CN108329033A - 液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法，制备方法包括如下步骤：支撑体的制备、过渡层的制备、以及表面膜层的制备，其中，所述支撑体的原料中含有高岭土和滑石，所述过渡层的原料中含有高岭土。根据本发明的制备方法，支撑体及过渡层利用液相烧结有效地降低了烧结温度，而表面膜层通过使用微细的碳化硅粉，在保证分离膜亲水性的同时也有效降低了烧结温度。根据本发明获得的多通道碳化硅陶瓷膜元件，碳化硅陶瓷膜与水的润湿角仅为0.3°，抗弯强度大于100MPa；所制备的陶瓷膜元件孔隙率在35％～45％之间，可在pH＝0～14的酸碱环境中应用，耐受各种溶剂和各种浓度氧化剂；使用温度可以达到800～1000℃。

Description

液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料的制备技术领域，具体地，涉及液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法。
背景技术
近年来越来越多的工业废水，尤其是重金属废水未经严格处理就肆意排放，造成了水域、土壤和环境的重金属污染，如何减少重金属对环境的污染已经成为一个重要课题。重金属废水一般来源于矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业，所含的重金属离子难以生物降解且易被生物吸收富集，毒性具有持续性，是一类极具潜在危害的污染物。目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学处理法，即废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法；(2)物理处理法，使废水中的重金属离子在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法；(3)生物处理法，借助微生物或植物的絮凝、吸收累积、富集等作用去除废水中重金属离子的方法。但这些方法在实践中都不同程度地存在着处理工艺较长、成本较高、废渣较多、引入二次污染、处理条件苛刻、处理量有限等问题。
面对我国逐渐提高的环境保护标准，研究人员越来越偏向利用膜分离技术处理重金属废水。在诸多分离膜中，无机陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，是由无机金属氧化物制备而成的具有高效分离功能的薄膜材料，具有耐高温、耐化学侵蚀、机械强度好、抗微生物能力强、渗透通量大、可清洗性强、孔径分布窄、使用寿命长，不易损坏等的优点。目前无机陶瓷膜的研究主要集中在氧化铝、氧化锆、堇青石等膜材，商业化的无机陶瓷膜主要是氧化铝膜。然而，重金属废水的特点是强腐蚀、含油、含重金属离子。在如此严酷的使用环境下，氧化铝陶瓷膜的耐强酸碱腐蚀能力弱，因此使用寿命低、膜材更新周期短；氧化铝陶瓷膜与纯水的润湿角约为30°，因此过滤通量小、废水处理效率低。
另一方面，碳化硅材料虽然具有润湿角小、机械强度高等有点，但是通常而言碳化硅材料的烧结温度较高，从而存在制造成本高等缺点。
为此，有必要研究开发一种过滤通量大、废水处理效率高、使用寿命长、制造成本低的无机陶瓷膜支撑体。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，以及通过上述液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法制得的多通道碳化硅陶瓷膜元件。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
根据本发明第一方面实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，支撑体的制备，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(5～15)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、造孔剂和第一结合剂，与水配置成泥料并成型，经过烧结得到多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，
步骤2，过渡层的制备，按照质量比100：(10～20)：(10～20)：(3～5)称取碳化硅粉Ⅱ、高岭土、第二结合剂和第一分散剂，与水混合得到过渡层浆料，使所述过渡层浆料流过所述步骤1得到的多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层，此后进行烧结以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层，
步骤3，表面膜层的制备，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅲ、第三结合剂和第二分散剂，与水混合得到涂膜液，使所述涂膜液被覆在所述过渡层上，以在所述过渡层上形成涂膜，此后进行烧结以在所述过渡层上形成表面膜层，其中，所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径＞所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径＞所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径，
且所述支撑体的烧结温度、所述过渡层的烧结温度、所述表面膜层的烧结温度的任一项为1500℃以下。
根据本发明的一些实施例，所述支撑体的制备具体包括如下步骤：
步骤11，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(5～15)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、造孔剂和第一结合剂，所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径范围在20～60μm之间，纯度为98％以上；
步骤12，将所述第一结合剂溶于水，将碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石以及所述造孔剂加入到所述第一结合剂的水溶液中，混合得到混合物料，其固含量为50％～70％；
步骤13，对所述混合物料进行混练，得到泥料；
步骤14，将所述泥料进行挤出成型，得到素坯；
步骤15，将所述素坯干燥后进行烧成，得到所述液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
进一步，所述步骤13中，将所述混合物料放入真空练泥机中，在挤出压力0.08～0.12MPa，真空度0.05～0.1MPa的条件下练泥6～12小时后，在室温下陈腐12～18小时，此后重复上述操作多次，得到所述泥料。
进一步，所述步骤14中，将所述泥料放入挤出成型机，成型为多通道管状素坯或平板状素坯。
进一步，所述步骤15可以包括：
步骤151，将所述素坯置于室温环境中干燥4～12小时，所述室温环境为温度20～30℃，相对湿度50％～70％；
步骤152，将室温干燥后的素坯在100～150℃下保温1～3h；
步骤153，将干燥后的素坯置入烧结炉中进行烧成，在800～1000℃下保温1～3h，此后继续加热至1300～1500℃，并保温1～3h，得到所述液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
根据本发明的一些实施例，所述过渡层的制备具体包括如下步骤：
步骤21，按照质量比100：(10～20)：(10～20)：(3～5)称取碳化硅粉Ⅱ、高岭土、第二结合剂和第一分散剂，所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径范围在2～20μm之间，纯度为98％以上；
步骤22，将所述步骤21称取的物料与水混合，得到过渡层浆料，其固含量为30％～50％；
步骤23，使所述过渡层浆料在所述步骤15得到的支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层；
步骤24，将内孔表面形成有被覆层的支撑体烘干后进行烧结，以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层。
进一步，所述步骤22中，将所述物料与水通过行星式球磨机，以碳化硅球为研磨介质，球磨5～10h小时，得到所述过渡层浆料。
进一步，所述步骤24中，在温度1200～1400℃下保温1～3h进行所述烧结。
根据本发明的一些实施例，所述表面膜层的制备具体包括以下步骤：
步骤31，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅲ、第三结合剂和第二分散剂，所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径范围在0.1～2μm之间，纯度为98％以上；
步骤32，将所述步骤31称取的物料与水混合，得到涂膜液，其固含量为25％～45％；
步骤33，使所述涂膜液在所述步骤24得到的形成有过渡层的支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，以在所述过渡层上形成涂膜；
步骤34，将形成有涂膜的支撑体烘干后进行烧结，以在所述过渡层上形成表面膜层。
进一步，所述步骤34中，在温度1100～1300℃下保温1～3h进行所述烧结。
进一步，所述表面膜层的膜厚为40～100μm，平均孔径为0.04～1μm。
根据本发明的一些实施例，所述造孔剂为炭黑、活性碳粉、或石墨粉，平均粒径为5～10μm之间；所述第一结合剂、所述第二结合剂、所述第三结合剂相互独立地选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、及其混合物；所述第一分散剂和所述第二分散剂相互独立地选自聚丙烯酸、柠檬酸铵、甲基纤维素、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵、及其混合物。
优选地，所述第一结合剂为羧甲基纤维素钠，且所述第一结合剂的粘度为10000～20000Pa·S，纯度为98.5％以上；所述第二结合剂、所述第三结合剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的分子量为2000，纯度为99％以上；所述第一分散剂和所述第二分散剂为聚丙烯酸，所述聚丙烯酸的分子量为72.06，纯度为99％以上。
根据本发明第二方面实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件，通过上述任一实施例所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法制得。
优选地，孔隙率为35％～45％，与水的接触角接近0.3°，抗弯强度为100MPa以上。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
(1)利用高岭土和碳化硅粉的液相烧结效应来制备支撑体和过渡层，能够显著降低烧结温度；
(2)采用液相烧结法制得的多通道碳化硅陶瓷膜支撑体强度高；
(3)根据上述多通道碳化硅陶瓷膜支撑体进一步制得多通道碳化硅陶瓷膜元件，该多通道碳化硅陶瓷膜元件碳化硅陶瓷膜与水的润湿角仅为0.3°，表现为较强的亲水憎油特性；良好的机械性能，其抗弯强度大于100MPa；所制备的陶瓷膜元件孔隙率在35％～45％之间，结合其亲水憎油特性，膜通量达到氧化铝陶瓷膜的3倍以上；碳化硅的化学稳定性较强，可在pH＝0～14的酸碱环境中应用，耐受各种溶剂和各种浓度氧化剂；使用温度可以达到800～1 000℃。
附图说明
图1为本发明实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件制备方法的流程图；
图2为本发明实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件制备方法中支撑体的制备流程图；
图3本发明实例1所制备的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的微观形貌图；
图4为本发明实例1所制备的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，包括：
步骤1，支撑体的制备。
具体地，如图2所示，支撑体的制备包括如下步骤：
步骤11，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(5～15)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、造孔剂和第一结合剂。
其中，优选地，所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径范围在20～60μm之间，纯度为98％以上。
所述第一结合剂可以选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸等、及其混合物。优选地，所述第一结合剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠，其粘度优选为10000～20000Pa·S，更优选为大致16000Pa·S，纯度为98.5％以上。
所述造孔剂可以为炭黑、活性碳粉、或石墨粉，平均粒径为5～10μm之间。
步骤12，所述第一结合剂溶于水，将碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石以及所述造孔剂加入到所述第一结合剂的水溶液中，混合得到混合物料，其固含量为50％～70％。
具体地，将第一结合剂，例如羧甲基纤维素钠(CMC)搅拌溶于温水中，再加温水搅拌，至分散剂完全溶解；再将步骤11中准确称量的碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、炭黑(造孔剂)、羧甲基纤维素钠(CMC)溶液依次加入混料桶，用高速混料机混合均匀以制得混合物料。
步骤13，对步骤12中的混合物料进行混练，得到泥料。
具体地，将步骤12中的混合物料放入真空练泥机中，在挤出压力0.08～0.12MPa，真空度0.05～0.1MPa的条件下练泥6～12小时后，在室温下陈腐18～12小时，此后重复上述操作多次，得到泥料。
步骤14，将所述泥料进行挤出成型，得到素坯。
优选地，将泥料放入真空挤出成型机，挤出压力可以为0.5～0.8MPa，成型得到多通道管状素坯或平板状素坯。
通过改变挤出模具，可以成型管式或平板式的素坯以制备相应的多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
关于管式，例如可成型19孔、31孔、37孔等多通道管式碳化硅陶瓷膜支撑体素坯，其相应的规格分别为(外径×长度)、
关于平板式，例如可以成型43孔、50孔、80孔的碳化硅陶瓷平板膜支撑体素坯。
步骤15，将所述素坯干燥后进行烧成，得到液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
优选地，步骤15包括以下步骤：
步骤151，将所述素坯置于室温环境中干燥4～12小时，所述室温环境为温度20～30℃，相对湿度50％～70％。
也可以采用强制通风进行干燥；或将素坯置于室温干燥后移入微波干燥器中进行高速干燥。
步骤152，将室温干燥后的素坯在100～150℃下保温1～3h。
步骤153，将干燥后的素坯置入烧结炉中进行烧成，在800～1000℃下保温1～3h，此后继续加热至1300～1500℃，并保温1～3h，得到所述液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
由于原料中使用了高岭土和滑石，利用其与碳化硅粉在高温下形成液相固溶，利用液相烧结，有效地降低了烧结温度。
此外，通过液相烧结得到的该多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，具有高强度的特性，其孔隙率为35％～45％，与水的接触角接近0.3°，抗弯强度为100MPa以上。
步骤2，过渡层的制备。
具体地，可以包括以下步骤：
步骤21，按照质量比100：(10～20)：(10～20)：(3～5)称取碳化硅粉Ⅱ、高岭土、第二结合剂和第一分散剂，所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径范围在2～20μm之间，纯度为98％以上。
所述第二结合剂可以选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、及其混合物。其中，所述第二结合剂优选为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的分子量为2000，纯度为99％以上。
所述第一分散剂可以选自聚丙烯酸、柠檬酸铵、甲基纤维素、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵、及其混合物。其中，所述第一分散剂优选为聚丙烯酸，所述聚丙烯酸的分子量为72.06，纯度为99％以上。
步骤22，将上述物料与水混合，得到过渡层浆料，其固含量为30％～50％，优选为40％。
优选地，将所述物料与水通过行星式球磨机，以碳化硅球为研磨介质，球磨5～10h小时，得到所述过渡层浆料。
步骤23，使所述过渡层浆料在所述支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，优选地流速为1m/s，以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层。
例如，可以将步骤15得到的支撑体置于所述过渡层浆料中或者涂膜机中，并使所述过渡层浆料在所述支撑体中流动。
此外，本步骤的目的是在内孔表面形成膜层，当流速过高或过低都不利于形成完整且均匀的膜层。
步骤24，将内孔表面形成有被覆层的支撑体烘干后进行烧结，以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层。优选地，可以在温度1200～1400℃下保温1～3h进行所述烧结。
通过在过渡层的原料中含有高岭土，并且通过降低碳化硅粉体的粒径，进一步有效地降低了烧结温度。
步骤3，表面膜层的制备。
具体地，包括以下步骤：
步骤31，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅲ、第三结合剂和第二分散剂。
优选地，所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径范围在0.1～2μm之间，纯度为98％以上。
所述第三结合剂可以选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、及其混合物。其中，所述第三结合剂优选为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的分子量为2000，纯度为99％以上。
所述第二分散剂可以选自聚丙烯酸、柠檬酸铵、甲基纤维素、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵、及其混合物。其中，所述第二分散剂优选为聚丙烯酸，所述聚丙烯酸的分子量为72.06，纯度为99％以上。
需要说明的是，上述第一结合剂、第二结合剂、第三结合剂可以相同也可以不同，其选择不受彼此干扰，也就是说其彼此相互独立地选自上述材料。
同样地，上述第一分散剂和第二分散剂可以相同也可以不同，其选择不受彼此干扰，也就是说其彼此相互独立地选自上述材料。
步骤32，将上述物料与水混合，得到涂膜液，其固含量为25％～45％，优选为35％。
优选地，向物料中加去离子水后，放入到行星式球磨机中，以碳化硅球为研磨介质，高速球磨5～10h，制得高稳定、高固含量的涂膜液。
步骤33，使所述涂膜液在所述支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，优选为1.2m/s，以在所述过渡层上形成涂膜。
例如，可以将步骤24得到的形成有过渡层的支撑体置于所述过渡层浆料中或者涂膜机中，并使所述过渡层浆料在所述支撑体中流动，以在所述过渡层上形成涂膜。
此外，与上述步骤23类似，本步骤的目的是在内孔表面形成膜层，当流速过高或过低都不利于形成完整且均匀的膜层。
步骤34，将形成有涂膜的支撑体烘干后进行烧结，以在所述过渡层上形成表面膜层。
优选地，在温度1100～1300℃下保温1～3h进行烧结。
具体地，所得到的表面膜层的膜厚为40～100μm，平均孔径为0.04～1μm，优选为0.5μm的亲水性碳化硅表面膜层。
通过上述方法最终制得的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件，孔隙率为35％～45％，与水的接触角接近0.3°，抗弯强度为100MPa以上。与氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷膜相比，碳化硅陶瓷膜的孔隙率更高、膜通量更大、机械强度高、化学稳定性(pH范围0～14)优异、耐高温性更强及性价比优良。碳化硅陶瓷膜与水的润湿角仅为0.3°，因此碳化硅陶瓷膜具有极高的亲水性和憎油性。
为使本领域的技术研究人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
1)液相烧结碳化硅陶瓷膜元件支撑体的制备。
A1称取原料：第一结合剂采用羧甲基纤维素钠，造孔剂采用炭黑，将粒径40μm的碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、羧甲基纤维素钠、炭黑按质量比100:7:4:10:8称量。
B1原料混合：首先将A1中称取的羧甲基纤维素钠搅拌溶于40℃的温水中，再依次加入碳化硅粉Ⅰ和炭黑，并用高速混料机混合均匀，其中，固含量为62％。
C1原料混炼：将上述混合物料加入真空练泥机反复混料8h，练泥时挤出压力0.10MPa，真空度0.08MPa；陈腐16h；再次白天练泥，晚上陈腐，得到泥料备用。
D1支撑体素坯挤出：将步骤C1中的泥料放入真空挤出成型机，挤出压力0.7MPa，挤出模具为19孔的管式挤出头，得到19孔多通道管式碳化硅支撑体素坯。
E1支撑体素坯干燥：将挤出成型的支撑体素坯置于室温自然干燥。
若在冬季(中国北方地区的11月～4月)，工作车间温度低于20℃，空气的相对湿度也低于50％，使得支撑体极易干裂，不易于自然干燥，。为了避免支撑体出现干裂情况，可以将挤出成型的支撑体置于室温(温度20℃以上、相对湿度大于50％)自然干燥8分钟后，通过简易通风管强制通入暖风进行干燥。若工作车间温度低于20℃，需要通过空气进行加热达到入风要求，风速控制在13m/s，工作车间的相对湿度低于50％时，可以通过加湿器调节空气的相对湿度50％以上。
F1支撑体素坯烘干：支撑体素坯经室温干燥后入烘干炉，从室温经3h缓慢升温到130℃，保温1h；然后自然降温；
G1支撑体烧成：将步骤F1完成烘干的支撑体素坯装入烧结炉，设定温度升到800℃后保温2h，然后继续升温到1400℃，保温时间2h，制得高结合强度的液相烧结多通道碳化硅支撑体。
2)过渡层的制备
A2将粒径5μm碳化硅粉Ⅱ、高岭土、作为第二结合剂的聚乙烯醇、作为第一分散剂的聚丙烯酸按质量比100:20:20:4准确称量；
B2向上述称取的物料中加去离子水后放行星式球磨机中，以碳化硅球为研磨介质，高速球磨10h，制得高稳定、固含量高达40％的高固含量的过渡层浆料；
C2将步骤B2制得的浆料移入浆料桶，通过引流泵将浆料注入到涂膜装置，浆料在多通道陶瓷膜支撑体中流动时间控制在12s，从而在支撑体内孔表面形成过渡层；
D2将步骤C2制得的表面形成有过渡层的支撑体烘干后移入烧结炉，烧结温度1300℃，保温时间1h，从而在碳化硅支撑体表面制备致密、均匀的碳化硅中间过渡层。
3)表面膜层的制备
A3将粒径0.5μm的碳化硅粉Ⅲ、聚乙烯醇、聚丙烯酸按质量比100:20:8准确称量；
B3向上述称取的物料中加去离子水后，放入到行星式球磨机中，以碳化硅球为研磨介质，高速球磨8h，制得高稳定、固含量为35％的涂膜液；
C3将步骤B3制得的涂膜液移入浆料桶，通过引流泵将涂膜液注入到涂膜装置，涂膜液在多通道支撑体内孔中流动时间控制在12s，从而在支撑体内孔表面形成膜层；
D3将步骤C3制得的表面形成有膜层的支撑体烘干后移入烧结炉，烧结温度1100℃，保温时间1h，从而在碳化硅支撑体表面制备致密、均匀的碳化硅膜层，最终获得孔隙率为40％，与水的接触角大致为0.3°，抗弯强度为100MPa的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件(见图3和图4)。
实施例2：
除下述变化外，其余过程同实施例1。
多通道碳化硅陶瓷膜支撑体制备中，第一结合剂选择羧乙基纤维素钠(粘度为18000Pa·S)，造孔剂选择活性炭粉，其中，碳化硅粉Ⅰ(平均粒径为50μm)、高岭土、滑石、羧乙基纤维素钠、活性炭粉按照质量比100:8:3:10:10进行称量，混合后的浆料中固含量为67％，烧结温度为1500℃，保温时间为3小时。
过渡层的制备中，碳化硅粉Ⅱ(平均粒径为5μm)、高岭土、聚乙烯醇、聚丙烯酸按质量比100:15:10:5进行称量，且过渡层浆料的固含量为48％，烧结温度为1350摄氏度，保温时间为2小时。
表面膜层的制备中，碳化硅粉Ⅲ(平均粒径为1μm)、聚乙烯醇和聚丙烯酸按质量比100:25:10进行称量，涂膜液的固含量为40％，烧结温度为1200℃，保温时间为2小时。
最终获得孔隙率为43％，与水的接触角大致为0.3°，抗弯强度为124MPa的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件。
实施例3：
除下述变化外，其余过程同实施例1。
多通道碳化硅陶瓷膜支撑体制备中，第一结合剂选择羧甲基纤维素钠(粘度为12000Pa·S)，造孔剂选择活性炭粉，其中，碳化硅粉Ⅰ(平均粒径为35μm)、高岭土、滑石、羧甲基纤维素钠、活性炭粉按照质量比100:5:5:10:5进行称量，混合后的浆料中固含量为55％，烧结温度为1350℃，保温时间为3小时。
过渡层的制备中，碳化硅粉Ⅱ(平均粒径为8μm)、高岭土、聚乙烯醇、聚丙烯酸按质量比100:10:20:3进行称量，且过渡层浆料的固含量为35％，烧结温度为1250℃，保温时间为3小时。
表面膜层的制备中，碳化硅粉Ⅲ(平均粒径为200nm)、聚乙烯醇和聚丙烯酸按质量比100:15:5进行称量，涂膜液的固含量为30％，烧结温度为1150℃，保温时间为3小时。
最终获得孔隙率为45％，与水的接触角大致为0.3°，抗弯强度为105MPa的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，支撑体的制备，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(5～15)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、造孔剂和第一结合剂，与水配置成泥料并成型，经过烧结得到多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，
步骤2，过渡层的制备，按照质量比100：(10～20)：(10～20)：(3～5)称取碳化硅粉Ⅱ、高岭土、第二结合剂和第一分散剂，与水混合得到过渡层浆料，使所述过渡层浆料流过所述步骤1得到的多通道碳化硅陶瓷膜支撑体，以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层，此后进行烧结以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层，
步骤3，表面膜层的制备，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅲ、第三结合剂和第二分散剂，与水混合得到涂膜液，使所述涂膜液被覆在所述过渡层上，此后进行烧结以在所述过渡层上形成表面膜层，
其中，所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径＞所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径＞所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径，
且所述支撑体的烧结温度、所述过渡层的烧结温度、所述表面膜层的烧结温度的任一项为1500℃以下。
2.根据权利要求1所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述支撑体的制备具体包括如下步骤：
步骤11，按照质量比100:(5～10)：(3～5):(5～15)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石、造孔剂和第一结合剂，所述碳化硅粉Ⅰ的平均粒径范围在20～60μm之间，纯度为98％以上；
步骤12，将所述第一结合剂溶于水，将碳化硅粉Ⅰ、高岭土、滑石以及所述造孔剂加入到所述第一结合剂的水溶液中，混合得到混合物料，其固含量为50％～70％；
步骤13，对所述混合物料进行混练，得到泥料；
步骤14，将所述泥料进行挤出成型，得到素坯；
步骤15，将所述素坯干燥后进行烧成，得到所述多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
3.根据权利要求2所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述步骤13中，将所述混合物料放入真空练泥机中，在挤出压力0.08～0.12MPa，真空度0.05～0.1MPa的条件下练泥6～12小时后，在室温下陈腐12～18小时，此后重复上述操作多次，得到所述泥料。
4.根据权利要求2所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述步骤15包括：
步骤151，将所述素坯置于室温环境中干燥4～12小时，所述室温环境为温度20～30℃，相对湿度50％～70％；
步骤152，将室温干燥后的素坯在100～150℃下保温1～3h；
步骤153，将干燥后的素坯置入烧结炉中进行烧成，在800～1000℃下保温1～3h，此后继续加热至1300～1500℃，并保温1～3h，得到所述多通道碳化硅陶瓷膜支撑体。
5.根据权利要求1所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述过渡层的制备具体包括如下步骤：
步骤21，按照质量比100：(10～20)：(10～20)：(3～5)称取碳化硅粉Ⅱ、高岭土、第二结合剂和第一分散剂，所述碳化硅粉Ⅱ的平均粒径范围在2～20μm之间，纯度为98％以上；
步骤22，将所述步骤21称取的物料与水混合，得到过渡层浆料，其固含量为30％～50％；
步骤23，使所述过渡层浆料在所述步骤15得到的支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，以在所述支撑体的内孔表面形成被覆层；
步骤24，将内孔表面形成有被覆层的支撑体烘干后进行烧结，以在所述支撑体的内孔表面形成过渡层。
6.根据权利要求5所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述步骤24中，在温度1200～1400℃下保温1～3h进行所述烧结。
7.根据权利要求1所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述表面膜层的制备具体包括以下步骤：
步骤31，按照质量比100：(15～25)：(5～10)称取碳化硅粉Ⅲ、第三结合剂和第二分散剂，所述碳化硅粉Ⅲ的平均粒径范围在0.1～2μm之间，纯度为98％以上；
步骤32，将所述步骤31称取的物料与水混合，得到涂膜液，其固含量为25％～45％；
步骤33，使所述涂膜液在所述步骤24得到的形成有过渡层的支撑体中流动10～20s，流速为0.5～2m/s，以在所述过渡层上形成涂膜；
步骤34，将形成有涂膜的支撑体烘干后进行烧结，以在所述过渡层上形成表面膜层。
8.根据权利要求7所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，所述步骤34中，在温度1100～1300℃下保温1～3h进行所述烧结。
9.根据权利要求1所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，
所述造孔剂为炭黑、活性碳粉或石墨粉，平均粒径为5～10μm之间，
所述第一结合剂、所述第二结合剂、所述第三结合剂相互独立地选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其混合物，
所述第一分散剂和所述第二分散剂相互独立地选自聚丙烯酸、柠檬酸铵、甲基纤维素、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵及其混合物。
10.根据权利要求9所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法，其特征在于，
所述第一结合剂为羧甲基纤维素钠，且所述第一结合剂的粘度为10000～20000Pa·S，纯度为98.5％以上，
所述第二结合剂、所述第三结合剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的分子量为2000，纯度为99％以上，
所述第一分散剂和所述第二分散剂为聚丙烯酸，所述聚丙烯酸的分子量为72.06，纯度为99％以上。
11.一种液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件，其特征在于，通过权利要求1至10任一项所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件的制备方法制得。
12.根据权利要求11所述的液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜元件，其特征在于，孔隙率为35％～45％，与水的接触角为0.3°，抗弯强度为100MPa以上。
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