[发明专利]过滤平板陶瓷膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅60～80份、氮化硅5～10份、氧化铝5～8份、氧化镁3～6份、氧化钕1～3份、聚丙烯酸0.1～1份，苯乙烯‑丙烯酸酯乳液10～20份，聚乙烯醇0.1～0.5份。采用流延法和浸浆法制备上述平板陶瓷膜。通过各组分比例以及烧结时各阶段的温度，并通过加入氧化铝、氧化镁、氧化钕等降低烧结温度，提高碳化硅和氮化硅的结合强度，以获得高强度的支撑体和膜层，该平板陶瓷膜的孔隙率可以达到40％，强度达到20Mpa，过滤孔孔径控制在50～80nm。

技术领域

本发明涉及一种过滤介质，尤其是涉及一种平板陶瓷膜过滤介质，同时涉及其制备方法。

背景技术

陶瓷膜是无机膜中的一种，属于膜分离技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。分离用陶瓷膜通常具有三层结构：支撑体(又称载体层)、过渡层(又称中间层)、膜层(又称分离层)，其中支撑层的作用是增加膜的机械强度；中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透；膜层具有分离功能。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。根据支撑体的不同，陶瓷膜的构型可分为平板、管式、多通道三种。中国专利申请CN201310325539.X公开了一种陶瓷平板膜支撑体采用流延法通过制备半边膜来获得非对称平板膜，中国专利申请CN201710170386.4公开了一种水净化用陶瓷平板膜，通过溶胶-凝胶法制备表面吸附有TiO2粒子的陶瓷平板膜以使膜具有光催化作用，中国专利申请CN201710280509.X公开了一种污水处理用陶瓷平板膜分离膜层，采用石墨烯作为膜的主要成分已获得抗污染性能强的污水分离膜。目前的分离膜领域要求陶瓷平板膜的分离精度进一步提高，分离膜本身的强度也有待提高以适应更加广泛的应用场景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种分离精度高、强度高的平板陶瓷膜。

本发明的技术方案是提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅60～80份、氮化硅5～10份、氧化铝5～8份、氧化镁3～6份、氧化钕1～3份、聚丙烯酸0.1～1份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液10～20份，聚乙烯醇0.1～0.5份。

所述过滤平板陶瓷膜的膜层厚度为5～15μm，膜层过薄时，过滤孔无法有规律地形成，导致孔径均匀度差，过滤精度非常低，而膜层过厚时，虽然能够形成有规律的过滤孔，但是通过扫描电镜观察过滤孔易相互交叠，破坏整体孔道的结构，同样不利于提高过滤精度，因此该膜层厚度下，过滤孔径能够得到良好控制，有助于提高过滤精度。

本发明还提供一种过滤平板陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：

S1.将上述原料的80wt％(质量百分比)制备陶瓷膜支撑体浆料，20wt％制备膜层浆料；

S2.陶瓷膜支撑体浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨15～20h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，继续球磨1～4h；

S3.膜层浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨24～36h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，去离子水，继续球磨1～4h；

S4.利用流延法将步骤S2中的陶瓷膜支撑体浆料制成坯体，坯体自然干燥24～30h；

S5.烧结坯体，烧结参数为以3～6℃/min升温速率升至500℃保温1～4h，以同样的升温速率升至1000℃保温1～4h，最后以10～20℃/min升温速率升至1700～1850℃，保温3～6h；

S6.待坯体冷却后，采用浸浆法在坯体表面浸渍步骤S3制备的膜层浆料，室温干燥后烧结，烧结参数为1～3℃/min升温速率升至500℃保温1～2h，以同样的升温速率升至1700～1850℃保温2～4h，冷却。