CN108392990A - 一种中空平板全陶瓷过滤膜元件 - Google Patents

一种中空平板全陶瓷过滤膜元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中空平板全陶瓷过滤膜元件。依据本发明制备出的过滤膜元件通过添加纳米银使得本发明具有消毒杀菌的作用，从而使得本发明的过滤效果更高；本发明通过在真空炼泥机中进行炼泥，能够排除重力对材料的影响而使材料充分混合均匀，以此有利于使得泥料各处材料均匀，使得制成的平板陶瓷膜支撑体质量高，通过使用氧化铝作为主要原料烧结制备平板陶瓷膜支撑体，能够增加陶瓷膜支撑体性能稳定性，并能够在质量轻的前提下保证支撑体具有足够的强度。

Description

一种中空平板全陶瓷过滤膜元件
技术领域
本发明涉及陶瓷元件，尤其是涉及中空平板全陶瓷过滤膜元件及制备工艺。
背景技术
当前在污水过滤行业中，使用较多的膜多是有机膜，而有机膜抗氧化能力、耐酸碱能力、耐高温能力及化学稳定性等通常比较差，因而限制了有机膜的使用领域。而相对于有机膜，近来出现的无机平板陶瓷膜作为过滤元件由于具有耐酸碱腐蚀，耐高温，耐有机溶剂，高机械强度等优点，因而大大增加了使用范围，且无机平板陶瓷膜还具有易冲洗、不容易被污染等优点，因而大大增加了使用寿命。但由于现有平板陶瓷膜堵头本身和堵头与无机陶瓷膜之间的粘合剂均是有机材质，如陶瓷膜堵头常用ABS、PPS、PPR等，粘合剂常用环氧树脂粘合剂、聚氨酯粘合剂、丙烯酸树脂粘合剂或者是它们的复合及改性粘合剂，这些含有有机材质的堵头和粘合剂，在高温、特别是含有中强酸碱以及腐蚀性有机溶剂如苯、二甲苯及含有苯酚等的水质中使用时，会因为陶瓷膜元件中的有机材质容易被腐蚀或被溶解或溶胀而限制了其使用范围，缩短了其使用寿命。
发明内容
针对上述现有技术中空中平板陶瓷膜在水处理过程中所存在的问题，本发明提供了一种全部采用的无机材质制成的中空平板全陶瓷过滤膜元件，就是为了解决目前水处理过程中出现的这些问题。
本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，由中空平板陶瓷膜支撑体涂敷陶瓷膜液后制成的平板陶瓷膜陶瓷堵头及膜和陶瓷堵头之间的无机胶组成，其特征在于：所述中空平板全陶瓷过滤膜元件按下述方法步骤制备并组合而成：
步骤一、先按以下子步骤制成中空平板陶瓷膜支撑体：
11）按重量份计将85~95份氧化铝陶瓷骨料、4~6份造孔剂、3~5份分散剂、5~12份粘接剂和1~3份增塑剂均匀混合，混合之后在真空炼泥机中进行炼泥得到泥料；
首先将造孔剂、分散剂、增塑剂均匀混合形成混合剂，然后将所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂混合均匀；
在上述混合过程中，混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂放入混合釜中进行混合，所述混合釜上面设有三个进料口，分别供所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂进入混合釜中，三个进料口包括中间进料口、以及分布在所述中间进料口两侧的倾斜设置的侧进料口，所述粘结剂通过中间进料口进入，所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料从两侧的侧进料口进入，使得所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料以一定的压力和所述粘合剂混合；
12）将泥料进行干燥处理得到胚料；
干燥过程在干燥炉内进行，上部设置有出气孔，下部设置有进气孔，下部通入密度小于干燥过程中因蒸发产生的气体的密度；
13）将胚料在1000~1700℃下进行真空烧结得到平板陶瓷膜支撑体；
步骤二、按以下子步骤制造平板陶瓷膜：
21）配制浸渍液，并进行真空浸渍涂膜；
22）膜干燥；
23）膜烧结，得到高效平板陶瓷膜；
将步骤一中制得的中空平板陶瓷膜支撑体上涂敷陶瓷膜液，
将已涂敷陶瓷膜液的中空平板陶瓷膜支撑体干燥制成带膜坯体，
将干燥好的带膜坯体在400℃-1300℃的温度下烧制，使多孔膜层和载体结合成一个整体，获得中空平板陶瓷膜；
步骤三、按以下子步骤制造陶瓷堵头：
31）称取原料：平均粒径为0.1-50μm的α-氧化铝、氧化钛、氧化硅、莫来石、堇青石、镁橄榄石或镁铝尖晶石，日用瓷瓷粉中的至少一种、增塑剂、助烧剂、粘结剂进行混合均匀，所述增塑剂为高岭土、瓷土、膨润土其中的至少一种，助烧剂为石英粉、石灰石、氧化锌、氧化钛、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，
32）在混合好的原料中加入占原料重量10-25%的熔化石蜡，再搅拌混合均匀制成料浆，
33）料浆经热压铸机注模成堵头蜡坯，
34）脱膜修坯，将堵头蜡坯埋入Al2O3粉中并在1000-1200℃之间吸附排蜡得到陶瓷堵头 素坯，将堵头素坯清理干净并在1100-1450℃的高温下烧制，获得陶瓷堵头陶瓷堵头吸水率 ≤16%，抗压强度≥45MPa；
步骤四、按以下子步骤制得无机胶：
41）取高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、莫来石、碳化硅和日用瓷粉中的至少一种，助烧剂为玻璃粉、石英粉、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，增塑剂高岭土或者膨润土、球土、瓷土中的至少一种；
42）在上述充分混合好的原料中，加入硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐或硅酸盐，充分搅 拌混合成均匀的粘稠水性浆料—水溶性无机胶；
步骤五、按以下子步骤制得中空平板全陶瓷过滤膜元件：
43）用无机胶将陶瓷堵头和平板陶瓷膜粘合制成整体构件，
44）将上述整体构件在25℃-100℃下干燥，在温度为200℃-1200℃下保温烧成，制得中空平板全陶瓷过滤膜元件。
所述的步骤 11）中，将得到的泥料挤压在模具中，再进行干燥处理。
所述的步骤 12）中，将泥料放置在40~100℃的干燥箱中干燥1~10个小时。
所述的干燥箱内的温度在干燥时间段内：保持90 ~100℃干燥1~2.5个小时，然后匀速降低至40℃。
所述的步骤 21）中，将0.2~1微米的球形氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化硅溶胶、纳米银、无机粘结剂、活性成分按比例配成浸渍液；
步骤21）中，先采用喷射的方式将浸渍液喷射到所述平板陶瓷膜支撑体的表面，然后将所述平板陶瓷膜支撑体放入浸渍液中进行浸渍，使浸渍液均匀附着在所述平板陶瓷膜支撑体的表面。
所述的活性成分为钯、铂、镍、钴、锰中的任意一种或几种。
所述的步骤 22）中，将涂膜后的平板陶瓷膜支撑体在40~50℃下干燥3~10小时；在步骤23）中，将干燥后的平板陶瓷膜支撑体在800~1800℃下进行真空烧结得到高效平板陶瓷膜。
本发明的优点是：依据本发明制备出的过滤膜元件通过添加纳米银使得本发明具有消毒杀菌的作用，从而使得本发明的过滤效果更高；本发明通过在真空炼泥机中进行炼泥，能够排除重力对材料的影响而使材料充分 混合均匀，以此有利于使得泥料各处材料均匀，使得制成的平板陶瓷膜支撑体质量高，通过 使用氧化铝作为主要原料烧结制备平板陶瓷膜支撑体，能够增加陶瓷膜支撑体性能稳定性，并能够在质量轻的前提下保证支撑体具有足够的强度。
具体实施方式
实施例一：
一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，由中空平板陶瓷膜支撑体涂敷陶瓷膜液后制成的平板陶瓷膜陶瓷堵头及膜和陶瓷堵头之间的无机胶组成，其特征在于：所述中空平板全陶瓷过滤膜元件按下述方法步骤制备并组合而成：
步骤一、先按以下子步骤制成中空平板陶瓷膜支撑体：
11）按重量份计将90份氧化铝陶瓷骨料、4.8份造孔剂、4份分散剂、7份粘接剂和1~3份增塑剂均匀混合，混合之后在真空炼泥机中进行炼泥得到泥料；
首先将造孔剂、分散剂、增塑剂均匀混合形成混合剂，然后将所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂混合均匀；
在上述混合过程中，混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂放入混合釜中进行混合，所述混合釜上面设有三个进料口，分别供所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂进入混合釜中，三个进料口包括中间进料口、以及分布在所述中间进料口两侧的倾斜设置的侧进料口，所述粘结剂通过中间进料口进入，所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料从两侧的侧进料口进入，使得所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料以一定的压力和所述粘合剂混合；
12）将泥料进行干燥处理得到胚料；
干燥过程在干燥炉内进行，上部设置有出气孔，下部设置有进气孔，下部通入密度小于干燥过程中因蒸发产生的气体的密度；
13）将胚料在1300℃下进行真空烧结得到平板陶瓷膜支撑体；
步骤二、按以下子步骤制造平板陶瓷膜：
21）配制浸渍液，并进行真空浸渍涂膜；
22）膜干燥；
23）膜烧结，得到高效平板陶瓷膜；
将步骤一中制得的中空平板陶瓷膜支撑体上涂敷陶瓷膜液，
将已涂敷陶瓷膜液的中空平板陶瓷膜支撑体干燥制成带膜坯体，
将干燥好的带膜坯体在900℃的温度下烧制，使多孔膜层和载体结合成一个 整体，获得中空平板陶瓷膜；
步骤三、按以下子步骤制造陶瓷堵头：
31）称取原料：平均粒径为0.1-50μm的α-氧化铝、氧化钛、氧化硅、莫来石、堇青石、镁橄榄石或镁铝尖晶石，日用瓷瓷粉中的至少一种、增塑剂、助烧剂、粘结剂进行混合均匀，所述增塑剂为高岭土、瓷土、膨润土其中的至少一种，助烧剂为石英粉、石灰石、氧化锌、氧化钛、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，
32）在混合好的原料中加入占原料重量18%的熔化石蜡，再搅拌混合均匀制成料浆，
33）料浆经热压铸机注模成堵头蜡坯，
34）脱膜修坯，将堵头蜡坯埋入Al2O3粉中并在1000℃之间吸附排蜡得到陶瓷堵头 素坯，将堵头素坯清理干净并在1320℃的高温下烧制，获得陶瓷堵头陶瓷堵头吸水率 ≤16%，抗压强度≥45MPa；
步骤四、按以下子步骤制得无机胶：
41）取高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、莫来石、碳化硅和日用瓷粉中的至少一种，助烧剂为玻璃粉、石英粉、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，增塑剂高岭土或者膨润土、球土、瓷土中的至少一种；
42）在上述充分混合好的原料中，加入硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐或硅酸盐，充分搅 拌混合成均匀的粘稠水性浆料—水溶性无机胶；
步骤五、按以下子步骤制得中空平板全陶瓷过滤膜元件：
43）用无机胶将陶瓷堵头和平板陶瓷膜粘合制成整体构件，
44）将上述整体构件在80℃下干燥，在温度为900℃下保温烧成，制得中 空平板全陶瓷过滤膜元件。
所述的步骤 11）中，将得到的泥料挤压在模具中，再进行干燥处理。
所述的步骤 12）中，将泥料放置在40~100℃的干燥箱中干燥1~10个小时。
所述的干燥箱内的温度在干燥时间段内：保持90 ~100℃干燥1~2.5个小时，然后匀速降低至40℃。
所述的步骤 21）中，将0.2~1微米的球形氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化硅溶胶、纳米银、无机粘结剂、活性成分按比例配成浸渍液；
步骤21）中，先采用喷射的方式将浸渍液喷射到所述平板陶瓷膜支撑体的表面，然后将所述平板陶瓷膜支撑体放入浸渍液中进行浸渍，使浸渍液均匀附着在所述平板陶瓷膜支撑体的表面。
所述的活性成分为钯、铂、镍、钴、锰中的任意一种或几种。
所述的步骤 22）中，将涂膜后的平板陶瓷膜支撑体在48℃下干燥6小时；在步骤23）中，将干燥后的平板陶瓷膜支撑体在1300℃下进行真空烧结得到高效平板陶瓷膜。
实施例二：
一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，由中空平板陶瓷膜支撑体涂敷陶瓷膜液后制成的平板陶瓷膜陶瓷堵头及膜和陶瓷堵头之间的无机胶组成，其特征在于：所述中空平板全陶瓷过滤膜元件按下述方法步骤制备并组合而成：
步骤一、先按以下子步骤制成中空平板陶瓷膜支撑体：
11）按重量份计将92份氧化铝陶瓷骨料、5份造孔剂、5份分散剂、9份粘接剂和2.5份增塑剂均匀混合，混合之后在真空炼泥机中进行炼泥得到泥料；
首先将造孔剂、分散剂、增塑剂均匀混合形成混合剂，然后将所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂混合均匀；
在上述混合过程中，混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂放入混合釜中进行混合，所述混合釜上面设有三个进料口，分别供所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂进入混合釜中，三个进料口包括中间进料口、以及分布在所述中间进料口两侧的倾斜设置的侧进料口，所述粘结剂通过中间进料口进入，所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料从两侧的侧进料口进入，使得所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料以一定的压力和所述粘合剂混合；
12）将泥料进行干燥处理得到胚料；
干燥过程在干燥炉内进行，上部设置有出气孔，下部设置有进气孔，下部通入密度小于干燥过程中因蒸发产生的气体的密度；
13）将胚料在1400℃下进行真空烧结得到平板陶瓷膜支撑体；
步骤二、按以下子步骤制造平板陶瓷膜：
21）配制浸渍液，并进行真空浸渍涂膜；
22）膜干燥；
23）膜烧结，得到高效平板陶瓷膜；
将步骤一中制得的中空平板陶瓷膜支撑体上涂敷陶瓷膜液，
将已涂敷陶瓷膜液的中空平板陶瓷膜支撑体干燥制成带膜坯体，
将干燥好的带膜坯体在1100℃的温度下烧制，使多孔膜层和载体结合成一个 整体，获得中空平板陶瓷膜；
步骤三、按以下子步骤制造陶瓷堵头：
31）称取原料：平均粒径为0.1-50μm的α-氧化铝、氧化钛、氧化硅、莫来石、堇青石、镁橄榄石或镁铝尖晶石，日用瓷瓷粉中的至少一种、增塑剂、助烧剂、粘结剂进行混合均匀，所述增塑剂为高岭土、瓷土、膨润土其中的至少一种，助烧剂为石英粉、石灰石、氧化锌、氧化钛、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，
32）在混合好的原料中加入占原料重量18%的熔化石蜡，再搅拌混合均匀制成料浆，
33）料浆经热压铸机注模成堵头蜡坯，
34）脱膜修坯，将堵头蜡坯埋入Al2O3粉中并在1150℃之间吸附排蜡得到陶瓷堵头 素坯，将堵头素坯清理干净并在1300℃的高温下烧制，获得陶瓷堵头陶瓷堵头吸水率 ≤16%，抗压强度≥45MPa；
步骤四、按以下子步骤制得无机胶：
41）取高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、莫来石、碳化硅和日用瓷粉中的至少一种，助烧剂为玻璃粉、石英粉、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，增塑剂高岭土或者膨润土、球土、瓷土中的至少一种；
42）在上述充分混合好的原料中，加入硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐或硅酸盐，充分搅 拌混合成均匀的粘稠水性浆料—水溶性无机胶；
步骤五、按以下子步骤制得中空平板全陶瓷过滤膜元件：
43）用无机胶将陶瓷堵头和平板陶瓷膜粘合制成整体构件，
44）将上述整体构件在70℃下干燥，在温度为800℃下保温烧成，制得中 空平板全陶瓷过滤膜元件。
所述的步骤 11）中，将得到的泥料挤压在模具中，再进行干燥处理。
所述的步骤 12）中，将泥料放置在40~100℃的干燥箱中干燥1~10个小时。
所述的干燥箱内的温度在干燥时间段内：保持90 ~100℃干燥1~2.5个小时，然后匀速降低至40℃。
所述的步骤 21）中，将0.2~1微米的球形氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化硅溶胶、纳米银、无机粘结剂、活性成分按比例配成浸渍液；
步骤21）中，先采用喷射的方式将浸渍液喷射到所述平板陶瓷膜支撑体的表面，然后将所述平板陶瓷膜支撑体放入浸渍液中进行浸渍，使浸渍液均匀附着在所述平板陶瓷膜支撑体的表面。
所述的活性成分为钯、铂、镍、钴、锰中的任意一种或几种。
所述的步骤 22）中，将涂膜后的平板陶瓷膜支撑体在40℃下干燥7小时；在步骤23）中，将干燥后的平板陶瓷膜支撑体在1300℃下进行真空烧结得到高效平板陶瓷膜。

Claims (7)

1.一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，由中空平板陶瓷膜支撑体涂敷陶瓷膜液后制成的平板陶瓷膜陶瓷堵头及膜和陶瓷堵头之间的无机胶组成，其特征在于：所述中空平板全陶瓷过滤膜元件按下述方法步骤制备并组合而成：
步骤一、先按以下子步骤制成中空平板陶瓷膜支撑体：
11）按重量份计将85~95份氧化铝陶瓷骨料、4~6份造孔剂、3~5份分散剂、5~12份粘接剂和1~3份增塑剂均匀混合，混合之后在真空炼泥机中进行炼泥得到泥料；
首先将造孔剂、分散剂、增塑剂均匀混合形成混合剂，然后将所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂混合均匀；
在上述混合过程中，混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂放入混合釜中进行混合，所述混合釜上面设有三个进料口，分别供所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料和粘结剂进入混合釜中，三个进料口包括中间进料口、以及分布在所述中间进料口两侧的倾斜设置的侧进料口，所述粘结剂通过中间进料口进入，所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料从两侧的侧进料口进入，使得所述混合剂、氧化铝陶瓷骨料以一定的压力和所述粘合剂混合；
12）将泥料进行干燥处理得到胚料；
干燥过程在干燥炉内进行，上部设置有出气孔，下部设置有进气孔，下部通入密度小于干燥过程中因蒸发产生的气体的密度；
13）将胚料在1000~1700℃下进行真空烧结得到平板陶瓷膜支撑体；
步骤二、按以下子步骤制造平板陶瓷膜：
21）配制浸渍液，并进行真空浸渍涂膜；
22）膜干燥；
23）膜烧结，得到高效平板陶瓷膜；
将步骤一中制得的中空平板陶瓷膜支撑体上涂敷陶瓷膜液，
将已涂敷陶瓷膜液的中空平板陶瓷膜支撑体干燥制成带膜坯体，
将干燥好的带膜坯体在400℃-1300℃的温度下烧制，使多孔膜层和载体结合成一个整体，获得中空平板陶瓷膜；
步骤三、按以下子步骤制造陶瓷堵头：
31）称取原料：平均粒径为0.1-50μm的α-氧化铝、氧化钛、氧化硅、莫来石、堇青石、镁橄榄石或镁铝尖晶石，日用瓷瓷粉中的至少一种、增塑剂、助烧剂、粘结剂进行混合均匀，所述增塑剂为高岭土、瓷土、膨润土其中的至少一种，助烧剂为石英粉、石灰石、氧化锌、氧化钛、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，
32）在混合好的原料中加入占原料重量10-25%的熔化石蜡，再搅拌混合均匀制成料浆，
33）料浆经热压铸机注模成堵头蜡坯，
34）脱膜修坯，将堵头蜡坯埋入Al2O3粉中并在1000-1200℃之间吸附排蜡得到陶瓷堵头 素坯，将堵头素坯清理干净并在1100-1450℃的高温下烧制；
步骤四、按以下子步骤制得无机胶：
41）取高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、莫来石、碳化硅和日用瓷粉中的至少一种，助烧剂为玻璃粉、石英粉、钾钠长石、滑石粉、锂瓷石、锂长石其中的至少一种，增塑剂高岭土或者膨润土、球土、瓷土中的至少一种；
42）在上述充分混合好的原料中，加入硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐或硅酸盐，充分搅 拌混合成均匀的粘稠水性浆料—水溶性无机胶；
步骤五、按以下子步骤制得中空平板全陶瓷过滤膜元件：
43）用无机胶将陶瓷堵头和平板陶瓷膜粘合制成整体构件，
44）将上述整体构件在25℃-100℃下干燥，在温度为200℃-1200℃下保温烧成，制得中空平板全陶瓷过滤膜元件。
2.根据权利要求1所述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的步骤11）中，将得到的泥料挤压在模具中，再进行干燥处理。
3.根据权利要求1所述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的步骤12）中，将泥料放置在40~100℃的干燥箱中干燥1~10个小时。
4.根据权利要求3述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的干燥箱内的温度在干燥时间段内：保持90 ~100℃干燥1~2.5个小时，然后匀速降低至40℃。
5.根据权利要求1所述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的步骤21）中，将0.2~1微米的球形氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化硅溶胶、纳米银、无机粘结剂、活性成分按比例配成浸渍液；
步骤21）中，先采用喷射的方式将浸渍液喷射到所述平板陶瓷膜支撑体的表面，然后将所述平板陶瓷膜支撑体放入浸渍液中进行浸渍，使浸渍液均匀附着在所述平板陶瓷膜支撑体的表面。
6.根据权利要求5所述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的活性成分为钯、铂、镍、钴、锰中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种中空平板全陶瓷过滤膜元件，其特征在于，所述的步骤22）中，将涂膜后的平板陶瓷膜支撑体在40~50℃下干燥3~10小时；在步骤23）中，将干燥后的平板陶瓷膜支撑体在800~1800℃下进行真空烧结得到高效平板陶瓷膜。
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