[發明專利]高通量碳化硅陶瓷過濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110448901.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113121241B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 袁林峰;約翰尼·馬切爾;胡廣;胡飛
• 申請（專利權）人: 南京依柯卡特排放技術股份有限公司
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;C04B35/565;C04B35/622;C04B38/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明提供一種高通量碳化硅陶瓷過濾膜及其制備方法，采用在載體基礎上單次直接覆分離層工藝，即載體燒結后，直接涂覆分離層，燒結后再進行除碳即可。通過優化燒結工藝，并優化制膜液配方，使其在涂覆時避免因毛細過濾和薄膜形成過程中碳化硅細小顆粒進入載體的微孔內，可實現在平均孔徑10μm以上碳化硅載體上直接涂覆平均孔徑在0.2μm以下的分離層，在涂覆時有效阻止碳化硅細小顆粒進入載體的微孔內。由此，可避免陶瓷膜傳統制備工藝中需多次涂覆即至少2次涂覆和3次燒結的不足，從而降低生產成本，提高產品合格率。由于中間層的去除，同等孔徑的陶瓷膜的通量可大幅提升。

技術領域

本發明涉及陶瓷過濾膜技術領域，具體而言涉及一種高通量碳化硅陶瓷過濾膜及其制備方法。

背景技術

傳統碳化硅膜制備跟陶瓷膜一樣，其結構也是三明治結構，即為支撐層、中間層和分離層。支撐層是膜的載體，主要保證膜的機械強度。分離層起真正過濾分離作用。因為載體孔徑往往是分離層顆粒的至少25倍以上，所以在現有的工藝中，需在支撐層和分離層之間涂覆中間層，以防止分離層制備過程中其顆粒向支撐層滲透。然而，由于中間層的存在，客觀上降低了通量，同時傳統工藝的載體、中間層以及分離層的微孔孔徑之間的差距小，通常在1-5 倍之間變化，造成通量低，提高難度大。

如圖1所示，碳化硅膜傳統工藝的制備流程需要進行至少3次燒結，制備工藝相對復雜、成本高，而產品因為需多次涂覆，導致成品率低、通量低。傳統工藝中，每次涂覆高溫燒結后(通常需要在2000-2400℃、惰性氣體如氬氣保護條件下燒結)，需對其進行高溫氧化(在 700-1200℃，通空氣條件下進行)，以此來去除高溫燒結殘留下來的碳，這些碳來源于坯體或者涂膜漿料含粘合劑、分散劑等有機物。如果不去除碳，由于碳是疏水性物質，在涂膜時候漿料里的溶劑/水很難通過毛細管力進入載體孔內，因此無法最終形成涂膜。

因此，在傳統工藝里，需在高溫燒結后對產品進行氧化處理。載體在氧化后，碳的去除使得表面親水，孔徑也相對變大，因而有利于漿料溶劑/水通過毛細管力進入載體孔內最終形成涂膜，但這需要涂膜漿料里的涂層顆粒粒徑足夠大才能使其不因毛細管力而進入載體。

發明內容

本發明目的在于提供一種在燒結工藝后不去除碳的高通量碳化硅陶瓷過濾體的制備方法，即載體燒結后不進行氧化除碳，而是保留殘留的碳，具體通過優化膜層漿液和制備工藝，降低表面張力，使膜層漿液在載體為疏水的情況下仍可利用毛細管力進行涂覆，利用載體表面和涂層顆粒帶同性電荷而產生的同性相斥作用，將膜層細小顆粒涂在平均孔徑為10μm以上的載體上。

本發明的第一方面提出了一種高通量碳化硅陶瓷過濾體的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備多通道管狀坯體，并高溫燒結多通道管狀坯體，制備出具有第一均值孔徑的微孔結構的載體；

(2)豎立載體，將膜層漿液從步驟(1)制備的得到的載體底部載入通道，待膜層漿液到達所述載體頂部，保持預定時間后，釋放通道里的膜層漿液，形成通道膜層；其中所述膜層漿液的顆粒與所述載體表面攜帶同性電荷；

(3)干燥步驟(2)制備的通道膜層；

(4)在惰性氣氛保護條件下，高溫燒結所述通道膜層，形成具有第二均值孔徑的微孔結構，制作出分離層；以及

(5)對步驟(4)得到的分離層進行高溫氧化燒結，去除殘留碳。

優選地，所述載體的制備具體包含以下過程：

將具有第一粒徑錯配比的碳化硅粉與第一助劑和水混合后，擠出成型多通道管狀坯體，再對坯體進行燒結，通過坯體重結晶，在通道的壁上形成具有第一均值孔徑的微孔結構，制作出載體；

優選地，所述具有第一粒徑錯配比的碳化硅粉包含碳化硅粉I和碳化硅粉II，碳化硅粉 I的中值粒徑為碳化硅粉II的中值粒徑的5-30倍。更加優選地，所述碳化硅粉I的中值粒徑為在10-30μm之間；碳化硅粉II的中值粒徑在0.5-6μm之間。