本技術(shù)涉及復(fù)合膜材料，具體而言涉及一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、膜分離技術(shù)，作為一種前沿的高效分離手段，憑借其膜的選擇性分離特性，在物質(zhì)分離、純化和濃縮領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速進(jìn)步，對(duì)高效且環(huán)保的分離技術(shù)的需求愈發(fā)迫切。在此背景下，陶瓷膜憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)脫穎而出，成為膜材料領(lǐng)域的一顆璀璨新星，預(yù)示著廣闊的發(fā)展前景。

2、陶瓷膜的核心優(yōu)勢(shì)在于其卓越的分離效率與穩(wěn)定性，能夠精確分離并純化料液中的不同成分，同時(shí)展現(xiàn)出極強(qiáng)的耐酸堿與耐有機(jī)溶劑能力，確保在極端化學(xué)環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。這一特性使得陶瓷膜在食品、飲料加工、植物(藥物)深加工、生物醫(yī)藥、發(fā)酵工業(yè)及精細(xì)化工等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。具體而言，在食品工業(yè)中，它助力果汁、酒類、奶粉等產(chǎn)品的純凈分離；在醫(yī)藥領(lǐng)域，則成為生物制品分離純化的重要工具；而在水處理方面，陶瓷膜更是功不可沒，廣泛應(yīng)用于水質(zhì)凈化、廢水處理及海水淡化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3、然而，陶瓷膜亦非完美無缺。其高硬度與耐磨性雖為優(yōu)點(diǎn)，但也伴隨著較大的脆性，使得在加工、安裝及使用過程中易受損。此外，長期使用過程中，膜表面易積聚污染物，影響通量并降低分離效率。再者，盡管陶瓷膜具備高精度的分離能力，但其滲透性相對(duì)有限，這在需要高流量處理的應(yīng)用場景中構(gòu)成了一定限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述存在的問題，本技術(shù)提供一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜及其制備方法與應(yīng)用，旨在克服傳統(tǒng)陶瓷膜存在的脆性大、易污染以及通量低的局限性，進(jìn)一步提升其性能與應(yīng)用范圍。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜采用如下技術(shù)方案:

3、一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜，包括依次排列的多孔基底層、氧化鋯石墨烯支撐骨架、選擇性過濾層，所述氧化鋯石墨烯支撐骨架的制備原料包括以下重量份數(shù)的組分:氧化鋯粉體35-40份、石墨烯粉體12-16份、燒結(jié)助劑1-3份、造孔劑1-4份、粘接劑0.8-1.2份。

4、通過采用上述技術(shù)方案:引入石墨烯粉體到氧化鋯陶瓷基體中，利用石墨烯的高強(qiáng)度、高模量以及優(yōu)異的柔韌性，顯著提升了復(fù)合陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，有效克服了傳統(tǒng)陶瓷膜脆性大的問題，石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)在陶瓷基質(zhì)中形成良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的整體力學(xué)性能；

5、并且石墨烯具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和抗污性，其表面能低，不易被污染物質(zhì)吸附，因此，將石墨烯引入氧化鋯陶瓷膜中可以有效提升膜的抗污染能力，延長膜的使用壽命，減少清洗和維護(hù)的頻率，多孔基底層和選擇性過濾層的協(xié)同作用，結(jié)合氧化鋯石墨烯支撐骨架的優(yōu)異性能，使得復(fù)合陶瓷膜在保持高通量的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)良好的選擇性分離。這對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低能耗具有重要意義。

6、優(yōu)選的，所述氧化鋯石墨烯支撐骨架的制備原料包括以下重量份數(shù)的組分:氧化鋯粉體36份、石墨烯粉體14份、燒結(jié)助劑2.5份、造孔劑2份、粘接劑1.2份。

7、通過采用上述技術(shù)方案:優(yōu)選支撐骨架的制備原料配比，使得制得的氧化鋯石墨烯支撐骨架能夠進(jìn)一步提升復(fù)合陶瓷膜的性能。

8、優(yōu)選的，所述多孔基底層由氧化鋯和氧化鋁復(fù)合而成，其中多孔基底層的孔隙大小為20-60μm，孔隙率為15-30％。

9、通過采用上述技術(shù)方案:多孔基底層由氧化鋯和氧化鋁復(fù)合而成，這兩種材料均具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此能夠?yàn)檎麄€(gè)陶瓷膜提供堅(jiān)實(shí)的機(jī)械支撐，這有助于降低膜在使用過程中發(fā)生形變或破裂的可能性，延長其使用壽命。

10、此外，多孔基底層的孔隙大小控制在20-60μm范圍內(nèi)，這一尺寸范圍有利于形成均勻的微孔結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)膜的滲透性和選擇性，同時(shí)，孔隙率控制在15-30％之間，既保證了足夠的通量，又避免了因孔隙率過高而導(dǎo)致的機(jī)械強(qiáng)度下降。

11、多孔基底層的精細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)能夠與氧化鋯石墨烯支撐骨架和選擇性過濾層形成良好的協(xié)同作用，提高膜的分離效率，使得在處理復(fù)雜流體時(shí)能夠更有效地截留雜質(zhì)、分離組分，不易被污染物質(zhì)吸附，同時(shí)均勻的孔隙結(jié)構(gòu)也減少了污染物在膜表面的沉積和堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

12、優(yōu)選的，所述選擇性過濾層的材質(zhì)可以為聚偏氟乙烯、聚醚砜、氧化石墨烯、二氧化鈦、沸石、氧化鋁中的一種或多種。

13、通過采用上述技術(shù)方案:可以進(jìn)一步拓寬氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜的應(yīng)用范圍。

14、優(yōu)選的，所述氧化鋯石墨烯支撐骨架的孔隙大小為1.5-5μm，孔隙率為40-55％。

15、通過采用上述技術(shù)方案:較大的孔隙大小和適中的孔隙率使得支撐骨架具有更高的通量，這意味著在相同的操作條件下，復(fù)合陶瓷膜能夠處理更多的流體，提高處理效率，這對(duì)于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用尤為重要，能夠顯著降低生產(chǎn)成本。

16、優(yōu)選的，所述燒結(jié)助劑選自氧化釔、如氧化鑭、氧化鈰中的至少一種；造孔劑選自碳粉、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種，粘接劑選自甲基纖維素、聚乙烯醇中的至少一種。

17、通過采用上述技術(shù)方案:優(yōu)選燒結(jié)助劑、造孔劑和粘接劑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜制備過程的精細(xì)調(diào)控，從而優(yōu)化其孔隙結(jié)構(gòu)、提高機(jī)械強(qiáng)度、改善滲透性和選擇性等性能。

18、第二方面，本技術(shù)提供的一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜的制備方法，采用如下技術(shù)方案:

19、一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟:a、準(zhǔn)備氧化鋯粉體、石墨烯粉體、燒結(jié)助劑、造孔劑以及粘接劑，按照既定投料量混合，并研磨均勻，然后壓制成胚，干燥1-2h后，將多孔基底層制備原料混合后制成漿料涂覆在胚胎上，并于1200-1350℃條件下進(jìn)行煅燒，得到預(yù)制前體；b、在a得到的預(yù)制前體上制備選擇性過濾層，干燥后即得該氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜。

20、通過采用上述技術(shù)方案:可以成功地將氧化鋯、石墨烯、多孔基底層材料和選擇性過濾層材料結(jié)合在一起，形成具有優(yōu)異性能的復(fù)合陶瓷膜。

21、第三方面，本技術(shù)提供的一種氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜的應(yīng)用，采用如下技術(shù)方案:氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜在海水過濾、反滲透、污水處理中的應(yīng)用。

22、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益效果:

23、1.本技術(shù)通過將石墨烯粉體引入氧化鋯陶瓷基體中制得支撐骨架，克服了傳統(tǒng)陶瓷膜脆性大、易污染的局限，石墨烯的高強(qiáng)度、高模量和優(yōu)異柔韌性顯著提升了復(fù)合陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，不僅增強(qiáng)了膜的耐久性，還降低了復(fù)雜工況下的破裂風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)其化學(xué)穩(wěn)定性和低表面能特性有效提升了膜的抗污染能力，延長了使用壽命，減少了維護(hù)成本，此外通過優(yōu)化多孔基底層和氧化鋯石墨烯支撐骨架的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率，以及選擇適當(dāng)?shù)倪x擇性過濾層材料，使得復(fù)合陶瓷膜在保持高通量的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)良好的選擇性分離；

24、2、本技術(shù)通過靈活選擇選擇性過濾層的材質(zhì)，可以進(jìn)一步拓寬氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜的應(yīng)用范圍，滿足不同領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芴沾赡さ男枨?，并且制備方法步驟清晰，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，精確控制原料配比和制備工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合陶瓷膜性能的精細(xì)調(diào)控，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠；

25、3、本技術(shù)中的氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜在海水過濾、反滲透、污水處理中等環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，其高效的過濾和捕獲性能帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，降低了生產(chǎn)成本，提高了資源利用效率。

26、附圖標(biāo)記

27、圖1是本技術(shù)實(shí)施例11氧化鋯石墨烯支撐骨架的電鏡圖；

28、圖2是本技術(shù)實(shí)施例11氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜1000x電鏡圖；

29、圖3是本技術(shù)實(shí)施例11氧化鋯石墨烯復(fù)合陶瓷膜6000x電鏡圖.