[發明專利]一種管狀陶瓷膜內膜的傾斜浸漬制備方法

有效

• 申請號: 202010315108.5
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111530295B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 吳建青;李禮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/04;B01D71/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李本祥

本發明公開了一種管式陶瓷膜內膜的傾斜浸漬制備方法，該方法將真空消泡后的陶瓷涂膜液從容器依次通過管道、入口閥門、管式支撐體入口端進入支撐體，從管式支撐體出口端流出，依次經過連接管道、出口限流閥門流入收集容器；在浸漬涂覆前，將管式支撐體以水平面向上傾斜5～60°，讓陶瓷涂膜液從管式支撐體入口端進入支撐體并充滿管式支撐體內孔，浸漬5～100s后，在3s內將管式支撐體管相對于水平面向下傾斜5～60°，關閉入口閥門并讓管式支撐體入口端與大氣接通，讓陶瓷涂膜液從管式支撐體出口端自然流出。本發明相比較于傳統的豎直浸漬涂膜或者灌漿涂膜方式，能夠使得陶瓷膜兩端的厚度更加均勻，并提高陶瓷膜和支撐體的結合強度。

技術領域

本發明涉及一種管式陶瓷膜內膜的傾斜浸漬制備方法，屬于高性能陶瓷膜領域。

背景技術

根據國際理論及應用化學聯合會的定義，膜是一種在某一維度上的尺寸遠小于另外兩個維度的三維結構材料。在壓力差、濃度差、化學差、電位差等多種驅動力的作用下發生傳質，其中主要是以壓力差作為分離動力，利用的是“篩分原理”，從而將大于自身孔徑的(固、液、氣態)微粒截留下來，達到多相分離、凈化及濃縮的目的。

膜材料根據形態的不同，又可以分為固態膜、液態膜、氣態膜，其中在工業中最常用的是固態膜。固態膜按照組成材料的不同，又可以分為有機膜和無機膜，目前，大多有機膜中起分離作用的活性層為醋酸纖維素、聚氟聚合物等有機高分子材料，無機膜中起分離作用的活性層為玻璃、陶瓷等無機非金屬材料。其中無機膜中最常用的是陶瓷膜，根據其形狀的不同又可分為平板膜、管式膜、中空纖維膜等。

陶瓷膜根據結構的不同，可分為對稱膜、非對稱膜兩大類。對稱膜指的是物理化學結構在各個方向上是一致的膜材料，而非對稱膜則指的是由非對稱結構組成的膜材料，包括提供機械強度的支撐體層、起到篩分作用的過濾層、橋接支撐體層和過濾層的中間過渡層。

陶瓷膜因具有分離效率高、耐酸堿、耐有機溶劑、抗微生物、耐高溫、機械強度高、使用壽命長等優點，在環保、污水處理、氣體分離、食品加工等領域獲得了廣泛的應用。陶瓷膜的制備方法主要有浸漬涂膜法、化學氣相沉積法、噴涂制備法等。化學氣相沉積是在一定的溫度條件下通過被氣體介質包圍的組分之間所發生的化學反應在材料表面沉積一層相同或不同的化合物來修飾膜表面性能的工藝。噴涂技術是用噴槍在支撐體管表面噴涂一層漿料來獲得過濾層。浸漬涂膜法通過將支撐體管浸入涂膜液中若干時間后以一定速度提拉出獲得濾餅層，進而燒結成膜。浸漬涂膜法由于其方法簡單，成本較低，適合于大規模工業生產。

在利用浸漬涂膜法涂覆管式陶瓷膜的過程中，陶瓷膜過濾層厚度主要由兩個過程控制，一個是在浸漬過程中的毛細過濾過程，另一個是在提拉過程中的薄膜形成過程，整個膜厚度的增加等于兩個過程的線性疊加；其中毛細過濾過程中膜厚度H_c(μm)的增加與涂膜時間t(s)以及涂膜液粘度η(Pa S)有如下數學關系(徐南平.面向應用過程的陶瓷膜材料設計、制備與應用[M].北京:科學出版社,2005.)：

其中薄膜形成過程中膜厚度H_m(μm)的增加與涂膜液的固含量ω(wt.％)、粘度η(Pa S)、涂膜液表面張力γ(N/m)、提拉速度μ(m/s)有如下數學關系(徐南平.面向應用過程的陶瓷膜材料設計、制備與應用[M].北京:科學出版社,2005.)：

因此當涂膜液的固含量ω(wt.％)、粘度η(Pa S)、涂膜液表面張力γ(N/m)、提拉速度μ(m/s)固定的時候，陶瓷膜的過濾層厚度只和涂膜時間t(s)有關。而要提高陶瓷膜的過濾通量，則要求陶瓷膜的厚度越薄越好，所以浸漬的時間不能太長，而如果浸漬時間太短的話，浸漿時間就會對膜厚的影響巨大。