[發(fā)明專利]一種高性能非對(duì)稱陶瓷過(guò)濾膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111363780.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN114225715B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 稅安澤;馬娟;杜斌;單慶亮;熊浩;曾生輝;何超;錢俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/02
• 分類號(hào): B01D71/02;B01D71/38;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發(fā)明屬于陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種非對(duì)稱陶瓷過(guò)濾膜及其制備方法。所述方法：將一定比例的工業(yè)氧化鋁微粉、硅溶膠、造孔劑和復(fù)合分散劑混合，經(jīng)干燥、造粒和干壓制得支撐體生坯，對(duì)支撐體生坯進(jìn)行半脫模后，以篩網(wǎng)為輔助工具將成膜粉體均勻鋪展在生坯表面，再墊上光滑有機(jī)膜，通過(guò)支撐體生坯與成膜粉體一步共壓共燒制備高性能非對(duì)稱陶瓷膜。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需預(yù)先燒制支撐體和配制涂膜液，制備成本低，并且燒成溫度低、能耗低，有機(jī)物排放少，更符合綠色經(jīng)濟(jì)環(huán)保、碳達(dá)峰、碳中和理念。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種非對(duì)稱陶瓷過(guò)濾膜及其制備方法，特別涉及一種高性能非對(duì)稱陶瓷過(guò)濾膜及其制備方法。

背景技術(shù)

就分離過(guò)程而言，膜通常被描述為一個(gè)分離兩相的屏障，它可以選擇性的傳輸物質(zhì)。膜分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜，無(wú)機(jī)膜又包括金屬膜、碳基膜和陶瓷膜。與有機(jī)膜、金屬膜和碳基膜相比，陶瓷膜具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、孔徑分布可控、膜結(jié)垢率低、清潔效率高、再生性好和運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)勢(shì)。基于這些優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)陶瓷膜引起了人們極大的關(guān)注，被廣泛用于污水處理和海水淡化、氣體分離、煙氣過(guò)濾、生物醫(yī)藥、紙漿和造紙、食品和飲料加工、(微生物)燃料電池和催化劑載體等領(lǐng)域。然而，工業(yè)上使用較多的仍然是有機(jī)膜，這是因?yàn)橛袡C(jī)膜的制備和安裝技術(shù)成熟，成本相對(duì)較低，而陶瓷膜因原料較貴和生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致生產(chǎn)成本相對(duì)較高，且陶瓷膜的高滲透性和高選擇性不統(tǒng)一。為了降低陶瓷膜的成本，改善陶瓷膜的性能，當(dāng)前采用的方法主要有：使用廉價(jià)原料，添加燒成助劑和優(yōu)化制膜工藝。但是，廉價(jià)的原料如高嶺土、黏土和蒙脫土等會(huì)引入雜質(zhì)，使陶瓷膜的性能降低；以廉價(jià)原料或者氧化物(例如TiO₂、CuO)做燒成助劑雖然能降低燒成溫度，但陶瓷膜體系的耐腐蝕性相對(duì)變差，滲透性、強(qiáng)度也受到影響。相對(duì)來(lái)講，優(yōu)化制膜工藝更加可行。

傳統(tǒng)的制備陶瓷膜的方法主要有濺射法、氣相沉積法、噴涂法、浸漬法、相轉(zhuǎn)化法和干壓法等。其中，濺射法和氣相沉積法設(shè)備昂貴、能耗高，對(duì)原料和操作條件要求高，需要預(yù)燒制支撐體；噴涂法操作簡(jiǎn)單，但需要配制合適的涂膜液和預(yù)燒制支撐體；浸漬法工藝簡(jiǎn)單，但成膜顆粒很容易滲入支撐體中而降低膜體系的滲透性能，且需要進(jìn)行反復(fù)“涂覆-干燥-燒制”的復(fù)雜操作，同時(shí)也需要配制涂膜液和預(yù)燒制支撐體；相轉(zhuǎn)化法在浸漬法的基礎(chǔ)上增加了相轉(zhuǎn)化操作；干壓法工藝簡(jiǎn)單，但通常用來(lái)制備對(duì)稱陶瓷膜(傳統(tǒng)意義上的多孔陶瓷)。由此可見(jiàn)，采用傳統(tǒng)的方法制備的陶瓷膜成本相對(duì)較高，膜的性能也會(huì)受到影響，且燒制時(shí)涂膜液中大量有機(jī)物的排放會(huì)污染環(huán)境。

近年來(lái)，在浸漬法的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化的制膜工藝主要有粘度調(diào)控法(秦伍.氧化鋁陶瓷微濾膜的一步法制備技術(shù)[D].廣州:華南理工大學(xué),2016.)、預(yù)封孔法(Qin W.,etal.Preparation of high-permeance ceramic microfiltration membranes using apore-sealing method[J].RSC Advances,2020,10(10):5560-5565.)和犧牲夾層法(ChoY.H.,et al.Sacrificial graphene oxide interlayer for highly permeable ceramicthin film composite membranes[J].Journal of Membrane Science,2021,618:118442.)，此類方法提高了陶瓷膜的滲透性能，但同時(shí)也需要制備額外的有機(jī)膜層，且仍然需要預(yù)燒制支撐體和配制涂膜液。在流延法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的制膜工藝有膜轉(zhuǎn)印法(CN112044285A)，此方法在一定程度上提高了陶瓷膜的滲透性能降低了生產(chǎn)成本，但仍然需要配制涂膜液且需要預(yù)燒制支撐體。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能非對(duì)稱陶瓷膜的快速、簡(jiǎn)便和低成本制備方法。通過(guò)本發(fā)明方法所獲得的陶瓷膜具有結(jié)構(gòu)和性能易控、滲透通量和截留率高、抗污性能優(yōu)越等特點(diǎn)。