專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
在催化劑載體、氣固分離和熔融金屬的分離過(guò)濾方面，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是高溫過(guò)濾除塵技術(shù)，高溫?zé)o機(jī)過(guò)濾膜被認(rèn)為是解決這一問(wèn)題最有效的途徑。無(wú)機(jī)過(guò)濾膜具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷、機(jī)械強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變形、壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用，并被稱(chēng)譽(yù)為熱粒子過(guò)濾材料的最佳選擇。作為一類(lèi)新型綠色科技的膜材料，高溫陶瓷過(guò)濾膜比起高聚物膜有一系列的特點(diǎn)熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)造型穩(wěn)定，可進(jìn)行酸堿或熱蒸汽清洗、高壓反沖等再生操作。但是，在多孔陶瓷載體上制備無(wú)機(jī)過(guò)濾膜時(shí)，會(huì)有部分過(guò)濾膜粉料進(jìn)入到載體的孔隙中，這就使過(guò)濾膜的實(shí)際厚度(從進(jìn)入載體孔隙的過(guò)濾膜底面算起到過(guò)濾膜外表面)大于其名義厚度(載體表面到過(guò)濾膜外表面的厚度)，通常其實(shí)際厚度約為名義厚度的I. 5倍，進(jìn)入載體孔內(nèi)的這部分過(guò)濾膜粉料會(huì)增加了過(guò)濾裝置的過(guò)濾壓降(透過(guò)率)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在高溫高壓環(huán)境下使用的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜及其制備方法。本發(fā)明所提供的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，制成它的原料包括莫來(lái)石主料，增強(qiáng)劑和造孔劑等輔料；其中，所述莫來(lái)石和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85 90 10 15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來(lái)石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35 45%。本發(fā)明中，所述莫來(lái)石主料由不同粒徑的莫來(lái)石粉末組成。各粒徑范圍的莫來(lái)石平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m，質(zhì)量含量依次為65 55%、35 25%和15 5%的莫來(lái)石組成。所述莫來(lái)石主料具體可通過(guò)下述方法制備得到將質(zhì)量含量分別為65 55%、35 25%和15 5%、平均粒徑分別為75-60μπι、60-45μπι和45-30 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入一定數(shù)量的聚乙烯醇和去離子水，球磨4 6h，在80 120°C下充分干燥，破碎，過(guò)60目篩，制備成混合均勻的所需比例的莫來(lái)石主料。其中，所述莫來(lái)石粉、聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比依次為100 : 5 10 : 150 200。所述增強(qiáng)劑具體可由粘土、高嶺土及長(zhǎng)石的混合物相組成，其中，粘土、高嶺土及長(zhǎng)石的質(zhì)量比依次為5 7 : 3 5 : 2 3。所述造孔劑具體可為含量高于95%、平均粒徑為7 10 μ m的下述物質(zhì)活性碳粉或紫木節(jié)。
本發(fā)明的高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的制備方法，包括下述步驟I)在莫來(lái)石主料中加入增強(qiáng)劑和造孔劑，配成混合粉體；向所述混合粉體中加入分散劑和懸浮劑，并加入去離子水配成噴涂料漿；
2)將上述噴涂料漿球磨混合后，倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在一定的壓力下，通過(guò)控制噴涂距離(即噴嘴離多孔陶瓷載體表面的距離)和噴涂時(shí)間，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)膜的透過(guò)率隨厚度呈梯度變化；3)將制備的坯體進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié)，冷卻后得所述高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。其中，步驟I)中所述分散劑具體可為聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉或檸檬酸銨。所述分散劑的加入量不超過(guò)所述混合粉體質(zhì)量的2%。所述懸浮劑具體可為聚乙烯醇縮丁醛或羧甲基纖維素。所述懸浮劑的加入量不超過(guò)所述混合粉體質(zhì)量的2%。上述分散劑和懸浮劑均可經(jīng)步驟3)燒結(jié)后去除。步驟I)中所述混合粉體與去離子水的質(zhì)量比可為I : I. 2 I. 5。步驟2)中所述球磨的時(shí)間為6 12小時(shí)。
步驟2)中所述壓力為O. 15 O. 2MPa;所述噴涂距離為15 30cm;所述噴涂時(shí)間為20 40s。在步驟2)中由于料漿噴涂在多孔陶瓷載體上，水分被孔吸收，所以噴涂后經(jīng)自然干燥即可得到坯體。由于使用的是粒徑呈比例的料漿，在噴涂過(guò)程中，粗顆粒先沉積在載體表面，細(xì)顆粒后沉積，這樣就會(huì)造成孔徑的梯度分布，從而造成“膜的透過(guò)率隨厚度呈梯度變化。在噴涂過(guò)程中，通過(guò)控制料漿壓力、噴涂距離和時(shí)間可以控制膜的厚度。步驟3)中所述燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié)的溫度為1250 1320°C，燒結(jié)時(shí)間I 4小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)行了過(guò)濾膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用不同粒徑混合的莫來(lái)石粉為主料，采用新型比例噴涂方法制備得到透過(guò)率隨膜厚度呈梯度變化的過(guò)濾膜，從而有效阻止了過(guò)濾膜粉料進(jìn)入載體孔隙的現(xiàn)象，極大提高了無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的過(guò)濾精度和透過(guò)率。所得到的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜均勻完整，具有良好的微結(jié)構(gòu)，適宜的孔徑大小和分布。利用本發(fā)明方法所制備的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜具有以下幾個(gè)特點(diǎn)一是抗熱震性好、熱膨脹系數(shù)小、高溫高壓下具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性；二是初始?jí)航档汀⑦^(guò)濾效率高、使用壽命長(zhǎng)；三是孔隙率高、硬度高、耐磨性好。因而從材質(zhì)上降低了無(wú)機(jī)過(guò)濾膜在使用過(guò)程中出現(xiàn)的由于高溫磨損、硬度下降、脆性大而導(dǎo)致失效的幾率，提高了無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的使用壽命和使用效果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例I :將質(zhì)量分別為130g、60g和10g、平均粒徑分別為70 μ m、55 μ m和40 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入IOg聚乙烯醇(17-88，其中，17表示聚合度1700，88表示醇解度為88% )和350g去離子水，球磨4h，在80°C下充分干燥，破碎，過(guò)60目篩制備成所需的比例莫來(lái)石主料。取172克比例莫來(lái)石主料，28克增強(qiáng)劑(粘土 12g、高嶺土 IOg及長(zhǎng)石6g)和體積分?jǐn)?shù)40%的紫木節(jié)(平均粒徑為7μπι)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I %的聚丙烯酸鈉(分子量2000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的聚乙烯醇縮丁醛(SD-2)懸浮劑，倒入240ml去離子水中進(jìn)行球磨12小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 15MPa的壓力下，通過(guò)控制噴涂距離(15cm)和噴涂時(shí)間(20s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1280°C下無(wú)壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為3小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻，得到高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。測(cè)試結(jié)果制備的莫來(lái)石無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的氣體透過(guò)率為41. 8%,膜厚為226 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的要求。實(shí)施例2 將質(zhì)量分別為120g、66g和14g、平均粒徑分別為68 μ m、50 μ m和38 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入12g的聚乙烯醇(17-88)和320g去離子水，球磨6h，在90°C下充分干燥，破碎，過(guò)60目篩制備成所需的比例莫來(lái)石主料。將174克比例莫來(lái)石主料，26克增強(qiáng)劑(粘土 12g、高嶺土 IOg及長(zhǎng)石4g)和體積分?jǐn)?shù)38%活性碳粉(平均粒徑為ΙΟμπι)混合，力口入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I. 2%的檸檬酸銨分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 8%羧甲基纖維素(分子量6400)懸浮齊[J，倒入260ml去離子水中進(jìn)行球磨6小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 16MPa的壓力下，通過(guò)控制噴涂距離(20cm)和噴涂時(shí)間(25s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1300°C下無(wú)壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為2小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到一種高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。測(cè)試結(jié)果制備的莫來(lái)石無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的氣體透過(guò)率為40. 2%,膜厚為233 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的要求。實(shí)施例3 將質(zhì)量分別為114g、66g和20g、將含量分別為57 %、33 %和10 %、平均粒徑分別為65μηι、55μηι和35 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入15g的聚乙烯醇(17-88)和400g去離子水，球磨5h，在100°C下充分干燥，破碎，過(guò)60目篩制備成所需的比例莫來(lái)石主料。將176克比例莫來(lái)石主料，24克增強(qiáng)劑(粘土 10g、高嶺土 IOg及長(zhǎng)石4g)和體積分?jǐn)?shù)40%的紫木節(jié)(平均粒徑為8 μ m)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的聚丙烯酸銨(分子量1000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 8%的聚乙烯醇縮丁醛(SD-2)懸浮劑，倒入280ml去離子水中進(jìn)行球磨10小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. ISMPa的壓力下，通過(guò)控制噴涂距離(25cm)和噴涂時(shí)間(30s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1250°C下無(wú)壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為4小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。測(cè)試結(jié)果制備的莫來(lái)石無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的氣體透過(guò)率為43. 6%,膜厚為246μηι。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的要求。實(shí)施例4 將質(zhì)量分別為124g、64g和12g、將含量分別為62132%和6%、平均粒徑分別為62μηι、48μηι和32 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入20g的聚乙烯醇(17-88)和300g去離子水，球磨6h，在120°C下充分干燥，破碎，過(guò)60目篩制備成所需的比例莫來(lái)石主料。將170克比例莫來(lái)石主料，30克增強(qiáng)劑(粘土 Hg、高嶺土 IOg及長(zhǎng)石6g)和體積分?jǐn)?shù)41%的活性碳粉(平均粒徑為9 μ m)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I. 2%的聚丙烯酸鈉(分子量2000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的羧甲基纖維素(分子量6400)懸浮劑，倒入300ml去離子水中進(jìn)行球磨8小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 2MPa的壓力下，通過(guò)控制噴涂距離(30cm)和噴涂時(shí)間(40s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1320°C下無(wú)壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為I小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到一種高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。測(cè)試結(jié)果制備的莫來(lái)石無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的氣體透過(guò)率為42. 2%,膜厚為252 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的要求。權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，制成它的原料包括莫來(lái)石主料，以及輔料增強(qiáng)劑和造孔劑；其中，所述莫來(lái)石主料和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85 90 10 15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來(lái)石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35 45% ； 其中，所述莫來(lái)石主料由平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m,質(zhì)量含量依次為65 55%、35 25%和15 5%的莫來(lái)石組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，其特征在于所述增強(qiáng)劑由粘土、高嶺土和長(zhǎng)石組成；其中，粘土、高嶺土及長(zhǎng)石的質(zhì)量比依次為5 7 3 5 2 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，其特征在于所述造孔劑為含量高于95%、平均粒徑為7 10 μ m的下述物質(zhì)活性碳粉或紫木節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，其特征在于所述莫來(lái)石主料是通過(guò)下述方法制備得到的將質(zhì)量含量分別為65 55%、35 25%和15 5%、平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m的莫來(lái)石粉倒入球磨罐中，加入聚乙烯醇和去離子水，球磨4 6h，在80 120°C下干燥，破碎，過(guò)60目篩制備成所述莫來(lái)石主料； 其中，所述莫來(lái)石粉、聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比依次為100 : 5 10 : 150 200。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜，其特征在于所述無(wú)機(jī)過(guò)濾膜是權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述方法制備得到的。
6.制備權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜的方法，包括下述步驟 1)在所述莫來(lái)石主料中加入所述增強(qiáng)劑和造孔劑，配成混合粉體；向所述混合粉體中加入分散劑和懸浮劑，并加入去離子水配成噴涂料漿； 2)將步驟I)的噴涂料漿球磨混合后，均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，自然干燥得到坯體； 3)將所述坯體進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié)，冷卻后得所述無(wú)機(jī)過(guò)濾膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟3)中所述燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié)的溫度為1250 1320°C，燒結(jié)時(shí)間I 4小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟I)中所述分散劑為聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉或檸檬酸銨，所述分散劑的加入量不超過(guò)所述混合粉體質(zhì)量的2% ； 所述懸浮劑為聚乙烯醇縮丁醛或羧甲基纖維素，所述懸浮劑的加入量不超過(guò)所述混合粉體質(zhì)量的2% ； 步驟I)中所述混合粉體與去離子水的質(zhì)量比為I : I. 2 I. 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟2)中所述球磨的時(shí)間為6 12小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟2)中所述噴涂的工藝條件如下料漿的噴涂壓力為O. 15 O. 2MPa，噴涂距離為15 30cm ;噴涂時(shí)間為20 40so
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫高壓無(wú)機(jī)過(guò)濾膜及其制備方法。所述的無(wú)機(jī)過(guò)濾膜含有主料莫來(lái)石，以及輔料增強(qiáng)劑和造孔劑；其中，莫來(lái)石主料和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85～90∶10～15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來(lái)石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35～45％。制備方法如下在不同粒徑莫來(lái)石主料粉末中加入增強(qiáng)劑、造孔劑以及一定比例的懸浮劑和分散劑，球磨，比例噴涂制成過(guò)濾膜。本發(fā)明通過(guò)對(duì)粒徑嚴(yán)格分級(jí)、含量精確控制形成比例莫來(lái)石主料，并利用新型比例噴涂等技術(shù)，有效控制了過(guò)濾膜的厚度，提高了過(guò)濾膜的透過(guò)率。所制備的莫來(lái)石無(wú)機(jī)過(guò)濾膜具有初始?jí)航档?、過(guò)濾效率高、使用壽命長(zhǎng)、高溫高壓下具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異綜合性能。
文檔編號(hào)C04B35/185GK102633532SQ20121010364
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者徐國(guó)民, 徐國(guó)良, 梁龍, 汪長(zhǎng)安, 衷待群, 黃勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)