[发明专利]一种双相复合陶瓷膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双相复合陶瓷膜及其制备方法，属于膜分离领域。该方法首先将纳米级的双相复合材料和微米级的双相复合材料进行混合，得到混合物；之后将所述的混合物与水混合制备无机材料浆料，之后将该浆料同时加热并加压，促使无机颗粒离子化，并在高温高压条件下发生水热反应，促使膜初步致密化并得到烧结前驱体；最后将所述的烧结前驱体通过烧结进一步提高膜的致密化，从而制备多相致密膜。本发明通过避免高温烧结，冷烧结过程能够有效拓展双向膜材料的选择，以及改进双相膜的制备过程，进而达到提高气体分离性能和拓展气体分离应用的目的。

技术领域

本发明涉及膜及膜分离领域，具体涉及一种低温烧结双相复合陶瓷膜的方法。

背景技术

致密陶瓷膜是一类重要的高温气体分离膜，在能源，环境以及化学品制备方面有广泛的研究及应用。作为典型的致密陶瓷膜，高温透氧或透氢膜通常由具有钙钛矿结构或萤石结构材料作为基材，通过长时间高温烧结(1200℃)制备而成。高温烧结不仅产生大量的能耗，还不可避免的引发单相致密膜内部晶粒的大幅度生长，从而难以对膜内部的微观结构进行有效控制。

双相膜中包含两种无机金属氧化物，一般为钙钛矿金属氧化物以及萤石型金属氧化物的混合物。对于此类膜而言，苛刻的高温烧结条件极大程度上限制了膜材料的选择，进而严重限制了致密陶瓷膜的性能改善和功能化进程。同时高温烧结对于高温设备(如高温炉)在设备投资、操作、维护以及安全上提出了更高的要求。而目前对于高温烧结所带来的此类问题还没有行之有效的解决方案。因此，如果可以有效避免上述高温烧结的弊端，致密陶瓷膜的开发及应用将得到进一步的有效提高和拓展。

发明内容

本发明的一个方面包括用于制备烧结双相复合陶瓷膜的方法，将至少两种粒径的无机化合物混合物与水混合制备无机材料浆料，以及对上述浆料同时加热并加压，促使无机颗粒发生沉淀—溶解过程，并在高温高压条件下发生水热反应，促使膜致密化，得到烧结前驱体，通过二次烧结进一步提高膜的致密化，从而制备双相复合陶瓷膜。

本发明的另一个方面，如图1所示，由于双相复合陶瓷材料的离子比例是固定的，因此无法使用酸、碱、盐溶液作为烧结介质；本发明利用纳米级粉体颗粒较大的比表面能，在高温高压的条件下，纳米级粉体在沉淀—溶解过程中会更容易发生溶解，并通过水传递到非应力接触区，从而提高整个样品的相对密度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种制备双相复合陶瓷膜的方法，该方法包括：

第一步：将质量比依次为1～10：1～10纳米级的双相复合材料和微米级的双相复合材料进行混合，得到混合物；

第二步：将所述的混合物与水混合制备无机材料浆料，之后将该浆料同时加热并加压，促使无机颗粒离子化，并在高温高压条件下发生水热反应，促使膜初步致密化并得到烧结前驱体；

第三步：将所述的烧结前驱体通过烧结进一步提高膜的致密化，从而制备多相致密膜；

其中：所述的双相复合材料是钙钛矿-萤石型的无机复合物。

一种双相复合陶瓷膜，该复合陶瓷膜通过如下方法制备得到：

第一步：将质量比依次为1～10：1～10纳米级的双相复合材料和微米级的双相复合材料进行混合，得到混合物；

第二步：将所述的混合物与水混合制备无机材料浆料，之后将该浆料同时加热并加压，促使无机颗粒离子化，并在高温高压条件下发生水热反应，促使膜初步致密化并得到烧结前驱体；

第三步：将所述的烧结前驱体通过烧结进一步提高膜的致密化，从而制备多相致密膜；

其中：所述的双相复合材料是钙钛矿-萤石型的无机复合物。

本发明技术方案中：第一步中：所微米级的双相复合材料的粒径大于50μm，纳米级的双相复合材料的粒径小于1μm。