一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷膜，尤其涉及一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体及其制备方法。

背景技术：

1、陶瓷膜是膜分离行业中重要的分离材料，具备化学稳定性好、膜分离精度稳定、耐酸碱、耐高温、耐有机溶剂、机械强度高、使用寿命长等众多优势，被广泛应用于于食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域；陶瓷膜一般由分离层、过渡层、支撑体组成，而支撑体对陶瓷膜的强度、通量、耐污染、寿命等具有决定性作用。

2、目前陶瓷膜支撑体制备工艺主要是挤出成型工艺；专利cn115872772a公开了一种粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备方法，处理后粉煤灰经过混料，加入液体原料捏合、练泥、陈腐、挤出成型、干燥得到生坯，再经过高温烧结得到粉煤灰基的陶瓷膜支撑体；专利cn111517822a公布了一种平板陶瓷膜支撑体及其制备方法，将类球形氧化铝、粘结剂、烧结助剂等原料混合均匀，经过捏合、练泥、陈腐、真空练泥、成型、干燥和烧成形成平板陶瓷膜支撑体；两种专利均需要经过复杂、多道工艺才能制备出合格的支撑体，且原料配方设计复杂，原料种类复杂，整个工艺易产生很多不稳定因素；同时受限于挤出成型工艺限制，陶瓷膜支撑体的孔隙率小于40％，而现有技术中陶瓷膜支撑体提高孔隙率的方法主要是添加大量的造孔剂，直接增加烧结工艺难度同时导致陶瓷膜支撑体在强度孔径等性能无法达标，因此开发一种简单且能稳定制备陶瓷膜支撑体的方法具有积极作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体及其制备方法，以优化陶瓷膜支撑体配方设计，简化并稳定工艺流程，提高陶瓷膜支撑体孔隙率。

2、第一方面，本发明提供了一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体的制备方法，具体包括以下步骤：

3、1)浆液制备：将浆液原料3-20μm的氧化铝粉体、水洗高岭土、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠、水和烧结助剂全部放入球磨机中进行球磨，然后过100目筛，得到浆液；

4、2)冷冻成型：将步骤1)中所述浆液导入制备好的聚四氟乙烯模具中，再将模具直接放入液氮池中冷冻成型1-5min，然后脱模，得到湿坯；

5、3)真空干燥：将步骤2)中所述湿坯放入零下50℃至零下10℃的真空环境中，真空冷冻干燥，得到干坯；

6、4)高温烧结：将步骤3)中所述干坯放入窑炉中，高温烧结，然后自然冷却，即得到陶瓷膜支撑体。

7、结合第一方面，在一些实施方式中，所述浆液原料按以下重量份数配比：3-20微米的氧化铝粉体100份，水洗高岭土5-10份，羧甲基纤维素钠0.05-0.2份，三聚磷酸钠0.05-0.3份，水50-100份，烧结助剂1-3份。

8、结合第一方面，在一些实施方式中，所述烧结助剂为氧化锆、氧化镁、氧化钇中的一种或几种。

9、结合第一方面，在一些实施方式中，所述球磨的时间为30-120min，球磨转速为30-90r/min，球磨珠选用3-5mm的高铝球磨珠。

10、结合第一方面，在一些实施方式中，所述真空冷冻干燥的真空度不高于-0.08mpa，真空冷冻干燥时间为24-48h。

11、结合第一方面，在一些实施方式中，所述高温烧结的升温方式如下：先用3-5h升温至200℃，再用4-6h升温至1190-1350℃，然后保温2-4h。

12、第二方面，本发明提供了一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体，所述陶瓷膜支撑体采用如上述制备方法制得。

13、本发明的有益效果：

14、1、本发明陶瓷膜支撑体制备的仅4个工艺步骤，整个工艺简单，且原料简单，不需要添加大量粘结剂、造孔剂来增加孔隙率，大大缩短了整个支撑体的烧结周期。

15、2、本发明使用冷冻成型，1-5min即可完成，大大降低成型时间。

16、3、本发明使用真空冷冻干燥，利用水的升华干燥，水所在的位置能够形成空隙，大大提升了支撑体孔隙率，达到50％以上。

17、4、本发明使用聚四氟乙烯模具，提升了支撑体的光滑性，同时无须使用油类物质进行脱模，能够减少污染。

技术特征：

1.一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浆液原料按以下重量份数配比：3-20微米的氧化铝粉体100份，水洗高岭土5-10份，羧甲基纤维素钠0.05-0.2份，三聚磷酸钠0.05-0.3份，水50-100份，烧结助剂1-3份。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为氧化锆、氧化镁、氧化钇中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为30-120min，球磨转速为30-90r/min，球磨珠选用3-5mm的高铝球磨珠。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的真空度不高于-0.08mpa，真空冷冻干燥时间为24-48h。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的升温方式如下：先用3-5h升温至200℃，再用4-6h升温至1190-1350℃，然后保温2-4h。

7.一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体，其特征在于，所述陶瓷膜支撑体采用如权利要求1-6任意一项制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种冷冻成型高孔隙率陶瓷膜支撑体及其制备方法，涉及陶瓷膜技术领域，将浆液原料放入球磨机中球磨，过100目筛，得到浆液，再将浆液导入制备好的聚四氟乙烯模具中，再将模具直接放入液氮池中冷冻成型，然后脱模，得到湿坯，再湿坯放入真空环境中，真空冷冻干燥，得到干坯，然后将干坯放入窑炉中，高温烧结，然后自然冷却，即得到陶瓷膜支撑体。本发明陶瓷膜支撑体制备的仅4个工艺步骤，整个工艺简单，且原料组分简单，不需要添加大量粘结剂、造孔剂来增加孔隙率，1‑5min即可完成成型，大大降低成型时间，大大缩短了整个支撑体的烧结周期，同时使用真空冷冻干燥，利用水的升华干燥，水所在的位置能够形成空隙，大大提升了支撑体孔隙率。技术研发人员：黄飞,余亮,袁铭,于庆海,汪雨,丁佰锁受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19