[發(fā)明專利]一種銀摻雜的金屬陶瓷復(fù)合膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410346449.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104128101A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范益群;林鈺青;蔡媛媛;唐劍雄;徐南平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/02
• 分類號(hào): B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 鄧唯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種銀摻雜的金屬陶瓷復(fù)合膜及其制備方法，該陶瓷膜材料之中摻雜適量的納米或者微米級(jí)的金屬銀，制備得到具有金屬-陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)的分離膜材料。

背景技術(shù)

膜分離法是無(wú)相變分離過(guò)程，具有節(jié)能、高效、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好等特點(diǎn)，目前已在石油化工、生物醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域的分離與純化過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。隨著膜技術(shù)領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)膜的性能提出了更高的要求，希望膜材料具有更好的完整性、更強(qiáng)的抗污染性以及抗菌性能。

陶瓷膜是目前常用的一種膜材料，相對(duì)于有機(jī)膜來(lái)說(shuō)，陶瓷膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷膜的不足之處在于，熱處理過(guò)程中，由于陶瓷材料本身剛性較大，彈性模量較高，在熱收縮過(guò)程中容易造成開(kāi)裂；由于陶瓷材料本身比較親水，在工業(yè)化過(guò)程中膜層容易被污染，造成通量的衰減，即膜分離性能和滲透性能的下降。

中國(guó)專利CN103463998A中提出在溶膠制備過(guò)程中通過(guò)加入貴金屬Pd代替有機(jī)添加劑，可以制備完整無(wú)缺陷的小孔徑陶瓷膜。但是金屬鈀價(jià)格較高，使得金屬陶瓷復(fù)合膜的制備成本難以降低，因此需要尋找更低成本的金屬摻雜原料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有抗菌性能、膜層結(jié)合力高、不易出現(xiàn)膜層開(kāi)裂缺陷的陶瓷膜，是通過(guò)在陶瓷膜材料之中摻雜適量的納米或者微米級(jí)的金屬銀，制備得到具有金屬-陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)的分離膜材料。

技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，銀摻雜的金屬陶瓷復(fù)合膜，在復(fù)合膜的分離層中摻雜銀，銀的摻雜量是分離層基質(zhì)重量1～20％。更優(yōu)選的，是5％～15％；最優(yōu)選，10％。

所述的銀的存在形式主要是金屬單質(zhì)銀，同時(shí)也存在少量的氧化銀；優(yōu)選地，其中至少有80％是以單質(zhì)銀的形式存在；更優(yōu)是90％以上；最優(yōu)是100％。

優(yōu)選地，所述的分離層基質(zhì)的是由Ti、Zr、Al、Mg構(gòu)成的金屬氧化物中的一種或者幾種的混合物；在一些應(yīng)用場(chǎng)合下，優(yōu)選采用TiO₂。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，上述復(fù)合膜的制備方法，最優(yōu)是采用固體顆粒燒結(jié)法。

基于銀摻雜的金屬陶瓷復(fù)合膜的制備方法，包括有如下步驟：配置制膜液、涂膜、干燥、燒結(jié)，所述的制膜液中包含有陶瓷顆粒粉體；在配置制膜液的過(guò)程中，在制膜液中添加可溶性的銀鹽、銀單質(zhì)中的一種或者幾種的混合物。

優(yōu)選地，所述的銀鹽是選自AgNO₃、AgClO₄或Ag(NH₃)₂OH。

優(yōu)選地，所述的銀單質(zhì)的粒徑范圍是納米級(jí)或者亞微米級(jí)；更優(yōu)選的，是5nm～300nm。

優(yōu)選地，在制膜液中還包括加入分散劑、增稠劑中的一種或幾種的混合物。其中，分散劑選擇陽(yáng)離子型分散劑，如聚乙烯亞胺、聚乙二醇、檸檬酸銨中的一種或者幾種。增稠劑優(yōu)選為甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇或甘油中的一種或者幾種的混合物。

優(yōu)選地，所述的陶瓷顆粒粉體粒徑范圍為5～500nm，更優(yōu)選是20～200nm。

優(yōu)選地，所述的涂膜過(guò)程是采用浸漿法。

優(yōu)選地，涂膜-干燥-燒結(jié)步驟可以重復(fù)一次，也可以多次重復(fù)。

優(yōu)選地，干燥過(guò)程的參數(shù)是：恒溫溫度為20～100℃，恒濕濕度在相對(duì)濕度20～80％，保溫時(shí)間為4～48h。

優(yōu)選地，燒結(jié)過(guò)程可以選自如下兩種：第1種、在空氣氣氛中燒結(jié)；第2種、先在空氣氣氛中燒結(jié)，再在氬氣氣氛中燒結(jié)。

優(yōu)選地，對(duì)于上述的第1種，參數(shù)是：燒結(jié)溫度300～800℃，保溫時(shí)間是0.5～3h，升溫及降溫速度范圍是0.25～5℃/min。

優(yōu)選地，對(duì)于上述的第2種，參數(shù)是：在空氣氣氛中燒結(jié)溫度300～500℃，保溫時(shí)間是0.5～3h，在氬氣氣氛下燒結(jié)溫度300～700℃，升溫及降溫速度控制范圍0.25～5℃/min，保溫時(shí)間0.5～3h。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，銀作為摻雜劑在提高陶瓷膜抗菌性能中的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，銀作為摻雜劑在提高非對(duì)稱陶瓷膜的分離層與支撐層之間結(jié)合力中的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，銀作為摻雜劑在提高氧化鈦陶瓷膜吸光性能中的應(yīng)用。

有益效果