[發明專利]一種多孔不銹鋼膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310717231.X
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103691329A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 黃彥;俞健;徐吉權;胡小娟;魏磊;劉強;諶洪圖;蔡毅
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;B22F7/02
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技術領域

本發明涉及一種多孔不銹鋼膜的制備方法，尤其涉及一種具有制備成本低，非對稱程度高、孔徑分布窄、膜層附著力強等特性的多孔不銹鋼膜的制備方法。

背景技術

能源問題對當今世界的發展具有重大影響，節能是當前科學研究的熱點之一。在化工生產方面，產品的提純與分離消耗了大量的能量。因此，使用低能耗方法分離物質可以使能源的消耗大大減少。而膜分離正是一種新興的低能耗分離技術。

膜分離過程與人們熟知的傳統分離方法如蒸發、分餾相比，其突出的優點是效率高、能耗低、操作條件溫和簡易等，因此應用廣，發展迅速，在食品飲料、醫藥衛生、生物技術、化工冶金，環境工程等領域發揮著愈來愈重要的作用。

常用膜按材質分類可分為有機膜和無機膜。有機膜是較早得到廣泛應用的膜，但由于其不耐高溫，易受酸堿腐蝕，機械強度低，已無法完全滿足膜分離過程的需要。而無機膜近年來發展迅猛，與有機膜相比，具有一系列獨特的優點，如耐高溫，耐腐蝕，結構穩定，易于清洗再生。常用的無機膜有多孔陶瓷膜和多孔不銹鋼膜，與陶瓷膜相比，多孔不銹鋼膜有如下優點：1、工作環境要求低，可在高溫、高壓、強酸、強堿下連續操作；2、可焊接，膜組裝簡易方便；3、機械強度高，膜性能不會隨著溫度驟變而發生較大變化，使用壽命長等。

因工業膜必須具有一定的機械強度才能夠滿足實際工況要求，為了達到所要求的強度，常規多孔不銹鋼膜一般壁厚都在2-3mm，而實際工作中起過濾作用的膜厚度不超過0.1mm。在保證過濾精度與機械強度的前提下，2-3mm的壁厚大幅降低膜的通透性，造成巨大的壓強損失和能源損耗。此外常規多孔不銹鋼的反沖洗效果差。近年來，隨著各領域對環保、高效等綠色膜的需求，解決常規多孔不銹鋼膜過濾精度和生產效率這一矛盾成為了研究熱點，而制備非對稱多孔不銹鋼膜是目前唯一的解決途徑。

目前制備非對稱多孔不銹鋼膜的方法可分為：分步燒結與共燒結兩種，分步燒結即是在燒結好的大孔基體上制備非對稱涂層，制備涂層方法主要有熱噴涂法、磁控濺射法、濕粉噴涂法、刷涂法等。而這些方法存在著一些共有問題：1、分次燒結工序復雜，且多次燒結能耗高；2、由于基材已燒結，在燒結過程中基體的膨脹與涂層燒結收縮不匹配，易開裂、剝落，成品率低。為了能很好地解決如上問題，研究人員嘗試一步制備非對稱多孔不銹鋼膜坯體，經過長期實驗，研究者通過多層壓制法[劉忠軍，一種非對稱不銹鋼過濾片的制備方法，專利申請號201210024816.9]和[黃彥、俞健，一種多孔陶瓷-金屬復合膜材料的制備方法，申請號：CN201110168259]、離心沉積法[奚正平、湯慧萍劉忠軍，汪強兵，一種漸變孔徑不銹鋼多孔管的制備方法，專利申請號200810232583.5]成功一步制得非對稱多孔不銹鋼膜坯體。但眾所周知，不同種材質的粉末的熱膨脹系數是不一樣的以及不同粒徑的同種粉末的燒結溫度是不一致的，由于這些客觀原因的存在，目前非對稱多孔不銹鋼的制備工藝要么膜層的過度燒結通量偏低，要么膜層易剝落，機械強度差。總體而言，目前制備非對稱多孔不銹鋼膜的方法存在著諸多問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備操作簡便，生產成本低的不銹鋼膜共燒結技術，以期獲得氣液通量大的多孔不銹鋼膜，來滿足各種復雜的工業過濾體系。

本發明的解決思路是通過在用于制備基體的不銹鋼粉末表面包覆低熔點金屬層來降低燒結溫度。在膜層粉末的燒結溫度下，顆粒表面的金屬微粒首先發生燒結形成燒結頸，并與基體的不銹鋼粉末合金化。這樣既降低了基體的燒結溫度，又保證了基體機械強度；同時通過合金化提高多孔不銹鋼膜材料的多項性能，如抗氧化性、耐腐蝕性等。

本發明采用的技術方案如下：

一種制備多孔不銹鋼膜的方法，通過粉末壓片機將表面包裹著低熔點金屬層大粒徑不銹鋼粉末壓制成型，然后在成型的坯體上制備不銹鋼粉末膜層，經燒結最終制得高度非對稱的多孔不銹鋼膜。

本發明的制備方法，其優點至少包括：(1)通過在制備基體的不銹鋼粉末表面包覆低熔點金屬微粒，此法既降制備基體的粉末燒結溫度，又在不影響基體基本性能的前提下給材料增加了一些其它金屬性能；(2)膜層粉末與基體共燒結，與傳統的制備工藝相比，膜層與基體結合力更牢，一次燒結，節約能源。