[發明專利]一種基于墨水直寫的三層結構陶瓷膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210633326.2
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN115321958B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 姚之侃;趙海洋;張林;李鴿;李鑫;蘇輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中國人民解放軍96911部隊
• 主分類號: B01D46/54
• 分類號: B01D46/54;C04B35/10;C04B35/622;C02F1/44
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種基于墨水直寫的三層結構陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：(1)通過3D直寫打印技術利用支撐層漿料、中間層漿料和功能層漿料制備得到三層結構陶瓷膜坯體；(2)將三層結構陶瓷膜坯體加熱燒結，制備得到所述的基于墨水直寫的三層結構陶瓷膜；支撐層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為100?3000μm；中間層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為50?200μm；功能層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為2.5?20μm；其中，支撐層漿料中的陶瓷粉末的平均粒徑＞中間層漿料中的陶瓷粉末的平均粒徑＞功能層漿料中的陶瓷粉末的平均粒徑。本發明制備工藝簡單溫和，能耗低，可用于制備分離性能可調的三層結構陶瓷膜。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種基于墨水直寫的三層結構?陶瓷膜及其制備方法與應用。

背景技術

陶瓷膜主要由氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、二氧化硅等無機材料制備得?到，陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、化學性能?穩定等特點，在航空航天、生物醫療、電學、污水處理、氣體凈化、食品?加工等領域有著廣泛的應用。陶瓷膜多呈非對稱結構，由底部支撐層、中?間過渡層與頂部分離層三部分組成。其中，支撐層一般采用壓制成型法、流延成型法、擠出成型法、注漿成型法等方法制備，中間層和分離層一般?采用浸漬提拉法、溶膠凝膠法、噴涂法、模板劑法、化學氣相沉積法等方?法制備。傳統的陶瓷膜成型技術面臨制造周期長、生產成本高、工藝條件?較為苛刻等局限。

公開號為CN114471511A的中國專利文獻公開了一種高通量、可見光?響應的納米線催化陶瓷膜的制備方法，該方法首先通過對傳統的水熱法進?行改進，并摻雜過渡金屬離子合成獲得可見光響應的二氧化鈦納米線；隨?后以管狀或平板陶瓷膜為載體，通過真空抽濾或噴涂工藝制備得到該納米?線催化陶瓷膜，該納米線陶瓷膜可應用于處理含有機污染物的廢水，但制?備方法復雜。

3D打印技術具有無需原坯和模具、生產周期短、制造成本低、制造?精度高、實現復雜結構產品的直接成型等特點，且成型材料種類廣泛，包?括氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、碳硅化鈦、陶瓷前驅體、陶瓷基復合材料等。?已逐漸應用于分離膜制備及膜組件制備。

公開號為CN106747544A的中國專利文獻公開了一種利用3D打印技?術制備的陶瓷膜及其制備方法，該發明以蛭石、石英、硅酸鈣、活性炭、?沸石、凹凸棒土等為原料，采用激光掃描成型法制備了可吸收VOCs等有?毒氣體的陶瓷膜。該發明方法僅可用于單層結構陶瓷膜的制備，對原料粉?體要求高，所用激光點的溫度在1500℃以上，制造成本較高，難以實現?規模化生產。

發明內容

本發明提供了一種基于墨水直寫的三層結構陶瓷膜的制備方法，制備?工藝簡單溫和，原料無毒無害，能耗低，陶瓷膜坯體成型后進行一次燒結?即可得到產品陶瓷膜，避免多次“干燥-燒結”的繁瑣工藝程序，可用于?制備分離性能可調的三層結構陶瓷膜。

具體采用的技術方案如下：

一種基于墨水直寫的三層結構陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過3D直寫打印技術利用支撐層漿料、中間層漿料和功能層?漿料制備得到包括支撐層、中間層和功能層的三層結構陶瓷膜坯體；

(2)將三層結構陶瓷膜坯體加熱燒結，制備得到所述的基于墨水直?寫的三層結構陶瓷膜；

支撐層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為100-3000μm，由溶?劑、陶瓷粉末、粘結劑粉末、分散劑粉末、潤滑劑和燒結助劑混合得到；

中間層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為50-200μm，由溶劑、?陶瓷粉末、粘結劑粉末、分散劑粉末和潤滑劑混合得到；

功能層漿料在3D直寫打印過程中的擠出厚度為2.5-20μm；由溶劑、?陶瓷粉末、粘結劑粉末、分散劑粉末和潤滑劑混合得到；