[發明專利]一種埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202111150854.4
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113842787B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 龔耿浩;于慶海;余亮
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發明公開了一種埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜及其制備方法，涉及陶瓷膜加工技術領域。本發明的超薄陶瓷膜是利用陶瓷粉體、埃洛石納米管、聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物、表面活性劑以及有機溶劑作為原料制備而成。其中表面活性劑是由泊洛沙姆和Arlacel?P135構成。本發明通過調整原料體系，使得埃洛石納米管的加入量提高至10％?15％，同時降低了固化難度，使得該陶瓷膜能夠加工成超薄且硬度高的分離膜材料。

技術領域

本發明屬于陶瓷膜加工技術領域，具體涉及一種埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜及其制備方法。

背景技術

無機陶瓷膜具有機械強度高、耐酸耐堿耐高、耐清洗壽命長等特點，為了提高陶瓷膜的分離效率，往往需要經過多次涂覆-燒結-再涂覆過程，這造成了陶瓷膜的制備周期長、工藝復雜、成本較高等問題，同時使得陶瓷膜的厚度相對較大。

隨著膜分離技術的不斷發展，超薄分離膜越來越備受青睞。目前陶瓷膜隨著厚度降低，其脆性急劇增大，導致超薄陶瓷膜的加工成型難度大。現有的研究發現，在陶瓷粉體中加入納米填料雖然能夠使得陶瓷膜的硬度增強，但是同時也會導致陶瓷膜的孔隙率降低，進而使得該類陶瓷膜的分離性能差，在使用過程中極易發生堵塞現象，降低了陶瓷膜的使用壽命。

埃洛石納米管(HNTs)是一種天然高嶺石水合物，化學分子式為Al₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O。埃洛石納米管主要是由空心、亞微米大小的管狀結構所組成。因此將埃洛石納米管作為納米填料提高陶瓷膜的機械性能同時避免降低陶瓷膜空隙具有較大的應用前景。但是陶瓷粉體中即便加入少量的埃洛石納米管，也會使得陶瓷漿料粘度驟增，這使得涂覆在玻璃板上的陶瓷液膜在極性溶劑中固化成膜的難度增大，同時埃洛石納米管的加入量過少，無法顯著提高陶瓷膜的硬度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜。本發明通過調整原料體系，使得埃洛石納米管的加入量提高至10％-15％，同時降低了固化難度，使得該陶瓷膜能夠加工成超薄且硬度高的分離膜材料。

本發明所述埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜是由以下質量百分數的原料構成：

陶瓷粉體30％-45％，

埃洛石納米管10％-15％，

聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物7％-10％，

表面活性劑1％-2％，

其余為有機溶劑，所述表面活性劑是由泊洛沙姆和Arlacel-P135構成。

具體而言，本發明所述陶瓷粉體為氧化鋁、高嶺土、水滑石、粉煤灰、碳化物、硼化物中的至少一種。

具體而言，本發明所述聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物中聚乙二醇占比為15-20wt％。所述聚砜-聚乙二醇嵌段共聚物的制備方法可參照本課題組發表的《雙親性聚砜嵌段共聚物的制備及其在分離膜領域的應用》一文。

具體而言，本發明所述表面活性劑中泊洛沙姆和Arlacel-P135的質量比為1-2:1:2。

具體而言，本發明所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或四氫呋喃中的一種。其中有機溶劑優選為N-甲基吡咯烷酮。

具體而言，本發明所述埃洛石納米管的徑向寬度小于100nm，徑向比為5-20之間。

本發明還提供了所述埃洛石納米管增強的超薄陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、配制鑄膜液

按比例稱取原料，先將埃洛石納米管和表面活性劑在有機溶劑中溶解分散，然后再加入聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物，充分攪拌溶解再加入陶瓷粉體，混合均勻獲得具有流動性的漿狀鑄膜液；