本發(fā)明涉及無機(jī)陶瓷膜，具體涉及一種高滲透通量陶瓷微濾膜的制備方法，其中包括微濾陶瓷涂膜液及無中間層碳化硅陶瓷微濾膜的制備。

背景技術(shù)：

1、陶瓷微濾膜是一種主要由al2o3、zro2、tio2、sio2等無機(jī)材料制備而成的多孔膜，多應(yīng)用于水處理、食品飲料加工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來也有用sic材料生產(chǎn)陶瓷膜應(yīng)用于氣體分離、水分離等領(lǐng)域，碳化硅陶瓷膜在抗菌方面也有不錯的表現(xiàn)。與同類的有機(jī)膜相比，碳化硅陶瓷膜具有耐高溫、耐菌、化學(xué)穩(wěn)定性好和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)勢，但是造價較高阻礙了它的工業(yè)化發(fā)展。

2、傳統(tǒng)的碳化硅陶瓷微濾膜的制備主要通過多個步驟實現(xiàn)，首先制備支撐體以給膜層提供機(jī)械強(qiáng)度，其次在支撐體上涂上一層或多層中間過渡層，最后再形成一層微孔分離層。每一步都包含了一個高溫?zé)Y(jié)過程，使得陶瓷微濾膜的制備成本比較高。近期，又興起了省略中間層的碳化硅陶瓷微濾膜的制備技術(shù)，以減少生產(chǎn)時間與成本，例如：cn113121241a公開了一種高通量碳化硅陶瓷過濾膜及其制備方法，采用在載體基礎(chǔ)上單次直接覆分離層工藝，即載體燒結(jié)后，直接涂覆分離層，燒結(jié)后再進(jìn)行除碳即可。然而，該方法中的膜層漿液需要不同粒徑錯配比的碳化硅粉和助劑，并要求膜層漿液的顆粒與載體表面攜帶同性電荷，膜層漿液成分復(fù)雜且燒結(jié)溫度高達(dá)1600～2000℃，能耗較高。針對碳化硅陶瓷微濾膜燒結(jié)溫度高的問題，又出現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，例如：cn117820007a公開了高通量碳化硅陶瓷膜的超低溫共燒結(jié)制備方法及應(yīng)用，cn119186275a公開了低溫?zé)Y(jié)非對稱多孔碳化硅陶瓷膜分離層及其制備方法，分別將燒結(jié)溫度降至600℃和800~1100℃，然而這兩種方法得到的碳化硅陶瓷膜的純水通量在2000～2461?，純水通量較低。

3、綜合上述現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)，要想得到高純水通量的碳化硅陶瓷膜并減少中間層過渡層的制備，在較低燒結(jié)溫度的條件下得到高純水通量的碳化硅陶瓷膜，涂膜液是關(guān)鍵?，F(xiàn)有的碳化硅陶瓷涂膜液要么成分復(fù)雜、對涂膜液顆粒要求較高，要么涂膜次數(shù)較高導(dǎo)致制備工序復(fù)雜，延長了生產(chǎn)時間。

4、因此，減少中間過渡層的制備和涂膜次數(shù)，在較低燒結(jié)溫度下即可制備得到較高純水通量的碳化硅陶瓷膜，成為亟待解決的問題。為此，提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本發(fā)明在碳化硅陶瓷微濾膜領(lǐng)域進(jìn)行深入而廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)采用硅烷偶聯(lián)劑作為涂膜液的粘結(jié)助劑來偶聯(lián)甲基纖維素和碳化硅，不僅可以增強(qiáng)甲基纖維素粘性，而且可以改善涂膜液的分散性和成膜性，涂膜液穩(wěn)定，只需一次涂膜，無需中間過渡層，在較低燒結(jié)溫度下即可制備得到較高純水滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜。本發(fā)明正是基于上述發(fā)現(xiàn)完成的。

2、因此，本發(fā)明的目的是提供高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，只需一次涂膜，無需中間過渡層，在較低燒結(jié)溫度下即可制備得到較高純水滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜。

3、實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案，可以概況如下：

4、高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，包括步驟如下：

5、將涂膜液涂覆在碳化硅陶瓷支撐體上，干燥后得碳化硅陶瓷微濾膜坯體，將坯體于1100～1300?℃燒結(jié)，即得高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜；

6、所述涂膜液的組成包括：碳化硅粉體、粘結(jié)劑、粘結(jié)助劑、分散劑和水，所述粘結(jié)劑為甲基纖維素，所述粘結(jié)助劑為硅烷偶聯(lián)劑，所述分散劑為聚丙烯酸；碳化硅粉體、粘結(jié)劑和分散劑的質(zhì)量比為（10～15）:（0.2～0.5）:（0.2～1），粘結(jié)助劑和水的體積比為（0.5～1）:（82.5～89.1），碳化硅粉體的質(zhì)量與水的體積比為（10～15）g:?（82.5～89.1）ml。

7、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述硅烷偶聯(lián)劑為kh-550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），kh-550的純度為99.8%。

8、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述碳化硅粉體的粒徑為0.8～2.6?μm。

9、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述涂膜液按如下方法制備得到：向水中加入粘結(jié)劑和分散劑，溶解后加入粘結(jié)助劑得懸浮液；將碳化硅粉體加入到懸浮液中，攪拌均勻，靜置除泡，即得涂膜液。

10、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，加入粘結(jié)劑和分散劑前，將水溫加熱至50～80℃，進(jìn)一步優(yōu)選65～75℃。

11、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，涂膜液涂覆的方式采用浸漬提拉的方式進(jìn)行，將碳化硅陶瓷支撐體浸漬到涂膜液中浸漬后，提拉從涂膜液中分離，即完成涂膜液涂覆。

12、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，碳化硅陶瓷支撐體浸漬到涂膜液中的下降速度為1～2?cm/s，提拉速度為2～3?cm/s，浸漬時間為30～60?s。經(jīng)過一次浸漬提拉操作即完成涂膜液涂覆。

13、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述碳化硅陶瓷支撐體為多孔管狀碳化硅陶瓷支撐體。

14、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，燒結(jié)時間為1～3?h。

15、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，燒結(jié)過程是從室溫升溫至燒結(jié)溫度進(jìn)行保溫?zé)Y(jié)，升溫速率為2～5?℃/min。

16、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，干燥的溫度為50～120?℃，干燥時間為1～5h。

17、本發(fā)明具備以下有益效果：

18、1.本發(fā)明通過用kh-550等硅烷偶聯(lián)劑來偶聯(lián)甲基纖維素和碳化硅，增強(qiáng)甲基纖維素粘性的同時，改善涂膜液的分散性和成膜性，從而可以一步涂膜制備出無中間過渡層的碳化硅陶瓷微濾膜，省略了制備中間過渡層的步驟，縮短了生產(chǎn)時間，降低了生產(chǎn)成本。

19、2.本發(fā)明所用的涂膜液比較均勻穩(wěn)定，48?h之內(nèi)幾乎無沉淀。相比傳統(tǒng)的多次涂膜，本發(fā)明只需涂膜一次，即可進(jìn)行燒結(jié)，減少了涂膜次數(shù)，縮短了生產(chǎn)時間。

20、3.本發(fā)明碳化硅陶瓷微濾膜的燒結(jié)溫度較低，在1100～1300?℃即可燒結(jié)得到無中間過渡層且滲透通量較好的碳化硅陶瓷微濾膜，相比燒結(jié)溫度在1400℃以上的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能耗降低，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

21、4.?本發(fā)明制備的碳化硅陶瓷微濾膜的膜層完整，在優(yōu)選的實施方式中，膜層表面和斷面sem形貌圖顯示，膜層厚度約為35?μm，膜層與碳化硅陶瓷支撐體層緊密結(jié)合，碳化硅陶瓷支撐體層內(nèi)部的孔隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膜層的碳化硅顆粒粒徑，但卻很少有成膜顆粒滲透進(jìn)碳化硅陶瓷支撐體內(nèi)部，造成堵塞。

22、5.本發(fā)明制備的碳化硅陶瓷微濾膜具有較高的滲透通量，純水滲透通量高達(dá)3990。

技術(shù)特征：

1.高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，包括步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為kh-550。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，所述碳化硅粉體的粒徑為0.8～2.6?μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，所述涂膜液按如下方法制備得到：向水中加入粘結(jié)劑和分散劑，溶解后加入粘結(jié)助劑得懸浮液；將碳化硅粉體加入到懸浮液中，攪拌均勻，靜置除泡，即得涂膜液。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，加入粘結(jié)劑和分散劑前，將水溫加熱至50～80℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，涂膜液涂覆的方式采用浸漬提拉的方式進(jìn)行，將碳化硅陶瓷支撐體浸漬到涂膜液中浸漬后，提拉從涂膜液中分離，即完成涂膜液涂覆。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，碳化硅陶瓷支撐體浸漬到涂膜液中的下降速度為1～2?cm/s，提拉速度為2～3?cm/s，浸漬時間為30～60?s。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，燒結(jié)時間為1～3?h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，燒結(jié)過程是從室溫升溫至燒結(jié)溫度進(jìn)行保溫?zé)Y(jié)，升溫速率為2～5?℃/min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法，其特征在于，干燥的溫度為50～120?℃，干燥時間為1～5h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于無機(jī)陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及高滲透通量碳化硅陶瓷微濾膜的制備方法。將涂膜液涂覆在碳化硅陶瓷支撐體上，干燥后得碳化硅陶瓷微濾膜坯體，將坯體燒結(jié)，即得高滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜。本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑作為涂膜液的粘結(jié)助劑來偶聯(lián)甲基纖維素和碳化硅，不僅可以增強(qiáng)甲基纖維素粘性，而且可以改善涂膜液的分散性和成膜性，涂膜液穩(wěn)定，只需一次涂膜，無需中間過渡層，在較低燒結(jié)溫度下即可制備得到較高純水滲透通量的碳化硅陶瓷微濾膜，減少碳化硅陶瓷微濾膜的生產(chǎn)時間和成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張云飛,張幸定,鄭文征,王鋒,王飛智,何金坪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江堅膜科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15