[發明專利]一種梯度多孔陶瓷膜的制備方法

在審

• 申請號: 201611101265.6
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108147793A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 張超;李帥;呂琴麗;何迪;張華;王樹茂;劉曉鵬;蔣利軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/46;C04B35/48;C04B35/622;C04B38/00;C04B41/87;C23C24/08
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

本發明公開了一種梯度多孔陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：(1)配制粒徑連續變化的陶瓷粉體的懸浮液漿料；(2)將待處理多孔基體置于漿料底部，利用不同粒徑粉體沉降速率不同在基體表面獲得梯度膜層；(3)對梯度膜層進行熱處理和燒結，最后獲得梯度多孔陶瓷膜。本方法制備的多孔陶瓷梯度膜具有連續的孔徑分布梯度，最大程度地減少燒結過程中不同部位收縮率不同引起的薄膜開裂等缺陷，同時過渡減孔層及微濾活性分離層一次成膜，工藝簡單。

技術領域

本發明涉及一種梯度多孔陶瓷膜的制備方法，屬無機膜材料及應用領域。

背景技術

以多孔材料為基體，在表面制備一層多孔陶瓷涂層作為微濾膜，這種復合膜在醫藥行業、食品工業、油漆行業和生物技術工業等領域有著廣泛的應用。提高基體材料的孔隙度可以提高待處理氣體或液體的通量，提高器件的工作效率，但較大的表面孔徑也給小孔徑微濾活性分離層的制備帶來了困難。目前工業上普遍采用的做法是采用陶瓷材料制備多孔過渡層對基體進行減孔處理，最終得到所需孔徑的陶瓷微濾活性分離層。

近些年來，采用多級多孔陶瓷層對多孔支撐體材料進行減孔的技術受了廣泛的關注。CN201210180930.0公開了一種多級孔結構陶瓷膜的制備方法，分別選取不同粒徑的原料粉末以及不同酸堿性和粒徑的造孔劑，采用浸漬-涂覆工藝按造孔劑的粒度和其酸堿性的不同依次涂膜。通過粉體和造孔劑粒度的變化來實現孔徑可控、且具有梯度分布多級孔結構的陶瓷膜的制備。該方法可以較好的控制分離膜的厚度、孔隙率以及孔徑，但涉及到薄膜的多次涂覆工藝稍顯復雜，且在每層過渡層之間仍有一定的孔徑跨度，在燒結過程中由于熱收縮率的差異容易形成缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種梯度多孔陶瓷膜的制備方法，采用該方法能夠在多孔基體上得到具有連續的孔徑梯度分布的多孔陶瓷膜，最大程度地減少燒結過程中不同部位收縮率不同引起的薄膜開裂等缺陷。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種梯度多孔陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制粒徑連續變化的陶瓷粉體的懸浮液漿料；

(2)將待處理多孔基體置于漿料底部，利用不同粒徑粉體沉降速率不同在基體表面獲得梯度膜層；

(3)進行熱處理和燒結，最后獲得梯度多孔陶瓷膜。

在所述步驟(1)中，配制的懸浮液漿料中陶瓷粉體占懸浮液的體積比為1％～80％。配制懸浮液漿料所用的溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、松油醇、異丙醇、氯仿、水、苯、氯苯、石油醚、四氯化碳、乙酸乙酯中的一種或幾種，所加入的粘結劑為甲基纖維素、乙基纖維素、聚四氟乙烯、PVDF、PVA、PVB、阿拉伯樹膠中的一種或幾種，所用的表面活性劑為PEI、CTAB、十二烷基硫酸鈉、苯磺酸鈉中的一種或幾種。

在所述步驟(2)中，通過離心或重力沉降的方法形成陶瓷粉體沉降速率的不同。

在所述步驟(3)中，熱處理的溫度及條件取決于所用有機添加劑的種類，所選陶瓷粉體材料的燒結條件以及所選多孔基體的耐受溫度，優選在900-1200℃之間。

所述陶瓷材料為Al₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、CuO、MgO、ZnO、SiO₂、ZrO₂、YSZ中的一種或幾種。

所述多孔基體為片狀多孔金屬或多孔陶瓷，表面最大孔徑小于50μm。

所述陶瓷材料的粒徑范圍在20nm到50μm之間，粉體的D90介于基底表面孔徑的1/50到1/5之間，徑距即(D90-D10)/D50大于1。

所述梯度多孔陶瓷膜的厚度為100-250μm。

本發明的有益效果是：