陶瓷微濾膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法，屬于陶瓷膜制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類環(huán)保意識的增加和現(xiàn)有膜技術(shù)的改進(jìn)，膜分離所具有的分離效率高，不會產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點收到越來越多的生產(chǎn)廠家的賞識，特別是無機(jī)膜化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長；系統(tǒng)操作簡便，運行穩(wěn)定，維護(hù)費用低；生化處理可采用一體化設(shè)備，全過程可實現(xiàn)自動化控制等相對于有機(jī)膜的特點而被諸多廠家更廣泛的應(yīng)用于苛性環(huán)境中，諸如，高溫，強(qiáng)堿，強(qiáng)酸，強(qiáng)有機(jī)溶劑等。
[0003]現(xiàn)代化工生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢水中一般都含有酸或者堿，如果采用化學(xué)法清除，除了需要添加化學(xué)試劑而增加處理費用以外，更重要的是會產(chǎn)生二次污染。無機(jī)膜的使用就可以很好的解決這樣的缺點，處理以后得到的濃縮液還可以回收利用，降低了處理費用。這樣的條件是針對PH值在3?11之間的環(huán)境而言，對于pH值小于3或者大于11，常用的無機(jī)膜如Al2OJ莫在這樣的環(huán)境中長期使用會因膜材料的被腐蝕而導(dǎo)致膜層的破裂和支撐體強(qiáng)度的降低，從而大大縮短無機(jī)膜的使用壽命。因此，針對這樣的使用環(huán)境，必須開發(fā)新的化學(xué)穩(wěn)定性好的膜材料體系。
[0004]ZrO2S具有比Al 203更好的化學(xué)穩(wěn)定性而成為研宄重點。ZrO2M料相對Al 203具有的另外一個優(yōu)點是具有良好的親水疏油性。ZrO2* Zr4+呈+4價，具有比Al3+高的多的質(zhì)荷比，因而極性更強(qiáng)，對油水體系而言，ZrO2具有良好的疏油性。這種特點對于使用ZrO 2膜處理含油廢水則膜層污染少，滲透通量大。因而。對于ZrO2膜的制備工藝的研宄就具有非常重要的實踐意義。
[0005]對于ZrOJ莫的制備，文獻(xiàn)中較多的報道的是采用sol-gel法制備ZrO 2超濾膜，而對于通量大，使用范圍更廣的ZrOjj濾膜的制備則普遍采用懸浮粒子法制備。無論采用哪一種方法，如果采用燒結(jié)強(qiáng)度好，造價相對低廉的Al2O3作為支撐體，就會存在ZrO 2膜層與Al2O3支撐體之間因材料性質(zhì)的差異(ZrO 2的熱膨脹系數(shù)為10.8 X 10 _6，Al2O3的熱膨脹系數(shù)為8.8X 10_6)而導(dǎo)致的熱處理性能不匹配問題。熱處理性能不匹配所積累的應(yīng)力將直接導(dǎo)致膜層在干燥和燒結(jié)過程中產(chǎn)生微裂紋等缺陷，嚴(yán)重影響Zr0#j濾膜的性能。因此，利用工程力學(xué)的原理，解決膜層開裂的問題對于提高ZrOjj濾膜的性能，降低產(chǎn)品造價和拓展無機(jī)膜的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂兄匾目茖W(xué)和實際應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種膜層之間結(jié)合力好，不易產(chǎn)生微裂紋，膜滲透通量大，可處理含油廢水膜層污染少的復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法。
[0007]本發(fā)明的復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法，包括下述步驟:
(I)將氧化鋯粉和氧化鋁粉按照所需體積比配料，加入與粉體質(zhì)量相同的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時； (2)將添加劑硝酸鑭配成8%的溶液，調(diào)節(jié)pH值為8.5按照粉體質(zhì)量的2%加入，球磨24小時；
(3)將上述球磨后的不同體積比配料的漿料采用dip-coating法成膜，然后將濕膜置于濕度為70%的干燥箱中干燥，至含有的水分占原有水分的5-10%，按照1°C /min的升溫速率，依次將具有不同體積比配料的膜層燒結(jié)。
[0008]步驟(3)燒結(jié)時，按照從含低體積濃度ZrO2的復(fù)合膜層向含高體積濃度ZrO 2的復(fù)合膜層依次燒結(jié)。
[0009]步驟(I)所述氧化鋯粉與氧化鋁粉的體積配比分別為含20%體積濃度ZrO2以及含80%體積濃度ZrO2。
[0010]步驟(I)所述氧化鋯粉粒徑4um，氧化鋁粉粒徑2.5um。
[0011]本發(fā)明制備方法得到的復(fù)合膜層的粉體組分漸變，膜層孔徑分布較窄，膜層厚度適中，因而具有較大的滲透通量和分離系數(shù)；過渡膜層的粉體粒徑搭配合理，改善了膜層的表面粗糙度，在實際分離過程中不易造成較大的膜層污染；膜層中使用了化學(xué)穩(wěn)定性很好的氧化鋯，提高了膜層的耐酸堿腐蝕的性能。雖然氧化鋯的價格比氧化鋁高，但在膜層的制備中使用量較少，同時還可以大大增加無機(jī)膜的使用壽命，比目前市場上單純的氧化鋁陶瓷膜或氧化鋯陶瓷膜性能優(yōu)異。
[0012]本發(fā)明制備方法得到的復(fù)合膜層可用于氧化鋁支撐體與氧化鋯過濾膜層的過渡層，可改善與支撐體之間在熱處理方面的性能差異，減少膜層因熱處理而造成的膜開裂的可能性。由于復(fù)合膜的性質(zhì)與相鄰的膜層之間的性質(zhì)相近，在燒結(jié)過程中容易發(fā)生燒結(jié)，膜層之間的結(jié)合程度很好，避免了異質(zhì)非對稱膜在制備過程中產(chǎn)生膜層與支撐體剝離的現(xiàn)象；該技術(shù)制備出的復(fù)合膜本身就是性能優(yōu)良的微濾膜，同時也可以作為sol-gel法制備21<)2超濾膜良好的支撐體。由于膜層之間性質(zhì)差異不大，最大限度的降低了因材料性質(zhì)的差異所造成的熱應(yīng)力集中，改善了 21<)2超濾膜制備工藝，提高了產(chǎn)品成品率；復(fù)合膜中加入了化學(xué)穩(wěn)定性好的ZrO2，相對Al2O3分離膜，拓展了陶瓷膜的使用范圍，提高了分離膜的使用壽命；相對ZrO2分離膜，性能雖然相近，但減少了價格較高的ZrO2的使用量，降低了陶瓷膜的制造成本。
【具體實施方式】
[0013]下述實施例是對于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明以作為對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0014]實施例1
本發(fā)明的復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法，包括復(fù)合漿料的制備和復(fù)合過渡膜層的制備，具體制備采用下述步驟:
(1)將氧化鋯粉(粒徑4um)和氧化鋁粉(粒徑2.5um)按照氧化鋯體積比分別為0、20%、40%、60%、80%、100%配料，加入與粉體質(zhì)量相同的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時；
(2)將添加劑硝酸鑭配成8%的溶液，調(diào)節(jié)pH值為8.5按照粉體質(zhì)量的2%加入，球磨24小時得到分別含0、20%、40%、60%、80%、100%體積比氧化鋯的復(fù)合ZrO2-Al2O3楽料；
(3)將上述球磨后的不同體積比配料的漿料采用dip-coating法成膜，然后將濕膜置于濕度為70%的干燥箱中干燥，至含有的水分占原有水分的5-10%，按照1°C /min的升溫速率，依次將具有不同體積比配料的膜層燒結(jié)，燒結(jié)時，按照從含低體積濃度ZrO2的復(fù)合膜層向含高體積濃度ZrO2的復(fù)合膜層依次燒結(jié)，得到復(fù)合ZrO 2_A1203陶瓷微濾膜。本實例所得復(fù)合膜層的膜可幾孔徑0.2um，小于目前常用21<)2或Al 203陶瓷膜的可幾孔徑，滲透通量為1600 I/(m2.h.bar)，高于目前常用21<)2或Al 203陶瓷膜的滲透通量。
【主權(quán)項】
1.復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法，包括下述步驟: (1)將氧化鋯粉和氧化鋁粉按照所需體積比配料，加入與粉體質(zhì)量相同的去離子水，在軸式球磨機(jī)上球磨12小時； (2)將添加劑硝酸鑭配成8%的溶液，調(diào)節(jié)pH值為8.5按照粉體質(zhì)量的2%加入，球磨24小時； (3)將上述球磨后的不同體積比配料的漿料采用dip-coating法成膜，然后將濕膜置于濕度為70%的干燥箱中干燥，至含有的水分占原有水分的5-10%，按照1°C /min的升溫速率，依次將具有不同體積比配料的膜層燒結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合ZrO2-Α1203陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，步驟(3)燒結(jié)時，按照從含低體積濃度ZrO2的復(fù)合膜層向含高體積濃度ZrO 2的復(fù)合膜層依次燒結(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述復(fù)合ZrO2-Α1203陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述氧化鋯粉與氧化鋁粉的體積配比分別為含20%體積濃度ZrO2以及含80%體積濃度ZrO 2。
4.如權(quán)利要求1所述復(fù)合ZrO2-Α1203陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述氧化錯粉粒徑4um，氧化銷粉粒徑2.5um。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合ZrO2-Al2O3陶瓷微濾膜的制備方法，其包括步驟：（1）將氧化鋯粉和氧化鋁粉配料，球磨；（2）加添加劑硝酸鑭，球磨；（3）將球磨后的漿料成膜，干燥，燒結(jié)。本發(fā)明制備方法得到的復(fù)合膜層的粉體組分漸變，膜層孔徑分布較窄，膜層厚度適中，因而具有較大的滲透通量和分離系數(shù)；過渡膜層的粉體粒徑搭配合理，改善了膜層的表面粗糙度，在實際分離過程中不易造成較大的膜層污染；膜層中使用了化學(xué)穩(wěn)定性很好的氧化鋯，提高了膜層的耐酸堿腐蝕的性能。雖然氧化鋯的價格比氧化鋁高，但在膜層的制備中使用量較少，同時還可以大大增加無機(jī)膜的使用壽命，比目前市場上單純的氧化鋁陶瓷膜或氧化鋯陶瓷膜性能優(yōu)異。
【IPC分類】C04B35-48, C04B35-10, C04B35-622
【公開號】CN104671750
【申請?zhí)枴緾N201410821184
【發(fā)明人】郭濤, 黃智鋒
【申請人】合肥創(chuàng)想能源環(huán)境科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年12月26日