[發明專利]一種膜表面復合材料

有效

• 申請號: 201710373411.9
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107051225B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 秦玉蘭;高明河;黃付平;代晉國;馬永;秦鍵濱
• 申請（專利權）人: 廣西碧清源環保科技有限公司
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 廣西慧拓律師事務所 45116
• 代理人: 唐涌泉

本發明公開了一種膜表面復合材料，包括依次設于陶瓷膜支撐體表面的中間過渡層和陶瓷膜層，所述中間過渡層為SiC粗孔膜層，中間過渡層的平均孔徑為100nm～500nm；所述陶瓷膜層為多孔純SiC膜層，陶瓷膜層的平均孔徑為1nm～2nm。該膜表面復合材料具有原子級尺寸孔隙且分布均勻從而分離精度高，且還具有耐高溫、耐酸堿等優點。

技術領域

本發明涉及多孔陶瓷膜技術領域，尤其涉及一種膜表面復合材料。

背景技術

膜分離過程是含溶解的溶質或懸浮微粒的液態經過膜，其中溶劑和溶質小分子透過膜，溶質大分子和懸浮顆粒被膜截留。與有機膜相比，無機陶瓷膜是由金屬氧化物或混合金屬氧化物粉體經高溫燒結而成的具有一定選擇性分離性能的精密陶瓷材料，具有化學穩定性好，機械強度大，抗微生物能力強，耐高溫，孔徑分布窄，分離效率高等優點，可應用于氣體分離、液體分離凈化和膜反應器，在食品工業、制藥和生物工程、化學和石油化工工業以及環境保護等領域均有廣泛的應用。

國內對陶瓷膜的研究始于上世紀90年代后期，主要集中在氧化鋁膜材料，并在污水處理方面開展了應用，取得了良好的效益。但是在工業廢水方面，其廢水往往存在排放量大、高溫、高堿度、高酸度、含重金屬等特點，對無機陶瓷膜的過濾性能提出了更高的要求，目前廣泛使用的氧化鋁膜材料，難以抵抗強酸、強堿環境，高溫熱穩定性能差，在上述苛刻環境條件下工作使用壽命將大大縮短，導致污水處理成本增加。此外，氧化鋁膜材料親水性能一般，導致污水處理效率低，在一定程度上也增加了治污成本。碳化硅化學穩定性極好，耐強酸、堿，可在pH值0-14的范圍內使用，高溫穩定性好，且親水性能好，其性能特點使碳化硅陶瓷膜在污水處理方面具有天然的優勢，是今后無機陶瓷膜發展的重要方向。

但是目前的碳化硅陶瓷膜大多是粗顆粒碳化硅及粘結劑堆積燒結而成，其孔隙為顆粒堆積間隙形成，存在孔徑分布不均勻，孔徑大多在100nm以上，對水中微小懸浮顆粒、大的膠體粒子和細菌的分離非常有效，但在小分子溶質、病毒等的分離方面存在嚴重不足，孔徑分布不均勻和孔徑過大導致過濾精度差，這極大地限制了陶瓷膜在分離精度要求高的許多領域的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有原子級尺寸孔隙且分布均勻從而分離精度高，耐高溫、耐酸堿的膜表面復合材料。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種膜表面復合材料，包括依次設于陶瓷膜支撐體表面的中間過渡層和陶瓷膜層，所述中間過渡層為SiC粗孔膜層，中間過渡層的平均孔徑為100nm～500nm；所述陶瓷膜層為多孔純SiC膜層，陶瓷膜層的平均孔徑為1nm～2nm。

上述的膜表面復合材料，優選地，通過以下方法制備：

(1)制備中間過渡層

(1.1)將碳化硅粉末、聚碳硅烷、羥甲基纖維素醚和水混合，碳化硅粉末的粒徑為1μm～5μm，制得含碳化硅漿料；

(1.2)將步驟(1.1)所得的含碳化硅漿料涂覆于陶瓷膜支撐體表面；

(1.3)將經步驟(1.2)涂覆處理的陶瓷膜支撐體置于熱處理爐中，在惰性氣氛下進行燒結，溫度為1200℃～1500℃，時間為1h～2h；得到表面有SiC粗孔膜層的陶瓷膜支撐體；

(2)制備陶瓷膜層

(2.1)將步驟(1.3)所得的表面有SiC粗孔膜層的陶瓷膜支撐體置于熱處理爐中，在爐內通入惰性氣體，將爐內抽真空至800Pa～1000Pa后，將爐內溫度升至1000℃～1100℃，持續通入氣化的聚碳硅烷，時間為2h～5h，使聚碳硅烷的Si-H鍵和C-H鍵斷裂，生成裂解產物均勻附著在SiC粗孔膜層表面；

(2.2)保持惰性氣氛，將爐內溫度升至2000℃～2200℃，保溫2h～5h，使裂解產物中的Si-O鍵斷裂，生成多孔純SiC層。