CN103623711A - 一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备中空平板结构过滤陶瓷膜元件的方法，所述方法包括(1)挤出成型法制备中空结构陶瓷膜支撑体：以600℃下煅烧所得氢氧化铝为主要原料烧结制得陶瓷膜支撑体；(2)等离子喷涂法制备陶瓷过滤膜。本发明在制备陶瓷膜支撑体时，所选用的原料为煅烧氢氧化铝，可以大大降低陶瓷膜支撑体烧结温度，并能够保证支撑体足够的强度；在制备陶瓷过滤膜层时，采用等离子喷涂工艺可以很好的控制过滤膜的厚度，减小过滤阻力；并且膜层孔径分布均匀，分离精度高；膜层与支撑体之间结合紧密。等离子喷涂制备陶瓷过滤膜不需要再次烧结，工艺简单，可以有效降低陶瓷过滤膜生产成本、提高生产效率，可广泛用于污水处理过滤、固-液化工分离等领域。

Description

一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法
技术领域
本发明涉及一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件的制备方法，属于污水处理过滤、固-液化工分离领域。本发明还涉及上述方法的得到的过滤陶瓷膜元件。 
背景技术
在污水处理、固-液化工膜分离装置中，起主要作用的是分离膜元件，它是膜分离技术的核心。多孔无机陶瓷膜元件具有聚合物有机分离膜所无法比拟的一些优点，如耐高温；化学稳定性好，耐酸碱和生物腐蚀；机械强度高、耐压耐磨；孔径分布窄，分离精度高；可反复清洗再生，使用寿命长，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、治金工业等领域有着广泛的应用。 
无机陶瓷过滤膜元件主要是依据“筛分”效应进行分离。利用压力差为推动力，在一定的孔径范围内，物质的颗粒(分子)直径不同，则透过率不同，从而小颗粒可以通过，大颗粒物质被截留，实现了它们之间的分离。多孔陶瓷膜元件由多孔陶瓷膜支撑体、陶瓷过滤膜层(包括过渡层和分离层)三部分组成，其中支撑体为膜层提供足够的机械强度，同时也具有较高的渗透率；陶瓷过滤膜层中过渡层是为了提高过滤精度和分离膜的附着力；分离层是实现物质分离的功能层。 
目前国内膜过滤分离仍然是以有机膜为主。现有的无机陶瓷膜与有机膜相比，在使用中存在分离精度低、处理通量小、过滤阻力大、能耗高等问题。这主要是由于陶瓷支撑体、陶瓷过滤膜制备工艺的限制造成的。 
目前对于无机陶瓷过滤膜元件仅停留在管状膜的应用，但从过滤分离实用技术与陶瓷膜的阻塞、再生等方面考虑，管状膜也有很大的局限性；而平板陶瓷过滤膜具有过滤阻力小、再生容易、不易阻塞的特点，日益受到重视， 国内也开展了无多孔陶瓷平板膜的相关应用研究： 
中国专利CN102688700A公开了平板结构陶瓷膜支撑体的制备方法，该专利选用Al2O3为陶瓷骨料，PMMA微球为造孔剂，采用挤出成型法，在烧结温度为1550℃保温时间4h条件下，制备出了平均孔径为15μm，孔隙率50％的平板结构陶瓷膜支撑体；Sandeep Sarkar等(New clay-alumina porous capillary supports for filtration application[J].Journal of Membrane Science，2012.)以粘土和氧化铝为主要原料，采用挤出成型法，在1450℃下烧结，制备出了平均孔径1.3μm，孔隙率44％的陶瓷膜支撑体；朱庆鹏等(“多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备及其性能表征”[D].西安：西安工程大学，2011.)以α-Al2O3为骨料，CMC为造孔剂，在1300℃下制得孔隙率为36.97％，平均孔径为1.86μm的陶瓷膜支撑体。 
杨柯等人(喷涂法制备陶瓷微滤膜的研究[J].中国陶瓷，2012.)以粒径1微米的氧化铝为主要原料，加入聚丙烯酸溶液和水制成浆料，采用喷涂法，将上述浆料喷涂到支撑体上，再于1350℃下煅烧2h制得平板陶瓷微滤膜；中国专利CN101092307A公开的纳米平板陶瓷过滤膜的制备方法，是将异丙醇铝水解后HNO3进行胶溶，回流老化形成铝溶胶，在铝溶胶中加入纳米氧化铝粉进行混合、分散，形成均匀一致的纳米膜凝胶，再采用浸渍提拉法将纳米膜凝胶均匀涂覆与基板表面，经干燥、烧成制得；美国专利US005208190公开的氧化铝陶瓷膜是通过溶胶凝胶法制备而成，将铝醇盐溶于乙醇中，并加入一定量的水，然后在低于80℃的温度下，通过加酸使之胶溶，以便形成小颗粒状的氧化铝，直到形成稳定的溶胶后，取出缓慢干燥，去除其中的溶剂形成干溶胶，最后在500℃下煅烧制得了孔径分布均匀的多孔陶瓷膜。 
在这些专利文献中，平板式陶瓷膜支撑体的制备过程中直接选用氧化铝粉体或粘土类为原料，烧结温度1300-1550℃，烧结温度相对较高；另外，专利文献中所述平板式陶瓷过滤膜层均采用陶瓷浆料喷涂、溶胶浸渍、提拉等方法制备，这样制得的过滤阻力大、处理通量小，孔径尺寸和分布很难控制，造成平板无机陶瓷膜材料在分离、过滤、净化领域难以广泛应用。 
发明内容
本发明目的在于针对现有陶瓷制膜技术的不足，提供一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件的制备方法，通过选取高活性的氢氧化铝作为原料来降低制备陶瓷支撑体的烧结温度；采用等离子喷涂技术在陶瓷多孔支撑体上精确地制备出满足孔径分布均匀、高通量、低过滤阻力的无机陶瓷过滤膜层，并且制得的过滤膜层不需要再次烧结，有效地降低了制备成本。 
本发明采用以下的技术方案： 
一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于所述过滤陶瓷膜元件制备方法包括以下步骤： 
陶瓷膜支撑体制备 
(1)原材料：所述陶瓷膜支撑体的陶瓷原料采用的是经600℃下煅烧后的氢氧化铝，煅烧后其平均粒径在3～5μm之间； 
造孔剂选自淀粉、石墨粉或活性炭粉，平均粒径在0.5～2μm之间； 
坯体粘结剂选自阿拉伯树胶、海藻酸钠或黄糊精； 
润滑剂选自甘油或聚乙二醇400； 
增塑剂采用聚丙烯酰胺，分子量为1200万； 
(2)制备工艺 
①陶瓷泥料的制备 
按比例将将煅烧氢氧化铝70～90wt％、造孔剂5～15wt％、坯体粘结剂1～6wt％、增塑剂1～6wt％、润滑剂1～5wt％、水2～20wt％，将原料混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，最后放入密闭容器中陈腐20h～40h； 
②坯体的制备 
将陈腐好的泥料采用挤出成型，挤出温度10～30℃，挤出压力6～12MPa； 
③坯体的干燥 
将坯体放入40～50℃的烘箱中干燥2～12h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间60～300s； 
④坯体的烧结 
将干燥好的坯体于1100～1300℃，保温2～4h的烧成制度下进行烧 结，制得中空结构过滤陶瓷膜支撑体。 
表面过滤膜制备： 
(1)喷涂原料：氧化铝、氧化锆、氧化钛、莫来石、堇青石中的一种，每种原料均包含平均粒径D50为1μm和0.2μm的两种粒度； 
(2)制备工艺： 
①粉末的干燥 
分别将平均粒径D50为1μm和D50为0.2μm的喷涂原料粉于120℃的烘箱中烘烤2h以去除水分，增加粉末流动性； 
②陶瓷膜支撑体预热 
采用等离子喷枪对上述制得的陶瓷膜支撑体进行预热，去除支撑体表面及内部的水分和湿气； 
③喷涂 
将经过预处理的陶瓷膜支撑体固定在工作台上，调整喷距为100mm，把烘干后的原料粉装入送粉器中，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂。喷涂时，分别以D50为1μm和D50为0.2μm的原料粉制得厚度为80～120μm的陶瓷过渡层和厚度为30～50μm的分离层。 
上述的中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于：所制得的中空结构过滤陶瓷膜支撑体的孔隙率为40～50％，孔径分布为0.5～2μm。 
上述的中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于：D50为1μm的原料粉制得的陶瓷过渡层厚度为80～120μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.2～0.5μm；D50为0.2μm的原料粉制得的分离层厚度为30～50μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.05～0.1μm。 
上述的过滤膜层制备方法，其特征在于：喷涂过程中控制喷枪移动速度为15～20cm／s，选用氩气为主气，氢气为辅气，氮气为送粉气，主气流量40～50L／min，辅气流量4～5L／min，送粉速率30～60g／min，喷涂电压40～80V，喷涂电流400～600A，火焰温度为1800～3000℃。 
本发明还提供上述任一方法制备的中空平板结构过滤陶瓷膜元件，其特征在于所述过滤陶瓷膜元件为中空薄板结构，具有方形的贯通孔道，膜元件 厚度为7.5毫米，孔道壁厚为1.5毫米，方形孔尺寸为3.5×3.5毫米。 
本发明采用煅烧的氢氧化铝为陶瓷支撑体的原料，由于通过煅烧改变其晶形，使其化学性能更加稳定，提高了其比表面积。在制备过程中，可在保证支撑体强度的前提下，大大降低烧结温度；同时所得支撑体采用煅烧氢氧化铝，具有良好的化学稳定性，满足陶瓷支撑体的要求。 
本发明所提供的等离子喷涂制备多孔陶瓷过滤膜层根据等离子喷涂的特点，该工艺可用来直接制备性能优良的氧化物涂层。在喷涂过程中，高速粒子对获得致密的涂层起主要作用，但前提是粒子达到熔融状态。为此，须确保粒子在火焰中停留时间足够长，以使粒子达到熔融。在本发明中通过控制火焰中心温度与气流速度，降低氧化铝粒子在焰流中的流速与停留时间，使氧化铝陶瓷粒子到达氧化铝支撑体基材前呈半熔融态。因此，氧化铝粒子在陶瓷支撑体基材表面凝固收缩时，没有多余的液相来补充缩孔，从而在氧化铝陶瓷支撑体表面可形成具有连续孔洞的氧化铝喷涂涂层。在这样的氧化铝涂层中，其孔隙是通过粒子的不完全重叠造成的，所形成的空隙孔径大小分布均匀，可以满足精密过滤的需要。 
另外，由于等离子涂膜时喷涂氧化铝粒子处于半熔化状态，具有很大的热能与动能，半熔融颗粒与基材之间以及被喷涂颗粒与已喷涂涂层颗粒之间，在接触表面发生局部熔化而形成固溶体，产生粘结，导致膜层与基体之间结合非常紧密。因此，致使这种多孔的氧化铝喷涂涂层与氧化铝陶瓷支撑体基材间结合强度高，不易剥落。 
本发明制得的中空结构过滤陶瓷膜支撑体，孔隙率可达40～50％，孔径分布为0.5～2μm；所制备的陶瓷膜过渡层厚度80～120μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.2～0.5μm；分离层厚度30～70μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.05～0.1μm。 
本发明工艺简单，通过选用煅烧后的氢氧化铝作为陶瓷骨料，可以降低陶瓷膜支撑体烧结温度，并能提高支撑体强度；采用等离子喷涂技术在陶瓷膜支撑体上可以精确地制备出满足孔径分布均匀、高通量、低过滤阻力的无机陶瓷过滤膜层，并且制得的过滤膜层不需要再次烧结，有效地降低了制备 成本；同时挤出成型制备支撑体的结构为薄壁的中空平板，板中有方形的贯通孔道，可以降低渗透出水的传输阻力，提高渗透通量。 
该过滤陶瓷适用于各种含溶剂，油和化学物质的工业废水处理，并适用于清除固体悬浮物，还可以简化膜过滤前的预处理；还可以根据平板膜的形状和独特的散气系统可减少膜清洗气体量，实现能源的节约。 
附图说明
图1为中空结构过滤陶瓷膜支撑体的平面图，样品长202.5mm，宽100mm。 
图2为中空结构过滤陶瓷膜支撑体的截面图，含有39个中空出水通道，通道尺寸为3.5mm×3.5mm，孔道壁厚1.5mm。 
图3为过滤陶瓷膜元件陶瓷膜支撑体电镜照片，从照片中可以看到支撑体由2-3微米的氧化铝陶瓷颗粒组成，颗粒间相互连接并形成空隙。 
图4为过滤陶瓷膜元件断面电镜照片，图中从左到右，依次为支撑体、过渡层、分离层。 
图5为过滤陶瓷膜元件表面分离膜层电镜照片，从照片中可看到，分离层由细小陶瓷颗粒重叠堆砌而成，颗粒间结合情况良好，并形成大小分布均匀的孔隙。 
具体实施方式：
实施例1： 
(1)陶瓷膜支撑体的制备： 
按比例将煅烧后的氢氧化铝(3μm)72wt％，淀粉(0.5μm)8wt％、阿拉伯树胶3wt％、聚丙烯酰胺(分子量1200万)3wt％、聚乙二醇(分子量400)3wt％、水11wt％，混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐20h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度10℃，挤出压力6MPa，成型后将坯体放入50℃的烘箱中干燥4h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间180s。将干燥好的坯体于1200℃，保温2h的烧成制度下进行烧结，制得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体。 
(2)陶瓷膜的制备： 
分别将平均粒径(D50)1μm和0.2μm的氧化铝粉于120℃的烘箱中烘烤2h后取出，采用等离子喷枪对制得的陶瓷膜支撑体进行预热，把烘干后的氧化铝粉装入送粉器中，调整喷距为100mm，设置喷涂电压40V，喷涂电流400A，氩气流量40L／min，氢气流量4L／min，送粉速率60g／min，喷涂温度为2000℃，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂，分别以D50=1μm和0.2μm氧化铝粉为原料制得陶瓷过渡层和分离层。 
制得的陶瓷膜支撑体为厚度7.5毫米的中空薄板结构，气孔率为50％，平均孔径1.5μm；制得的陶瓷膜过渡层厚度100μm，涂层孔隙率44％，平均孔径0.45μm；过滤层厚度50μm，涂层孔隙率42％，平均孔径0.08μm，纯水通量为1.2×10-4L／(m2·h·Pa)。 
实例1所制得的陶瓷膜元件支撑体、断面及过滤膜表面的扫描电镜照片分别见图3、4、5。 
实施例2： 
(1)陶瓷膜支撑体的制备： 
按比例将煅烧后的氢氧化铝(3μm)74wt％，淀粉(0.5μm)6wt％、阿拉伯树胶3wt％、聚丙烯酰胺(分子量1200万)3wt％、聚乙二醇(分子量400)3wt％、水11wt％原料混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐20h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度20℃，挤出压力8MPa，成型后将坯体放入50℃的烘箱中干燥6h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间120s。将干燥好的坯体于1250℃，保温3h的烧成制度下进行烧结，制得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体。 
(2)陶瓷膜的制备： 
分别将平均粒径(D50)1μm和0.2μm的氧化锆粉于120℃的烘箱中烘烤2h后取出，采用等离子喷枪对制得的陶瓷膜支撑体进行预热，把烘干后的氧化锆粉装入送粉器中，调整喷距为100mm，设置喷涂电压40V，喷涂电流450A，氩气流量40L／min，氢气流量4L／min，送粉速率55g／min，喷涂温度为2800℃，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关 进行喷涂，分别以D50=1μm和0.2μm氧化锆粉为原料制得陶瓷过渡层和分离层。 
制得的陶瓷膜支撑体为厚度7.5毫米的中空薄板结构，气孔率为47％，平均孔径1.3μm；制得的陶瓷膜过渡层厚度95μm，涂层孔隙率42％，平均孔径0.42μm；过滤层厚度45μm，涂层孔隙率40％，平均孔径0.07μm，纯水通量为1.1×10-4L／(m2·h·Pa)。 
实施例3： 
(1)陶瓷膜支撑体的制备： 
按比例将煅烧后的氢氧化铝(3μm)74wt％、石墨粉(2μm)6wt％、海藻酸钠3wt％、聚丙烯酰胺(分子量1200万)2wt％、甘油2wt％、水13wt％原料混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐20h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度20℃，挤出压力10MPa，成型后将坯体放入50℃的烘箱中干燥10h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间120s。将干燥好的坯体于1280℃，保温4h的烧成制度下进行烧结，制得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体。 
(2)陶瓷膜的制备： 
分别将平均粒径(D50)1μm和0.2μm的氧化钛粉于120℃的烘箱中烘烤2h后取出，采用等离子喷枪对制得的陶瓷膜支撑体进行预热，把烘干后的氧化钛粉装入送粉器中，调整喷距为100mm，设置喷涂电压45V，喷涂电流450A，氩气流量45L／min，氢气流量4.5L／min，送粉速率50g／min，喷涂温度为2300℃，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂，分别以D50=1μm和0.2μm氧化钛粉为原料制得陶瓷过渡层和分离层。 
制得的陶瓷膜支撑体为厚度7.5毫米的中空薄板结构，气孔率为45％，平均孔径1.8μm；制得的陶瓷膜过渡层厚度90μm，涂层孔隙率40％，平均孔径0.41μm；过滤层厚度40μm，涂层孔隙率39％，平均孔径0.06μm，纯水通量为1.1×10-4L／(m2·h·Pa)。 
实施例4： 
(1)陶瓷膜支撑体的制备： 
按比例将煅烧后的氢氧化铝(3μm，76wt％)，活性炭粉(2μm，4wt％)、海藻酸钠(3wt％)、聚丙烯酰胺(分子量1200万，2wt％)、甘油(2wt％)、水(13wt％)混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐24h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度20℃，挤出压力10MPa，成型后将坯体放入50℃的烘箱中干燥10h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间120s。将干燥好的坯体于1280℃，保温4h的烧成制度下进行烧结，制得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体。 
(2)陶瓷膜的制备： 
分别将平均粒径(D50)1μm和0.2μm的莫来石粉于120℃的烘箱中烘烤2h后取出，采用等离子喷枪对制得的陶瓷膜支撑体进行预热，把烘干后的莫来石粉装入送粉器中，调整喷距为100mm，设置喷涂电压50V，喷涂电流450A，氩气流量45L／min，氢气流量4.5L／min，送粉速率45g／min，喷涂温度为1900℃，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂，分别以D50=1μm和0.2μm莫来石粉为原料制得陶瓷过渡层和分离层。 
制得的陶瓷膜支撑体为厚度7.5毫米的中空薄板结构，气孔率为43％，平均孔径1.7μm；制得的陶瓷膜过渡层厚度85μm，涂层孔隙率38％，平均孔径0.39μm；过滤层厚度35μm，涂层孔隙率37％，平均孔径0.06μm，纯水通量为1.0×10-4L／(m2·h·Pa)。 
实施例5： 
(1)陶瓷膜支撑体的制备： 
按比例将煅烧后的氢氧化铝(3μm)78wt％，淀粉(0.5μm)3wt％、黄糊精3wt％、聚丙烯酰胺(分子量1200万)2wt％、甘油2wt％、水12wt％原料混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐24h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度30℃，挤出压力12MPa，成型后将坯体放50℃的烘箱中干燥10h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间120s。将干燥好的坯体于1150℃，保温3h的烧成制度下进行烧结，制 得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体。 
(2)陶瓷膜的制备： 
分别将平均粒径(D50)1μm和0.2μm的堇青石粉于120℃的烘箱中烘烤2h后取出，采用等离子喷枪对制得的陶瓷膜支撑体进行预热，把烘干后的堇青石粉装入送粉器中，调整喷距为100mm，设置喷涂电压50V，喷涂电流500A，氩气流量50L／min，氢气流量5L／min，送粉速率40g／min，喷涂温度为1600℃，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂，分别以D50=1μm和0.2μm堇青石粉为原料制得陶瓷过渡层和分离层。 
制得的陶瓷膜支撑体为厚度7.5毫米的中空薄板结构，气孔率为43％，平均孔径1.6μm；制得的陶瓷膜过渡层厚度80μm，涂层孔隙率36％，平均孔径0.37μm；过滤层厚度30μm，涂层孔隙率34％，平均孔径0.06μm，纯水通量为0.9×10-4L／(m2·h·Pa)。 
对比例1 
选用平均粒径为3μm的氧化铝粉为陶瓷骨料，按比例称取氧化铝(3μm)72wt％，淀粉(0.5μm)8wt％、阿拉伯树胶3wt％、聚丙烯酰胺(分子量1200万)3wt％、聚乙二醇(分子量400)3wt％、水11wt％，混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，随后放入密闭容器中陈腐20h。陶瓷膜支撑体的成型工艺采用挤出成型，挤出温度10℃，挤出压力6MPa，成型后将坯体放入50℃的烘箱中干燥4h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间180s。将干燥好的坯体于1550℃，保温2h的烧成制度下进行烧结，制得中空平板结构过滤陶瓷膜支撑体，气孔率为49％，平均孔径1.4μm。 
对比例2 
按比例称取氧化铝粉(1μm)20wt％，阿拉伯树胶2wt％，分散剂2wt％，蒸馏水76wt％，球磨制成浆料；采用喷涂法，均匀地喷涂在制备好的陶瓷膜支撑体表面，放入70℃烘箱中烘干待用；再按比例称取氧化铝粉(0.2μm)10wt％，阿拉伯树胶2wt％，分散剂2wt％，蒸馏水86wt％，球磨制成浆料，并均匀喷涂于上述待用的陶瓷膜支撑体表面，干燥后分别在陶瓷膜支撑体表 面制得了陶瓷过度层和分离层；将上述带有膜的支撑体进行烧结，烧成制度为1350℃，保温1h，制得的陶瓷膜过渡层厚度88μm，涂层孔隙率46％，平均孔径0.61μm；过滤层厚度46μm，涂层孔隙率44％，平均孔径0.21μm，纯水通量为1.6×10-4L／(m2·h·Pa)。 
根据对比例1和实例1，在支撑体孔隙率、孔径、强度相差不大时，选用煅烧后的氢氧化铝为陶瓷骨料时的烧结温度(1200℃)明显低于直接选用氧化铝粉为陶瓷骨料的烧结温度(1550℃)，因此选用煅烧后的氢氧化铝为原料可以很好的降低陶瓷支撑体的制备成本。 
另外，根据对比例2，选用等离子喷涂法相比于陶瓷浆料直接喷涂法，省去了膜的干燥和烧结过程，简化了制膜工艺，大大降低了制膜能耗，并且等离子喷涂能更精确的控制膜的厚度以及膜孔隙的孔径大小。 
有益效果 
发明工艺简单，通过选用煅烧后的氢氧化铝作为陶瓷骨料，可以降低陶瓷膜支撑体烧结温度，并能提高支撑体强度；采用等离子喷涂技术在陶瓷膜支撑体上可以精确地制备出满足孔径分布均匀、高通量、低过滤阻力的无机陶瓷过滤膜层，并且制得的过滤膜层不需要再次烧结，有效地降低了制备成本；同时挤出成型制备支撑体的结构为薄壁的中空平板，板中有方形的贯通孔道，可以降低渗透出水的传输阻力，提高渗透通量。 
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于所述过滤陶瓷膜元件制备方法包括以下步骤：
陶瓷膜支撑体制备
(1)原材料：所述陶瓷膜支撑体的陶瓷原料采用的是经600℃下煅烧后的氢氧化铝，煅烧后其平均粒径在3～5μm之间；
造孔剂选自淀粉、石墨粉或活性炭粉，平均粒径在约0.5～2μm之间；
坯体粘结剂选自阿拉伯树胶、海藻酸钠或黄糊精；
润滑剂选自甘油或聚乙二醇400；
增塑剂采用聚丙烯酰胺，分子量为1200万；
(2)制备工艺
①陶瓷泥料的制备
按比例将将煅烧氢氧化铝70～90wt％、造孔剂5～15wt％、坯体粘结剂1～6wt％、增塑剂1～6wt％、润滑剂1～5wt％、水2～20wt％，将原料混合均匀，倒入练泥机中进行练泥，最后放入密闭容器中陈腐20h～40h；
②坯体的制备
将陈腐好的泥料采用挤出成型，挤出温度10～30℃，挤出压力6～12MPa；
③坯体的干燥
将坯体放入40～50℃的烘箱中干燥2～12h，然后通过微波进一步干燥，干燥时间60～300s；
④坯体的烧结
将干燥好的坯体于1100～1300℃，保温约2～4h的烧成制度下进行烧结，制得中空结构过滤陶瓷膜支撑体。
表面过滤膜制备：
(1)喷涂原料：氧化铝、氧化锆、氧化钛、莫来石、堇青石中的一种，每种原料均包含平均粒径D50为1μm和0.2μm的两种粒度；
(2)制备工艺：
①粉末的干燥
分别将平均粒径D50为1μm和D50为0.2μm的喷涂原料粉于120℃的烘箱中烘烤2h以去除水分，增加粉末流动性；
②陶瓷膜支撑体预热
采用等离子喷枪对上述制得的陶瓷膜支撑体进行预热，去除支撑体表面及内部的水分和湿气；
③喷涂
将经过预处理的陶瓷膜支撑体固定在工作台上，调整喷距为100mm，把烘干后的原料粉装入送粉器中，依次打开主电源、直流电源、水冷器、氩气及氢气等开关进行喷涂，喷涂时，分别以D50为1μm和D50为0.2μm的原料粉制得厚度为80～120μm的陶瓷过渡层和厚度为30～50μm的分离层。
2.根据权利要求1所述的中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于：所制得的中空结构过滤陶瓷膜支撑体的孔隙率为40～50％，孔径分布为0.5～2μm。
3.根据权利要求1所述的中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法，其特征在于：D50为1μm的原料粉制得的陶瓷过渡层厚度为80～120μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.2～0.5μm；D50为0.2μm的原料粉制得的分离层厚度为30～50μm，涂层孔隙率30～50％，孔径分布为0.05～0.1μm。
4.根据权利要求1所述的过滤膜层制备方法，其特征在于：喷涂过程中控制喷枪移动速度为15～20cm／s，选用氩气为主气，氢气为辅气，氮气为送粉气，主气流量40～50L／min，辅气流量4～5L／min，送粉速率30～60g／min，喷涂电压40～80V，喷涂电流400～600A，火焰温度为1800～3000℃。
5.根据权利要求1-4任一方法制备得到的过滤陶瓷膜元件，其特征在于所述过滤陶瓷膜元件为中空薄板结构，具有方形的贯通孔道，膜元件厚度为7.5毫米，孔道壁厚为1.5毫米，方形孔尺寸为3.5×3.5毫米。
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