[发明专利]一种管状陶瓷膜内膜的倾斜浸渍制备方法

说明书

本发明公开了一种管式陶瓷膜内膜的倾斜浸渍制备方法，该方法将真空消泡后的陶瓷涂膜液从容器依次通过管道、入口阀门、管式支撑体入口端进入支撑体，从管式支撑体出口端流出，依次经过连接管道、出口限流阀门流入收集容器；在浸渍涂覆前，将管式支撑体以水平面向上倾斜5～60°，让陶瓷涂膜液从管式支撑体入口端进入支撑体并充满管式支撑体内孔，浸渍5～100s后，在3s内将管式支撑体管相对于水平面向下倾斜5～60°，关闭入口阀门并让管式支撑体入口端与大气接通，让陶瓷涂膜液从管式支撑体出口端自然流出。本发明相比较于传统的竖直浸渍涂膜或者灌浆涂膜方式，能够使得陶瓷膜两端的厚度更加均匀，并提高陶瓷膜和支撑体的结合强度。

技术领域

本发明涉及一种管式陶瓷膜内膜的倾斜浸渍制备方法，属于高性能陶瓷膜领域。

背景技术

根据国际理论及应用化学联合会的定义，膜是一种在某一维度上的尺寸远小于另外两个维度的三维结构材料。在压力差、浓度差、化学差、电位差等多种驱动力的作用下发生传质，其中主要是以压力差作为分离动力，利用的是“筛分原理”，从而将大于自身孔径的(固、液、气态)微粒截留下来，达到多相分离、净化及浓缩的目的。

膜材料根据形态的不同，又可以分为固态膜、液态膜、气态膜，其中在工业中最常用的是固态膜。固态膜按照组成材料的不同，又可以分为有机膜和无机膜，目前，大多有机膜中起分离作用的活性层为醋酸纤维素、聚氟聚合物等有机高分子材料，无机膜中起分离作用的活性层为玻璃、陶瓷等无机非金属材料。其中无机膜中最常用的是陶瓷膜，根据其形状的不同又可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜等。

陶瓷膜根据结构的不同，可分为对称膜、非对称膜两大类。对称膜指的是物理化学结构在各个方向上是一致的膜材料，而非对称膜则指的是由非对称结构组成的膜材料，包括提供机械强度的支撑体层、起到筛分作用的过滤层、桥接支撑体层和过滤层的中间过渡层。

陶瓷膜因具有分离效率高、耐酸碱、耐有机溶剂、抗微生物、耐高温、机械强度高、使用寿命长等优点，在环保、污水处理、气体分离、食品加工等领域获得了广泛的应用。陶瓷膜的制备方法主要有浸渍涂膜法、化学气相沉积法、喷涂制备法等。化学气相沉积是在一定的温度条件下通过被气体介质包围的组分之间所发生的化学反应在材料表面沉积一层相同或不同的化合物来修饰膜表面性能的工艺。喷涂技术是用喷枪在支撑体管表面喷涂一层浆料来获得过滤层。浸渍涂膜法通过将支撑体管浸入涂膜液中若干时间后以一定速度提拉出获得滤饼层，进而烧结成膜。浸渍涂膜法由于其方法简单，成本较低，适合于大规模工业生产。

在利用浸渍涂膜法涂覆管式陶瓷膜的过程中，陶瓷膜过滤层厚度主要由两个过程控制，一个是在浸渍过程中的毛细过滤过程，另一个是在提拉过程中的薄膜形成过程，整个膜厚度的增加等于两个过程的线性叠加；其中毛细过滤过程中膜厚度H_c(μm)的增加与涂膜时间t(s)以及涂膜液粘度η(Pa S)有如下数学关系(徐南平.面向应用过程的陶瓷膜材料设计、制备与应用[M].北京:科学出版社,2005.)：

其中薄膜形成过程中膜厚度H_m(μm)的增加与涂膜液的固含量ω(wt.％)、粘度η(Pa S)、涂膜液表面张力γ(N/m)、提拉速度μ(m/s)有如下数学关系(徐南平.面向应用过程的陶瓷膜材料设计、制备与应用[M].北京:科学出版社,2005.)：

因此当涂膜液的固含量ω(wt.％)、粘度η(Pa S)、涂膜液表面张力γ(N/m)、提拉速度μ(m/s)固定的时候，陶瓷膜的过滤层厚度只和涂膜时间t(s)有关。而要提高陶瓷膜的过滤通量，则要求陶瓷膜的厚度越薄越好，所以浸渍的时间不能太长，而如果浸渍时间太短的话，浸浆时间就会对膜厚的影响巨大。