CN104209013B - 一种非对称内壁分离膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非对称内壁分离膜的制备方法，在较大孔径多孔金属基体管内壁喷涂一层细孔精度控制层，并控制所喷涂的膜层厚度小于500um、孔径小于10um。制备时，首先将超细粉末和具有一定粘度的分散剂按一定比例混合配成所需浆料，根据膜管的直径尺寸调整喷涂设备的工作参数，然后启动自动喷涂设备，喷涂完毕后放置于烘箱中烘干，最后放到烧结炉中烧结成型。本发明所涉及的制备方法可用于制备阶梯或连续梯度非对称内壁分离膜管，该类膜管具有过滤精度高、透气大以及反冲效果好等优点，适合工业化批量生产，解决了内壁膜管膜层均匀性差及膜层与基体管结合强度弱等诸多实际问题。

Description

一种非对称内壁分离膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属过滤膜管及其制备方法，具体涉及一种非对称内壁分离膜的制备方法。

背景技术

金属多孔材料作为多孔材料家族中的重要一员，以其独特的性能已被广泛应用在石油化工、能源、环保、食品、制药等领域的过滤、分离、流体分布等功能领域，并且是上述工业实现技术突破不可缺少的关键材料。随着现代工业的快速发展，对过滤材料性能的要求越来越高，均匀多孔材料作为过滤膜层的基体，已经不能满足某些部门大透气、高精度的性能要求。目前备受人们关注的非对称孔结构多孔材料可以有效解决这一问题。

通常，对于非对称多孔过滤膜管，在保证透过性能的前提下人们通常利用在多孔膜管基体的表面喷涂或刷涂一层陶瓷或金属多孔膜来实现对过滤精度的控制，或直接通过离心沉积方法制备连续梯度金属过滤膜管，但这些方法都存在一定缺点，例如，内壁分离膜管具有外壁分离膜管所不具备的一些特殊性能及优点，如膜不易受污染、反吹效果好，寿命长等，而现有喷涂方法只能制备外壁膜管，不能满足某些特殊过程工业对内壁分离膜管的工况需求；另外，虽然离心沉积法制备金属过滤膜管的方法早已被提出，但是，该方法所涉及生产步骤较复杂，生产单件产品耗时长，还不适合规模化的工业生产。

专利CN 151791524 B公开了一种非对称结构陶瓷超滤膜及其制备方法，其具体步骤为：将一维纤维状材料分散于溶胶中，充分混合；通过加入去离子水，控制制膜溶液中的溶胶颗粒重量与纤维重量的比为0.01-0.4，调节溶液的PH为2.5-9.5，加入分散剂、增稠剂、消泡剂配制成制膜液，B、在多孔支撑体上涂膜，经烘干后形成过渡层；C、过渡层表面涂覆溶胶制模液，将湿膜晾干、烘干；D、逐渐升温至400-800℃,焙烧1-4小时，自然降温得到非对称结构陶瓷超滤膜。该技术制备外壁膜时比较适用，但不能对内壁分离膜管进行工业化制备。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明提供了一种非对称内壁分离膜管的制备方法，该方法能有效克服现有技术的无法工业化生产非对称多孔过滤膜管的内膜的问题。

2、本发明所采用的技术方案。

非对称内壁分离膜管制备方法，按照如下步骤进行：

（1）、称取金属或陶瓷粉末或两者结合的粉末，与分散剂混合均匀，所制备的粉末浆料固含量范围为10-50%；

（2）、向步骤（1）中的粉末浆料中加入消泡剂；

（3）将步骤（2）中配置好的浆料装入原料罐中，使浆料处于搅拌状态；工作时，混合均匀的浆料经高压气体作用直接供给到成型设备顶端的喷枪；

（4）根据所制备膜层的性能参数调整设备的工作参数：所制备内壁膜管的长度范围为100-1500mm，膜管的内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um；根据非对称内壁分离膜管基体的长度来调整工作台上金属感应器的位置，由驱动装置驱动非对称内壁分离膜管基体上下运动，由金属感应器金控制驱动装置上升或下降的距离，喷枪初始状态位于非对称内壁分离膜管上部中心轴线位置；

（5）喷枪探入非对称内壁分离膜管，由驱动装置驱动内壁分离膜管上下运动，喷枪均匀将浆料均匀喷涂在非对称内壁分离膜管内壁上，由金属感应器金控制驱动装置移动的距离直至非对称内壁分离膜管内壁喷涂结束；

（6）将涂膜后的非对称内壁分离膜管放到烘箱中烘干，烘干温度为45-80℃，烘干时间为10-60分钟；

（7）将步骤（6）中烘干后的非对称内壁分离膜管在真空炉中进行烧结，烧结温度为850-1300℃，保温0.5-4小时，冷却后完成制备。

更进一步的具体实施例中，所述的消泡剂包括乙醇、聚乙烯醇溶液。

更进一步的具体实施例中，所述的步骤（7）中在真空、氢气或惰性气体中烧结。

更进一步的具体实施例中，所述的步骤（4）中驱动装置驱动非对称内壁分离膜管基体由上至下运动；所述的步骤（5）中，喷枪探入非对称内壁分离膜管的底部，由驱动装置驱动内壁分离膜管由上至下运动，喷枪均匀将浆料均匀喷涂在非对称内壁分离膜管内壁上，由金属感应器金控制驱动装置向下移动的距离直至非对称内壁分离膜管内壁喷涂结束。

更进一步的具体实施例中，制备阶梯梯度结构膜层时，重复步骤（1）-步骤（7）进行制备；制备连续梯度结构膜层时，需要选择不同粒度的粉末多次重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）后，再经步骤（7）进行制备。

本发明的非对称内壁分离膜管，其基体内管壁均匀喷涂精度控制层，由金属或陶瓷粉末与分散剂混合后添加消泡剂的浆料喷涂而成，所制备的粉末浆料固含量范围为10-50%，非对称内壁分离膜管的长度范围为100-1500mm，内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um。

非对称内壁分离膜管，包括以超细金属粉末为原料喷涂成型的内壁金属膜管、以超细金属粉末和超细陶瓷粉末为原料喷涂成型的内壁金属-陶瓷复合膜管、以及以超细陶瓷粉末为原料喷涂成型的内壁陶瓷膜管。

3、本发明的有益效果。

（1）本发明所涉及的制备方法可以制备阶梯或连续梯度结构的非对称内壁膜管：制备阶梯梯度结构膜层时，只需进行单次喷涂操作即可；若制备连续梯度结构膜层时，需要选择不同粒度的粉末分别进行喷涂操作，然后经烧结即得到连续梯度结构内壁分离膜管。

（2）通过本发明的喷涂方式，能够均匀的喷涂非对称内壁膜管的内壁，并通过金属感应器进行精确控制，能够快速制备，适合批量工业化生产。

（3）本发明所制备的非对称内壁分离膜管长度范围为100-1500mm，膜管的内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um；所采用的多孔材料基体可以是金属多孔膜管，也可以是陶瓷多孔膜管，喷涂时用来制备内壁分离膜的粉末可以是金属粉末，也可以是陶瓷粉末，因此，本发明适用范围较广。

附图说明

图1：本发明使用的喷涂装置结构图

1—喷枪固定板 2—喷枪盖板 3—金属感应器 4—工作台

5—紧急停止按钮 6—箱体 7—踏板 8—托板

9—气缸 10—夹紧丝杆 11—钳口 12—夹钳

13—喷枪

图2：喷涂过程示意图

1—基体管 2—精度控制层 3—喷枪 4—喷涂时膜管移动方向

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1

本发明所选用的设备结构如下：

如图1所示，包括箱体（6）和工作台（4），工作台（4）位于箱体（6）上通过气缸（9）相连，工作台（4）在气缸（9）的驱动下做上下往复运动；侧板安装在工作台的（4）旁边与工作台平行，金属感应器（3）安装在侧板上，托板（8）安装在箱体的底座上；喷枪（13）安装在工作台支架上，垂直于工作台并与托板同轴；非对称内壁分离膜管底部安装在托板（8）上，夹紧组件位于工作台（4）上，通过夹紧组件对非对称内壁分离膜管固定，并随着工作台在气缸的作用下上下移动，上下移动的距离由金属感应器（3）控制。夹紧组件包括夹紧丝杆（10)、钳口(11)、夹钳(12)以及把手，把手位于夹紧丝杆（10）的末端，钳口(11)安装在夹钳(12)上，根据非对称内壁分离膜管的直径拧动夹紧丝杆（10）调节钳口（11）的距离夹紧烧结金属粉末多孔管。喷枪固定板（1）安装在喷枪盖板（1）上，所述的与托板同轴的喷枪（13）顶端由喷枪固定板（1）固定在喷枪盖板（2）上，喷枪盖板（2）安装在工作台支架上。

喷枪顶端通过软管与空气压缩机相连，通过气压将放置在地面上的熟料搅拌桶里的浆料输送至喷枪顶部。夹钳（12）及钳口（11）与压缩空气相连，通过气压实现钳口（11）对管件的自动夹取。踏板控制驱动空气的开关，通过踩踏所述的踏板（7）使压缩空气驱动钳口（11）将制备烧结金属粉末多孔管夹紧。在箱体（6）上设有紧急停止按钮（5），通过控制气缸来用于设备运行过程中出现问题时的紧急制动。

本发明的非对称内壁分离膜管按照如下步骤进行：

（1）称取一定质量的金属或陶瓷粉末，与分散剂（例如乙醇、聚乙烯醇溶液等）混合均匀，所制备的粉末浆料固含量根据制备的膜层厚度及性能的不同，其范围控制在10-50%内，以保证喷涂的有效性及膜层的均匀性；

（2）向步骤（1）中的粉末浆料中加入少量消泡剂，尽可能除去粉末浆料中的气体，有助于提高喷涂膜层的均匀性；

（3）将步骤（2）中配置好的浆料装入浆料罐（搅拌罐）中，使浆料处于搅拌状态，工作时，混合均匀的浆料经高压气体作用直接供给到成型设备的顶端——喷枪；

（4）根据所制备膜层的性能参数调整设备的工作参数：所制备内壁膜管的长度范围为100-1500mm，膜管的内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um；根据非对称内壁分离膜管基体的长度来调整工作台上金属感应器的位置，驱动装置驱动非对称内壁分离膜管基体由上至下运动，由金属感应器金控制驱动装置上升的距离，喷枪初始状态位于非对称内壁分离膜管上部中心轴线位置；

（5）如图2所示，喷枪探入非对称内壁分离膜管的底部，由驱动装置驱动内壁分离膜管由上至下运动，喷枪均匀将浆料均匀喷涂在非对称内壁分离膜管内壁上，由金属感应器金控制驱动装置向下移动的距离直至非对称内壁分离膜管内壁喷涂结束；

（6）将涂膜后的非对称内壁分离膜管放到烘箱中烘干，烘干温度为45-80℃，烘干时间为10-60分钟；

（7）将步骤（6）中烘干后的非对称内壁分离膜管在真空炉中进行烧结，烧结温度为850-1300℃，保温0.5-4小时，冷却后完成制备。

实施例2

1）称取一定质量的不锈钢304粉末，与分散剂混合均匀，浆料固含量为25%；

2）向步骤（1）中的粉末浆料中加入少量消泡剂，除去粉末浆料中的气体；

3）将步骤（2）中配置好的浆料装入搅拌罐中，使浆料处于搅拌状态，工作时，混合均匀的浆料经高压气体作用直接供给到成型设备的顶端——喷枪（1）；

4）本实施例中，根据以下性能参数：所制备内壁膜管的长度为750mm，膜管内径为60mm，制备膜层厚度为25um，调整设备图1中（1）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）、（13）的工作参数，根据多孔管基体的长度来调整工作台上金属感应器（3）的位置，

5）将多孔管基体放到步骤4）所涉及的设备上进行涂膜工序，喷涂工序包含以下几道工序；a.将基体管下端放置在托板上，上端与钳口对齐；b.待钳口与基体管夹紧后踏下踏板，设备开始自动喷涂程序。

6）喷涂完毕后将涂膜后的膜管放到烘箱中烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为25分钟；

7）将步骤6）中烘干后的膜管在真空炉中进行烧结，烧结气氛为真空，烧结温度为950℃，保温1.5小时。烧结结束后即制得非对称内壁分离膜管。

制备阶梯梯度结构膜层时，重复步骤（1）-步骤（7）进行制备；制备连续梯度结构膜层时，需要选择不同粒度的粉末多次重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）后，再经步骤（7）进行制备。

Claims (7)

1.一种非对称内壁分离膜管制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：

（1）、称取金属或陶瓷粉末或两者结合的粉末，与分散剂混合均匀，所制备的粉末浆料固含量范围为10-50%；

（2）、向步骤（1）中的粉末浆料中加入消泡剂；

（3）将步骤（2）中配置好的浆料装入原料罐中，使浆料处于搅拌状态；工作时，混合均匀的浆料经高压气体作用直接供给到成型设备顶端的喷枪，喷枪安装在工作台支架上，垂直于工作台并与托板同轴，工作台位于箱体上通过气缸相连，工作台在气缸的驱动下做上下往复运动；侧板安装在工作台的旁边与工作台平行，金属感应器安装在侧板上，托板安装在箱体的底座上；非对称内壁分离膜管底部安装在托板上，夹紧组件位于工作台上，通过夹紧组件对非对称内壁分离膜管固定，并随着工作台在气缸的作用下上下移动，上下移动的距离由金属感应器控制；

（4）根据所制备膜层的性能参数调整设备的工作参数：所制备内壁膜管的长度范围为100-1500mm，膜管的内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um；根据非对称内壁分离膜管基体的长度来调整工作台上金属感应器的位置，由驱动装置驱动非对称内壁分离膜管基体上下运动，由金属感应器金控制驱动装置上升或下降的距离，喷枪初始状态位于非对称内壁分离膜管上部中心轴线位置；

（5）喷枪探入非对称内壁分离膜管，由驱动装置驱动内壁分离膜管上下运动，喷枪均匀将浆料均匀喷涂在非对称内壁分离膜管内壁上，由金属感应器金控制驱动装置移动的距离直至非对称内壁分离膜管内壁喷涂结束；

（6）将涂膜后的非对称内壁分离膜管放到烘箱中烘干，烘干温度为45-80℃，烘干时间为10-60分钟；

（7）将步骤（6）中烘干后的非对称内壁分离膜管在真空炉中进行烧结，烧结温度为850-1300℃，保温0.5-4小时，冷却后完成制备。

2.根据权利要求1所述的非对称内壁分离膜管制备方法，其特征在于：所述的消泡剂包括乙醇或聚乙烯醇溶液。

3.根据权利要求1所述的非对称内壁分离膜管制备方法，其特征在于：所述的步骤（7）中在真空、氢气或惰性气体中烧结。

4.根据权利要求1所述的非对称内壁分离膜管制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中驱动装置驱动非对称内壁分离膜管基体由上至下运动；所述的步骤（5）中，喷枪探入非对称内壁分离膜管的底部，由驱动装置驱动内壁分离膜管由上至下运动，喷枪均匀将浆料均匀喷涂在非对称内壁分离膜管内壁上，由金属感应器金控制驱动装置向下移动的距离直至非对称内壁分离膜管内壁喷涂结束。

5.权利要求1-4任一所述的非对称内壁分离膜管制备方法，其特征在于：制备阶梯梯度结构膜层时，重复步骤（1）-步骤（7）进行制备；制备连续梯度结构膜层时，需要选择不同粒度的粉末多次重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）后，再经步骤（7）进行制备。

6.一种如权利要求1所述的非对称内壁分离膜管，其特征在于：非对称内壁分离膜管的基体内管壁均匀喷涂精度控制层，由金属或陶瓷粉末与分散剂混合后添加消泡剂的浆料喷涂而成，所制备的粉末浆料固含量范围为10-50%，非对称内壁分离膜管的长度范围为100-1500mm，内径范围20-200mm，制备的膜层厚度范围5-500um。

7.根据权利要求6所述的非对称内壁分离膜管，其特征在于：包括以超细金属粉末为原料喷涂成型的内壁金属膜管、以超细金属粉末和超细陶瓷粉末为原料喷涂成型的内壁金属-陶瓷复合膜管、以及以超细陶瓷粉末为原料喷涂成型的内壁陶瓷膜管。