CN106747346B - 一种多孔陶瓷膜及制备方法 - Google Patents

一种多孔陶瓷膜及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106747346B
CN106747346B CN201611029977.1A CN201611029977A CN106747346B CN 106747346 B CN106747346 B CN 106747346B CN 201611029977 A CN201611029977 A CN 201611029977A CN 106747346 B CN106747346 B CN 106747346B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transition zone
film layer
ceramic membrane
membrane
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611029977.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106747346A (zh
Inventor
袁方利
孙志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN201611029977.1A priority Critical patent/CN106747346B/zh
Publication of CN106747346A publication Critical patent/CN106747346A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106747346B publication Critical patent/CN106747346B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0041—Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B01D71/025—Aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62218—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic films, e.g. by using temporary supports

Abstract

本发明公开了一种多孔陶瓷膜及制备方法，属于多孔陶瓷膜技术领域。本发明的陶瓷膜为多级结构，包括膜层、过渡层和多孔支撑体，所述膜层是由球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒烧结组成，所述过渡层由常规不规则微米粉体烧结组成，且膜层和过渡层是在同一条件下一次烧结完成。将过渡层颗粒和膜层颗粒分别分散在聚乙烯醇(PVA)水溶液中，获得过渡层和膜层浆料；用浸渍‑提拉法在多孔支撑体表面沉积过渡层，并干燥；用浸渍‑提拉法在过渡层表面制备膜层，干燥后得到陶瓷膜生坯；最后通过一步烧结获得多孔陶瓷膜。本发明制备的陶瓷膜在悬浮物的处理上有很好的效果，可以广泛用于印染料回收、饮料澄清、粉体制备和油水分离等领域。

Description

一种多孔陶瓷膜及制备方法
技术领域
本发明属于多孔陶瓷膜领域，涉及制备孔结构均匀贯通的膜层及多梯度膜层结构的一步烧结。
背景技术
多孔陶瓷膜是一种非常重要的材料，该材料一般由多孔支撑层、过渡层和膜层构成，利用膜层孔结构的截留作用，能够实现混合物的分离和提纯。陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、承压高、分级精度高等优点，其应用已经渗透到众多领域，涵盖环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学。
但是多孔陶瓷膜的制备面临以下几个问题：膜层所用的颗粒原料往往形貌不规则、不致密、表面能分布不均匀，在烧结过程中颗粒之间会不可避免地出现不均匀团聚收缩，导致孔缺陷的存在；再者，膜层颗粒的高烧结活性使其对温度变化非常敏感，陶瓷膜有效的烧结温度区间很窄，这无疑增大了孔结构的调控难度；另外，在烧结工艺上，由于过渡层颗粒与膜层颗粒需要不同的烧结温度，往往需要先进行过渡层的烧结，然后再进行膜层的烧结，两步烧结不仅增加了生产周期，也增大了制备成本。
以上几个问题均与膜层纳米颗粒的性能密切相关，由于纳米颗粒的形貌不规则或不致密、烧结活性偏高，因此这些问题被认为是陶瓷膜的“固有缺陷”。寻找一种形貌规则、致密、表面能分布均匀，且烧结活性偏低纳米陶瓷粉体，有望解决这些“固有缺陷”。
发明内容
针对现有陶瓷膜制备技术的缺点，本专利解决的技术问题是通过采用球形、致密、具有中间过渡相的低烧结活性的纳米颗粒来制备膜层，实现膜层可控烧结及与过渡层同步烧结。这些颗粒可以采用热等离子体瞬态烧结制备。球形致密的颗粒，其表面能分布均匀，烧结过程中颗粒之间的传质驱动力相对平衡，不容易出现团聚收缩，使膜层孔隙结构均匀贯通；具有中间过渡相的低烧结活性的纳米颗粒，烧结时中间过渡相首先会逐步转变为最终稳态相，这样可以延缓颗粒的前期烧结收缩，烧结温度对膜层的变化会不敏感，可以通过温度进行膜层孔结构的有效调控；另外，低活性纳米颗粒的独特之处在于，其传质烧结温度与常规不规则微米(1-10μm)颗粒接近，因此膜层与过渡层可以进行一步烧结，简化制备工艺并降低制备成本。本发明的目的之一是提供一种多孔陶瓷膜，具体技术方案如下。
一种孔道均匀贯通的陶瓷膜，所述陶瓷膜为多级结构，包括膜层、过渡层和多孔支撑体，所述膜层是由球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒烧结组成，所述过渡层由常规不规则微米粉体烧结组成，且膜层和过渡层是在同一条件下一次烧结完成的。
进一步地，所述膜层的开孔率在25-55％之间，平均孔径在50-300nm之间，所述过渡层平均孔径在0.8-4μm之间。
进一步地，所述球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒为选自球形氧化钛、氧化铝、氧化锆等中的一种或多种，所述不规则微米粉体为选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛和莫来石中的一种或多种。
进一步地，所述低活性、具有中间过渡相的球形纳米颗粒可以由热等离子体技术制备，平均粒径为30-500nm，所述不规则微米粉体平均粒径为1-10μm。
本发明的另一目的是提供一种多孔陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浆料：将过渡层颗粒和膜层颗粒分别分散在一定浓度的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，获得过渡层浆料和膜层浆料；
(2)制备过渡层：利用过渡层浆料，采用浸渍-提拉法在多孔支撑体表面沉积过渡层，经干燥后获得过渡层；
(3)制备膜层：利用膜层浆料，采用浸渍-提拉法在步骤(2)得备的过渡层表面沉积膜层，经干燥后得到陶瓷膜生坯；
(4)烧结：将干燥后的生坯进行烧结，获得多孔陶瓷膜。
本发明使用的粉体原料有两种，一种是用作过渡层的微米级不规则陶瓷粉体，平均粒径在1-10μm；另一种是用作膜层的纳米级球形陶瓷粉体，平均粒径在30-500nm。两组颗粒的成分可以为氧化铝、氧化锆、氧化钛等。
值得注意的是，膜层所用的球形颗粒为规则球形，且表面致密光滑，表面能分布均匀，因此颗粒表面传质驱动力均衡，不容易出现烧结团聚收缩，能够有效避免不均匀孔隙，从而得到均匀贯通的陶瓷膜。
浆料的溶剂，选用一定浓度的PVA溶液，其作用是增加浆料的粘度，利于成膜。PVA为有机聚合物，其在低于500℃时便能充分烧除，对陶瓷膜不会形成污染。
利用多孔支撑体的毛细管力使过渡膜层能够均匀地铺展在多孔支撑体上，在吸收浆料水分的同时，微米颗粒将在支撑体表面形成颗粒堆积层；该堆积层干燥后，具有一定的强度，并紧密地与支撑体结合在一起。
干燥后的过渡层，由于含有疏水性的有机物质，其堆积间隙很难吸水，此时，膜层的铺展主要靠浆料自身的粘性。膜层的干燥需要一定的制度，进行逐步升温干燥，过高的初始干燥温度容易引起裂纹。
获得的陶瓷膜生坯含有三级结构：多孔支撑体、过渡层和膜层，这几层结构都含有一定量的有机物质，因此陶瓷膜生坯的烧结需要一定的烧结制度，首先进行慢速的升温，实现有机物排除，随后快速升温至烧结温度，过渡层与膜层同时进行烧结。制得注意的是，一步烧结的根本原因是所用纳米颗粒具有低烧结活性和中间过渡相，传质烧结温度与常规微米粉体接近，这不同于常规纳米粉体。
本发明提供了一种有效调控膜层孔径的方法，即通过调控烧结温度，可以有效控制膜层孔径。孔径首先随着烧结温度的增大而提高，继续增大烧结温度会降低孔径尺寸。
本发明还提供多孔陶瓷膜的制备工艺参数。用一定浓度的PVA溶液配置具有特定固含量的膜层浆料和过渡层浆料，随后进行过渡层的制备和膜层的制备；其中膜层制备时需要在浆料中浸渍一定时间，并按一定的提拉速度提起；膜层在一定的干燥制度下干燥后进行烧结，最终获得目标多孔陶瓷膜。
在一些实施方案中，所述过渡层颗粒和膜层颗粒的固含量分别为10-50wt.％和5-25wt.％。
在一些实施方案中，所述PVA浓度为2-8wt.％。
在一些实施方案中，膜层制备时所需要的浸渍时间为1-10min，提拉速率为1-8cm/min。
在一些实施方案中，膜层的起始干燥温度为30-80℃。
在一些实施方案中，陶瓷膜的烧结温度为1200-1450℃，烧结时间为0.5-3h。
本发明的发明人，经过一系列的探索，通过调控烧结温度，获得的陶瓷体平均孔径分布在50-300nm之间，开孔率在25-55％之间，该陶瓷膜在固液废水处理、印染料回收、饮料澄清、粉体制备和油水分离等方面具有很好的应用前景。
从制备技术上说，本发明获得的多孔陶瓷膜具有孔道均匀、三维贯通、孔径可调的特点；从制备成本上说，一步烧结技术带来了更具竞争性的成本。将本发明所述的多孔陶瓷膜应用在含有悬浮颗粒的废水处理上，发现起始浊度为17.4NTU的废水，经过陶瓷膜的处理，可以达到<0.1NTU的澄清度，说明该技术得到的陶瓷膜均匀、无孔缺陷，具有良好的工业应用性。
附图说明
附图1是本发明制备多孔陶瓷膜的流程图。
附图2是本发明所制备的多孔陶瓷膜的表面和断面照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的制备过程做进一步说明。
孔径均匀贯通的多孔陶瓷膜的制备流程图如附图1所示：
(1)配制浆料：将过渡层颗粒和膜层颗粒分别分散在浓度为2-8wt.％的PVA溶液中，获得固含量分别为10-50wt.％和5-25wt.％的过渡层浆料和膜层浆料；
(2)制备过渡层：利用过渡层浆料，采用浸渍-提拉法在多孔支撑体表面沉积过渡层，在40℃下干燥获得过渡层；
(3)制备膜层：利用膜层浆料，采用浸渍-提拉法在步骤(2)得备的过渡层表面沉积膜层，其中浸渍时间为1-10min，提拉速率为1-8cm/min，随后在初始干燥温度为30-80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯；
(4)烧结：将陶瓷膜生坯进行烧结，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5-5℃/min的速率升温，最终烧结温度为1200-1450℃，烧结时间为0.5-3h；多孔陶瓷的断面和表面如附图2所示。
实施例1
在浓度为2wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为10wt.％和5wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为1min，提拉速率为1cm/min，随后在初始干燥温度为30℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1200℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为55％，平均孔径为50nm，膜厚为5μm。
实施例2
在浓度为4wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米TiO2颗粒，获得两组固含量分别为20wt.％和10wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为1min，提拉速率为1cm/min，随后在初始干燥温度为30℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1200℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为55％，平均孔径为50nm，膜厚为5μm。
实施例3
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米ZrO2颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为1min，提拉速率为1cm/min，随后在初始干燥温度为30℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1200℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为55％，平均孔径为50nm，膜厚为5μm。
实施例4
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为3min，提拉速率为3cm/min，随后在初始干燥温度为30℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1200℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为55％，平均孔径为50nm，膜厚为8μm。
实施例5
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为30℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1200℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用0.5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为55％，平均孔径为50nm，膜厚为12μm。
实施例6
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1300℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用2℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为51％，平均孔径为80nm，膜厚为10μm。
实施例7
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1400℃烧结0.5h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为42％，平均孔径为200nm，膜厚为10μm。
实施例8
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1400℃烧结1h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为38％，平均孔径为240nm，膜厚为9μm。
实施例9
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1400℃烧结2h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为33％，平均孔径为270nm，膜厚为8μm。
实施例10
在浓度为6wt.％的PVA溶液中分别添加一定量的过渡层Al2O3颗粒和膜层球形纳米Al2O3颗粒，获得两组固含量分别为35wt.％和20wt.％的浆料。在多孔支撑体表面制备过渡层，并于40℃烘干；用浸渍提拉法在过渡层表面制备膜层，其中浸渍时间为5min，提拉速率为6cm/min，随后在初始干燥温度为80℃下干燥10h，最后于110℃彻底干燥并得到陶瓷膜生坯。将陶瓷膜生坯在1400℃烧结3h，获得多膜层结构的陶瓷膜，其中在500℃之前用5℃/min的速率升温。获得的陶瓷膜开孔率为30％，平均孔径为300nm，膜厚为7.5μm。

Claims (10)

1.一种孔道均匀贯通的陶瓷膜，所述陶瓷膜为多级结构，包括膜层、过渡层和多孔支撑体，其特征在于，所述膜层是由球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒烧结组成，所述过渡层由常规不规则微米粉体烧结组成，且膜层和过渡层是在同一条件下一次烧结完成的，烧结温度为1200-1450℃。
2.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述膜层的开孔率在25-55％之间，平均孔径在50-300nm之间，所述过渡层平均孔径在0.8-4μm之间。
3.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒选自球形氧化钛、氧化铝、氧化锆中的一种或多种，所述不规则微米粉体选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛和莫来石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述球形致密、具有中间过渡相的低活性纳米颗粒由热等离子体技术制备，平均粒径为30-500nm，所述不规则微米粉体平均粒径为1-10μm。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制浆料：将过渡层颗粒和膜层颗粒分别分散在一定浓度的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，获得过渡层浆料和膜层浆料；
(2)制备过渡层：利用过渡层浆料，采用浸渍-提拉法在多孔支撑体表面沉积过渡层，经干燥后获得过渡层；
(3)制备膜层：利用膜层浆料，采用浸渍-提拉法在步骤(2)制备的过渡层表面沉积膜层，经干燥后得到陶瓷膜生坯；
(4)烧结：将干燥后的生坯进行烧结，获得多孔陶瓷膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中过渡层浆料和膜层浆料的固含量分别为10-50wt.％和5-25wt.％，所用PVA浓度为2-8wt.％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)浸渍时间为1-10min，提拉速率为1-8cm/min。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)干燥的初始温度为30-80℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)烧结为一步烧结，过渡层与膜层在同一温度下进行烧结。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)烧结采用一定升温制度，在500℃之前用0.5-5℃/min的速率升温，最终的烧结温度为1200-1450℃，烧结时间为0.5-3h。
CN201611029977.1A 2016-11-15 2016-11-15 一种多孔陶瓷膜及制备方法 Active CN106747346B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611029977.1A CN106747346B (zh) 2016-11-15 2016-11-15 一种多孔陶瓷膜及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611029977.1A CN106747346B (zh) 2016-11-15 2016-11-15 一种多孔陶瓷膜及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106747346A CN106747346A (zh) 2017-05-31
CN106747346B true CN106747346B (zh) 2019-06-21

Family

ID=58971397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611029977.1A Active CN106747346B (zh) 2016-11-15 2016-11-15 一种多孔陶瓷膜及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106747346B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107602091A (zh) * 2017-09-22 2018-01-19 山东理工大学 一种碟式氧化铝过滤膜的制备方法
CN108892516A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 重庆兀盾纳米科技有限公司 一种平板陶瓷膜压制成型制备方法及其制得的产品
CN109173748A (zh) * 2018-10-26 2019-01-11 唐山开滦化工科技有限公司 一种粉煤灰陶瓷膜的制备方法
CN110193292A (zh) * 2019-05-28 2019-09-03 南方科技大学 复合陶瓷膜及其制备方法和应用
CN110559876B (zh) * 2019-09-22 2021-08-27 浙江京瓷精密工具有限公司 一种新型陶瓷膜
CN115364670B (zh) * 2021-05-21 2024-04-19 三达膜科技（厦门）有限公司 一种油水分离改性球形氧化铝陶瓷微滤膜的制备方法
CN115385719B (zh) * 2022-07-11 2023-04-14 南京工业大学 一种紫外光固化制备陶瓷膜的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103623711A (zh) * 2013-11-01 2014-03-12 郭庆 一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法
CN104474785A (zh) * 2014-11-27 2015-04-01 景德镇陶瓷学院 一种碳化硅陶瓷过滤板及其制备方法
CN104909820A (zh) * 2015-06-10 2015-09-16 中国科学院过程工程研究所 孔道均匀贯通的多孔陶瓷及其制备方法和用途

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103623711A (zh) * 2013-11-01 2014-03-12 郭庆 一种中空平板结构过滤陶瓷膜元件制备方法
CN104474785A (zh) * 2014-11-27 2015-04-01 景德镇陶瓷学院 一种碳化硅陶瓷过滤板及其制备方法
CN104909820A (zh) * 2015-06-10 2015-09-16 中国科学院过程工程研究所 孔道均匀贯通的多孔陶瓷及其制备方法和用途

Also Published As

Publication number Publication date
CN106747346A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106747346B (zh) 一种多孔陶瓷膜及制备方法
CN101537682B (zh) 一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法
Zhu et al. Improvement in the strut thickness of reticulated porous ceramics
CN104987520B (zh) 一种超疏水纳米透明涂层及其制备方法
Bertrand et al. Spray-dried ceramic powders: A quantitative correlation between slurry characteristics and shapes of the granules
Roy et al. Spray drying and sintering of zirconia based hollow powders
CN108097064B (zh) 一种基于二维材料制备介孔陶瓷膜的方法
CN101791524B (zh) 一种非对称结构陶瓷超滤膜及其制备方法
CN1686920A (zh) 一种陶瓷微滤膜的制备方法
CN108178656B (zh) 一种高孔隙率多孔陶瓷微球及其制备方法
US9725803B2 (en) Method of forming borides in carbon composites
CN104587924B (zh) 低聚物预涂覆制备低密度无渗透性多孔或中空微球的方法
CN104746149B (zh) 静电纺丝结合复溶剂技术制备多孔纳米纤维的方法
CN106735249B (zh) 一种铌基复合材料及制备方法
CN102614782A (zh) 稀土改性凹凸棒土纳米涂层陶瓷滤膜及其制备方法
CN102380321A (zh) 一种氧化铝陶瓷膜膜层的制备方法
CN106178970A (zh) 一种制备氧化锆陶瓷超滤膜的方法
CN101664646B (zh) 一种陶瓷超滤膜的制备方法及自动涂膜装置
KR20230041704A (ko) 폐쇄형 셀 금속 산화물 입자
CN113277859A (zh) 一种纳米包覆氧化铝颗粒及用其制备的高纯抗热震氧化铝陶瓷材料
Hwang et al. Microstructural characterization of spray-dried NiO-8YSZ particles as plasma sprayable anode materials for metal-supported solid oxide fuel cell
CN102718543A (zh) 印染废水处理用陶瓷膜过滤元件的制备方法
CN109534819A (zh) 过滤平板陶瓷膜及其制备方法
Wang et al. Preparation of ceria-stabilized zirconia microspheres by external gelation: size control
Setz et al. Rheological analysis of ceramics suspensions with high solids loading

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant