一種多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷膜支撐體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]膜生物反應(yīng)器中使用的有機(jī)膜存在機(jī)械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性低的缺點(diǎn)，使其在苛刻體系中的應(yīng)用受到限制。與有機(jī)膜相比，無機(jī)陶瓷平板膜除具有有效的截留作用外，還具有耐高溫、耐溶劑、耐酸堿腐蝕、高機(jī)械強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、高分離效率及易清洗可再生等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水深度凈化，深度除磷脫氮。由于無機(jī)陶瓷平板膜優(yōu)異的性能，許多企業(yè)已開始研發(fā)推廣這一應(yīng)用技術(shù)，目前這一技術(shù)的應(yīng)用已越來越廣泛。
[0003]目前國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)陶瓷平板膜，市場(chǎng)上常見的產(chǎn)品是日本株式會(huì)社明電舍生產(chǎn)的陶瓷平板膜組件。
[0004]CN102596374A和CN102858440A公開了日本株式會(huì)社明電舍采用陶瓷平板膜組裝的膜分離裝置，通過特殊的模塊化設(shè)計(jì)，降低過濾負(fù)荷及膜孔堵塞，提高膜裝置分離效率。CN102688700A公開了一種陶瓷平板膜支撐體及其制備方法，所述陶瓷平板膜所述陶瓷膜支撐體呈平板狀，由兩個(gè)平板膜支撐體組成，兩個(gè)平板膜支撐體中間留有一定的空間，在所述空間中分布著至少一個(gè)支撐柱，在平板膜支撐體中設(shè)置至少一個(gè)出水通道，采用將原材料混煉后擠出成型的制備工藝制得。CN103381338A公開了一種陶瓷平板膜支撐體及其制備方法，其陶瓷平板膜支撐體包含2層平板膜、左側(cè)壁、右側(cè)壁和至少一個(gè)位于2層平板膜之間的支撐柱；平板膜為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括海綿孔結(jié)構(gòu)的表層和指狀孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)層；所述陶瓷平板膜支撐體經(jīng)過制備漿料，相轉(zhuǎn)化法制膜，模壓法成型，燒結(jié)得到。CN104258737A公開了一種大尺寸薄壁中空平板陶瓷膜的制備方法，其采用擠出成型平板膜支撐體，通過使用納米二氧化硅分散液包覆α -Α1203粉體，降低平板膜支撐體的燒結(jié)溫度，提高平板膜的成品率；分離膜層采用納米硅溶膠修飾的陶瓷粉體粒子，將粒子表面圓潤(rùn)球形化，降低孔道過濾阻力小，提尚水通量。
[0005]上海海事大學(xué)采用干壓成型法和固態(tài)粒子燒結(jié)法制備圓板型氧化鋁陶瓷支撐體，采用浸漬提拉工藝制備陶瓷微濾膜，探討涂膜液中固含量對(duì)膜孔徑及純水通量的影響，并研究涂層工藝及燒成制度對(duì)膜形成的作用。同時(shí)對(duì)微濾膜的孔徑大小及分布，膜孔隙率、純水通量及抗彎強(qiáng)度等性能進(jìn)行表征。陜西科技大學(xué)采用模壓成型法，以氧化鋁、高嶺土和滑石等為原料，制備了平板式陶瓷膜；并通過制備過渡層、分離層控制陶瓷膜孔徑；將其所制備的平板陶瓷膜進(jìn)行含油廢水、印染廢水等領(lǐng)域的應(yīng)用，并得到了較好的應(yīng)用效果。
[0006]綜合現(xiàn)有的專利、文獻(xiàn)研究和市場(chǎng)產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)，板式陶瓷膜支撐體的主要成型方式有兩種，一種是擠出一次成型，這種成型方式生產(chǎn)效率高，但是模具成本高昂，且膜板的寬度、厚度受限制較大，膜板的規(guī)格尺寸有限；擠出成型為壓力成型，且原料的粒度較細(xì)，擠出時(shí)，坯體整體會(huì)較密實(shí)，孔隙率較低，最終造成過濾通量較低。另外一種是以模壓成型先制備兩個(gè)半邊膜，再用黏合的方式成型整體平板膜。這種工藝操作復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、黏合處燒結(jié)易開裂、成品率低，且生產(chǎn)過程中的有機(jī)溶劑、粘合劑對(duì)環(huán)境會(huì)造成較大污染，有害于生產(chǎn)人員健康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的制備方法。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0010]一種多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的制備方法，包括如下步驟:
[0011](1)按如下重量百分比稱取固體原料組分:平均粒徑為1?200 μπι碳化硅陶瓷骨料80?95%、造孔劑1?5%、分散劑1?5%和凝膠注模粘結(jié)劑1?10%，將上述各原料組分混合后球磨2?4h，然后加入R0 7K，并加熱至40?85°C，球磨4?20h，得楽料，上述固體原料組分的總體積與所加入的R0水的體積比為1?2.2:1，上述凝膠注模粘結(jié)劑為明膠、瓊膠或果糖；
[0012](2)將漿料維持在40?85°C，進(jìn)行真空除泡后，注入板框狀成型模具中，在0?40°C的成型溫度下進(jìn)行原位成型，得到濕坯；該板框狀成型模具中設(shè)有若干管狀或棒狀模具，以形成支撐體中貫穿相對(duì)側(cè)壁的通道；
[0013](3)將上述濕還脫模后，經(jīng)室溫陰干1?5天，40?100°C干燥1?5天、空氣氣氛下1000?1700°C保溫?zé)Y(jié)1?4h，獲得孔隙率為30?70%，平均孔徑為0.25?50 μπι，抗壓強(qiáng)度為20?40MPa的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述造孔劑為淀粉、活性碳粉或石墨粉。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述分散劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇或聚乙二醇。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述通道的橫截面形狀為圓形、橢圓行、方形、矩形或任意多邊形。
[0017]一種上述制備方法制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體在制備陶瓷膜中的應(yīng)用。
[0018]—種多通道碳化硅平板陶瓷膜，其具有如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的制備方法制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體及通過懸浮漿料浸漬-涂覆法、溶膠-凝膠法、噴涂法或刷涂法制備于該支撐體上的多孔陶瓷過濾膜層。
[0019]本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下:
[0020]一種多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體，其呈平板狀，設(shè)有若干貫穿相對(duì)側(cè)壁的通道，其孔隙率為30?70 %，平均孔徑為0.25?50 μ m，抗壓強(qiáng)度為20?40MPa，且其由固體原料組分和R0水經(jīng)凝膠注模成型法制成，其中固體原料組分由如下重量百分比的組分組成:平均粒徑為1?200 μm碳化硅陶瓷骨料80?95%、造孔劑1?5%、分散劑1?5%和凝膠注模粘結(jié)劑1?10%，固體原料組分的總體積與R0水的體積比為1?2.2:1，凝膠注模粘結(jié)劑為明膠、瓊膠或果糖。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述造孔劑為淀粉、活性碳粉或石墨粉。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述分散劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇或聚乙二醇。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述通道的橫截面形狀為圓形、橢圓行、方形、矩形或任意多邊形。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025]1、本發(fā)明的制備方法采用凝膠注模成型，適用范圍廣，對(duì)粉體無特殊要求，成本低廉；工藝過程易控制，可實(shí)現(xiàn)近凈尺寸成型，制備出復(fù)雜形狀的部件；所制得的坯體強(qiáng)度高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)成型工藝所制的坯體，可進(jìn)行機(jī)械加工，且有機(jī)物含量低，可直接燒結(jié)，無需單獨(dú)排膠；坯體和燒結(jié)體性能均勻性好；
[0026]2、本發(fā)明制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體孔隙率高、過濾通量高且無毒，環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的橫截面示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明和描述。
[0030]實(shí)施例1
[0031](1)按如下重量百分比稱取固體原料組分:平均粒徑為180μπι碳化硅陶瓷骨料95 %、活性碳粉(20 μ m) 1 %、分子量2000的PVA粉末1 %和純度98 %的明膠粉末3 %，將上述各原料組分混合后球磨2h，然后加入R0水，并水浴加熱至85°C，球磨20h，得漿料，上述固體原料組分的總體積與所加入的R0水的體積比為2.2:1 ;
[0032](2)將漿料維持在80°C，進(jìn)行真空除泡后，注入板框狀成型模具中，在20°C的成型溫度下進(jìn)行原位成型，得到濕坯；該板框狀成型模具中設(shè)有若干管狀或棒狀模具，以形成支撐體中貫穿相對(duì)側(cè)壁的通道；
[0033](3)將上述濕坯脫模后，經(jīng)室溫陰干24h，80°C干燥48h、空氣氣氛下1450°C保溫?zé)Y(jié)2h，獲得孔隙率為65%，平均孔徑為35 μπι，抗壓強(qiáng)度為36MPa的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體，在0.1MPa的壓力下，該支撐體純水通量為28m3/m2h，將該支撐體通過懸浮漿料浸漬-涂覆法制備一層孔徑為500nm的碳化硅膜，在0.1MPa的壓力下，制得的平板膜純水通量為 9.5m3/m2ho
[0034]如圖1和圖2所示，以上制備的多通道碳化硅平板陶瓷膜支撐體包括一平板狀的本體1和若干貫穿相對(duì)側(cè)壁的通道2，該若干通道2可排成兩層或多層，通道2的橫截面形狀為圓形、橢圓行、方形、矩形或任意多邊形。
[0035]實(shí)施例2
[0036](