[發明專利]一種蜂窩型陶瓷膜的制備方法

有效

• 申請號: 200810249536.1
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101456744A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 譚小耀;孟波;王志剛
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C04B35/634
• 分類號: C04B35/634
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡紹強

技術領域

本發明屬于陶瓷膜技術領域，具體涉及一種蜂窩型陶瓷膜的制備方法。

背景技術

無機陶瓷膜是由金屬氧化物或混合金屬氧化物粉體經高溫燒結而成的具有一定選擇性分 離性能的精密陶瓷材料，具有穩定性好，能耐高溫、耐酸、耐堿、耐氧化、耐有機溶劑；機 械強度大，耐壓好耐磨性好；孔徑分布窄，分離精度高；容易易清洗等優點，可用于氣體分 離、液體分離凈化和膜反應器，在食品工業(如植物提取液的澄清除雜，果蔬汁、乳品的澄 清過濾和濃縮，蘋果殘渣中提取果膠飲料，大豆、茶葉深加工等)、制藥與生物工程(如發酵 液的除菌過濾，菌體濃縮，蛋白、色素脫除；中藥提取，替代醇沉工藝；糖液除雜，產品精 制)、化學與石油化工工業(如高溫、高壓、溶劑體系的分離、純化與精制；非催化反應體系 的產品與催化劑的分離；超細催化劑及納米粉體的生產)以及環境保護(如含油廢水處理及 回用；廢水中超細粒子的回收)等領域均有廣泛的應用。

陶瓷膜一般具有多孔支撐層、過渡層及分離層的非對稱結構，它首先是通過成型燒結制 得多孔支撐體，再通過膜孔結構和表面修飾得到過渡層，最后通過不同方法制得有效分離層。 可見，無機膜的生產工藝復雜，生產周期長，成本昂貴，況且陶瓷膜脆性大，這些缺點又大 大限制了它的實際應用。要大規模應用陶瓷膜，一方面必須簡化制備工藝，降低陶瓷膜的生 產成本，另一方面需要提高單位體積內有效膜面積，提高膜材料的利用效率。

近些年來，我們借助于有機中空纖維膜的制備技術開發了相轉化/燒結法制備陶瓷中空纖 維膜方法，并成功制得了多種陶瓷中空纖維膜(Xiaoyao?Tan，Shaomin?Liu，K.Li， Preparation?and?Characterization?of?Inorganic?Hollow?Fibre?Membranes，J.Membrane Sci.，188：87-95，2001；譚小耀，孟波，楊乃濤.“非對稱結構的固體氧化物燃料電池多孔 電極及其制備方法”，中國發明專利ZL03143242.5，2006；譚小耀；孟波；楊乃濤，“用于空 分制氧的陶瓷中空纖維膜反應器及其制法和應用”，中國發明專利ZL200510042334.6， 2007)。

這種陶瓷中空纖維膜的顯著優點體現在：

1)膜的多孔支撐層和致密薄層是一步制成，工藝簡單，不需要昂貴設備，適合于大規模 工業化生產；

2)多孔層和致密薄層是同一種材料，結構性能穩定；

3)中空纖維膜結構具有最大的膜面積/體積比，可顯著減小設備體積，降低設備成本。

然而，這樣的陶瓷中空纖維膜由于直徑小而容易斷裂，因此要裝成膜組件和膜分離系統， 才能實際應用。

本發明應用一種特殊設計的蜂窩型結構模具，結合相轉化/燒結制備陶瓷中空纖維膜的工 藝，制得了蜂窩型管狀陶瓷膜，該發明成功解決了無機陶瓷膜制備的高成本和陶瓷膜脆性大 的問題，為陶瓷膜在生產和生活中的大規模推廣、應用創造了條件。

發明內容

本發明的原理是：在含陶瓷粉體的鑄膜液中，由于溶劑與水的交換使有機聚合物凝結析 出(即發生相轉化)而形成一種多孔結構，在膜的不同位置由于溶劑與水的交換速度不同將 形成不同的孔隙結構。這樣，在膜的內表面由于用水作凝結劑，相轉化速率快而形成比較致 密的一層，在膜的骨架和外表面，由于相轉化延遲而形成較大的孔隙結構。這樣可以一次性 制得具有多孔支撐層、過渡層及有效分離層的非對稱結構陶瓷膜。

本發明依據上面的相轉化成膜原理，通過一種特殊設計的蜂窩型結構模具，一次性制得 具有多孔支撐層、過渡層及有效分離層非對稱結構的蜂窩型管狀陶瓷膜。這種蜂窩型管狀陶 瓷膜相當于將多根非對稱結構的陶瓷中空纖維膜集成一束，因而既具有非對稱結構陶瓷中空 纖維膜的優點，又成功解決了陶瓷中空纖維膜易脆裂的問題，因而更容易組裝成膜組件和膜 分離系統。

本發明的具體實施方案如下：

研制一種蜂窩型陶瓷膜的制備方法，其特征是制備過程包括如下工藝步驟：

(1)制備聚合物溶液

有機聚合物和添加劑溶解于溶劑中，制成聚合物溶液；

所述的聚合物溶液中各組分的重量百分組成為：

有機聚合物∶溶劑∶添加劑＝10～25％∶70～90％∶0～10％；