[發明專利]一種多孔金屬膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310435548.4
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103432828A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 湯慧萍;楊坤;王建;葛淵;談萍;楊保軍
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B01D39/20
• 分類號: B01D39/20;B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于多孔材料制備技術領域，具體涉及一種多孔金屬膜的制備方法。

背景技術

過濾與分離是多孔金屬基體的主要應用領域之一，隨著現代工業技術的飛速發展，對多孔金屬基體的過濾分離性能提出了更高的要求，不僅要求金屬多孔材料具有較高的滲透性能，還必須具有更高的過濾精度，如潔凈煤技術中的原料合成氣需要去除小于0.5μm的粉塵顆粒；核燃料處理、核廢料回收中要求多孔金屬基體的過濾精度達到0.1μm；多晶硅還原爐尾氣需要過濾精度達到0.3μm～0.5μm；乳品工業中除菌、濃縮，需要過濾精度為0.1μm～1μm的多孔材料；血漿分離需要過濾精度為0.2μm～1μm的金屬多孔材料等。

傳統金屬多孔材料大多具有均勻的孔徑，難以保證過濾精度和滲透性能的雙重需求。非對稱型金屬多孔材料是近年來發展的一類新型過濾材料，由于孔徑在材料厚度方向上呈梯度變化，在保證了較高的通量情況下顯著提高了過濾精度，克服了傳統金屬多孔材料高流阻和低精度的問題，并且在相同的過濾精度下，非對稱型金屬多孔材料的分離效率是常規多孔材料分離效率的5～10倍，使得非對稱型金屬多孔材料展現出了廣闊的市場前景。

近年來，國內外對非對稱型多孔材料的研究非常活躍，先后開發了多種梯度金屬多孔材料的制備方法，如離心沉積技術（中國專利ZL200910219591）、濕法噴涂技術（美國專利US2008/0081007A1）、流延技術（美國專利US6652804?B1）、刷涂法、梯度復合技術等，但目前可工業化規模生產制備的只有濕法噴涂技術和離心沉積技術。

離心沉積技術（Centrifugation?Deposition?Technology）是利用高速離心機的高速回轉的離心力使金屬粉末漿料在多孔體內沉積的成型方法，該方法只適合于管狀樣品的內壁膜制備，并且需要造價高昂的高速離心設備，并且對粉末漿料均勻性和穩定性有較高的要求。

粉末濕法噴涂技術（Wet?Powder?Spraying?Process）是利用噴槍將合適的粉末漿料噴涂沉積在支撐體上的成型方法，該方法適合于多孔規格的管狀樣品內壁和外壁膜層制備，同時對于板狀樣品表面膜層的制備同樣適用。粉末濕法噴涂技術制備非對稱型過濾元件時，首先需要制備出穩定性和均勻性較高的粉末漿料，通過壓縮空氣將粉末漿料霧化后沉積在在多孔體表面，干燥后燒結即可獲得非對稱型多孔材料。目前針對粉體漿料特性與多孔支撐體的滲透性能（最大孔徑和透氣系數）以及噴涂參數間相互作用的相關研究較少，導致粉體漿料的配制以及噴涂工藝參數的制訂大多依靠經驗，尤其是對于多孔支撐體的滲透性能與噴槍噴涂等工藝參數的匹配關系缺乏指導性研究，由于多孔支撐體的孔隙特性決定了其對粉末漿料毛細吸附作用，如果噴涂參數的設置與多孔支撐體的滲透性能不匹配，容易在噴涂時造成粉末漿料的過量或不足，從而導致膜層出現帶狀條紋或空白等缺陷。

用于過濾與分離行業的多孔金屬膜，大多數情況下都是針對高溫、高壓、強腐蝕性含塵氣體的嚴酷工況條件，因此對金屬微粒膜材料的耐腐蝕性能和機械性能要求十分苛刻，以上方法制備多孔金屬膜所使用的粉末漿料的添加劑大多采用高分子聚合物，燒結時容易造成有機物的殘留，會嚴重影響多孔金屬膜在工況條件下的耐腐蝕和機械性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種多孔金屬膜的制備方法。該方法制備工藝簡單，適用范圍廣泛，利用大規模工業化生產；采用該方法制備的多孔金屬膜的孔徑均勻，滲透性能好，過濾效率高，可廣泛應用于石油化工、能源環保、生物制藥、食品飲料、水處理等領域。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種多孔金屬膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將分散劑與有機溶劑按體積比1∶（3～10）混合均勻，得到混合液；所述分散劑為乙二醇或/和松油醇；所述有機溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮或丁酮；

步驟二、將金屬粉與步驟一中所述混合液按質量比1∶（1～5）混合均勻，得到漿料；

步驟三、利用噴槍將步驟二中所述漿料噴涂至多孔金屬基體的表面，然后將噴涂有漿料的多孔金屬基體置于干燥箱中干燥，再將干燥后的多孔金屬基體置于燒結爐中燒結，自然冷卻后在多孔金屬基體的表面得到厚度為5μm～50μm的多孔金屬膜；所述多孔金屬基體的孔徑≤D_max，D_max=10μm～50μm，所述漿料的噴涂量L滿足：L=3.6D_max，L的單位為mL/min。