[發(fā)明專利]一種陶瓷膜管支撐體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210180915.6
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102671550A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪長安;劉瑞平;黃勇;衷待群;王迎奎;付磊;王迎祥
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;河南方周瓷業(yè)有限公司
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D71/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大尺寸、高表面積、多通道結(jié)構(gòu)的陶瓷膜管及其制備方法，這種結(jié)構(gòu)能有效減小濾液流動的阻力，增加膜通量。

背景技術(shù)

多孔無機陶瓷膜由于具有優(yōu)異的高分離效率、耐高溫、耐溶劑、抗微生物、耐酸堿性、高機械強度及易清洗可再生等優(yōu)點，其應(yīng)用已滲透到食品、飲料、植(藥)物深加工、生物醫(yī)藥、發(fā)酵、精細化工等眾多領(lǐng)域，可用于工藝過程中的分離、澄清、純化、濃縮、除菌、除鹽等。其主要由支撐體、中間層和分離層構(gòu)成，根據(jù)分離層的孔徑大小又分為微濾、超濾和納濾三種。

多孔無機陶瓷膜過濾的關(guān)鍵在于膜，被過濾液體在壓力作用下透過膜，液體透過膜的阻力越小能耗越小，滲透分離效率越高，而液體通過支撐體的路程越短，其滲透阻力也越小。目前規(guī)模應(yīng)用的陶瓷膜通常采用多通道構(gòu)形，即在一圓截面上分布著多個通道，一般通道數(shù)為7、19和37，通道內(nèi)表面沉積著一層或多層多孔膜層。在海水淡化領(lǐng)域，目前常用的過濾分離裝置是由多個多孔陶瓷膜管元件組合而成的，其不僅成本高、而且空間利用率低、同樣裝置內(nèi)膜面積小，從而導致分離滲透效率低。為了改善上述問題，通常通過增大支撐體材料的孔徑和孔隙率，或者采用多個小直徑的多通道陶瓷膜管組合，其最大通道數(shù)一般為19。采用更大通道的陶瓷膜管不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且有利于提高分離滲透效率，然而，采用大直徑多通道的陶瓷膜管的液體滲透阻力也隨之增大，從而降低了分離滲透效率。

為了克服陶瓷膜過濾阻力較大的缺點，CN1806900A公開了一種陶瓷膜過濾元件，其在多通道陶瓷膜的中心孔道處設(shè)置一引流管，用作過濾滲透側(cè)，將滲透液引出，CN1864825將滲透側(cè)設(shè)置在多通道膜管內(nèi)，通過調(diào)整滲透側(cè)通道的數(shù)量、外形和尺寸，調(diào)節(jié)滲透側(cè)面積和過濾面積，進而提高膜管的利用效率。盡管上述方法在一定程度縮短了流體到達滲透側(cè)的路程，從而減小了流體通過支撐層的阻力，增大了膜通量，但是上述方法對于小于等于19通道的陶瓷膜管較為有效，而對于更大直徑多通道的陶瓷膜管，僅在中心孔處增加一個引流管也不能有效降低滲透液流動的阻力，從而影響了其分離滲透效率。

針對上述問題，本發(fā)明提出在大直徑多通道陶瓷膜管中合理設(shè)置濾液腔和出水通道(如附圖1-3所示)，減小濾液的滲透阻力，最后制備新穎結(jié)構(gòu)的大直徑多通道多孔陶瓷膜管，從而解決了膜面積和分離滲透效率之間的矛盾。

以往的多孔陶瓷膜管一般采用擠出成型工藝制備，一般采用粘度較大的泥料，擠出時在陶瓷膜支撐體內(nèi)部存在著較大的應(yīng)力，導致其在后續(xù)的干燥、燒結(jié)過程中陶瓷膜管容易開裂，最終使得燒結(jié)的陶瓷膜管的成品率較低。與上述常規(guī)的擠出成型工藝不同，本發(fā)明將擠出成型和凝膠注模工藝結(jié)合起來，所使用的擠出泥料的粘度較小，其液體的體積占整個泥料的10-50％，泥料呈半水半泥的狀態(tài)，這將減小擠出成型后陶瓷膜管內(nèi)的應(yīng)力。通過對模具進行加熱，利用泥料中的添加劑材料在不同溫度下的特性不同使其擠出后陶瓷膜管生坯直接固化?；蛘咄ㄟ^控制從制備泥料到擠出成型的時間來實現(xiàn)陶瓷膜管擠出成型的同時實現(xiàn)固化。

通過本發(fā)明技術(shù)制備的陶瓷膜管的表面積大于10m²，孔隙率在30％-60％之間，孔徑在0.1-20μm之間，抗壓強度在20-40MPa之間，適合于水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸、高表面積、多通道結(jié)構(gòu)的陶瓷膜管及其制備方法，其克服了濾液在陶瓷膜管中過濾阻力較大的缺點，提高了分離滲透效率。本發(fā)明結(jié)合目前常用的擠出成型工藝，制備了含有濾液腔和出水通道的新穎結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷膜管，從而縮短了濾液通過膜管的路徑，降低了濾液的流動阻力。本發(fā)明制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，主要用于水處理領(lǐng)域，也可以用于其他各種液體過濾過程，有利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前多通道結(jié)構(gòu)陶瓷膜管的特點以及使用過程中液體通過支撐體的路程較長、液體滲透阻力較大的問題，提出在陶瓷膜管內(nèi)部增加濾液腔和出水通道，減少液體滲透路徑的解決方案。具體內(nèi)容如下：

(1)大尺寸、高表面積、多通道陶瓷膜管的結(jié)構(gòu)

多孔陶瓷膜支撐體中應(yīng)包含多個通道，通道的形狀可以是圓形、方形以及多邊形，通道數(shù)量大于等于100。

多孔陶瓷膜支撐體的形狀可以是圓柱形、或者由多個組件拼接而成的圓柱形。