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Al2O3-SiO2陶瓷膜的制备方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-25 0:09:06 * 浏览: 28
背景技术陶瓷膜的研究始于1940年代,其发展可分为三个阶段。从铀同位素分离的核工业时代到以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离期,以及以膜催化反应为核心的综合开发期。在1990年代,溶胶-凝胶技术的出现标志着无机膜研究和应用的第三阶段,即气体分离应用和陶瓷膜分离器-反应器组合部件的研究阶段。陶瓷膜分离技术具有分离,浓缩,纯化和纯化的功能,并且具有高效,节能,环保,分子级过滤,过滤工艺简单,易于控制等特点,因此被广泛应用于食品,医药,生物,环保,化工,冶金,能源,石油,水处理,电子,仿生学等领域,都产生了巨大的经济和社会效益,已成为分离科学的最重要手段之一。陶瓷膜制备技术是一种表面工程技术,可在基材表面上制备一个或多个陶瓷膜,以使其具有铁电性,生物活性或改善其耐磨性,耐腐蚀性,耐高温性和耐微生物腐蚀性。它在环境保护,化学工程和生物工程领域中发挥了非常重要的作用,并显示出其他产品无法替代的优势。不仅如此,陶瓷膜还将在能源,资源和健康领域的分离过程中发挥重要作用。因此,无机陶瓷滤膜将成为非常有前途的材料,它在解决我国资源短缺和环境污染问题上具有非常重要的作用。目前,无机陶瓷膜的主要制备技术有:溶胶-凝胶法,固体颗粒烧结法,相分离法,化学气相沉积法,物理气相沉积法等。目前,多孔膜主要是超滤和微滤膜。 ,其制备方法主要是颗粒烧结法和溶胶-凝胶法。前者主要用于制备微孔膜,而后者主要用于制备超滤膜。 1950年代,法国和美国相继开发了用于气体,液体过滤和微生物处理的各种SiC,莫来石,ZrO2,陶瓷纤维和其他微孔陶瓷过滤器元件,主要用于化学,食品,饮料和水处理行业。 1970年代,日本等国家在用于高温气体净化和烟气除尘的多孔陶瓷过滤材料的研究中取得了长足的进步。自1980年代以来,国外在陶瓷膜的研发和应用以及高温陶瓷热气净化技术方面取得了重大突破。随着使用范围的扩大,该材料也从普通的粘土发展到了耐高温,腐蚀和热冲击的材料,例如SiC,堇青石,莫来石,ZrO2和SiO2。自1990年代以来,制备无机分离膜的材料越来越多,其中最常用的是Al 2 O 3。目前,无机陶瓷膜在水处理中的应用存在两个主要障碍。一个是制造过程复杂,成本高昂,价格昂贵,另一个是膜通量问题,只能克服膜污染,提高膜过滤通量,才能真正促进其在水处理各个领域的应用。发明内容鉴于上述问题,本发明的目的是设计一种制造成本低,膜通量大的Al 2 O 3 -SiO 2陶瓷膜及其制备方法。为了解决上述问题,本发明提出的技术方案是:一种Al1203_SiO2陶瓷膜,包括支撑体和分离层,其特征在于:所述分离层采用纳米SiO2,PVA,甘油,水和成膜解决方案通过在支撑层的内表面上熔融凝胶涂覆制备。此外,成膜溶液中的材料的成分分别为纳米SiO 2 13%,PVA 15%,甘油10-22%和水50-57%。分离层的厚度为50-60μm。此外,用于载体的原料和每种组分的质量百分比为:陶瓷膜载体粉末90-95%,成孔剂1-5%,粘合剂0.5-5%,烧结助剂0.5-5%。另外,陶瓷膜载体粉末是纳米Al 2 O 3,粘合剂是聚乙烯醇,聚丙烯酸或酚醛树脂中的任何一种或多种,​​并且烧结助剂是高岭土,膨润土,氧化镁中的任何一种或混合物,形成剂是碳粉。本发明还涉及上述Al 2 O 3_SiO 2陶瓷膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:使用共混颗粒烧结法在一定温度下均匀混合和搅拌用于支撑体的原料。 12000C-1600°C,烧结时间为4 -6h,自然冷却得到载体;步骤2:在约20°C的环境中混合不同比例的纳米SiO2和水,并老化Mh,然后添加步骤3:将成膜溶液多次涂布在陶瓷膜支撑体表面,直至表面均匀,然后干燥。最后,将干燥的陶瓷膜放入烧结炉中,在800℃下烧结,得到Al 2 O 3 -SiO 2陶瓷膜。此外,用于载体的原料和每种组分的质量百分比为:陶瓷膜载体粉末90-95%,成孔剂1-5%,粘合剂0.5-5%,烧结助剂0.5-5%。另外,陶瓷膜载体粉末是纳米Al 2 O 3,粘合剂是聚乙烯醇,聚丙烯酸或酚醛树脂中的任何一种或多种,​​并且烧结助剂是高岭土,膨润土,氧化镁中的任何一种或混合物,形成剂是碳粉。此外,成膜溶液中的材料的成分分别为纳米SiO 2 13%,PVA 15%,甘油10-22%和水50-57%。涂布时间优选为3-5次。此外,分离层的厚度为50-60μm。综上所述,本发明的Al 2 O 3_SiO 2陶瓷膜以纳米Al 2 O 3为主要原料,碳粉为成孔剂,并采用共混颗粒烧结法制备纳米Al 2 O 3载体并采用熔融凝胶。支撑方法人体表面涂上由纳米SiO 2,PVA,甘油和其他材料组成的成膜溶液,以形成Al 2 O 3 -SiO 2陶瓷膜,解决了制造成本高和膜孔径不均匀的问题。采用上述技术方案的优点是成本低,容易获得,膜通量增加,机械强度高,耐污染。膜孔径均匀,膜壁薄,渗透通量大,节省原料,易于实现分离设备小型化,结构简单等特点。具体实施方式下面的特定实施例进一步说明了本发明。 (1)制备Al 2 O 3 -SiO 2陶瓷膜步骤1:载体的制备采用共混颗粒烧结法,在1200℃-1600℃的温度下,将载体所用的原料混合均匀搅拌,烧结时间4_6h ,自然冷却,支撑体支撑体所用的原材料和组分的质量为:陶瓷膜支撑体粉末90-95%,成孔剂1-5%,粘合剂0.5-5%,烧结助剂0.5-5% ,陶瓷膜载体粉末是纳米Al 2 O 3,粘合剂是聚乙烯醇,聚丙烯酸或酚醛树脂中的任何一种或多种,​​并且烧结助剂是高岭土,膨润土,氧化镁中的任何一种或多种的混合物,造孔剂是碳粉。步骤2:制膜液的制备在约20°C的环境中混合不同比例和水和Mh龄的纳米SiO2,然后添加不同比例的PVA和甘油作为添加剂,以获得制膜液,制备陶瓷。膜分离层中每种材料的质量百分比如表1所示。表1:步骤3:将膜形成溶液多次涂在陶瓷膜支撑体表面最好进行3-5次,分离层的厚度优选为50-60μm,直到表面均匀,使其干燥,最后将干燥的陶瓷膜放入烧结炉中,并在800℃下烧结以获得A1203- SiO 2陶瓷膜。 (2)A1203_SiO2陶瓷膜参数的测定对制备的不同孔径的陶瓷膜进行污水中直径大于0.5μm的颗粒的平均截留率和初始膜通量的测试。结果示于表2。表2陶瓷过滤器元件陶瓷膜陶瓷膜过滤器