1.本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碟式陶瓷膜支撐體的制備方法及其陶瓷膜制品。

背景技術(shù)：

2.無(wú)機(jī)陶瓷膜是以al2o3、zro2、tio2、sio2、sic等陶瓷原料經(jīng)一系列特殊工藝制作而成的多孔結(jié)構(gòu)分離材料，具有優(yōu)異的過(guò)濾性能，同時(shí)還具有耐高溫、耐溶劑、耐酸堿腐蝕、高機(jī)械強(qiáng)度以及易清洗可再生等優(yōu)點(diǎn)，在化工、食品、制藥等領(lǐng)域有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3.陶瓷膜根據(jù)形狀可分為管狀、多通道和平板狀。其中，平板陶瓷膜采用外壓式過(guò)濾，即陶瓷膜的外表面為分離層，膜孔道為滲透液通道。由于具有蛋殼效應(yīng)，在承受相同膜間壓的情況下，平板陶瓷膜支撐體的壁厚可以小至1mm，從而大幅降低陶瓷膜的滲透阻力。但是，平板陶瓷膜所采取的膜過(guò)濾方式相當(dāng)于“死端”過(guò)濾，即被截留組分直接在膜表面積累，形成濃差極化，在受壓情況下形成濾餅層，使得過(guò)濾阻力持續(xù)增大，加速了膜污染的發(fā)生，從而導(dǎo)致滲透通量下降，影響了陶瓷膜的滲透效率和使用壽命。

4.為減少上述膜污染，當(dāng)前普遍采用鼓氣方式以增加料液的擾動(dòng)，減少平板陶瓷膜的濃差極化，然而實(shí)際效果卻不佳，主要是因?yàn)闅馀輰?duì)陶瓷膜表面的流體擾動(dòng)不足。為此，也有通過(guò)增設(shè)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓板以提高平板陶瓷膜表面的料液擾動(dòng)，這在一定程度上減少了濃差極化。另外一種解決方法是使平板陶瓷膜旋轉(zhuǎn)，即制備一種碟式陶瓷膜(其中心具有一積水通孔，其內(nèi)部沿徑向方向設(shè)有若干孔道)，通過(guò)陶瓷膜的旋轉(zhuǎn)在膜表面形成剪切力，使過(guò)濾膜表面保持比較薄的濾餅層厚度，使得過(guò)濾操作保持連續(xù)、穩(wěn)定的過(guò)濾狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于碟式陶瓷膜普遍是采用常規(guī)的干壓法或凝膠注模法進(jìn)行制備。然而，這些方法不適用于制備更為復(fù)雜、密集的滲透通道，只能制備出有限數(shù)量的直型通道。由于碟式陶瓷膜是處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，簡(jiǎn)單的直型通道加之?dāng)?shù)量有限不利于獲得高的滲透通量。同時(shí)，受凝膠鑄模濕坯強(qiáng)度的限制，目前現(xiàn)有技術(shù)這類(lèi)陶瓷膜的直徑一般是150mm左右，有些可以達(dá)到300mm左右，但無(wú)法制備出更大尺寸的圓盤(pán)型平板陶瓷膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，將支撐體生坯分三層結(jié)構(gòu)即上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片分別進(jìn)行制備，再通過(guò)粘結(jié)的方式形成整體，以解決復(fù)雜形狀滲透孔道陶瓷膜成型難的問(wèn)題，大大降低碟式陶瓷膜的制備工藝難度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種碟式陶瓷膜制品的制備方法及其陶瓷膜。

6.本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

7.本發(fā)明提供的一種碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，包括以下步驟：

8.(1)支撐體薄型坯片的制備

9.首先制備厚度為1.0～2.5mm的圓形坯片；

10.(2)支撐體生坯組件的制備

11.使用沖壓機(jī)在所述圓形坯片的中央沖壓出第一中心通孔，得到上層支撐坯片、下層支撐坯片；在所述圓形坯片的中央沖壓出第二中心通孔、坯面沖壓出均布的、呈鏤空的滲透孔槽，得到中層滲透孔槽坯片；所述滲透孔槽的一端與第二中心通孔連通、另一端封閉；

12.(3)支撐體生坯組件的粘結(jié)、燒成

13.按照所述上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片的順序疊放，使用粘結(jié)劑溶液粘結(jié)在一起并通過(guò)壓力整形而形成三層結(jié)構(gòu)的整體，干燥后得到支撐體生坯，經(jīng)煅燒后即得到碟式陶瓷膜支撐體。

14.上述方案中，本發(fā)明所述滲透孔槽以弧形呈徑向設(shè)置，而排列形成螺旋狀。

15.進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(3)的粘結(jié)劑溶液為水、或濃度為0.05～3wt％的聚乙烯醇或羥丙基甲基纖維素的水溶液。

16.本發(fā)明的另一目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

17.本發(fā)明提供的一種碟式陶瓷膜制品的制備方法，在上述碟式陶瓷膜支撐體的制備方法得到的支撐體表面涂覆分離膜層漿料形成分離膜層，而得到碟式陶瓷膜制品。

18.進(jìn)一步地，本發(fā)明所述碟式陶瓷膜支撐體、分離膜層的原料組成及制備如下：

19.所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用干壓法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體1～8wt％、2～6wt％、1～10wt％的造孔劑、粘結(jié)劑、水；所述各組成在混料機(jī)中混合成均勻的混合料，然后將所述混合料均勻加入模具中，通過(guò)壓片機(jī)壓力成型而得到坯片；

20.所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用輥軋法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體1～8wt％、2～6wt％、10～38wt％、3～6wt％的造孔劑、粘結(jié)劑、水、潤(rùn)滑劑；首先將陶瓷粉體、造孔劑和粘結(jié)劑在混料機(jī)中混合成均勻的混合料，然后將所述混合料與水、潤(rùn)滑劑在捏泥機(jī)中捏合成泥、陳腐后，使用輥軋機(jī)輥軋而得到坯片；

21.所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用流延法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體2～6wt％、0.5～1.2wt％、1～4wt％、100～250wt％的粘結(jié)劑、分散劑、穩(wěn)定劑、水；所述各組成在球磨機(jī)內(nèi)球磨混合2～8h，經(jīng)除泡后，在流延機(jī)上流延而得到坯片；

22.所述分離膜層漿料由平均粒徑為0.5～1μm的陶瓷粉體、用量分別為該陶瓷粉體0.5～1.2wt％、1～4wt％、700～920wt％的分散劑、穩(wěn)定劑、水組成，經(jīng)攪拌混合形成懸浮液漿料。

23.上述方案中，本發(fā)明所述陶瓷粉體為al2o3、zro2、tio2、sio2、sic中的一種或其組合；所述造孔劑為淀粉；所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素中的一種或其組合；所述潤(rùn)滑劑為甘油、油酸、聚乙烯醇；所述分散劑為聚丙烯酸、dolapix系列分散劑、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或其組合，或聚乙烯亞胺，或聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的組合；所述穩(wěn)定劑為聚丙烯酸或聚乙烯亞胺、聚丙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一種或其組合(聚丙烯酸不能與聚乙烯亞胺互配使用)。

24.進(jìn)一步地，本發(fā)明所述碟式陶瓷膜支撐體的生坯在1500～1650℃溫度下煅燒，保溫時(shí)間為2～4h，得到碟式陶瓷膜支撐體。

25.進(jìn)一步地，本發(fā)明采用噴涂-浸涂法將所述分離膜層漿料涂覆在碟式陶瓷膜支撐體的表面，首先將分離膜層漿料置于噴槍料筒內(nèi)，通過(guò)控制噴涂時(shí)間來(lái)控制噴涂厚度，干燥后將碟式陶瓷膜支撐體以徑向方向置于盛有分離膜層漿料的料斗內(nèi)，分離膜層漿料的液面超過(guò)碟式陶瓷膜支撐體的半徑，使得碟式陶瓷膜支撐體的一半浸沒(méi)到分離膜層漿料中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)使碟式陶瓷膜支撐體的所有外表面與分離膜層漿料接觸而形成濕膜，經(jīng)過(guò)干燥、煅燒，得到平均孔徑為0.1～0.5μm、厚度為15～40μm的分離膜層。

26.上述方案中，本發(fā)明所述濕膜干燥后在1300～1450℃溫度下煅燒，保溫2～4h。

27.利用上述碟式陶瓷膜制品的制備方法制得的陶瓷膜。

28.本發(fā)明具有以下有益效果：

29.(1)解決了復(fù)雜滲透孔道的制備難題。

30.由于膜分離過(guò)程在與滲透通道處相對(duì)應(yīng)的分離膜層處具有最小的滲透距離，所以，膜滲透孔道盡可能的要大。但是，膜滲透孔道過(guò)大導(dǎo)致上下層的膜層失去支撐，因此，要求膜滲透孔道要盡可能窄且密集分布。而且，碟片陶瓷膜是處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，螺旋形等特殊復(fù)雜形狀更有利于獲得高的滲透通量。而復(fù)雜形狀以及密集度高的滲透孔道增加了常規(guī)干壓法或者注漿法的工藝難度。本發(fā)明支撐體以三層組件結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行制備，采用沖壓法很容易獲得具有復(fù)雜形狀和密集度的滲透孔道，再經(jīng)過(guò)粘結(jié)方式形成整體，大大降低了碟式陶瓷膜的制備工藝難度。

31.(2)解決了碟式陶瓷膜燒結(jié)變形的問(wèn)題。

32.常規(guī)干壓法或者注漿法均會(huì)存在因受力不均或者坯體厚度不均等因素而導(dǎo)致碟式陶瓷膜密度不均的問(wèn)題，這影響了碟式陶瓷膜在燒結(jié)過(guò)程中的燒結(jié)速率和燒結(jié)程度，進(jìn)而產(chǎn)生比較大的燒結(jié)應(yīng)力，導(dǎo)致碟式陶瓷膜發(fā)生變形。而碟式陶瓷膜對(duì)形變的容忍度很低，因?yàn)榈教沾赡ぴ谑褂眠^(guò)程中要處于較高的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，即使較小的形變也會(huì)導(dǎo)致碟式陶瓷膜發(fā)生搖擺，進(jìn)而斷裂。本發(fā)明支撐體以三層組件結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行制備，有助于采用干壓、輥壓或者流延的方式先形成均勻厚度的坯片，然后再?zèng)_壓形成一定的形狀，經(jīng)粘結(jié)后得到碟式陶瓷膜支撐體。本發(fā)明制備過(guò)程能夠控制碟式陶瓷膜支撐體生坯的密度處于均勻?qū)ΨQ(chēng)的狀態(tài)，從而能夠有效控制燒結(jié)變形。

33.(3)解決了復(fù)雜形狀陶瓷膜的成型問(wèn)題。

34.本發(fā)明采用將碟式陶瓷膜支撐體拆分為三層進(jìn)行制備，然后粘結(jié)在一起，形成復(fù)雜形狀生坯，最終燒結(jié)成為結(jié)合良好的一體，解決了復(fù)雜形狀陶瓷膜的成型問(wèn)題。并且，可以制備出直徑達(dá)450mm的大尺寸圓盤(pán)型平板陶瓷膜。

附圖說(shuō)明

35.下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明對(duì)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

36.圖1是本發(fā)明實(shí)施例上層支撐坯片、下層支撐坯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

37.圖2是本發(fā)明實(shí)施例中層滲透孔槽坯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

38.圖3是本發(fā)明實(shí)施例上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片的裝配示意圖。

39.圖中：第一中心通孔1-1，坯面1-2，第二中心通孔2-1，滲透孔槽2-2

具體實(shí)施方式

40.圖1～圖3所示為本發(fā)明一種碟式陶瓷膜制品的制備方法的實(shí)施例，在碟式陶瓷膜支撐體的表面涂覆分離膜層漿料形成分離膜層而制得。

41.其中，碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，其步驟如下：

42.(1)采用輥軋法制備支撐體薄型坯片

43.將50kg平均粒徑為40μm的氧化鋁粉、4kg淀粉、2.5kg羥丙基甲基纖維素在混料機(jī)中混合成均勻的混合料，然后加入9kg水、1kg甘油、0.5kg聚乙烯醇在捏泥機(jī)中捏合成泥、陳腐1周后，使用輥軋機(jī)輥軋后、置于恒溫恒濕干燥箱中(溫度80℃，濕度90％)干燥2h，得到厚度為2mm、直徑為450mm的圓形坯片；

44.(2)支撐體生坯組件的制備

45.使用沖壓機(jī)在上述圓形坯片的中央沖壓出第一中心通孔1-1，得到如圖1所示的具有坯面1-2的上層支撐坯片、下層支撐坯片；在上述圓形坯片的中央沖壓出第二中心通孔2-1、坯面沖壓出均布的、呈鏤空的滲透孔槽2-2，得到如圖2所示的中層滲透孔槽坯片；滲透孔槽2-2的一端與第二中心通孔2-1連通、另一端封閉，以弧形呈徑向設(shè)置而排列形成螺旋狀；

46.(3)支撐體生坯組件的粘結(jié)、燒成

47.使用濃度為0.05wt％的pva水溶液作為粘結(jié)劑溶液，均勻噴涂于支撐體生坯組件的表面后，按照上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片的順序疊放(見(jiàn)圖3)，經(jīng)粘結(jié)劑溶液粘結(jié)在一起、并使用1mpa的壓力整形而形成三層結(jié)構(gòu)的整體，置于恒溫恒濕干燥箱中(溫度80℃，濕度90％)干燥12h得到支撐體生坯，經(jīng)1650℃煅燒、保溫4h，得到平均孔徑為1～4μm的碟式陶瓷膜支撐體。

48.分離膜層漿料的制備如下：取0.05g dolapix ce-64溶解于90g水中，加入10g平均粒徑為0.5～1μm的氧化鋁粉體分散后，再加入0.35g聚乙烯醇1750(聚乙烯醇需事先配制成溶液)，在劇烈攪拌條件下混合在一起，獲得穩(wěn)定的懸浮液漿料。

49.分離膜層的制備如下：

50.采用噴涂-浸涂法將上述分離膜層漿料涂覆在碟式陶瓷膜支撐體的表面，首先將分離膜層漿料置于噴槍料筒內(nèi)，向碟式陶瓷膜支撐體的表面噴涂1min得到的膜層經(jīng)室溫干燥后，將碟式陶瓷膜支撐體以徑向方向置于盛有分離膜層漿料的料斗內(nèi)。分離膜層漿料的液面超過(guò)碟式陶瓷膜支撐體的半徑，使得碟式陶瓷膜支撐體的一半浸沒(méi)到分離膜層漿料中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)使碟式陶瓷膜支撐體的所有外表面與分離膜層漿料接觸而形成濕膜，浸涂30s，室溫干燥后，經(jīng)1450℃煅燒，保溫3h，得到平均孔徑為0.1～0.5μm、厚度為20μm的分離膜層，即制得碟式陶瓷膜制品。技術(shù)特征：

1.一種碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：(1)支撐體薄型坯片的制備首先制備厚度為1.0～2.5mm的圓形坯片；(2)支撐體生坯組件的制備使用沖壓機(jī)在所述圓形坯片的中央沖壓出第一中心通孔(1-1)，得到上層支撐坯片、下層支撐坯片；在所述圓形坯片的中央沖壓出第二中心通孔(2-1)、坯面沖壓出均布的、呈鏤空的滲透孔槽(2-2)，得到中層滲透孔槽坯片；所述滲透孔槽(2-2)的一端與第二中心通孔(2-1)連通、另一端封閉；(3)支撐體生坯組件的粘結(jié)、燒成按照所述上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片的順序疊放，使用粘結(jié)劑溶液粘結(jié)在一起并通過(guò)壓力整形而形成三層結(jié)構(gòu)的整體，干燥后得到支撐體生坯，經(jīng)煅燒后即得到碟式陶瓷膜支撐體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于：所述滲透孔槽(2-2)以弧形呈徑向設(shè)置，而排列形成螺旋狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)的粘結(jié)劑溶液為水、或濃度為0.05～3wt％的聚乙烯醇或羥丙基甲基纖維素的水溶液。4.一種碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于：在權(quán)利要求1-3之一所述制備方法得到的碟式陶瓷膜支撐體表面涂覆分離膜層漿料形成分離膜層，而得到碟式陶瓷膜制品。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于所述碟式陶瓷膜支撐體、分離膜層的原料組成及制備如下：所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用干壓法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體1～8wt％、2～6wt％、1～10wt％的造孔劑、粘結(jié)劑、水；所述各組成在混料機(jī)中混合成均勻的混合料，然后將所述混合料均勻加入模具中，通過(guò)壓片機(jī)壓力成型而得到坯片；所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用輥軋法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體1～8wt％、2～6wt％、10～38wt％、3～6wt％的造孔劑、粘結(jié)劑、水、潤(rùn)滑劑；首先將陶瓷粉體、造孔劑和粘結(jié)劑在混料機(jī)中混合成均勻的混合料，然后將所述混合料與水、潤(rùn)滑劑在捏泥機(jī)中捏合成泥、陳腐后，使用輥軋機(jī)輥軋而得到坯片；所述碟式陶瓷膜支撐體的薄型坯片采用流延法制備時(shí)的原料組成為：平均粒徑為5～50μm的陶瓷粉體、以及用量分別為該陶瓷粉體2～6wt％、0.5～1.2wt％、1～4wt％、100～250wt％的粘結(jié)劑、分散劑、穩(wěn)定劑、水；所述各組成在球磨機(jī)內(nèi)球磨混合2～8h，經(jīng)除泡后，在流延機(jī)上流延而得到坯片；所述分離膜層漿料由平均粒徑為0.5～1μm的陶瓷粉體、用量分別為該陶瓷粉體0.5～1.2wt％、1～4wt％、700～920wt％的分散劑、穩(wěn)定劑、水組成，經(jīng)攪拌混合形成懸浮液漿料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于：所述陶瓷粉體為al2o3、zro2、tio2、sio2、sic中的一種或其組合；所述造孔劑為淀粉；所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素中的一種或其

組合；所述潤(rùn)滑劑為甘油、油酸、聚乙烯醇；所述分散劑為聚丙烯酸、dolapix系列分散劑、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或其組合，或聚乙烯亞胺，或聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的組合；所述穩(wěn)定劑為聚丙烯酸或聚乙烯亞胺、聚丙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一種或其組合。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于：所述碟式陶瓷膜支撐體的生坯在1500～1650℃溫度下煅燒，保溫時(shí)間為2～4h，得到碟式陶瓷膜支撐體。8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7所述的碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于：采用噴涂-浸涂法將所述分離膜層漿料涂覆在碟式陶瓷膜支撐體的表面，首先將分離膜層漿料置于噴槍料筒內(nèi)，通過(guò)控制噴涂時(shí)間來(lái)控制噴涂厚度，干燥后將碟式陶瓷膜支撐體以徑向方向置于盛有分離膜層漿料的料斗內(nèi)，分離膜層漿料的液面超過(guò)碟式陶瓷膜支撐體的半徑，使得碟式陶瓷膜支撐體的一半浸沒(méi)到分離膜層漿料中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)使碟式陶瓷膜支撐體的所有外表面與分離膜層漿料接觸而形成濕膜，經(jīng)過(guò)干燥、煅燒，得到平均孔徑為0.1～0.5μm、厚度為15～40μm的分離膜層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碟式陶瓷膜制品的制備方法，其特征在于：所述濕膜干燥后在1300～1450℃溫度下煅燒，保溫2～4h。10.利用權(quán)利要求4-9之一所述碟式陶瓷膜制品的制備方法制得的陶瓷膜。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種碟式陶瓷膜支撐體的制備方法，將支撐體生坯分三層結(jié)構(gòu)即上層支撐坯片、中層滲透孔槽坯片、下層支撐坯片分別進(jìn)行制備，再通過(guò)粘結(jié)的方式形成整體，經(jīng)干燥和煅燒而得到碟式陶瓷膜支撐體。此外，還公開(kāi)了一種碟式陶瓷膜制品的制備方法及其陶瓷膜。本發(fā)明解決了復(fù)雜形狀滲透孔道陶瓷膜成型難的問(wèn)題，大大降低了碟式陶瓷膜的制備工藝難度，從而可獲得高滲透通量、更大尺寸的圓盤(pán)型平板陶瓷膜。瓷膜。瓷膜。

技術(shù)研發(fā)人員：常啟兵

受保護(hù)的技術(shù)使用者：常啟兵

技術(shù)研發(fā)日：2020.08.01

技術(shù)公布日：2022/2/18