CN109851328A

CN109851328A - 一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺

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Publication number: CN109851328A
Application number: CN201910115701.2A
Authority: CN
Inventors: 陆天怡; 李雪; 张新华
Original assignee: Jiangsu Eien Membrane Filtration Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Eien Membrane Filtration Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明涉及无机非金属材料领域的多孔陶瓷材料领域，特别涉及一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺。该高性能陶瓷平板膜支撑体，包括以下重量百分比的原料组份，其中：氧化铝粉60‑80％、云母粉2‑10％、粘结剂2‑10％、润滑剂2‑10％、增塑剂2‑10％、短切纤维3‑10％和水10‑30％，所述氧化铝粉含两种粒径类型的粉体，分别是D₅₀：3‑10um及D₅₀:20‑40um，所述云母粉选型为普通云母粉、特殊云母粉，粒径为2‑5um。该制备工艺在制备陶瓷平板膜支撑体的混料中，通过加入适量小粒径云母粉，使得不仅能降低烧结温度，降低能耗，而且能有效提高平板膜支撑体的机械强度，另一方面选取两种粒径匹配的氧化铝粉体，有助于提高陶瓷平板膜中孔隙的均匀程度，制备出高孔隙率、渗透性能优异的陶瓷平板膜支撑体。

Description

一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺

技术领域

本发明涉及无机非金属材料领域的多孔陶瓷材料的技术领域，具体为一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺。

背景技术

膜生物反应器由于其良好的水处理性能，得到了越来越多的关注和应用，尤其在城市生活污水和工业废水领域中有广泛的应用。平板膜作为MBR膜组件的一种膜构型，因其抗污染性能好，机械强度高等优点，成为MBR用膜的主要膜构型之一。而陶瓷平板膜兼有陶瓷材料和平板膜构型的优势，具有耐苛刻体系、亲水性好、运行能耗低、易清洗和使用寿命厂等优点。陶瓷平板膜基于“筛分”理论，以压力差为推动力，使得小分子物质通过膜孔道，大分子物质被截留住，从而实现不同尺度物质之间的分离。此外，陶瓷平板膜的支撑体需具有相应的机械强度、均匀的孔隙，以此满足高性能陶瓷平板膜的微结构及应用要求。陶瓷平板膜因其自身材料的优异性能在很多苛刻的应用体系中显示出其独特的优势，表现出有机膜无法取代的性能，是膜材料及其应用领域内发展最为迅猛，发展前景最为广阔的膜材料。但是目前市场上的陶瓷平板膜支撑体存在弯曲强度低、渗透性能低、制备成本高的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，具备高强度、高渗透性能，且制备成本低等优点，解决了目前市场上的陶瓷平板膜支撑体存在弯曲强度低、渗透性能低、制备成本高的问题。

(二)技术方案

为实现上述过程简单和检测结果明显的目的，本发明提供如下技术方案：

一种高性能陶瓷平板膜支撑体，包括以下重量百分比的原料组份，其中：氧化铝粉60-80％、云母粉2-10％、粘结剂2-10％、润滑剂2-10％、增塑剂2-10％、短切纤维3-10％和水10-30％。

优选的，所述氧化铝粉含两种粒径类型的粉体，分别是D₅₀：3-10um及D₅₀:20-40um。

优选的，所述云母粉选型为普通云母粉、特殊云母粉，粒径为2-5um。

优选的，所述粘结剂为甲基纤维素，润滑剂为甘油，增塑剂为聚乙二醇，分散剂为水。

优选的，所述短切纤维为多晶莫来石纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或氧化钴纤维，短切纤维的纤维直径为1-10um，长径比为10-30。

一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，包括以下步骤：

S1、将氧化铝粉、云母粉、短切纤维、粘结剂在强力混料机中按一定的程序混合均匀；

S2、将润滑剂、增塑剂、水按一定的比例混合均匀后，加入到步骤S1的粉料中，并再高速混合均匀；

S3、将步骤S2所得的泥料常温装箱封盖下陈腐约24h；

S4、将步骤S3所得的泥料采用真空挤出机进行挤出成型；

S5、将步骤S4所得的成型坯体常温晾干、恒温恒湿烘干、高温烧结得到陶瓷平板膜支撑体。

优选的，步骤S1所述的加料顺序为，先将两种不同粒径的氧化铝粉和短切纤维加入到混料机中混合均匀，再依次加入云母粉和粘结剂。

优选的，步骤S2中所述的混合温度不得高于35℃。

优选的，步骤S4中所述的真空挤出机内真空度不低于80％，挤出成型速度为1-4m/min。

优选的，步骤S5中所述的成型坯体常温20℃自然晾干12h，烘干过程为热风干燥，温度为60℃、湿度60％RH，所述的烧结方式为梭式窑烧结，烧结温度为1200-1500℃。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，具备以下有益效果：

1、该制备工艺在制备陶瓷平板膜支撑体的混料中，通过加入适量小粒径云母粉，使得不仅能降低烧结温度，降低能耗，而且能有效提高平板膜支撑体的机械强度，另一方面选取两种粒径匹配的氧化铝粉体，有助于提高陶瓷平板膜中孔隙的均匀程度，制备出高孔隙率、渗透性能优异的陶瓷平板膜支撑体。

2、该制备工艺在制备陶瓷平板膜支撑体的混料中，通过加入短切纤维，便于提高支撑体断裂时的能量消耗，在保证陶瓷平板膜高渗透性的同时，有效提高弯曲强度和韧性，解决目前陶瓷平板膜支撑体普遍存在的脆性大的问题。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明的支撑体其配比组成为，以重量百分数计：平均粒径2um的普通云母粉3％，平均粒径3um的氧化铝粉10％，平均粒径40um的氧化铝粉65％，纤维直径为1-3um、平均长径比为30的短切多晶莫来石纤维5％，甲基纤维素7％，聚乙二醇2％，甘油3％，水(去离子水)10％。

制备方法：

S1、将按比例称取的氧化铝粉、云母粉、短切多晶莫来石纤维、甲基纤维素，先将两种粒径的氧化铝粉和短切多晶莫来石纤维在混料机中搅拌混合均匀，再将称好的云母粉与甲基纤维素加入已混均匀的氧化铝粉中继续混合均匀。

S2、将聚乙二醇、甘油和去离子水混合均匀后，加入到步骤S1的粉料中，并高速混合均匀。

S3、将步骤S2所得的泥料装箱封盖陈腐约24h。

S4、将步骤S3所得的陈腐好的泥料填入真空挤出机中进行挤出成型，控制挤出速度2m/min。

S5、将步骤S4挤出的成型坯体通过传输装置放置于多孔不锈钢垫板上先进行自然晾干16h，再放入恒温恒湿(60℃、60％RH)干燥窑中干燥8h，干燥后的成型坯体推进梭式窑中烧结，烧结温度为1350℃，保温时间1.5h，制备出高性能陶瓷平板膜支撑体。

所得产品的气孔率为38％，孔径为1.8um，常温弯曲强度为55MPa,在负压0.1MPa下水通量为12m3/(m2·h)。

实施例2

本发明的支撑体其配比组成为，以重量百分数计：平均粒径2um的普通云母粉5％，平均粒径7um的氧化铝粉15％，平均粒径25um的氧化铝粉60％，纤维直径为2-4um、平均长径比为20的碳化硅纤维8％，甲基纤维素5％，聚乙二醇1.5％，甘油1.5％，水(去离子水)12％。

制备方法：

S1、将按比例称取的氧化铝粉、云母粉、碳化硅纤维、甲基纤维素，先将两种粒径的氧化铝粉体和碳化硅纤维在混料机中搅拌混合均匀，再将称好的云母粉与甲基纤维素加入已混均匀的氧化铝粉体中继续混合均匀。

S3、将步骤S2所得的泥料装箱封盖陈腐约24h。

S4、将步骤S3所得的陈腐好的泥料填入真空挤出机中进行挤出成型，控制挤出速度2.5m/min。

所得产品的气孔率为40％，孔径为2um，常温弯曲强度为55MPa，在负压0.1MPa下水通量为14m3/(m2·h)。

实施例3

本发明的支撑体其配比组成为，以重量百分数计：平均粒径4um的特种云母粉3％，平均粒径3um的氧化铝粉10％，平均粒径40um的氧化铝粉65％，纤维直径为4-6um、平均长径比为15的氧化铝纤维3％，甲基纤维素7％，聚乙二醇2％，甘油3％，水(去离子水)10％。

制备方法：

S1、将按比例称取的氧化铝粉、云母粉、氧化铝纤维、甲基纤维素，先将两种粒径的氧化铝粉体和氧化铝纤维在混料机中搅拌混合均匀，再将称好的云母粉与甲基纤维素加入已混均匀的氧化铝粉体中继续混合均匀。

S3、将步骤S2所得的泥料装箱封盖陈腐约24h。

S4、将步骤S3所得的陈腐好的泥料填入真空挤出机机中进行挤出成型，控制挤出速度2m/min。

S5、将步骤S4挤出的成型坯体通过传输装置放置于多孔不锈钢垫板上先进行自然晾干16h，再放入恒温恒湿(60℃、60％RH)干燥窑中干燥8h，干燥后的成型坯体推进梭式窑中烧结，烧结温度为1350℃，保温时间2h，制备出高性能陶瓷平板膜支撑体。

所得产品的气孔率为42％，孔径为2um，常温弯曲强度为62MPa，在负压0.1MPa下水通量为16m3/(m2·h)。

实施例4

本发明的支撑体其配比组成为，以重量百分数计：平均粒径4um的特种云母粉5％，平均粒径7um的氧化铝粉15％，平均粒径25um的氧化铝粉60％，纤维直径为7-9um、平均长径比为10的氧化钴纤维6％，甲基纤维素5％，聚乙二醇1.5％，甘油1.5％，水(去离子水)12％。

制备方法：

S1、将按比例称取的氧化铝粉、云母粉、氧化钴纤维、甲基纤维素，先将两种粒径的氧化铝粉体和氧化钴纤维在混料机中搅拌混合均匀，再将称好的云母粉与甲基纤维素加入已混均的氧化铝粉体中继续混合均匀。

S3、将步骤S2所得的泥料装箱封盖陈腐约24h。

S5、将步骤S4挤出的成型坯体通过传输装置放置于多孔不锈钢垫板上先进行自然晾干16h，再放入恒温恒湿(60℃、60％RH)干燥窑中干燥8h，干燥后的坯体推进梭式窑中烧结，烧结温度为1360℃，保温时间1.5h，制备出高性能陶瓷平板膜支撑体。

所得产品的气孔率为36％，孔径为1.6um，常温弯曲强度为60MPa，在负压0.1MPa下水通量为11m3/(m2·h)。

综上，该制备工艺在制备陶瓷平板膜支撑体的混料中，通过加入适量小粒径云母粉，使得不仅能降低烧结温度，降低能耗，而且能有效提高平板膜支撑体的机械强度，另一方面选取两种粒径匹配的氧化铝粉体，有助于提高陶瓷平板膜中孔隙的均匀程度，制备出高孔隙率、渗透性能优异的陶瓷平板膜支撑体。

其次，该制备工艺在制备陶瓷平板膜支撑体的混料中，通过加入短切纤维，便于提高支撑体断裂时的能量消耗，在保证陶瓷平板膜高渗透性的同时，有效提高弯曲强度和韧性，解决目前陶瓷平板膜支撑体普遍存在的脆性大的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种高性能陶瓷平板膜支撑体，其特征在于，包括以下重量百分比的原料组份，其中：氧化铝粉60-80％、云母粉2-10％、粘结剂2-10％、润滑剂2-10％、增塑剂2-10％、短切纤维3-10％和水10-30％。

2.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体，其特征在于：所述氧化铝粉含两种粒径类型的粉体，分别是D₅₀：3-10um及D₅₀:20-40um。

3.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体，其特征在于：所述云母粉选型为普通云母粉、特殊云母粉，粒径为2-5um。

4.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体，其特征在于：所述粘结剂为甲基纤维素，润滑剂为甘油，增塑剂为聚乙二醇，分散剂为水。

5.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体，其特征在于：所述短切纤维为多晶莫来石纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或氧化钴纤维，短切纤维的纤维直径为1-10um，长径比为10-30。

6.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤；

S3、将步骤S2所得的泥料常温装箱封盖下陈腐约24h；

S4、将步骤S3所得的泥料采用真空挤出机进行挤出成型；

7.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，其特征在于：步骤S1所述的加料顺序为，先将两种不同粒径的氧化铝粉和短切纤维加入到混料机中混合均匀，再依次加入云母粉和粘结剂。

8.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，其特征在于：步骤S2中所述的混合温度不得高于35℃。

9.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，其特征在于：步骤S4中所述的真空挤出机内真空度不低于80％，挤出成型速度为1-4m/min。

10.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷平板膜支撑体的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述的成型坯体常温20℃自然晾干12h，烘干过程为热风干燥，温度为60℃、湿度60％RH，所述的烧结方式为梭式窑烧结，烧结温度为1200-1500℃。