶和多孔氧化铝颗粒的胶态悬浮体。

在再一方面，本发明涉及通过膜制造方法制备的不含缺陷的陶瓷膜。

在又一方面，本发明涉及用于使水去油的方法。所述方法包括提供从油/水收集井聚集的油/水混合物，将油从油/水混合物中分离，以得到油产物并产生含有油的水，和通过本发明的陶瓷膜过滤产生的水。

发明详述

本发明的膜制造方法可特别用于修复陶瓷膜中的缺陷，也就是，含有相对大(至多约50 μm直径)的空隙的多孔膜结构。应注意到，在本申请的上下文中使用的“直径”是指横截面尺寸，在横截面为非圆形的情况下，是指具有与非圆形结构相同横截面面积的假想圆形的直径。所述方法还可与不含缺陷的载体结构一起使用。

在膜制造方法的一个实施方案中，将涂布浆料沉积在有缺陷的陶瓷膜的空隙的内表面上。膜由至少一个多孔载体和在载体上布置的一个或多个薄层制成。载体通常为厚的非常多孔的结构，其为膜元件提供机械强度而没有显著的流阻。载体可由陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、金属和它们的组合组成。这些的实例包括但不限于：金属例如不锈钢或INCONEL^TM合金、金属氧化物例如氧化铝(例如，α-氧化铝、δ-氧化铝、γ-氧化铝或它们的组合)、堇青石、富铝红柱石、钛酸铝、二氧化钛、沸石、二氧化铈、氧化镁、碳化硅、氧化锆、锆石、锆酸盐、氧化锆-尖晶石、尖晶石、硅酸盐、硼化物、硅铝酸盐、瓷料、硅铝酸锂、长石、硅铝酸镁和熔融二氧化硅。载体的标称孔径通常在约1-约10 μm范围，在一些实施方案中，小于约1 μm，特别是小于约800 nm。

有缺陷的陶瓷膜还在内部通道表面上包括过滤层。在多孔载体和过滤层之间，在多孔载体上可布置任选的多孔中间层。空隙的表面可由多孔载体层、多孔中间层或过滤层中的任一个组成，并且浆料可在这些层中的任一个或所有层上沉积，所述层可在空隙的表面上暴露。

在使用不含缺陷的载体结构的本发明的膜制造方法的实施方案中，涂布浆料在多孔中间层上或直接在多孔载体层上沉积，以形成过滤层。

陶瓷膜或载体结构可为单一通道或多通道陶瓷膜或蜂窝整体料，以单管束或含有多个通道的整体料或整体料管束的结构排列。在进料入口和出口之间，多通道陶瓷膜和蜂窝整体料含有多个平行的过道或通道。内部通道的数量、间距和排列不是关键的，并且鉴于膜的潜在的应用进行选择。