CN100478057C - 一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法，其技术方案是分别制备TiO2溶胶、SiO2溶胶、Al2O3溶胶和ZrO2溶胶→制备Al2O3底膜→在底膜上分别制备SiO2复合陶瓷膜、ZrO2复合陶瓷膜和TiO2复合陶瓷膜。依照上述技术方案可以在孔径1μm的多孔不锈钢基体上制备三种类型的复合陶瓷超滤膜，其孔径分布范围为0.08～0.3μm，该复合陶瓷膜可以进而制成超滤膜组件，代替目前使用的有机或陶瓷超滤膜，能广泛应用于电子、食品、环保、化工、冶金、医药、生物、能源、石油、仿生等领域，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜分离技术，具体是一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法，属于冶金化学领域。
背景技术
膜分离技术是20世纪开发成功的新型、高效、精密的分离技术，广泛应用于电子、食品、环保等领域，目前工业生产中使用的膜就其材料来说包括有机膜、陶瓷膜和金属膜。有机膜是以有机高分子材料为基体、有机高分子材料为膜层材料制备而成的一种不对称膜，高分子材料的缺点是热稳定性及抗腐蚀性差，不易清洗、强度低、寿命短；陶瓷膜是以陶瓷为基体、同种或不同种陶瓷为膜层材料制备而成的一种不对称膜，尽管其热稳定性和抗腐蚀性比有机膜好，但是陶瓷膜的脆性太大，使用过程中容易发生突然损坏导致分离功能丧失。膜分离设备中所使用的膜材料均存在性能上的缺陷和不足，所以利用在多孔金属基体上制备具有分离功能的陶瓷超滤膜对膜分离技术的发展具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的是公开一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法，为膜分离技术提供一种强度高于陶瓷膜的新型膜材料。
本发明采取如下技术方案：
分别制备TiO2溶胶、SiO2溶胶、Al2O3溶胶和ZrO2溶胶→制备Al2O3底膜→在底膜上分别制备SiO2复合陶瓷膜、ZrO2复合陶瓷膜和TiO2复合陶瓷膜→多孔不锈钢基复合陶瓷超滤膜。
依照上述技术方案可以在孔径1μm的多孔不锈钢基体上制备三种类型的复合陶瓷超滤膜，其孔径分布范围为0.08～0.3μm。该复合陶瓷膜可以进而制成超滤膜组件，代替目前使用的有机或陶瓷超滤膜，能广泛应用于电子、食品、环保、化工、冶金、医药、生物、能源、石油、仿生等领域，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
本发明具体可按以下技术方案进行：
a.制备TiO2溶胶
a.1摩尔比：钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)∶H2O∶硝酸(HNO3)∶乙醇(C2H5OH)＝1∶300∶1.2∶2
a.2取去离子水置于烧瓶中
a.3取钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)于烧杯中
a.4移取乙醇(C2H5OH)加入盛有钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)的烧杯中，搅拌
a.5剧烈搅拌下将钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)的乙醇(C2H5OH)溶液逐滴滴加到烧瓶中
a.6向烧瓶中滴加HNO3溶液
a.760℃～65℃回流至透明
a.8制得TiO2溶胶；
b.制备SiO2溶胶
b.1摩尔比：正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)∶H2O∶乙醇(C2H5OH)∶NH4OH＝1∶52.6∶38.2∶2.1
b.2移取无水乙醇(C2H5OH)置于烧瓶中
b.3再加入正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)成混合液
b.4在烧瓶上组装回流装置，将混合液加热至50℃
b.5移取去离子水及氨水于烧杯中，搅拌混合
b.6待正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)的乙醇溶液温度达到50℃时开始逐滴滴加氨水溶液
b.7滴加完后于50℃～60℃下胶溶12～14h
b.8制得SiO2溶胶；
c.制备Al2O3溶胶
c.1摩尔比：异丙醇铝(Al(C3H7O)3)∶H2O∶硝酸(HNO3)＝1∶300∶0.22
c.2取去离子水置于烧瓶中，组装回流装置
c.3在烧瓶上组装回流装置，加热去离子水至85℃
c.4秤取异丙醇铝(Al(C3H7O)3)，研细后加入烧瓶
c.5滴加65～68％的分析硝酸(HNO3)
c.685℃～90℃下胶溶12～14h
c.7制得Al2O3溶胶；
d.制备ZrO2溶胶
d.1体积比：0.5mol/L的ZrOCl2·8H2O∶0.25mol/L的草酸＝1∶0.5
d.2移取ZrOCl2·8H2O溶液加入锥形瓶
d.3加热溶液至85℃，搅拌
d.4移取草酸溶液，逐滴滴加
d.5继续搅拌30～35分钟
d.6制得ZrO2溶胶；
e.制备Al2O3底膜
e.1将Al2O3溶胶用去离子水稀释至0.032mol/L
e.2添加1％质量比的聚乙烯醇(PVA)
e.315℃～20℃下陈化12～14h
e.4用浸涂法涂膜
e.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
e.6将干凝胶膜热处理
e.6.1温度1200℃～1300℃
e.6.2时间3～4h
e.7制得Al2O3底膜；
f.在底膜上制备SiO2型陶瓷膜
f.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.047mol/L
f.2添加1％质量比的聚乙烯醇(PYA)
f.315℃～20℃下陈化12～14h
f.4用浸涂法涂膜
f.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
f.6热处理
f.6.1温度800℃～900℃
f.6.2时间3～4h
f.7得到SiO2型复合陶瓷超滤膜；
g.在底膜上制备ZrO2型陶瓷膜
g.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.47mol/L
g.2添加1％质量比的聚乙烯醇(PVA)
g.315℃～20℃下陈化12～14h
g.4用浸涂法涂膜
g.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
g.6热处理
g.6.1温度800℃～900℃
g.6.2时间3～4h；
g.7得到ZrO2型复合陶瓷超滤膜；
h.在底膜上制备TiO2型陶瓷膜
h.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.0036mol/L
h.2添加1％质量比的聚乙烯醇(PVA)
h.315℃～20℃下陈化12～14h
h.4用浸涂法涂膜
h.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
h.6热处理
h.6.1温度800℃～900℃
h.6.2时间3～4h
h.7得到TiO2型复合陶瓷超滤膜。
制得三种类型的多孔不锈钢基复合陶瓷超滤膜，从Al2O3底膜到顶膜其孔径依次呈梯度分布，最外层膜的孔径最小，其孔径分布范围为0.08～0.3μm。
实施例：
1.首先稀释Al2O3溶胶至浓度为0.032mol/L，添加1％的PVA黏合剂，搅拌均匀，15℃～20℃下放置陈化12～14h；
2.搅拌制膜液，将不锈钢基体浸入制膜液中充分吸附制膜液，之后提拉出不锈钢基体，并甩掉表面过多的制膜液，在不锈钢基体上形成一层湿溶胶膜；
3.将湿膜放置在空气中干燥，即成为干凝胶膜；
4.将干凝胶膜于1200℃～1300℃下进行热处理，时间3～4小时，则可以在多孔不锈钢基体上形成一层Al2O3陶瓷底膜；
5.分别稀释TiO2、SiO2、ZrO2三种溶胶到0.036mol/L、0.047mol/L和0.47mol/L；
6.分别向上述三种溶胶中添加1％的PVA制备制膜液；
7.用浸涂法进行第二次涂膜，得到SiO2、ZrO2、TiO2三种类型的湿膜；
8.三种类型的湿膜均于15℃～20℃的空气中干燥，即成为干凝胶膜；
9.将干凝胶膜于800℃～900℃下热处理3～4h，即可在孔径1μm的多孔不锈钢表面得到三种类型的多层陶瓷复合超滤膜，其膜层的孔径分布范围为0.08～0.3μm。
Claims (2)
1.一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法，其特征是采取以下技术方案：
1.a制备TiO2溶胶
1.a.1摩尔比：钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)∶H2O∶硝酸(HNO3)∶乙醇(C2H5OH)＝1∶300∶1.2∶2
1.a.2取去离子水置于烧瓶中
1.a.3取钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)于烧杯中
1.a.4移取乙醇(C2H5OH)加入盛有钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)的烧杯中，搅拌
1.a.5剧烈搅拌下将钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)的乙醇(C2H5OH)溶液逐滴滴加到烧瓶中
1.a.6向烧瓶中滴加HNO3溶液
1.a.760℃～65℃回流至透明
1.a.8制得TiO2溶胶；
1.b制备SiO2溶胶
1.b.1摩尔比：正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)∶H2O∶乙醇(C2H5OH)∶NH4OH＝1∶52.6∶38.2∶2.1
1.b.2移取无水乙醇(C2H5OH)置于烧瓶中
1.b.3再加入正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)成混合液
1.b.4在烧瓶上组装回流装置，将混合液加热至50℃
1.b.5移取去离子水及氨水于烧杯中，搅拌混合
1.b.6待正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)的乙醇溶液温度达到50℃时开始逐滴滴加氨水溶液
1.b.7滴加完后于50℃～60℃下胶溶12～14h
1.b.8制得SiO2溶胶；
1.c制备Al2O3溶胶
1.c.1摩尔比：异丙醇铝(Al(C3H7O)3)∶H2O∶硝酸(HNO3)＝1∶300∶0.22
1.c.2取去离子水置于烧瓶中，组装回流装置
1.c.3在烧瓶上组装回流装置，加热去离子水至85℃
1.c.4秤取异丙醇铝(Al(C3H7O)3)，研细后加入烧瓶
1.c.5滴加65～68％的分析硝酸(HNO3)
1.c.685℃～90℃下胶溶12～14h
1.c.7制得Al2O3溶胶；
1.d制备ZrO2溶胶
1.d.1体积比：0.5mol/L的ZrOCl2·8H2O∶0.25mol/L的草酸＝1∶0.5
1.d.2移取ZrOCl2·8H2O溶液加入锥形瓶
1.d.3加热溶液至85℃，搅拌
1.d.4移取草酸溶液，逐滴滴加
1.d.5继续搅拌30～35分钟
1.d.6制得ZrO2溶胶；
1.e制备Al2O3底膜
1.e.1将Al2O3溶胶用去离子水稀释至0.032mol/L
1.e.2添加1％的聚乙烯醇(PVA)
1.e.315℃～20℃下陈化12～14h
1.e.4用浸涂法涂膜
1.e.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
1.e.6将干凝胶膜热处理
1.e.6.1温度1200℃～1300℃
1.e.6.2时间3～4h
1.e.7制得Al2O3底膜；
1.f在底膜上制备SiO2型陶瓷膜
1.f.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.047mol/L
1.f.2添加1％的聚乙烯醇(PVA)
1.f.315℃～20℃下陈化12～14h
1.f.4用浸涂法涂膜
1.f.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
1.f.6热处理
1.f.6.1温度800℃～900℃
1.f.6.2时间3～4h
1.f.7得到SiO2型复合陶瓷超滤膜；
1.g在底膜上制备ZrO2型陶瓷膜
1.g.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.47mol/L
1.g.2添加1％的聚乙烯醇(PVA)
1.g.315℃～20℃下陈化12～14h
1.g.4用浸涂法涂膜
1.g.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
1.g.6热处理
1.g.6.1温度800℃～900℃
1.g.6.2时间3～4h；
1.g.7得到ZrO2型复合陶瓷超滤膜；
1.h在底膜上制备TiO2型陶瓷膜
1.h.1用去离子水稀释溶胶浓度为0.0036mol/L
1.h.2添加1％的聚乙烯醇(PVA)
1.h.315℃～20℃下陈化12～14h
1.h.4用浸涂法涂膜
1.h.5湿膜于15℃～20℃的空气中干燥，得到干凝胶膜
1.h.6热处理
1.h.6.1温度800℃～900℃
1.h.6.2时间3～4h
1.h.7得到TiO2型复合陶瓷超滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种在多孔不锈钢基体上制备复合陶瓷超滤膜的方法，其特征是制得三种类型的多孔不锈钢基复合陶瓷超滤膜，从Al2O3底膜到顶膜其孔径依次呈梯度分布，最外层膜的孔径最小，其孔径分布范围为0.08～0.3μm。
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