[发明专利]一种基于分子筛膜合成残液的多孔陶瓷支撑体制备方法

说明书

本发明涉及一种以分子筛膜合成残液为烧结助剂的多孔陶瓷支撑体制备方法。采用陶瓷粉末作为骨料颗粒，NaA分子筛膜合成残液作为烧结助剂，活性炭粉作为造孔剂，充分混合均匀后；通过挤压成型法得到坯体，干燥后，按程序进行高温烧结，制备得到多孔陶瓷支撑体。本发明制备的陶瓷材料具有机械强度高、化学稳定性好、渗透性能高等优点，可用于废水处理、大气治理等环保领域。采用分子筛膜合成残液作为制备原料，不仅可实现废物资源化利用，而且可降低陶瓷材料原位反应烧结温度，节约能耗和资源，经济效益和环境效益显著。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料技术领域，具体涉及一种基于分子筛膜合成残液的多孔陶瓷支撑体制备方法。

背景技术

多孔陶瓷膜具有优异的力学性能、耐腐蚀性能以及渗透性能，在气体除尘或水处理领域独具优势。陶瓷支撑体是陶瓷膜制备的主要部件，通常需要在陶瓷浆料之间高温反应形成颈部连接，烧结温度一般高于1500 ℃，如纯质多孔SiC陶瓷的烧成温度一般大于1800 ℃，氧化铝多孔陶瓷的烧成温度在1650 ℃，高温烧结是导致陶瓷支撑体制备成本居高不下的主要原因。因此，在陶瓷支撑体制备过程中如何降低其烧结温度成为研究的热点。

常用的低温制备陶瓷支撑体的方法有添加烧结助剂法以及前驱体法。专利CN102674355A公开了一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法，将间苯二酚、甲醛、3-氨丙基三乙氧基硅烷在一定条件下制备成碳化硅前驱体，再经过高温烧结等过程制备出多孔碳化硅材料，烧结过程温度仅为700 ℃左右。然而，前驱体法使用的原料多为聚合物等，且前驱体还原成SiC过程依然需要高温反应（1500 ℃），且工艺繁多复杂，不利于工业化生产多孔陶瓷。添加烧结助剂法仅需将烧结助剂直接混合于陶瓷浆料中，工艺简单，因此被广泛应用于工业化制备多孔陶瓷。专利CN103553627A公开了一种陶瓷基复合材料的制备方法，以二硼化锆粉末作为基体，以二硅化锆粉末作为烧结助剂，将陶瓷材料的烧结温度从2000 ℃降温至1600 ℃。专利CN102030515A公开了一种低温合成氧化铝陶瓷材料的方法，以氧化铝、氧化钇或氧化镧作为原料，二氧化硅和碳酸锂作为烧结助剂，将陶瓷材料烧结温度降低至约1400 ℃。文献报道[Lee et al, J Mater Sci, 2004, 39(11):3801-3803]添加Al₂O₃、Y₂O₃、CaO等烧结助剂将碳化硅陶瓷烧结温度由2000 ℃降低至1600 ℃。然而，二硅化锆、碳酸锂、Y₂O₃等材料本身价格较高，增加陶瓷材料的制备成本，并且1400 ℃以上的烧结温度仍会带来较高的能耗，因此，开发低成本且能达到更低烧结温度的助剂在陶瓷支撑体的规模化制备中具有很大优势。

分子筛常作为催化剂、膜材料使用的多孔材料，其中NaA分子筛膜利用其规则孔道可实现溶剂和水的分离，已被广泛应用于工业化有机物脱水领域。分子筛膜的制备方法主要为水热合成法，生产过程中残留大量的分子筛残液。这些分子筛合成残液中含有的丰富分子筛如何处理成为急需解决的问题。这些残液中富含硅、铝等，易于与氧化铝、碳化硅等材料在高温下发生化学反应生成具有化学稳定性好的化合物。因此本发明提出将分子筛膜合成残液作为多孔陶瓷的烧结助剂，实现烧结温度的降低和分子筛残液资源化利用的有益效应。

发明内容

本发明将分子筛膜合成残液废物利用，作为烧结助剂进行陶瓷支撑体的制备，既节约了陶瓷支撑体原材料的成本，又降低了烧结温度，制备的多孔材料又可用于环保治理中，真正起到了节约能源和资源，保护环境的作用。

为了达到发明目的，本发明的技术方案为：

一种基于分子筛膜合成残液的多孔陶瓷支撑体制备方法，制备步骤如下：

（1） 按一定比例配制陶瓷浆料a，陶瓷浆料a包括：陶瓷粉末、烧结助剂、造孔剂，并将其均匀混合；

（2） 使用挤压成型法将陶瓷浆料a制备成一定形状尺寸的坯体，烘干，得到干燥后的坯体b；