一种一次共烧复相陶瓷膜及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷膜制备，具体涉及一种一次共烧复相陶瓷膜及其制备方法。

背景技术：

1、日益严重的水污染问题加剧了水资源短缺，甚至威胁到人类的生存。尤其是含油废水排放量大、来源广，是较为严重的水污染类型。膜分离技术依靠多孔材料的筛分效应，可实现对含油废水的高效分离。

2、目前已有多种膜材料用于油水分离工艺，如pvdf膜、聚芳基砜膜、氧化铝膜、钛网等。与高分子材料和金属材料相比，陶瓷分离膜具有较高的热稳定性、化学稳定性、机械强度和较长的使用寿命，在复杂苛刻的加工环境中具有更好的发展前景。但渗透通量低、制备工艺复杂、成本高等缺点严重制约了陶瓷膜的广泛应用。与传统颗粒堆积陶瓷膜相比，由陶瓷晶须构筑的陶瓷膜孔隙率更高、孔结构更加优化，可以有效提高膜材料的渗透性。另外，传统的制备工艺通常需要多次成型-干燥-烧结工艺，生产周期较长，能耗较大，进一步增加了陶瓷膜的制备成本。因此，将传统的多次烧结过程简化为一步烧结的低温共烧技术可以降低陶瓷膜生产能耗于成本。

技术实现思路

1、针对陶瓷膜传统制备工艺通常需要多次成型-干燥-烧结工艺，生产周期较长，能耗较大的技术问题，本发明提供一种莫来石晶须-纳米氧化锆复相陶瓷膜及其制备方法，通过原位合成莫来石晶须构筑高渗透率、高孔隙率莫来石晶须支撑体，并在支撑体上制备高精度氧化锆纳米分离层，通过调节层间烧结收缩参数，提高界面结合强度，从而实现陶瓷膜一步共烧，满足提高渗透率、提高分离精度、降低制备成本的目的。

2、第一方面，本发明提供一种一次共烧复相陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：

3、（1）采用湿法球磨方法，将质量比为70~80：15~20：5~25：0.5~1的氢氧化铝、二氧化硅、烧结助剂和结合剂混合均匀，得到支撑体浆料；

4、（2）支撑体浆料过筛、干燥后干压成型，得到莫来石晶须支撑体素坯；

5、（3）采用湿法球磨方法，将质量比为96-98：1-2：1-2的氧化锆、分散剂和结合剂混合均匀，得到氧化锆浆料，将氧化锆浆料喷涂到莫来石晶须支撑体素坯上；

6、（4）将步骤（3）处理后的莫来石晶须支撑体素坯在干燥后烧结，得到莫来石晶须/氧化锆复相膜。

7、进一步的，烧结助剂为氟化铝，烧结过程中，烧结助剂与氢氧化铝颗粒和二氧化硅颗粒共同作用从而形成莫来石晶须，得到具有高孔隙率的莫来石晶须支撑体。

8、进一步的，结合剂为羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠的分子量为10000~16000，纯度大于98%。

9、进一步的，分散剂为聚丙烯酸或六偏磷酸钠。

10、进一步的，步骤（1）具体为：将结合剂搅拌溶解于水中，然后依次加入氢氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒和烧结助剂，采用湿法球磨混合均匀。

11、进一步的，氢氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒的纯度大于99%。

12、进一步的，步骤（2）的干燥方法为旋蒸干燥。

13、进一步的，步骤（3）具体为：将分散剂搅拌分散于水中，然后依次加入氧化锆颗粒和结合剂，采用湿法球磨混合均匀。

14、进一步的，步骤（3）处理后的莫来石晶须支撑体素在20~25℃下干燥24~48h。

15、进一步的，步骤（4）中，烧结温度为1200~1600℃，烧结时间为2~4h，升温速率为2~5℃/min。

16、第二方面，本发明提供一种采用上述制备方法制得的一次共烧复相陶瓷膜，包括莫来石晶须支撑体和设置在莫来石晶须支撑体上的氧化锆纳米分离层。

17、进一步的，莫来石晶须支撑体的孔隙率在50%~70%，平均孔径为1.0~3.5μm，抗压强度为100~150mpa，抗弯强度为15~30mpa。

18、进一步的，莫来石晶须-纳米氧化锆复相陶瓷膜的渗透通量为2000~3500l·m-2·h-1，分离精度为20~80nm。

19、本发明的有益效果在于：

20、（1）晶须支撑体层的孔径受晶须径向尺寸、孔隙分割机理和孔压缩机理三种调节机制的影响，本发明通过限定支撑体中氢氧化铝、二氧化硅、烧结助剂和结合剂用量，实现孔径可调，优化孔结构，从而提高了支撑体的孔隙率和渗透率；由纳米氧化锆作为分离层提高了陶瓷膜的分离精度；

21、（2）本发明通过调控支撑体和膜层原料组成实现陶瓷膜的一步共烧，降低了陶瓷膜的成本；

22、（3）本发明制备的莫来石晶须/氧化锆复相膜具有较强的界面结合强度，兼具高通量和高精度的特点，在油水分离、新能源、生物医药等行业具有广泛的应用价值和前景。

技术特征：

1.一种一次共烧复相陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结助剂为氟化铝。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，结合剂为羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠的分子量为10000~16000，纯度大于98%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分散剂为聚丙烯酸或六偏磷酸钠。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）具体为：将分散剂搅拌分散于水中，然后依次加入氧化锆颗粒和结合剂，采用湿法球磨混合均匀。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）处理后的莫来石晶须支撑体素在20~25℃下干燥24~48h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，烧结温度为1200~1600℃，烧结时间为2~4h，升温速率为2~5℃/min。

8.一种采用如权利要求1~7任一所述的制备方法制得的一次共烧复相陶瓷膜，其特征在于，包括莫来石晶须支撑体和设置在莫来石晶须支撑体上的氧化锆纳米分离层。

9.如权利要求8所述的一次共烧复相陶瓷膜，其特征在于，莫来石晶须支撑体的孔隙率在50%~70%，平均孔径为1.0~3.5μm，抗压强度为100~150mpa，抗弯强度为15~30mpa。

10.如权利要求8所述的一次共烧复相陶瓷膜，其特征在于，莫来石晶须-纳米氧化锆复相陶瓷膜的渗透通量为2000~3500l·m-2·h-1，分离精度为20-80nm。

技术总结本发明涉及陶瓷膜制备技术领域，具体涉及一种一次共烧复相陶瓷膜及其制备方法。制备方法步骤如下：（1）将氢氧化铝、二氧化硅、烧结助剂和结合剂混合均匀，得到支撑体浆料；（2）支撑体浆料过筛、干燥后干压成型，得到莫来石晶须支撑体素坯；（3）将氧化锆、分散剂和结合剂混合均匀，将得到的氧化锆浆料喷涂到莫来石晶须支撑体素坯上；（4）将莫来石晶须支撑体素坯在干燥后烧结即得。本发明通过原位合成莫来石晶须构筑高渗透率、高孔隙率莫来石晶须支撑体，并在支撑体上制备高精度氧化锆纳米分离层，通过调节层间烧结收缩参数，提高界面结合强度，从而实现陶瓷膜一步共烧，满足提高渗透率、提高分离精度、降低制备成本的目的。技术研发人员：李树敬,孙伟亮,梁龙,周悦龙,李双受保护的技术使用者：中铁十四局集团第四工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29