本發(fā)明涉及無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

陶瓷膜是膜分離中重要的組成部分，由于其化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機(jī)械強(qiáng)度高、再生性能好等方面的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同類有機(jī)高分子膜，陶瓷膜自面世至今不斷發(fā)展，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理、醫(yī)藥、電子、化工、食品加工等領(lǐng)域。

但是陶瓷膜作為分離膜，單位體積內(nèi)的膜面積小于有機(jī)膜，所以陶瓷膜過濾裝置占地面積大。為了在保證過濾效果的前提下提高無機(jī)膜的滲透通量，就必須盡可能增大膜面積。目前工業(yè)上應(yīng)用較多的陶瓷膜以單管式和多通道式為主，這兩種構(gòu)型的最大缺點(diǎn)是膜的裝填面積較小，單位膜面積占用體積遠(yuǎn)大于同類有機(jī)膜，對(duì)膜組件的配置和安裝要求較高。蜂窩陶瓷具有更多的通道和更大的通道面積，因此裝填密度高，目前多被應(yīng)用在催化劑載體、壁流式過濾器等領(lǐng)域。蜂窩陶瓷也被用于陶瓷過濾膜的制備，不過現(xiàn)有的制備方法不僅操作過程較復(fù)雜，制備溫度高，對(duì)設(shè)備要求高，而且蜂窩陶瓷大的表面積不能得到充分利用，濾出液一般要經(jīng)過幾層膜才能夠到達(dá)滲出水通道，所遭受的阻力較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜及其制備方法。該復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜采用納米金屬氧化物粉末作為過濾膜層的制備原材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡單，燒結(jié)溫度較低，能夠有效提高單位體積的膜面積，降低滲透出水的傳輸阻力，同時(shí)顯著提高復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的滲透通量。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)支撐體的預(yù)處理：選用蜂窩陶瓷作為支撐體，將蜂窩陶瓷用去離子水清洗后，在去離子水中浸泡，干燥，備用；

(2)涂膜液的制備：將納米金屬氧化物粉末分散在去離子水中，攪拌均勻，保證去離子水和粉末均勻混合無沉淀，得到涂膜液，涂膜液現(xiàn)配現(xiàn)用；

(3)涂膜：將預(yù)處理好的蜂窩陶瓷在涂膜液中浸漬，蜂窩陶瓷的所有孔道得到充分浸漬后，迅速取出，吹去殘液，干燥；

(4)燒結(jié)：將涂膜完成后的蜂窩陶瓷放入馬弗爐中，高溫?zé)Y(jié)，得到蜂窩陶瓷復(fù)合膜；

(5)后處理：將得到的蜂窩陶瓷復(fù)合膜采用粘結(jié)劑以十字交叉方式堵孔，得到所述復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述蜂窩陶瓷包括堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷或莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述蜂窩陶瓷的外形為圓柱體形、正方體形或長方體形，優(yōu)選為正方體形。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述蜂窩陶瓷的孔隙率為30～50％。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述蜂窩陶瓷的孔道的橫截面形狀為正方形、六邊形或三角形。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述蜂窩陶瓷的孔徑為1～5μm，每平方英寸有200～600孔，壁厚≦0.2mm。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述浸泡的時(shí)間為12小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述干燥是在120℃干燥1～3小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述納米金屬氧化物粉末包括納米氧化鋁、納米氧化鈦和納米氧化鋯中的一種以上。

更進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述納米金屬氧化物粉末包括納米氧化鋁、納米氧化鈦和納米氧化鋯中的兩種時(shí)，質(zhì)量比為1:100～100:1，優(yōu)選為1:1。

更進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述納米金屬氧化物粉末包括納米氧化鋁、納米氧化鈦和納米氧化鋯中的三種時(shí)，質(zhì)量比為任意值，優(yōu)選為1:1:1。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述攪拌的時(shí)間為1小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述涂膜液的質(zhì)量濃度為5～15％，優(yōu)選為10％。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述浸漬的時(shí)間為0～5s。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述浸漬的時(shí)間為0s，即一旦支撐體所有表面得到浸漬就馬上取出。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，浸漬完成后，取出蜂窩陶瓷的速度為10～20cm/s，優(yōu)選為10cm/s。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述干燥是在120℃干燥1～3小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為400～600℃，優(yōu)選為500℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為1～4小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟(5)中，所述粘結(jié)劑為耐高溫的有機(jī)粘結(jié)劑，包括丙烯酸酯類。

進(jìn)一步地，步驟(5)中，所述十字交叉堵孔方式具體為：同一孔道，僅封堵孔道的一側(cè)端口，而另一側(cè)端口不封堵；且與被封堵孔道的封堵端口同截面的上下左右相鄰的四個(gè)孔道端口均不封堵。

進(jìn)一步地，重復(fù)步驟(3)涂膜過程1～4次，優(yōu)選為3次；重復(fù)涂膜過程中，上一次涂膜完全干燥后再進(jìn)行下一次涂膜。

由上述任一項(xiàng)所述制備方法制得的一種復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜，包括相鄰的過濾通道和滲透出水通道，即選擇復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的一端為進(jìn)水端，另一端為出水端，則在進(jìn)水端端面端口被封堵的孔道為滲透出水通道，端口未被封堵的孔道為過濾通道。

進(jìn)一步地，所述過濾通道和滲透出水通道的孔道內(nèi)均有經(jīng)過浸漬涂膜液并燒結(jié)后形成的過濾層。

所述的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜，以蜂窩陶瓷作為復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的支撐體，納米金屬氧化物粉末在去離子水中的分散液為涂膜液，在蜂窩陶瓷通道表面以浸漬提拉法制備小孔徑的陶瓷過濾膜層，形成復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜，利用蜂窩陶瓷支撐體的數(shù)量上一半的孔道作為過濾通道，另一半的孔道作為滲透出水通道，過濾通道和滲透出水通道呈十字交叉間隔排列，濾液從過濾通道滲透出來之后可以直接進(jìn)入滲透出水通道。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜，使用有機(jī)粘接劑粘結(jié)端口，充分利用蜂窩陶瓷的孔道面積，保證錯(cuò)流過濾，同時(shí)單位體積的膜面積遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)多通道陶瓷膜；

(2)本發(fā)明制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜中的過濾通道和滲透出水通道呈十字交叉間隔排列，縮短水的傳輸距離，降低傳輸阻力，提高過濾效率；

(3)本發(fā)明復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的制備工藝簡單，操作方便，有利于規(guī)?；a(chǎn)；

(4)本發(fā)明采用納米金屬氧化物作為涂膜液原材料，復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的成膜燒結(jié)溫度較低，對(duì)設(shè)備要求較低，同時(shí)減少能量的消耗，有利于降低設(shè)備和制備過程產(chǎn)生的成本。

(5)本發(fā)明的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜，單一孔道的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均形成一層與支撐體結(jié)合緊密的小孔徑陶瓷過濾膜層，在一邊的膜層出現(xiàn)缺陷后仍能保證滲透出來的濾液得到有效過濾，提高了符合過濾要求的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的制備成功率，同時(shí)降低了復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜在使用過程中損壞的概率，延長其使用壽命。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖；

圖2為圖1中5的局部示意圖；

圖3是外形為圓柱體的蜂窩陶瓷的正視圖；

圖4為實(shí)施例1制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的正視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地闡述，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例中采用的蜂窩陶瓷的外形為圓柱體形，正視圖如圖3所示，由圖3可見蜂窩陶瓷孔道排列緊密，裝填密度大。

實(shí)施例1

(1)支撐體的預(yù)處理

選擇200～600目的堇青石蜂窩陶瓷(孔徑為5μm，孔隙率為30％，壁厚0.1mm)作為支撐體，將支撐體用去離子水徹底清洗，然后在去離子水中浸泡12h，使得支撐體中的鹽離子充分溶解，將浸泡后的支撐體置于烘箱，在120℃下干燥3h；

(2)涂膜液的制備

準(zhǔn)確稱取納米氧化鋁粉末，加入適量去離子水混合，用機(jī)械攪拌器攪拌至納米氧化鋁粉末在去離子水中均勻分散，攪拌時(shí)間為1h，得到納米氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的涂膜液；

(3)涂膜

將預(yù)處理后的支撐體從烘箱中取出，將支撐體全部浸漬到鑄膜液中，待浸漬完全后迅速取出，并吹盡殘液，繼續(xù)在120℃下進(jìn)行干燥1h；重復(fù)涂膜干燥過程，以在支撐體表面形成完整的膜層，涂膜次數(shù)共為3次；

(4)燒結(jié)

將涂膜完成的支撐體放入馬弗爐中燒結(jié)，設(shè)定燒結(jié)溫度為500℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為2h；

(5)后處理

將燒結(jié)完成的蜂窩陶瓷復(fù)合膜以十字交叉方式用丙烯酸類粘接劑堵孔，得到復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

本實(shí)施例制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖如圖1所示，包括經(jīng)過丙烯酸類粘接劑粘結(jié)的端口1、滲透出水通道2、過濾膜層3和過濾通道4；過濾通道4和滲透出水通道2相鄰，即選擇復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的一端為進(jìn)水端，另一端為出水端，則在進(jìn)水端面端口被封堵的孔道為滲透出水通道2，端口未被封堵的孔道為過濾通道4。

圖1中5的局部放大示意圖如圖2所示，由圖2可知，涂膜液經(jīng)過燒結(jié)在支撐體上面形成過濾膜層3。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的正視圖如圖4所示，由圖4可知，堵孔的方式為十字交叉堵孔方式，即同一孔道，僅封堵孔道的一端口，而另一端口不封堵；且與被封堵孔道的封堵端口同截面的上下左右相鄰的四個(gè)孔道端口均不封堵。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的膜體積及表面積，以及常見的單通道和19通道陶瓷膜的膜體積及表面積的對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜和普通陶瓷膜的對(duì)比結(jié)果

由表1可見，復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的裝填密度大，同樣膜面積所占體積遠(yuǎn)小于單通道和多通道的陶瓷膜，通過連接相關(guān)膜組件即可進(jìn)行過濾操作，應(yīng)用到工業(yè)中，可以極大的縮小水處理系統(tǒng)的體積，降低單位處理成本。

實(shí)施例2

(1)支撐體的預(yù)處理

選擇200～600目的堇青石蜂窩陶瓷(孔徑為5μm，孔隙率為30％，壁厚0.1mm)作為支撐體，將支撐體用去離子水徹底清洗，然后在去離子水桶浸泡12h，使得支撐體中的鹽離子充分溶解，將浸泡后的支撐體置于烘箱，在120℃下干燥1h；

(2)涂膜液的制備

準(zhǔn)確稱取15g納米氧化鈦粉末，加去離子水混合，用機(jī)械攪拌器攪拌至納米氧化鈦粉末在去離子水中均勻分散，攪拌時(shí)間為1h，得到納米氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的涂膜液；

(3)涂膜

將預(yù)處理后的支撐體從烘箱中取出，將支撐體全部浸漬到鑄膜液中，待浸漬完全后迅速取出，并吹盡殘液，繼續(xù)在120℃下進(jìn)行干燥3h；重復(fù)涂膜干燥過程，以在支撐體表面形成完整的膜層，涂膜次數(shù)共為3次；

(4)燒結(jié)

將涂膜完成的支撐體放入馬弗爐中燒結(jié)，設(shè)定燒結(jié)溫度為400℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為2h；

(5)后處理

將制備完成的蜂窩陶瓷復(fù)合膜以十字交叉方式用丙烯酸類粘接劑堵孔，得到復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖參見圖1，且復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的裝填密度大，同樣膜面積所占體積遠(yuǎn)小于單通道和多通道的陶瓷膜。

實(shí)施例3

(1)支撐體的預(yù)處理

選擇2006～00目的堇青石蜂窩陶瓷(孔徑為5μm，孔隙率為30％，壁厚0.1mm)作為支撐體，將支撐體用去離子水徹底清洗，然后在去離子水桶浸泡12h，使得支撐體中的鹽離子充分溶解，將浸泡后的支撐體置于烘箱，在120℃下干燥3h；

(2)涂膜液的制備

準(zhǔn)確稱取納米氧化鋯粉末，加去離子水混合，用機(jī)械攪拌器攪拌至納米氧化鋯粉末在去離子水中均勻分散，攪拌時(shí)間為1h，得到納米氧化鋯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的涂膜液；

(3)涂膜

將預(yù)處理后的支撐體從烘箱中取出，將支撐體全部浸漬到鑄膜液中，待浸漬完全后迅速取出，并吹盡殘液，繼續(xù)在120℃下進(jìn)行干燥1h；重復(fù)涂膜干燥過程，以在支撐體表面形成完整的膜層，涂膜次數(shù)共為3次；

(4)燒結(jié)

將涂膜完成的支撐體放入馬弗爐中燒結(jié)，設(shè)定燒結(jié)溫度為600℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為2h；

(5)堵孔

將制備完成的蜂窩陶瓷復(fù)合膜以十字交叉方式用丙烯酸類粘接劑堵孔，得到復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖參見圖1，且復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的裝填密度大，同樣膜面積所占體積遠(yuǎn)小于單通道和多通道的陶瓷膜。

實(shí)施例4

(1)支撐體的預(yù)處理

選擇200～600目的堇青石蜂窩陶瓷(孔徑為3μm，孔隙率為40％，壁厚0.15mm)作為支撐體，將支撐體用去離子水徹底清洗，然后在去離子水桶浸泡12h，使得支撐體中的鹽離子充分溶解，將浸泡后的支撐體置于烘箱，在120℃下干燥3h；

(2)涂膜液的制備

準(zhǔn)確稱取納米氧化鋁和納米氧化鋯粉末，納米氧化鋁和納米氧化鋯的質(zhì)量比為1:1，加去離子水混合，用機(jī)械攪拌器攪拌至兩種粉末在去離子水中均勻分散，攪拌時(shí)間為1h，得到納米氧化鋁和納米氧化鋯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)共為10％的涂膜液；

(3)涂膜

將預(yù)處理后的支撐體從烘箱中取出，將支撐體全部浸漬到鑄膜液中，待浸漬完全后迅速取出，并吹盡殘液，繼續(xù)在120℃下進(jìn)行干燥1h；重復(fù)涂膜干燥過程，以在支撐體表面形成完整的膜層，涂膜次數(shù)共為3次；

(4)燒結(jié)

將涂膜完成的支撐體放入馬弗爐中燒結(jié)，設(shè)定燒結(jié)溫度為500℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為2h；

(5)后處理

將制備完成的蜂窩陶瓷復(fù)合膜以十字交叉方式用丙烯酸類粘接劑堵孔，得到復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖參見圖1，且復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的裝填密度大，同樣膜面積所占體積遠(yuǎn)小于單通道和多通道的陶瓷膜。

實(shí)施例5

(1)支撐體的預(yù)處理

選擇200～600目的堇青石蜂窩陶瓷(孔徑為1μm，孔隙率為50％，壁厚0.1mm)作為支撐體，將支撐體用去離子水徹底清洗，然后在去離子水桶浸泡12h，使得支撐體中的鹽離子充分溶解，將浸泡后的支撐體置于烘箱，在120℃下干燥3h；

(2)涂膜液的制備

準(zhǔn)確稱取納米氧化鋁、納米氧化鈦和納米氧化鋯粉末，質(zhì)量比為1:1:1，加去離子水混合，用機(jī)械攪拌器攪拌至三種粉末在去離子水中均勻分散，攪拌時(shí)間為1h，得到納米粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為共10％的涂膜液；

(3)涂膜

將預(yù)處理后的支撐體從烘箱中取出，將支撐體全部浸漬到鑄膜液中，待浸漬完全后迅速取出，并吹盡殘液，繼續(xù)在120℃下進(jìn)行干燥1h；重復(fù)涂膜干燥過程，以在支撐體表面形成完整的膜層，涂膜次數(shù)共為3次；

(4)燒結(jié)

將涂膜完成的支撐體放入馬弗爐中燒結(jié)，設(shè)定燒結(jié)溫度為500℃，升溫速率為10℃/min，燒結(jié)時(shí)間為2h；

(5)后處理

將制備完成的蜂窩陶瓷復(fù)合膜以十字交叉方式用丙烯酸類粘接劑堵孔，得到復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜。

制備的復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的整體縱截面示意圖參見圖1，且復(fù)合陶瓷網(wǎng)格膜的裝填密度大，同樣膜面積所占體積遠(yuǎn)小于單通道和多通道的陶瓷膜。