[发明专利]多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法

说明书

本发明提供一种多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法，制备方法包括如下：支撑体的制备、过渡层的制备、以及表面膜层的制备，其中，支撑体使用碳化硅粉体Ⅰ、碳化硅粉Ⅱ，过渡层使用碳化硅粉Ⅲ，表面膜层使用碳化硅粉Ⅳ，碳化硅粉Ⅳ的平均粒径＜碳化硅粉Ⅲ的平均粒径＜所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径，且碳化硅粉Ⅱ＜碳化硅粉Ⅰ的平均粒径。根据本发明获得的多通道碳化硅陶瓷膜元件，表现为较强的亲水憎油特性；良好的机械性能；所制备的陶瓷膜元件孔隙率在35％～45％之间，结合其亲水憎油特性，膜通量达到氧化铝陶瓷膜的3倍以上；碳化硅的化学稳定性较强，耐受各种溶剂和各种浓度氧化剂；使用温度可以达到800～1000℃。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料的制备技术领域，具体地，涉及一种多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法。

背景技术

近年来越来越多的工业废水，尤其是重金属废水未经严格处理就肆意排放，造成了水域、土壤和环境的重金属污染，如何减少重金属对环境的污染已经成为一个重要课题。重金属废水一般来源于矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业，所含的重金属离子难以生物降解且易被生物吸收富集，毒性具有持续性，是一类极具潜在危害的污染物。目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学处理法，即废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法；(2)物理处理法，使废水中的重金属离子在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法；(3)生物处理法，借助微生物或植物的絮凝、吸收累积、富集等作用去除废水中重金属离子的方法。但这些方法在实践中都不同程度地存在着处理工艺较长、成本较高、废渣较多、引入二次污染、处理条件苛刻、处理量有限等问题。

面对我国逐渐提高的环境保护标准，研究人员越来越偏向利用膜分离技术处理重金属废水。在诸多分离膜中，无机陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，是由无机金属氧化物制备而成的具有高效分离功能的薄膜材料，具有耐高温、耐化学侵蚀、机械强度好、抗微生物能力强、渗透通量大、可清洗性强、孔径分布窄、使用寿命长，不易损坏等的优点。目前无机陶瓷膜的研究主要集中在氧化铝、氧化锆、堇青石等膜材，商业化的无机陶瓷膜主要是氧化铝膜。然而，重金属废水的特点是强腐蚀、含油、含重金属离子。在如此严酷的使用环境下，氧化铝陶瓷膜的耐强酸碱腐蚀能力弱，因此使用寿命低、膜材更新周期短；氧化铝陶瓷膜与纯水的润湿角约为30°，因此过滤通量小、废水处理效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，以及通过上述多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法制得的多通道碳化硅陶瓷膜元件。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，支撑体的制备，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(10～15)称取碳化硅粉Ⅰ、碳化硅粉Ⅱ、结合剂和造孔剂，与水配置成泥料并成型，经过烧结得到多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，

步骤2，过渡层的制备，按照质量比100：(20～40)：(10～20)称取碳化硅粉Ⅲ、聚乙烯醇和聚丙烯酸，与水混合得到过渡层浆料，将所述步骤1得到的多通道碳化硅陶瓷膜支撑体浸渍在所述过渡层浆料以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层，此后进行烧结以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层，

步骤3，表面膜层的制备，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅳ、聚乙烯醇和聚丙烯酸，与水混合得到涂膜液，将所述步骤2得到的内孔表面形成有过渡层的支撑体浸渍于所述涂膜液中，以在所述过渡层上形成涂膜，此后进行烧结以在所述过渡层上形成表面层，进一步将其置于氧化炉中进行氧化处理，以得到亲水性碳化硅表面膜层，

其中，所述碳化硅粉Ⅳ的平均粒径＜所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径＜所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径，且所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径＜所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径。