CN107469634A - 一种过滤材料前驱体及由它制备而成的过滤材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过滤材料前驱体及由它制备而成的过滤材料，有效解决现有技术中过滤膜前驱体涂层的构成物进入多孔支撑体的孔隙中从而影响过滤材料性能的问题。过滤材料前驱体包括多孔支撑体以及位于所述支撑体表面的过滤膜前驱体涂层，所述支撑体的孔隙中还设置有能够在将该过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理时受热挥发的固体填充剂，该填充剂用于阻挡所述涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域。在多孔支撑体的孔隙中设置固体填充剂，从而通过所述填充剂阻挡过滤膜前驱体涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域。

Description

一种过滤材料前驱体及由它制备而成的过滤材料

技术领域

本发明涉及过滤技术领域，具体而言，涉及一种过滤材料的制造方法、用于该方法的过滤材料前驱体以及由该过滤材料前驱体制备而成的过滤材料。

背景技术

过滤精度和过滤通量是衡量过滤材料过滤性能最关键的技术指标。在气固分离或液固分离体系中，过滤精度是指过滤材料截留固体杂质的能力，理论上讲，过滤精度越高则过滤效率就越高，气固两相之间或液固两相之间的分离就越彻底；而过滤通量是指在单位过滤面积(即过滤材料与待过滤物的接触面积)、单位时间下，过滤出的气体或液体的体积，过滤通量越大表明过滤材料的渗透性越强，维持过滤所需的过滤压差就越小。提高过滤材料的过滤性能，主要就是提高过滤材料的过滤精度和过滤通量。

提高某一过滤材料本身的过滤精度，基本上能够采取的措施无非是缩小过滤材料的孔隙大小和增加过滤材料的厚度两项。但是，这两项措施无疑都会降低过滤通量。为了解决这样的矛盾，现有的过滤材料普遍采用了由多孔支撑体和设置于多孔支撑体表面的过滤膜所构成的结构，其中，过滤膜孔隙较小且厚度尽量薄，而支撑体孔隙较大且强度足够高，这样，就既能够保证过滤材料的过滤精度，又能够确保过滤材料的过滤通量，此外，还能够保证过滤材料的强度和使用寿命。

一般而言，过滤膜本身难以单独制造后再附着于支撑体表面，因此，通常先在支撑体表面设置过滤膜前驱体涂层，然后再对在所述支撑体表面设置所述涂层后所形成的过滤材料前驱体进行加热处理，从而将过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品(即所要得到的过滤材料)，这时，过滤材料的支撑体上就形成了所述过滤膜。其中，所述涂层使用的涂料可选择悬浊液、分散质为固体的液溶胶或过滤膜前驱体粉末；涂层的设置方式主要采用喷涂、浸涂和涂布。而所述加热处理工艺则可根据涂料性质和过滤材料目标产品进行相应的设定。

然而，在涂层设置过程中却存在这样的问题，即：由于支撑体的孔隙较大，将涂层设置到支撑体的表面时，涂层的构成物容易渗入支撑体的孔隙内，导致在支撑体的孔隙中形成堵塞物，进而降低过滤材料的过滤通量。例如，当涂层使用的涂料为悬浊液(悬浊液一般由过滤膜前驱体粉末、分散剂和粘接剂混合而成)或过滤膜前驱体粉末时，为了避免所述粉末过多渗入所述孔隙内，一般要求该粉末的平均粒径与支撑体的孔隙的平均孔径之比不小于0.5，这就导致过滤膜的孔隙大小难以达到理想要求，这时，要保证过滤材料的过滤精度，就不得不增加过滤膜的厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过滤材料的制造方法、用于该方法的过滤材料前驱体以及由该过滤材料前驱体制备而成的过滤材料，有效解决现有技术中过滤膜前驱体涂层的构成物进入多孔支撑体的孔隙中从而影响过滤材料性能的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种过滤材料的制造方法，该方法包括以下操作：在多孔支撑体的孔隙中设置固体填充剂；在所述支撑体的表面设置过滤膜前驱体涂层，并通过所述填充剂阻挡该涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域；通过加热处理使所述支撑体表面设置所述涂层后所形成的过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品，在此过程中，所述填充剂受热并通过所述孔隙挥发。

进一步地，所述支撑体为金属丝网、金属纤维毡、泡沫金属、烧结金属粉末多孔材料中的任意一种。

进一步地，所述涂层主要由过滤膜前驱体粉末构成；则所述粉末通过作为所述加热处理的烧结处理而转变为过滤材料的过滤膜。

进一步地，所述支撑体的孔隙的平均孔径为所述粉末平均粒径的5-20倍。

进一步地，所述涂层主要由过滤膜前驱体溶胶构成；则所述过滤膜前驱体溶胶通过作为所述加热处理的焙烧处理而转变为过滤材料的过滤膜。

进一步地，所述填充剂采用羧甲基纤维素钠、石蜡、硬脂酸或聚乙烯醇缩丁醛。

进一步地，首先配置出填充剂前驱体料浆，然后将该料浆渗入所述孔隙中，最后使所述料浆固化从而完成在所述孔隙中设置所述填充剂的操作。

进一步地，将所述料浆渗入所述孔隙中的过程包括Ⅰ.使所述支撑体与所述料浆充分接触；以及Ⅱ.利用刮刀在所述支撑体的表面进行刮涂从而通过刮刀将位于所述支撑体表面的料浆挤压进所述孔隙中。

进一步地，刮涂时所述刮刀与所述支撑体的表面之间的间隙设置为0.1-0.15毫米。

进一步地，对所述刮刀进行加热从而在刮涂时在该刮刀与所述支撑体之间形成支撑体表面料浆受热挥发区。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种过滤材料前驱体，其包括多孔支撑体以及位于所述支撑体表面的过滤膜前驱体涂层，所述支撑体的孔隙中还设置有能够在将该过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理时受热挥发的固体填充剂，该填充剂用于阻挡所述涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域。

进一步地，所述支撑体为金属丝网、金属纤维毡、泡沫金属、烧结金属粉末多孔材料中的任意一种。

进一步地，所述涂层主要由过滤膜前驱体粉末构成。

进一步地，所述支撑体的孔隙的平均孔径为所述粉末平均粒径的5-20倍。

进一步地，所述涂层主要由过滤膜前驱体溶胶构成。

进一步地，所述填充剂采用羧甲基纤维素钠、石蜡、硬脂酸或聚乙烯醇缩丁醛。

进一步地，所述涂层与所述支撑体的表面接触；该涂层与所述填充剂之间具有形成于所述孔隙中的涂层渗入层。

为了实现上述目的，根据本发明的又一个方面，还提供了一种过滤材料，它由上述过滤材料前驱体制备而成，并包括多孔支撑体以及位于所述支撑体表面的过滤膜，所述支撑体中的大部分孔隙形成未被过滤膜占用的空隙。

进一步地，所述过滤膜由通过溶胶凝胶法形成于所述支撑体表面的纳米颗粒物薄膜构成。

进一步地，所述支撑体由烧结金属粉末多孔材料构成。

由于在多孔支撑体的孔隙中设置固体填充剂并通过所述填充剂阻挡过滤膜前驱体涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域，因此有效解决了现有技术中所述涂层的构成物进入所述孔隙从而影响过滤材料性能的问题。在将过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理过程中，填充剂受热挥发，使支撑体中的大部分孔隙形成未被过滤膜占用的空隙，保证了过滤材料的渗透性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的一种过滤材料制造方法的示意图。

图中标记为：支撑体110、孔隙111、涂层120a、过滤膜120、填充剂130。

具体实施方式

下面对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中的术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及“主要由……构成”，意图在于覆盖不排他的包含。术语“金属”，包括金属和以金属为基的合金。

如图1所示，本发明实施例的一种过滤材料制造方法，包括以下步骤：

首先，在多孔支撑体110的孔隙111中设置固体填充剂130；

其次，在所述支撑体110的表面设置过滤膜前驱体涂层120a，并通过所述填充剂130阻挡该涂层120a的构成物进入所述孔隙111中设置有该填充剂130的区域；

再次，通过加热处理使所述支撑体表面设置所述涂层120a后所形成的过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品，在此过程中，所述填充剂130受热并通过所述孔隙111挥发。

显然，上述方法的实施过程中能够得到一种过滤材料前驱体以及由该过滤材料前驱体制备而成的过滤材料。

具体而言，如图1中的标号“S3”(该标号的含义将在后续进行说明)左侧所对应的产品，该过滤材料前驱体包括多孔支撑体110以及位于所述支撑体110表面的过滤膜前驱体涂层120a，所述支撑体110的孔隙111中设置有能够在将该过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理时受热挥发的固体填充剂130，该填充剂130用于阻挡所述涂层120a的构成物进入所述孔隙111中设置有该填充剂130的区域。

如图1中的标号“S4”(该标号的含义将在后续进行说明)左侧所对应的产品，由上述过滤材料前驱体制备而成的过滤材料，包括多孔支撑体110以及位于所述支撑体110表面的过滤膜120，所述支撑体中的大部分孔隙形成未被过滤膜120占用的空隙。显然，所述过滤膜120即由过滤材料前驱体上的涂层120a转变得到。

所述支撑体110可以采用与现有技术中由多孔支撑体和设置于多孔支撑体表面的过滤膜所构成的过滤材料中的多孔支撑体相同或具有类似性能的材料。本发明的实施例优选金属丝网、金属纤维毡、泡沫金属、烧结金属粉末多孔材料中的任意一种作为所述支撑体110。

在上述这些支撑体110中，申请人尤其建议采用金属丝网和烧结金属粉末多孔材料。金属丝网容易获取且成本低廉，此外，金属丝网在适宜的厚度上具有理想的强度和刚度，并且，金属丝网的网孔结构也比较适宜于本发明。

烧结金属粉末多孔材料是指将原料粉通过烧结形成的金属多孔材料。烧结金属粉末多孔材料可以分为刚性烧结金属粉末多孔材料和柔性烧结金属粉末多孔材料。其中，刚性烧结金属粉末多孔材料作为现有“非对称膜”的支撑材料是已知的。

而柔性烧结金属粉末多孔材料主要为公开号为CN104588651A、CN104759629A的专利文件中提供的“柔性多孔金属箔”。柔性烧结金属粉末多孔材料相比于刚性烧结金属粉末多孔材料一般成本更低且能够弯曲，因此使用过柔性烧结金属粉末多孔材料的过滤元件过滤面积较大、性价比高。

所述涂层120a使用的涂料可选择悬浊液、分散质为固体的液溶胶或过滤膜前驱体粉末。当涂料选择为悬浊液时，该悬浊液一般由过滤膜前驱体粉末、分散剂和粘接剂混合而成。当涂料选择为分散质为固体的液溶胶时，该液溶胶即为过滤膜前驱体溶胶。

无论涂料选择悬浊液(含有过滤膜前驱体粉末)还是过滤膜前驱体粉末本身，将所述所述粉末转变为过滤膜120一般通过烧结处理来实现。所述粉末通过烧结处理而转变为所述过滤膜120的原理和方法是已知的，例如前述烧结金属粉末多孔材料即由这样的方法制成。

需要指出的是，所述粉末在转变为过滤膜120的过程时，所述粉末之间和/或粉末与支撑体110之间可以发生化学反应进而使形成的过滤膜120由这种反应的产物构成。在公开号为CN104874798A的专利文件中，即提供了在粉末之间或粉末与支撑体之间发生化学反应进而形成过滤膜的例子，可供参考。

若涂料选择所述溶胶时，则该溶胶一般通过焙烧处理而转变为过滤膜120。将所述溶胶转变为过滤膜120的过程，其原理就是利用溶胶凝胶法制备纳米颗粒物薄膜，这样，形成的过滤膜120即由通过溶胶凝胶法形成于所述支撑体110表面的纳米颗粒物薄膜构成，使过滤膜120达到很高的过滤精度。

所述填充剂130优选采用羧甲基纤维素钠、石蜡、硬脂酸或聚乙烯醇缩丁醛等可以制成溶液、便于固化以及加热挥发性较好的物质。这样，能够方便所述填充剂130在所述孔隙111中的设置，也能够在所述加热处理时使填充剂130受热并通过所述孔隙111挥发。

可以采用以下方式设置填充剂130：首先配置出填充剂前驱体料浆，然后将该料浆渗入所述孔隙111中，最后使所述料浆固化从而在所述孔隙111中设置所述填充剂130。

其中，将所述料浆渗入所述孔隙111中的过程可以包括：

Ⅰ.使所述支撑体110与所述料浆充分接触；

Ⅱ.利用刮刀在所述支撑体110的表面进行刮涂从而通过刮刀将位于所述支撑体110表面的料浆挤压进所述孔隙111中。

为了便于上述过程Ⅰ和Ⅱ的实施，还可以采用本发明的申请人在中国专利申请号为2016108768704、2016108766709的专利文件中提供的过滤材料的生产设备将所述料浆渗入所述孔隙111中。

为了更好的实施上述过程Ⅱ，刮涂时所述刮刀与所述支撑体110的表面之间的间隙优选设置为0.1-0.15毫米。将所述间隙设定为0.1-0.15毫米的情况下，既能够将支撑体110表面的料浆较为充分的移除从而尽量避免影响涂层120a的后续设置，又能够在刮刀与所述支撑体110之间保持间隔，避免之间产生接触摩擦阻力。

此外，实施上述过程Ⅱ时，还可进一步对刮刀进行加热从而在该刮刀与所述支撑体110之间形成支撑体表面料浆受热挥发区，既使得残留在支撑体110表面的料浆迅速的挥发，也促进所述孔隙111中的料浆固化，减少甚至取消后续使料浆固化的等待或加热烘烤时间。

对刮刀进行加热的手段较多，例如，可将刮刀头部设计为电阻材料构成并向刮刀头部通电使而其发热，发热温度则由电流大小来设定。

根据上述内容可知，由于在所述支撑体110的孔隙111中设置所述填充剂130，能够通过该填充剂130阻挡涂层120a的构成物进入所述孔隙111中设置有该填充剂130的区域；在将过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理过程中，填充剂130受热挥发，使支撑体110中的大部分孔隙111形成未被过滤膜120占用的空隙，保证了过滤材料的渗透性。

由于能够有效避免涂层120a的构成物进入所述孔隙111中，因此，当所述涂层120a主要由过滤膜前驱体粉末构成时，在所述孔隙111大小确定的情况下，该粉末的粒径可以设定的更小。通常而言，所述支撑体110的孔隙111的平均孔径与所述粉末平均粒径之比可以达到的5-20倍，这样能够大大提高过滤膜120的过滤精度。

下面进一步结合图1对本发明的一个实施例进行说明。

如图1所示，该实施例的过滤材料制造方法包括以下步骤：

S1(步骤一)，获得所述的支撑体110。该支撑体110采用304不锈钢网，其厚度为0.08毫米，网孔大小为270目。

S2(步骤二)，在所述支撑体110的孔隙111中设置固体填充剂130。其中，所述填充剂130采用CMC(羧甲基纤维素钠)，具体的设置方式为：

将CMC加入去离子水中并进行搅拌，配置出填充剂前驱体料浆；

将支撑体110浸入所述料浆中，取出支撑体110并利用刮刀在所述支撑体110的表面进行刮涂，刮刀与所述支撑体110的表面之间的间隙设定为0.1毫米；

然后对刮涂后的支撑体110按120℃温度进行烘干，烘干时间为30分钟，从而在所述支撑体110的孔隙111中完成固体CMC的填充。

S3(步骤三)，在所述支撑体110的表面设置过滤膜前驱体涂层120a。其中，所述涂层120a的涂料由以下方法制备：

将粒径为3-5μm的Ni粉、Cu粉按Cu的重量百分比为30％配置成混合粉，然后以乙醇为分散剂、PVB为粘结剂按每100毫升乙醇中加入3克PVB、70克混合粉的比例配置成涂料；

将所述涂料喷涂在支撑体110的表面，并在60℃下烘干4小时，形成所述涂层120a，进而得到过滤材料前驱体。

S4(步骤四)，对过滤材料前驱体进行分段式烧结，使涂层120a转变为烧结镍铜合金多孔过滤膜，且烧结后填充剂130完全挥发，留下支撑体110中被原填充剂130填充的孔隙111。

通过上述多个步骤后，得到过滤材料目标产品。将该过滤材料用于气体过滤时，同时达到了较高的过滤精度和较大的过滤通量。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种过滤材料前驱体，包括多孔支撑体以及位于所述支撑体表面的过滤膜前驱体涂层，其特征在于：所述支撑体的孔隙中还设置有能够在将该过滤材料前驱体转变为过滤材料目标产品的加热处理时受热挥发的固体填充剂，该填充剂用于阻挡所述涂层的构成物进入所述孔隙中设置有该填充剂的区域。

2.如权利要求1所述的过滤材料前驱体，其特征在于：所述支撑体为金属丝网、金属纤维毡、泡沫金属、烧结金属粉末多孔材料中的任意一种。

3.如权利要求1所述的过滤材料前驱体，其特征在于：所述涂层主要由过滤膜前驱体粉末构成。

4.如权利要求3所述的过滤材料前驱体，其特征在于：其特征在于：所述支撑体的孔隙的平均孔径为所述粉末平均粒径的5-20倍。

5.如权利要求1所述的过滤材料前驱体，其特征在于：所述涂层主要由过滤膜前驱体溶胶构成。

6.如权利要求1所述的过滤材料前驱体，其特征在于：所述填充剂采用羧甲基纤维素钠、石蜡、硬脂酸或聚乙烯醇缩丁醛。

7.如权利要求1至6中任意一项权利要求所述的过滤材料前驱体，其特征在于：所述涂层与所述支撑体的表面接触；该涂层与所述填充剂之间具有形成于所述孔隙中的涂层渗入层。

8.由权利要求1至7中任意一项权利要求所述的过滤材料前驱体制备而成的过滤材料，包括多孔支撑体以及位于所述支撑体表面的过滤膜，其特征在于：所述支撑体中的大部分孔隙形成未被过滤膜占用的空隙。

9.如权利要求8所述的过滤材料，其特征在于：所述过滤膜由通过溶胶凝胶法形成于所述支撑体表面的纳米颗粒物薄膜构成。

10.如权利要求9所述的过滤材料，其特征在于：所述支撑体由烧结金属粉末多孔材料构成。