CN111531174A - 一种微滤膜及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微滤膜及其制备方法、应用，属于膜分离技术领域。其中，微滤膜的制备方法包括：对预设的多种金属粉末进行混合并压制成型，以得到压坯，对压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，并在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜。本发明通过控制烧结过程可以获得微米级多孔支撑体，通过化学气相沉积、控制氧化、以及化学反应可实现在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，形成微米/纳米双孔径的微滤膜，以实现对不同粒径的待过滤粒子进行处理，且耐高温、耐酸碱腐蚀，并具有很高的过滤效果以及较长的使用寿命，可适用于常温或高温条件下。

Description

一种微滤膜及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种微滤膜、一种微滤膜的制备方法以及一种微滤膜的应用。
背景技术
微滤技术是以压力差为推动力，以多孔材料为分离介质进行料液各组分分离的过程，微滤工艺不但可以去除水中大部分悬浮物、胶体、病毒、细菌等物质，而且可以有效去除高温烟气中各种粒径的杂质粒子。由于微滤膜分离技术具有操作压力低、无毒副产物，已经被广泛应用于工业废水、市政污水及能源电力行业。微滤技术作为解决水资源、环境、能源等领域重大问题的关键共性技术。
目前，工业化应用的微滤膜材料包括以下三类：高分子多孔材料、陶瓷多孔材料以及金属多孔材料，然而此三类传统多孔材料存在诸多缺陷：如高分子多孔材料存在抗高温高压性能差、不耐酸碱腐蚀、不耐有机溶剂等问题；陶瓷多孔材料存在严重的脆性以及难以焊接的问题；金属多孔材料存在抗高温氧化性差与抗酸碱腐蚀性能差的问题，极大地限制了此三类多孔材料的广泛应用。例如，一些企业均采用不易降解、摩擦系数低、耐腐蚀性强、耐辐照性能好、疏水性强的中空聚偏氟乙烯(PVDF)制备高分子微滤膜，然而此类微滤膜玻璃化温度低，寿命短，回收再利用困难等问题。针对上述问题，当前微滤膜的研究仍然是基于对现有材料进行表面改性处理，从而提高多孔材料强度、抗污染、以及抗酸碱腐蚀等性能，然而收效甚微。
另外，微滤膜作为一种新型分离技术，还存在过滤精度不足的问题，难以有效截留一些分子量较小，直径远小于膜孔的污染物，在污水处理过程中，通常还需要采用混凝加微滤的处理工艺或者通过往水中添加活性炭来吸附小分子污染物，再通过微滤膜处理将活性炭过滤除去。虽然可以有效去除小分子污染物，但过程较繁琐，分步处理费时费力，而且容易造成颗粒活性炭在膜表面堆积，造成微滤膜污染从而缩短微滤膜的使用寿命。以及，现有技术中的微滤系统有的采用树枝状纤维膜丝替代线状纤维的方式来提高微滤膜的过滤精度，用于去除茶与饮料中的悬浮物和果胶，获得了良好的过滤效果。但是此类膜材料存在玻璃化温度低，抗化学污染性差等问题，极易造成微滤膜的破损，细菌、病毒等污染物就会通过破损的膜面导致出水水质下降，严重危害人类的身体健康。此外，微滤膜还存在高温抗氧化、抗腐蚀性能差的缺陷，难以在高温腐蚀等恶劣工况下长时间服役。目前此类应用多采用陶瓷微滤膜，然而陶瓷微滤膜存在严重的脆性，导致其工业事故频频发生。
因此，针对上述问题，很有必要提出一种新的微滤膜及其制备方法，以有效控制微滤膜的孔径大小，并提高微滤膜的过滤精度，还同时满足高温腐蚀等恶劣工况使用的条件。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种微滤膜、一种微滤膜的制备方法以及一种微滤膜的应用。
本发明的一方面，提供一种微滤膜的制备方法，具体步骤包括：
对预设的多种金属粉末进行混合并压制成型，以得到压坯；
对所述压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，并在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜。
可选的，所述对所述压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，包括：
对所述压坯采用四阶段～十二阶段的真空烧结处理，并控制烧结升温速率范围为0.5℃/min～5℃/min，得到所述微米级多孔支撑体。
可选的，所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
在所述多阶段烧结处理完成后，采用化学气相沉积工艺在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜。
可选的，所述采用化学气相沉积工艺在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
将预设金属在真空下加热汽化，以对所述微米级多孔支撑体进行化学气相沉积，在所述微米级多孔支撑体上构筑形成纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
可选的，所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
在所述多阶段烧结处理的最后一个烧结阶段或在所述多阶段烧结处理完成后，向所述微米级多孔支撑体引入氧化气体，降低烧结阶段的真空度，以使得所述微米级多孔支撑体发生氧化反应，以在所述微米级多孔支撑体上原位构筑纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
可选的，所述对预设的混合金属粉末进行压制成型，以得到压坯，包括：在预设的混合金属粉末中加入纳米颗粒，进一步混合并压制成型，以得到压坯；
所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：在所述多阶段烧结处理得到所述微米级多孔支撑体的同时，控制所述纳米颗粒与形成的所述微米级多孔支撑体发生化学反应，以在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
可选的，所述纳米颗粒采用CuO，NiO，Fe3O4，Y2O3，ZnO，MgO，CoO，ZrO2，Ag2O，SiO2中至少一者。
可选的，所述预设的多种金属粉末包括Al以及Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、At中至少三者混合而成。
本发明的另一方面，提供一种微滤膜，采用前文记载的所述制备方法制得。
本发明的另一方面，提供一种微滤膜的应用，将前文记载的所述微滤膜应用于常温气/固、常温液/固、高温气/固和高温液/固任一者的两相分离中。
本发明提供一种微滤膜的制备方法，具体包括：对预设的多种金属粉末(例如，四种金属粉末混合)进行混合并压制成型，以得到压坯，对压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，并在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜。本发明通过对多种金属粉末混合、压制成压坯并烧结，形成金属间化合物多孔支撑体，具有耐高温、抗腐蚀性好等优势，其次，在微米级的金属间化合物多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，形成具有微米/纳米两种孔径结构的微滤膜，具有较好的过滤效果，可有效截留微米级以及纳米级的待过滤物质。并且，本发明的微滤膜不仅适用于常温条件下使用，还可以适用于高温条件下，有效扩展其应用范围。
附图说明
图1为本发明一实施例的微滤膜的制备方法流程图；
图2为本发明另一实施例的微滤膜的扫描电镜图；
图3为本发明另一实施例的微滤膜的扫描电镜图；
图4为本发明另一实施例的微滤膜的扫描电镜图；
图5为本发明另一实施例的微滤膜应用于水处理中的流程示意图；
图6为本发明另一实施例的微滤膜应用于烟气过滤中的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。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在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一方面，提供一种微滤膜的制备方法100，具体包括以下步骤S110～S120：
S110、对预设的多种金属粉末进行混合并压制成型，以得到压坯。
具体地，该步骤中预设多种金属粉末包括Al以及Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、At中至少三者混合而成。并且，可选择其粒径范围在2μm～150μm的金属粉末。也就是说，本实施例将四种、五种或者更多种的金属粉末进行混合并压制成型，以形成压坯，其中，本实施例的多种金属粉末中的其中一种为Al，其他混合的三者或三者以上的金属粉末从上述给出的金属粉末中任意选择。
本实施例将四种以及四种以上的金属粉末混合，一方面，可通过多种元素间扩散相互制约，另一方面，各元素扩散后形成的多种中间产物也可以一定程度制约扩散反应，因此，通过控制多种金属元素的扩散反应，进一步使得形成的多孔支撑体孔径大小均匀可控，以及，无微裂纹，大孔等缺陷产生。
需要说明的是，本实施例以四种混合金属粉末为例进行详细说明，例如，在一些实施例中，金属粉末可以选用Ti、Al、Nb、Cr四种，当然，在另一些实施例中，金属粉末也可以选择Fe、Al、Nb、Y四种，以及，在另一些实施例中还可以选择Ti、Al、Zr、Co四种，当然，对于本领域技术人员来说，在另一些实施例中还可以选择五种金属粉末，例如：Al、Ni、Y、Co、Nb等，可以根据实际需要进行具体选择，对此不做具体限定。
进一步需要说明的是，对于几种混合的金属粉末之间的比例，可以根据选择的金属元素进行具体设定，对此不做具体限定。例如，当选择Ti、Al、Nb、Cr四种金属粉末时，可以将其设定为46:38:8:8，当选择Fe、Al、Nb、Y四种金属粉末时，可以将其设定为50:40:8:2，当选择Ti、Al、Zr、Co四种金属粉末时，可以将其设定为48:46:4:2，当然，对于上述比例只是给出具体实施例中的其中一种，可以根据实际需要设置其他成其他具体比例，对此不做具体限定。
应当理解的是，本实施例对上述混合的几种金属粉末可采用高能球磨法进行混合，并采用模压成型的方法对其进行压制成型，当然，为了将几种金属粉末混合均匀，也可以采用机械混合与球磨混合两种混合方式，对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行调节，对此不做具体限定。
示例性的，步骤S110具体包括：按照预设的原子比称取Al及其他三种元素粉末，并通过控制球料比范围为1:1～5:1，球磨机的转速为50rpm～300rpm，混料的时间范围为5h～24h。之后，将混好的几种金属粉末采用模压成型的方式压制成型，具体地，取出2g～30g的上述混合后的金属粉末进行压制成型，其中，压制压力为100MPa～500MPa，以获得形貌良好的压坯为准。也就是说，对于具体压制压力可以根据实际情况进行具体调节，对此不做具体限定。
S120、对压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，并在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜。
具体地，对步骤S110中形成的压坯可采用四阶段～十二阶段的真空烧结处理，并控制烧结升温速率范围为0.5℃/min～5℃/min，以防止出现开裂变形的情况，整个工艺流程采用真空管式炉进行真空烧结，保证炉腔中尽可能少的氧气，以得到微米级多孔支撑体。其中，该微米级多孔支撑体的孔径范围为1μm～100μm。
需要说明的是，本实施例对于上述烧结处理过程具体采用几阶段不作具体限定。也就是说，在一些实施例中，可以采用四阶段、六阶段、八阶段、十阶段等其他不同阶段的烧结处理方式。值得注意的是，由于各种金属粉末是基于不同元素扩散系数的差异引起的偏扩散效应不同，进而使得材料中产生的Kirkendall孔隙不同，因此，选择不同的金属粉末与不同的烧结工艺对多孔支撑体会有较大的影响，尤其是针对四元金属间化合物来说，偏扩散效应更为复杂，这就需要针对不同金属粉末进行具体选择烧结工艺，以及对于不同烧结阶段需要控制不同的升温速率，以得到微米级多孔支撑体。
进一步需要说明的是，对于烧结阶段的选取可以根据金属粉末以及后续构筑纳米级三维网状结构的工艺进行选择，并且，在不同烧结阶段生成不同的金属间化合物，这就需要针对不同的金属粉末混合物进行具体分析，以选择合适的多阶段烧结方式以及合适的烧结温度。以本实施例中四种金属粉末为例，通过多阶段烧结处理后得到的多孔支撑体是四元金属间化合物，兼具金属键和共价键的特性，因此，也就兼具金属材料和陶瓷材料的共同优点，这样，本实施例形成的多孔支撑体具有优良的高温抗氧化性和抗酸碱腐蚀性能，以及，金属间化合物可以克服目前纤维膜丝的玻璃化温度低，抗化学污染性差等问题，另外，还克服了陶瓷微滤膜存在脆性大等问题，且不易破损。
仍需要说明的是，虽然得到的多孔支撑体具备一定的过滤性能，但是其孔径大多在微米级别，对更小尺寸的待过滤物质难以有效截留，因此，本实施例进一步在微米级的多孔支撑体上构筑了纳米级的三维网状结构，以使得本实施例的微滤膜具有更高的过滤精度。
具体地，在一些实施例中，在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜，包括：
在多阶段烧结处理完成后，采用化学气相沉积工艺在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜。示例性的，该化学气相沉积的具体过程如下：将预设金属在真空下加热汽化，以对微米级多孔支撑体进行化学气相沉积，在微米级多孔支撑体上构筑形成纳米级三维网状结构，得到微滤膜。其中，纳米级三维网状结构平均孔径范围为10nm～1000nm。
需要说明的是，该预设金属可选择Ag、Al、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Dy、Er、Eu、Fe、Ga、Ge、In、La、Mn、Mo、Nb、Ni、Pb、Pd、Pr、Pt、Ta中的一种或一种以上，对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行选择，只要满足可以沉积在相应的多孔支撑体上即可。请一并参考图2，在多孔支撑体表面附着一层三维网状结构，形成具有微米/纳米双尺度的微滤膜。
具体地，在另一些实施例中，还可以采用氧化工艺在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜，具体包括：在多阶段烧结处理的最后一个烧结阶段或在多阶段烧结处理完成后，向微米级多孔支撑体引入氧化气体，降低烧结阶段的真空度，以使得微米级多孔支撑体发生氧化反应，以在微米级多孔支撑体上原位构筑纳米级三维网状结构，得到微滤膜。其中，纳米级三维网状结构平均孔径范围为10nm～1000nm。也就是说，在烧结的最后一个阶段，或者烧结完成后，通过降低真空管式炉的真空度，引入空气以使得多孔支撑体原位发生氧化反应，在其表面生成相应的三维网状结构，如图3所示，在多孔支撑体表面附着有一层三维网状结构，形成具有微米/纳米双尺度的微滤膜。
具体地，在另一些实施例中，对预设的混合金属粉末进行压制成型，以得到压坯，具体包括：在预设的混合金属粉末中加入纳米颗粒，进一步混合并压制成型，以得到压坯。以及，在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到微滤膜，包括：在多阶段烧结处理得到微米级多孔支撑体的同时，控制纳米颗粒与形成的微米级多孔支撑体发生化学反应，以在微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，得到微滤膜。其中，纳米级三维网状结构平均孔径范围为10nm～1000nm。一并结合图4所示，通过本实施例的方法同样在多孔支撑体表面附着一层三维网状结构，形成具有微米/纳米双尺度的微滤膜。
需要说明的是，本实施例形成多孔支撑体可发生在多阶段烧结的前几个阶段，而氧化反应可控制发生在后几个阶段，原位构筑三维网状结构，具体地，对多阶段烧结温度由室温至1400℃的整个过程来说，其中，从室温升温至900℃的烧结阶段可形成多孔支撑体，从900℃升温至1400℃的烧结阶段发生氧化反应，当然，对于不同的金属粉末、纳米颗粒以及烧结温度，生成多孔支撑体的阶段和发生氧化反应的阶段可能存在差别，这需要多次实验以得到具体结果。
进一步的，上述步骤中的纳米颗粒可采用CuO，NiO，Fe3O4，Y2O3，ZnO，MgO，CoO，ZrO2，Ag2O，SiO2中至少一者，可以根据实际需要进行选择。
本实施例通过在混粉阶段加入纳米颗粒，以及通过控制引入化学反应来制备具有纳米尺度三维网状结构的微滤膜，大大缩减了微滤膜的制备流程，所制备微滤膜孔径大小均匀可控，重复性好，极具工业应用前景。
本发明的另一方面，提供一种微滤膜，采用前文记载的制备方法制得。
本发明的另一方面，提供一种微滤膜的应用，将前文记载的微滤膜应用于常温气/固、常温液/固、高温气/固和高温液/固任一者的两相分离中。
示例性的，如图5所示，本实施例的微滤膜可应用于过滤水中污染物，例如，工业污水处理等，可有效截留水中细菌、病毒、大分子有机物、固体颗粒物等。其中，具体过滤过程S200如下：将待过滤的水装载在过滤容器210中，并在过滤容器210的底部铺设一层本实施例的微滤膜100，这样，污染物颗粒220随着水向下沉降，水穿透微滤膜100流出至过滤容器210下方，而污染物颗粒220被微滤膜100有效截留在过滤容器210底部，以实现对水中污染物颗粒的有效去除。
需要说明的是，对于微滤膜的厚度可根据实际需要进行设置，对此不做具体限定。另外，对于过滤容器不做限定，可以为专用的过滤容器，也可以直接在待处理的盛水容器。
示例性的，如图6所示，本实施例微滤膜可以应用于过滤烟气中的污染物，例如，可用于空气净化，有效除去空气中PM2.5、PM10等，或者去除高温烟气中各种粒径的颗粒污染物。其中，具体过程S300如下：将待过滤的气体(例如：高温烟气)装载在容器310中，其中高温烟气中的待过滤粒子以图中的320表示，并将微滤膜100固定于管式炉330内侧，加热管式炉330到一定温度，燃烧的烟气通过真空泵340从微滤膜100一侧被抽到另一侧，而待过滤的粒子320被微滤膜100有效拦截，微滤膜100两侧的烟气中的高温粒子均由粒子计数器350/360来统计，通过计算经微滤膜过滤后空气中粒子数与未经过微滤膜过滤的粒子数对比，以得到不同粒径的粒子过滤效率。也就是说，通过在管式炉330两侧分别设置粒子计数器350/360，其中，左侧的粒子计数器350用于测量未经微滤膜过滤的烟气中粒子数，右侧的粒子计数器360用于测量经微滤膜过滤的烟气中粒子数，通过两个粒子计数器中得到的粒子数进一步分析微滤膜对烟气中待过滤颗粒的过滤效果，其去除率高达99.5％。
需要说明的是，对于微滤膜的厚度可根据实际需要进行设置，对此不做具体限定。
进一步需要说明的是，本实施例采用下列公式来计算高温粒子截留效率：
η＝1-ξ1/ξ2×100％
其中，ξ1与ξ2分别代表经过微滤膜过滤后的粒子数与未经微滤膜过滤的粒子数。
本实施例制备的微滤膜可有效截留水中的较小粒径的污染物以及空气中较小粒径的污染物颗粒，提高过滤效果，并且，不仅可用于常温水处理，常温烟气处理，还可以用于高温烟气处理中。
下面将结合几个具体实施例进一步说明微滤膜的制备方法以及具体应用：
实施例1
本示例中微滤膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照46:38:8:8的原子比称取的Ti、Al、Nb、Cr四种金属粉末，通过控制球料比为5:1，球磨机的转速为120rpm，混料的时间为8h，将四种金属粉末混合均匀。
进一步的，取出10g上述混好的的共混粉末采用模压成型的方式压制成型，其中，压制压力为300MPa，以获得形貌良好的压坯为准。
S2、对压制好的压坯进行八阶段的真空烧结工艺处理，获得微米级孔道的多孔支撑体，具体实施方法为：
阶段一：以5℃/min的升温速率，从室温升温至120℃；
阶段二：120℃保温1h；
阶段三：以3℃/min的升温速率，从120℃升温至600℃；
阶段四：600℃保温4h；
阶段五：以3℃/min的升温速率，从600℃升温至900℃；
阶段六：900℃保温4h；
阶段七：以5℃/min的升温速率，从900℃升温至1300℃；
阶段八：1300℃保温4h，之后，将烧结好的样品经过12h冷却后取出，获得微米级46Ti-38Al-8Nb-8Cr多孔支撑体，该多孔支撑体主要由TiAl、TiAl3、Nb2Al、B2(固溶体)四相组成。
进一步的，通过化学气相沉积的方式在微米级多孔支撑体孔道内部构筑纳米级三维网状结构，具体实施方法为：
将Al块在0.1Pa的真空下加热到700℃汽化，将所得多孔支撑体置于离Al块10cm的位置(温度大约200℃)进行化学气相沉积，沉积时间为30min，最终获得具有纳米级三维网状结构的微滤膜。
如图2所示，本实施例的微滤膜由微米级46Ti-38Al-8Nb-8Cr多孔金属间化合物做支撑体，孔道内进一步沉积了Al金属，将微米级孔道分割成许多更小的孔，最终形成三维网状结构，这种独特的微米/纳米双尺度结构可以有效提高多孔材料过滤性能。
进一步的，为了评估微滤膜的过滤性能，将本实施例得到的微滤膜用于过滤水中污染物，示例性的，如图5所示，具体过程如下：取10mg/L的SiO2(粒径分布在225nm～243nm)悬浮液作为待过滤对象，将其置于过滤容器210中，水滴可通过微滤膜自然流出，而水中的污染物被微滤膜有效截留在过滤容器中，以实现对水的净化处理，并且，结果显示微滤膜的对SiO2纳米颗粒的截留率达99.98％，并且利用本实施例的微滤膜重复过滤200次，依然可保持高达99.72％的截留效率，具有较长的使用寿命。
实施例2
本示例中微滤膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照50:40:8:2的原子比称取的Fe、Al、Nb、Y四种金属粉末，通过控制球料比为3:1，球磨机的转速为150rpm，混料的时间为12h，将四种金属粉末混合均匀。
进一步的，取出20g上述混好的的共混粉末采用模压成型的方式压制成型，其中，压制压力为200MPa，以获得形貌良好的压坯为准。
S2、对压制好的压坯进行十阶段的真空烧结工艺处理，获得微米级孔道的多孔支撑体，具体实施方法为：
阶段一：以3℃/min的升温速率，从室温升温至120℃；
阶段二：120℃保温1h；
阶段三：以3℃/min的升温速率，从120℃升温至500℃；
阶段四：500℃保温4h；
阶段五：以0.5℃/min的升温速率，从500℃升温至600℃；
阶段六：600℃保温4h；
阶段七：以3℃/min的升温速率，从600℃升温至900℃；
阶段八：900℃保温4h；
阶段九：以3℃/min的升温速率，从900℃升温至1200℃；
阶段十：1200℃保温4h，之后，将烧结好的样品经过12h冷却后取出，获得微米级50Fe-40Al-8Nb-2Cr多孔支撑体，该多孔支撑体主要由FeAl、Al2O3、Nb2Al、B2(固溶体)四相组成。
在上述阶段十的1200℃保温过程中，适量降低管式炉的真空度，以引入适量空气对多孔支撑体进行氧化处理，原位构筑形成三维网状结构的微滤膜。
如图3所示，本实施例的微滤膜由微米级50Fe-40Al-8Nb-2Cr多孔金属间化合物做支撑体，通过氧化工艺，进一步将微米级孔道内分割成许多更小的孔，最终形成三维网状结构，这种独特的微米/纳米双尺度结构可以有效提高多孔材料过滤性能。
进一步的，为了评估微滤膜的过滤性能，将本实施例得到的微滤膜用于过滤高温烟气，示例性的，如图6所示，具体过程如下：先将微滤膜100固定于管式炉330内侧，加热管式炉到750℃，燃烧的烟气(例如，蚊香燃烧产生的烟气)通过真空泵340从微滤膜100一侧被抽到另一侧，微滤膜100两侧的烟气中的高温粒子(待过滤粒子)320均由粒子计数器350/360来统计，通过计算经微滤膜过滤后空气中粒子数与未经过微滤膜过滤的粒子数对比，计算不同粒径的粒子过滤效率，结果显示微滤膜的对PM2.5的截留效率高达95.52％。由此可见，本实施例的微滤膜对于粒径较小的粒子具有很高的截留效率，且可适用于高温环境中。
实施例3
本示例中微滤膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照48:46:4:2的原子比称取的Ti、Al、Zr、Co四种金属粉末，通过控制球料比为5:1，球磨机的转速为200rpm，混料的时间为24h，将四种金属粉末混合均匀，然后在混合粉体中加入4wt％的Y2O3纳米粒子，通过控制球料比为3:1，球磨机的转速为240rpm，混料的时间为8h。
进一步的，取出30g上述混好的的共混粉末采用模压成型的方式压制成型，其中，压制压力为240MPa，以获得形貌良好的压坯为准。
S2、对压制好的压坯进行六阶段的真空烧结工艺处理，获得微米级孔道的多孔支撑体，并同时发生化学反应在多孔支撑体上形成三维网状结构，具体实施方法为：
阶段一：以3℃/min的升温速率，从室温升温至600℃；
阶段二：600℃保温5h；
阶段三：以3℃/min的升温速率，从600℃升温至900℃；
阶段四：900℃保温5h，在上述烧结阶段，压坯中的金属粉末形成微米级多孔支撑体；
阶段五：以3℃/min的升温速率，从900℃升温至1400℃；
阶段六：1400℃保温4h，在上述两个烧结阶段，Y2O3纳米粒子与多孔支撑体进一步发生反应，并获得纳米级三维网状结构，以得到本示例的微滤膜，该微滤膜主要由TiAl、Ti3Al、Al2O3、TiO、TiO2、ZrO2、CoO、B2(固溶体)八相组成。
如图4所示，本实施例的微滤膜通过在多种金属粉末中加入纳米颗粒，使得微米级多孔支撑体与纳米级三维网状结构均在烧结阶段形成，大大缩减了微滤膜的制备流程，所制备微滤膜孔径大小均匀可控，重复性好，这种独特的微米/纳米双尺度结构可以有效提高多孔材料过滤性能。
进一步的，为了评估微滤膜的过滤性能，将本实施例得到的微滤膜用于过滤高温烟气，示例性的，如图6所示，具体过程如下：先将微滤膜100固定于管式炉330内侧，加热管式炉330到750℃，燃烧的烟气(例如，蚊香燃烧产生的烟气)通过真空泵340从微滤膜100一侧被抽到另一侧，微滤膜100两侧的烟气中的高温粒子均由粒子计数器350/360来统计，通过计算经微滤膜100过滤后粒子数与未经过微滤膜过滤的粒子数对比，计算不同粒径的粒子过滤效率，结果显示微滤膜的对PM2.5的截留效率高达99.68％。由此可见，本实施例的微滤膜对于粒径较小的粒子具有很高的截留效率，且可适用于高温环境中。
本发明提供一种微滤膜的制备方法、一种微滤膜以及微滤膜的应用。与现有技术相比较，本发明通过对四种金属以及多种金属粉末进行了混合压制成型，通过多种金属元素的扩散反应，得到了四元金属间化合物多孔支撑体，具有孔径大小均匀可控，并且无开裂，无大孔等缺陷。其次，本发明通过控制烧结过程可实现在多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，进一步形成微米/纳米双孔径的微滤膜，以实现对不同粒径的待过滤粒子进行处理，具有很高的过滤效率以及较长的使用寿命。另外，本发明的微滤膜耐高温、耐酸碱腐蚀，不仅适用于常温条件下使用，还可以适用于高温条件下，有效扩展应用范围，并且，可以有效避免目前微滤膜存在的难以有效截留小分子污染物，以及玻璃化温度低，抗化学污染性差，严重的脆性、易破裂等缺陷。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微滤膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
对预设的多种金属粉末进行混合并压制成型，以得到压坯；
对所述压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，并在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述压坯进行多阶段烧结处理，并控制烧结升温速率处于预设的烧结升温速率范围内，得到微米级多孔支撑体，包括：
对所述压坯采用四阶段～十二阶段的真空烧结处理，并控制烧结升温速率范围为0.5℃/min～5℃/min，得到所述微米级多孔支撑体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
在所述多阶段烧结处理完成后，采用化学气相沉积工艺在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用化学气相沉积工艺在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
将预设金属在真空下加热汽化，以对所述微米级多孔支撑体进行化学气相沉积，在所述微米级多孔支撑体上构筑形成纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：
在所述多阶段烧结处理的最后一个烧结阶段或在所述多阶段烧结处理完成后，向所述微米级多孔支撑体引入氧化气体，降低烧结阶段的真空度，以使得所述微米级多孔支撑体发生氧化反应，以在所述微米级多孔支撑体上原位构筑纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对预设的多种金属粉末进行混合并压制成型，以得到压坯，包括：在预设的多种金属粉末中加入纳米颗粒，进一步混合并压制成型，以得到压坯；
所述在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，以得到所述微滤膜，包括：在所述多阶段烧结处理得到所述微米级多孔支撑体的同时，控制所述纳米颗粒与形成的所述微米级多孔支撑体发生化学反应，以在所述微米级多孔支撑体上构筑纳米级三维网状结构，得到所述微滤膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒采用CuO，NiO，Fe3O4，Y2O3，ZnO，MgO，CoO，ZrO2，Ag2O，SiO2中至少一者。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的多种金属粉末包括Al以及Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、At中至少三者混合而成。
9.一种微滤膜，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制得。
10.一种微滤膜的应用，其特征在于，将权利要求9所述的微滤膜应用于常温气/固、常温液/固、高温气/固和高温液/固任一者的两相分离中。
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