CN108144457A - 一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法 - Google Patents

一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)配制粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体的悬浮溶液；(2)利用粒径不同粉体沉降速率不同，在多孔基材表面获得梯度复合膜；(3)对梯度复合膜进行热处理和烧结，获得多孔陶瓷金属梯度复合膜。根据本发明的方法制备的多孔陶瓷金属梯度复合膜具有连续的孔径分布梯度，有利于减缓膜层在烧结过程中由于不同部位收缩程度不同造成的开裂，提高膜层的质量。另外，膜层一次成膜，工艺简单。

Description

一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，属无机膜材料及应用领域。
背景技术
膜过程是工业上气体分离、液体分离、化学产品和生化产品分离和纯化的重要过程，广泛应用于大规模空气分离、工业污水处理、冶金、石化、食品、医药、生物技术等领域。无机膜是固态膜的一种，是由无机材料，如金属、陶瓷、玻璃等制成的半透膜。与聚合物膜相比，无机膜具有化学稳定性好、热稳定性好、机械强度高等优点。随着工业上对多孔无机膜材料性能、寿命、成本等各方面的要求，高精度、高效率、使用成本低、多功能化是多孔无机膜材料的发展趋势。近年来，非对称多孔陶瓷膜由于其过滤精度高、透气系数大等优点得到研究人员的广泛关注。
近些年来，采用多孔金属及多孔陶瓷制备两层膜层作为微滤膜的技术受到了广泛的关注。CN201410082914.7公开了一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷及制备方法，在多孔金属支撑体上分三层沉积了粒径逐渐递减的金属陶瓷混合粉体浆料作为膜层，最终在上面沉积了一层微孔滤膜层。通过多层膜层实现了多孔基材的减孔和微孔过滤膜的制备，但在膜层之间仍有一定的粒径跨度，在烧结过程中由于热收缩率的差异容易形成缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，以减少烧结过程中膜层收缩率不同引起的针孔、开裂等缺陷。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体的悬浮溶液；
(2)利用粒径不同粉体沉降速率不同，在多孔基材表面获得梯度复合膜；
(3)对梯度复合膜进行热处理和烧结，获得多孔陶瓷金属梯度复合膜。
其中，在所述步骤(1)中，悬浮溶液中金属与陶瓷粉体的体积比为1∶10～10∶1，混合粉体占悬浮液的体积比为10％～80％。所述步骤(1)中配制悬浮溶液所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、松油醇、异丙醇、氯仿、水、苯、氯苯、石油醚、四氯化碳、乙酸乙酯中的一种或几种；所用的粘结剂为甲基纤维素、乙基纤维素、聚四氟乙烯、PVDF、PVA、PVB、阿拉伯树胶中的一种或几种；所用的表面活性剂为PEI、CTAB、十二烷基硫酸钠、苯磺酸钠中的一种或几种。
其中，在所述步骤(2)中，通过离心或重力沉降的方法形成粉体沉降速率的不同。
其中，在所述步骤(3)中，热处理温度和气氛取决于所用有机添加剂、金属及陶瓷粉体烧结温度，烧结气氛为真空、惰性或还原性气氛，烧结温度为900-1100℃，时间为5-60min。
其中，所述金属粉体的粒径范围为在0.1到50μm之间，粉体的D90介于基底表面孔径的1/50到1/5之间，径距即(D90-D10)/D50大于1；所述陶瓷粉体的粒径范围在0.01到5μm之间，陶瓷粉体的D90介于金属粉体D90和D10之间，D10小于金属粉体的D10，径距即(D90-D10)/D50大于1。
其中，所述金属粉体为镍、铁、铝、钛、钛合金、镍钴基合金、不锈钢中的一种或几种。所述陶瓷粉体为Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、YSZ中的一种或几种。
所述多孔陶瓷金属梯度复合膜的厚度为50-300μm。
本发明的有益效果是：
根据本发明的方法制备的多孔陶瓷金属梯度复合膜具有连续的孔径分布梯度，有利于减缓膜层在烧结过程中由于不同部位收缩程度不同造成的开裂，提高膜层的质量。另外，膜层一次成膜，工艺简单。
附图说明
图1为多孔陶瓷金属梯度复合膜的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，采用本发明的方法可以得到沉积在多孔金属基体1上的多孔金属2层和多孔陶瓷金属梯度复合膜3。多孔陶瓷金属梯度复合膜3具有连续的孔径分布梯度。
实施例1
多孔NiCrAl合金片上制备多孔Ni/Al2O3梯度膜，其中NiCrAl合金片表面最大孔径约60μm，步骤如下：
(1)选用α相Al2O3粉体(粒径分布为D10＝100nm，D50＝1.2μm，D90＝2μm)及Ni粉(粒径分布为D10＝1um，D50＝4μm，D90＝10μm)配制Ni/TiO2粉体的悬浮液浆料。将5g PVB溶于100mL无水乙醇中，加入PEI 1g，加入Ni粉20g和Al2O3粉体10g，充分搅拌。
(2)将经丙酮超声清洗干燥后的多孔NiCrAl合金片作为基体置于浆料底部，静置72h，利用不同粒径粉体沉降速率不同在基体表面获得梯度膜。
(3)在400℃空气气氛中热处理60min，再在1100℃真空条件下烧结30min，升降温速度为5℃/min，最后获得多孔Ni/Al2O3梯度膜。
所得到的多孔Ni/Al2O3梯度膜厚度约50μm，表面最大孔径小于1μm，薄膜均匀，结合力良好。
实施例2
多孔不锈钢片上制备多孔316不锈钢/TiO2梯度膜，其中多孔不锈钢表面最大孔径约30μm，步骤如下：
(1)选用金红石TiO2粉体(粒径分布为D10＝500nm，D50＝2μm，D90＝5μm)和316不锈钢粉体(粒径分布为D10＝2um，D50＝2.7μm，D90＝5μm)配制316不锈钢/TiO2粉体的悬浮液浆料。将1g PVA溶于100mL去离子水中，加入苯磺酸钠0.5g，加入316不锈钢粉体2g和TiO2粉体15g，充分搅拌。
(2)将经丙酮超声清洗干燥后的多孔不锈钢片作为基体置于浆料底部，静置48h，利用不同粒径粉体沉降速率不同在基体表面获得梯度膜。
(3)在300℃空气气氛中热处理60min，再在1050℃氩气气氛下烧结1小时，升降温速度为5℃/min，最后获得多孔316不锈钢/TiO2梯度膜。
所得到的多孔316不锈钢/TiO2梯度膜厚度约30μm，表面最大孔径小于2μm，薄膜均匀，结合力良好。
实施例3
多孔Ni片上制备多孔Ni/YSZ梯度膜，其中Ni片表面最大孔径约170μm，步骤如下：
(1)选用YSZ粉体(粒径分布为D10＝30nm，D50＝250nm，D90＝550nm)及Ni粉(粒径分布为D10＝500nm，D50＝12μm，D90＝20μm)配制Ni/YSZ粉体的悬浮液浆料。将2g阿拉伯树胶溶于80mL无水乙醇与20mL松油醇中，加入Ni粉80g和YSZ粉体10g，充分搅拌。
(2)将经丙酮超声清洗干燥后的多孔Ni片置于浆料底部，静置72h，利用不同粒径粉体沉降速率不同在基体表面获得梯度膜。
(3)在400℃空气气氛中热处理60min，再在1050℃真空条件下烧结1h，升降温速度为10℃/min，最后获得多孔Ni/YSZ梯度膜。
所得到的多孔Ni/YSZ梯度膜厚度约15μm，表面最大孔径小于500nm，薄膜均匀，结合力良好。

Claims (9)

1.一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体的悬浮溶液；
(2)利用粒径不同粉体沉降速率不同，在多孔基材表面获得梯度复合膜；
(3)对梯度复合膜进行热处理和烧结，获得多孔陶瓷金属梯度复合膜。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，悬浮溶液中金属与陶瓷粉体的体积比为1∶10～10∶1，混合粉体占悬浮液的体积比为10％～80％。
3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，配制悬浮溶液所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、松油醇、异丙醇、氯仿、水、苯、氯苯、石油醚、四氯化碳、乙酸乙酯中的一种或几种；所用的粘结剂为甲基纤维素、乙基纤维素、聚四氟乙烯、PVDF、PVA、PVB、阿拉伯树胶中的一种或几种；所用的表面活性剂为PEI、CTAB、十二烷基硫酸钠、苯磺酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过离心或重力沉降的方法形成粉体沉降速率的不同。
5.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，热处理温度和气氛取决于所用有机添加剂、金属及陶瓷粉体烧结温度，烧结气氛为真空、惰性或还原性气氛，烧结温度为900-1100℃，时间为5-60min。
6.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述金属粉体的粒径范围为在0.1到50μm之间，粉体的D90介于基底表面孔径的1/50到1/5之间，径距即(D90-D10)/D50大于1；所述陶瓷粉体的粒径范围在0.01到5μm之间，陶瓷粉体的D90介于金属粉体D90和D10之间，D10小于金属粉体的D10，径距即(D90-D10)/D50大于1。
7.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述金属粉体为镍、铁、铝、钛、钛合金、镍钴基合金、不锈钢中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、YSZ中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷金属梯度复合膜的厚度为50-300μm。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109569325A (zh) * 2019-01-17 2019-04-05 南京工业大学 一种填充型梯度孔分离膜的制备方法
CN110252156A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN111318177A (zh) * 2018-12-14 2020-06-23 恩特格里斯公司 复合纳米多孔金属膜
CN112569803A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 成都易态科技有限公司 复合多孔薄膜的制备方法
CN112892228A (zh) * 2019-11-19 2021-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于制氢的多孔Ni管支撑的Ni-Zr1-xMxO2-x/2膜及其制备方法
CN113171690A (zh) * 2021-04-09 2021-07-27 西部宝德科技股份有限公司 一种盘式多孔金属膜的制备方法
CN114307688A (zh) * 2020-09-29 2022-04-12 三达膜科技（厦门）有限公司 一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101670244A (zh) * 2009-09-27 2010-03-17 南京工业大学 制备具有梯度孔陶瓷纳滤膜支撑体的方法
CN105220141A (zh) * 2015-10-16 2016-01-06 北京有色金属研究总院 一种金属陶瓷多孔层及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101670244A (zh) * 2009-09-27 2010-03-17 南京工业大学 制备具有梯度孔陶瓷纳滤膜支撑体的方法
CN105220141A (zh) * 2015-10-16 2016-01-06 北京有色金属研究总院 一种金属陶瓷多孔层及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111318177A (zh) * 2018-12-14 2020-06-23 恩特格里斯公司 复合纳米多孔金属膜
CN109569325A (zh) * 2019-01-17 2019-04-05 南京工业大学 一种填充型梯度孔分离膜的制备方法
CN110252156A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110252156B (zh) * 2019-07-09 2022-04-05 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN112569803A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 成都易态科技有限公司 复合多孔薄膜的制备方法
CN112892228A (zh) * 2019-11-19 2021-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于制氢的多孔Ni管支撑的Ni-Zr1-xMxO2-x/2膜及其制备方法
CN114307688A (zh) * 2020-09-29 2022-04-12 三达膜科技（厦门）有限公司 一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法
CN114307688B (zh) * 2020-09-29 2023-02-14 三达膜科技（厦门）有限公司 一种膜厚梯度分布陶瓷过滤膜及其制备方法
CN113171690A (zh) * 2021-04-09 2021-07-27 西部宝德科技股份有限公司 一种盘式多孔金属膜的制备方法

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