CN114247304A - 一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法 - Google Patents

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CN114247304A CN202011027156.0A CN202011027156A CN114247304A CN 114247304 A CN114247304 A CN 114247304A CN 202011027156 A CN202011027156 A CN 202011027156A CN 114247304 A CN114247304 A CN 114247304A
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Abstract

本发明公开了一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，采用压型机二次压制，并借助环氧树脂树脂或塑料胶块在高温烧结过程中分解排去，形成支撑体的内部通道，省去了两片素坯的贴合工艺，保证了支撑体的完整性和强度可靠性。同时，本发明只需采用一种甚至无需采用有导流槽的模具，大大降低了成型难度，降低了模具成本。

Description

一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及圆盘式陶瓷膜。
背景技术
陶瓷膜具有化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐高温、机械强度大、可反冲洗、抗微生物能力强、孔径分布窄和分离效率高等优点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工和冶金工业等领域得到了广泛的应用。
陶瓷膜的分离过程是通过典型的“错流过滤”形式实现的：原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。因此，在传统的错流过滤过程中，随着过滤时间的增加，截留物逐渐在膜表面上富积，形成一层截留物隔离层，进而增大过滤阻力，降低过滤速率，形成浓差极化。浓差极化会增加膜表面被截留物质的浓度，加速膜污染的发生，导致膜通量下降，跨膜压差上升，影响膜分离效率和膜的使用寿命。
动态错流过滤是一种基于过滤膜旋转的新型过滤方法，工作过程中过滤液与旋转膜片间形成剪切力，从而有效减缓膜表面的浓差极化或滤饼层等污染物，并采用负压抽吸的过滤模式来降低膜过滤的能耗和延长膜污堵的时间。该过滤模式具有浓缩倍数高、膜再生周期长、设备运转能耗低、投资成本和运行成本低等优势，是一种将陶瓷膜过滤潜力彻底挖掘的全新过滤模式。
圆盘式陶瓷膜在自身旋转时与过滤液会在膜面上形成一个平行于膜面的剪切应力，相当于一个刮刷器在膜面上刮刷，起到自洁净的作用，使膜面不易形成截留物隔离层，降低了过滤阻力和膜污染。圆盘式陶瓷膜过滤不容易堵塞，使用寿命长、过滤效果高，非常适用于动态错流过滤。在圆盘式陶瓷膜饼的中间开设直线型或曲线形的流道，可降低膜的渗透阻力以及有利于膜渗透液的流通。
陶瓷采用干压成型工艺，具有坯体密度大、尺寸精确、收缩小、机械强度高、成型周期短，成型效率高、便于实现自动化生产等优势。然而，在圆盘式陶瓷膜膜饼内部开设流道的设计大大增加了工艺的难度和复杂性。因为采用压制成型工艺，不能一次压制成内部有通道的坯体。目前现有技术中往往采用两种模具，其中一种模具带有导流槽用于成型通道，分别压制两块素坯，再将两块不同厚度的素坯扣合成一个完整的圆饼，扣合处还需要高温结合剂粘合，很容易产生不规则品，或存在泄漏风险。
发明内容
本发明的目的是针对两块素坯扣合工艺复杂、合格率低、存在漏料风险等问题，提供一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，为借助压型机压制成一体的干压成型工艺，省去高温粘合剂扣合生坯的工艺，保证坯体的完整性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，包括：
1)支撑体的制备：所述支撑体的原料按质量份数计，包括：平均粒径为20～60μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5～10份、造孔剂10～15份、第一粘结剂5～8份、和脱模剂3～5份；其中，所述烧结助剂包括质量比为30～50：15～35：10～35：10～30的铝溶胶、钛溶胶、碳酸镁和高岭土；所述氧化铝粉I、烧结助剂和造孔剂干混后，添加第一粘结剂的水溶液和脱模剂进行造粒，烘干，过筛为20～80目的泥料；将泥料在双向压力下压制成型得到第一素坯，压力为5～15MPa；在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件；再在第一素坯上加入泥料覆盖占位件，在双向压力下压制成型，压力为5～15MPa，得到内部有所述占位件的第二素坯；随后进行烧结：先升温至300～400℃保温1～3小时，然后升温至800～1000℃保温1～3小时，继续升温至1600～1700℃保温1～3小时，升温速率为2～5℃/min，烧结过程中除去所述占位件，制得内部有通道的支撑体；
2)过渡层的制备：所述过渡层的原料按质量份数计，包括：平均粒径为1～10μm的氧化铝粉II 100份、第一分散剂3～5份、和第二粘结剂15～25份；所述氧化铝粉II、第一分散剂、第二粘结剂与水混合研磨得到第一涂膜液；将所述第一涂膜液均匀喷涂到所述支撑体外表面，干燥后进行烧结：以2～5℃/min的升温速率升温至1400～1600℃保温1～3小时，在所述支撑体上得到过渡层；
3)膜层的制备：所述膜层的原料按质量份数计，包括：平均粒径为0.1～1μm的氧化铝粉III 100份、第二分散剂5～10份、第二粘结剂10～20份；所述氧化铝粉III、第二分散剂、第三粘结剂与水混合研磨得到第二涂膜液；将所述第二涂膜液均匀喷涂到所述过渡层外表面，干燥后进行烧结：以2～5℃/min的升温速率升温至1100～1300℃保温1～3小时，得到所述内部多通道圆盘式陶瓷膜。
一实施例中：所述第一素坯外表面设有与通道形状一致的流道，将环氧树脂注满第一素坯上的流道，固化，以在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件。
在这种方式中，采用两种模具来制备圆盘膜支撑体，其中一种模具外径略小一点且带有导流槽，用于压制第一素坯；另一种为内径相同、外径略大一点的圆环形模具，不带有导流槽，用于压制第二素坯。先用第一种模具压制一个外径略小一点的空心片状膜支撑面，即第一素坯，其通过导流槽成型了与通道形状一致的流道；然后往流道内注满树脂；待树脂固化后，将第一素坯放入第二种外径较大的同内径圆环模具中，在模具腔内的第一素坯周围和上方，填入适量的泥料覆盖；采用压型机再次压制成型；脱模得到第二素坯，再烧结得内有通道的支撑体。
一实施例中：所述第一素坯为片状，外表面不设有流道；将与通道形状一致的至少一个热塑性塑料胶块放置在第一素坯上，以在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件。
在这种方式中，也采用两种模具来制备圆盘膜支撑体，但两种模具均不需导流槽，其中一种模具为外径略小一点的圆环形模具，用于压制第一素坯；另一种为内径相同、外径略大一点的圆环形模具，用于压制第二素坯。先用第一种模具压制一个外径略小一点的空心片状膜支撑面，即第一素坯，然后注塑多个跟通道形状一样的塑料胶块；将第一素坯放入第二种外径较大的同内径圆环模具中，在第一素坯支撑面上均匀放置各个塑料胶块，往里再填入适量的泥料覆盖；采用压型机再次压制成型；脱模得到第二素坯，再烧结得内有通道的支撑体。
一实施例中，所述烧结助剂包括铝溶胶30～50％、钛溶胶15～35％、碳酸镁10～35％、高岭土10～30％，且烧结助剂各组分之和为100％。
一实施例中，所述造孔剂为平均粒径0.1～10μm的炭黑。
一实施例中，所述脱模剂包括油酸、桐油、硬脂酸铝或石墨中的至少一种。
优选地，氧化铝粉I的纯度>99％；氧化铝粉II的纯度>99％；氧化铝粉III的纯度>99％。
一实施例中，所述第一涂膜液的固含量30～50％。
一实施例中，所述第二涂膜液的固含量20～40％。
一实施例中，所述第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂各自独立地选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇或聚乙烯醇中的至少一种。
进一步地，所述甲基纤维素的取代度为1.7～2.2；所述羟丙基甲基纤维素的粘度为100～50000cps；所述聚乙二醇的分子量为200～600；所述聚乙烯醇的分子量为1800～2200。
一实施例中，所述第一分散剂为聚乙烯醇，分子量为1800～2200，纯度大于99％。
一实施例中，所述第二分散剂为聚乙烯醇，分子量为1800～2200，纯度大于99％。
一实施例中，所述热塑性塑料胶粒包括PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、ABS、PA塑料(尼龙)、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
一实施例中，所述环氧树脂为在室温或低温下可固化的环氧树脂，例如为双组份环氧树脂，。
一实施例中，所述涂膜液的研磨以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2～5小时。所述“高速”指的是300～500rpm。
本发明制得的氧化铝支撑体外径为150～350mm，内径为40～100mm，内孔道数目为8、12或16，氧化铝膜层的厚度为20～50μm。
在本发明支撑体的制备中，氧化铝粉I为支撑体的骨架，为整个材料提供强度，同时堆积形成气孔，为整个材料提供较高的孔隙率；烧结助剂在高温下形成液相，液相扩散促进氧化铝粉粘结在一起，降低支撑体烧结温度的同时赋予其较高的强度；造孔剂用于提高支撑体的孔隙率；粘结剂水解后具有一定的粘性，主要作用是常温下将氧化铝粉和烧结助剂等瘠性料赋予一定的可塑性，从而能通过压机压制成型；通过两种方式形成内部通道：第一素坯上设置与待成型的通道形状一致的流道，双组分环氧树脂的作用是先填充第一素坯上的通道，然后在高温烧结过程中分解排去，形成支撑体的内部通道；或者是第一素坯不设有通道，为片状平面，注塑成型塑料胶块与待成型的通道形状一致，其作用是先支撑圆盘陶瓷膜支撑体内部的通道，然后在高温烧结过程中分解排去，形成支撑体的内部通道；脱模剂的作用是润滑，方便成型的圆饼与模具凹槽分离，保证完整无缺陷的圆饼形素坯成型。
在本发明中，支撑体由粗颗粒组成，孔径较大，而膜层由较细的颗粒组成，孔径较小，因此直接在支撑体上喷涂膜层涂膜液时，两者的结合强度较低，需要在支撑体与膜层间制备过渡层作为大孔与小孔的过渡。
本发明中，支撑体中的流道形状及大小可以根据需要设置，例如为涡形叶片状，但并不以此为限。
本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。
本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。
本发明所述“大约”、“约”或“左右”等指的是所述范围或数值的±10％范围内。
本发明中，除有特别说明外，％均为质量百分比，比例均为质量比。所述质量的单位例如为克、千克或吨。
本发明中，所述“常温”“室温”即常规环境温度，可以为10～30℃。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明只需采用一种甚至无需采用有导流槽的模具，大大降低了成型难度，降低了模具成本；同时，本发明采用压型机二次压制成一体素坯，并借助环氧树脂树脂或塑料胶块在高温烧结过程中分解排去，形成支撑体的内部通道，省去了两片素坯的贴合工艺，保证了支撑体的完整性和强度可靠性。
附图说明
图1本发明实施例中内部多通道圆盘式陶瓷膜的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为50μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入有凹槽的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得外表面有流道的第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将双组份环氧树脂(组分A：组分B＝3:1)混合均匀后注满素坯中的流道，室温放置4h固化；流道与待成型的通道形状一致，流道中固化的环氧树脂即形成与通道形状一致的占位件；
将通道填满环氧树脂的第一素坯放置于外径较大一点的同内径环形模具中，均匀加入过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有环氧树脂的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将内部有环氧树脂的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1680℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.035MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为6μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1500℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为38MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为32％，膜层起泡点泡压为0.16MPa，过滤通量可达1.2m3/(m2h)。
实施例2
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为40μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入有凹槽的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得外表面有流道的第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将双组份环氧树脂(组分A：组分B＝3:1)混合均匀后注满素坯中的流道，室温放置4h固化；流道与待成型的通道形状一致，流道中固化的环氧树脂即形成与通道形状一致的占位件；
将通道填满环氧树脂的第一素坯放置于外径较大一点的同内径环形模具中，均匀加入过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有环氧树脂的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将内部有环氧树脂的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1650℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.04MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为5μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1450℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为35MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为33.5％，膜层起泡点泡压为0.175MPa，过滤通量可达1.21m3/(m2h)。
实施例3
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为30μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入有凹槽的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得外表面有流道的第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将双组份环氧树脂(组分A：组分B＝3:1)混合均匀后注满素坯中的流道，室温放置4h固化；流道与待成型的通道形状一致，流道中固化的环氧树脂即形成与通道形状一致的占位件；
将通道填满环氧树脂的第一素坯放置于外径较大一点的同内径环形模具中，均匀加入过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有环氧树脂的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将内部有环氧树脂的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1600℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.045MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为3μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1400℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为33MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为34.8％，膜层起泡点泡压为0.18MPa，过滤通量可达1.26m3/(m2h)。
对比例1
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为40μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂、和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入有凹槽的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得其中一个外表面有流道的素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入没有凹槽的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得外表面无流道的素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为10MPa；
称取平均粒径为20μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)，用强力混合机干混5min得混合粉末。称取分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇20份，将聚乙烯醇搅拌溶于80份热水中待用。称取60份混合粉末、30份聚乙烯醇胶水、和10份RO水于烧杯或研钵中，搅拌或研磨30min后得浓浆。将浓浆均匀涂覆于两片素坯的表面后将两片素坯贴合在一起，并在两片素坯的边沿均匀涂覆一层浓浆。贴合的素坯在60℃下烘10h。
将贴合好的素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1650℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.01MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为5μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得涂膜液，涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1450℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得涂膜液，涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本对比例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为34.3MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该对比例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为33.7％，边沿膜层先起泡，起泡点泡压为0.08MPa，过滤通量可达1.22m3/(m2h)。
这种两片贴合的工艺制备的支撑体，贴合不良处容易产生泡压缺陷。这降低了膜层的泡压，膜片在使用过程中容易漏料，影响过滤效果。
实施例4
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为50μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入外径略小一点的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得空心片状膜支撑面，即第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将型号为DMDA-8916的HDPE胶粒，采用CJ150NC型注射机注塑成跟图1中的通道形状一样的胶块，注射机的参数设定如下：料筒前段、中段、后段的温度依次为175℃、170℃、168℃，喷嘴温度172℃，塑化压力46MPa，注射压力40MPa，模具冷却水温度16℃，螺杆转速58rpm/min，注射时间2s，保压时间25s，冷却时间14s；注塑8个通道形状的胶块。本实施例之中，第一素坯外表面不设有流道，由胶块形成与通道形状一致的占位件。
将空心片状膜支撑面即第一素坯放入外径略大一点的同内径圆环模具中，在支撑面上均匀放置8个HDPE塑料胶块，往里再填入适量过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有HDPE塑料胶块的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将内部有HDPE塑料胶块的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1680℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.0375MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为6μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1500℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为39MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为33％，过滤通量可达1.22m3/(m2h)。
实施例5
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为40μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在20～80目间的泥料微球，装入外径略小一点的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得空心片状膜支撑面，即第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将型号为DMDA-8916的HDPE胶粒，采用CJ150NC型注射机注塑成跟图1中的通道形状一样的胶块，注射机的参数设定如下：料筒前段、中段、后段的温度依次为175℃、170℃、168℃，喷嘴温度172℃，塑化压力46MPa，注射压力40MPa，模具冷却水温度16℃，螺杆转速58rpm/min，注射时间2s，保压时间25s，冷却时间14s；注塑8个通道形状的胶块。本实施例之中，第一素坯外表面不设有流道，由胶块形成与通道形状一致的占位件。
将空心片状膜支撑面即第一素坯放入外径略大一点的同内径圆环模具中，在支撑面上均匀放置8个HDPE塑料胶块，往里再填入适量过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有HDPE塑料胶块的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将内部有HDPE塑料胶块的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1650℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.045MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为5μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1450℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为35.5MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为34％，过滤通量可达1.2m3/(m2h)。
实施例6
1)内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体的制备
称取平均粒径为30μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5份(铝溶胶占35％、钛溶胶占20％、碳酸镁占20％、高岭土占25％)、平均粒径为5μm的炭黑10份、分子量2000且纯度大于99％的聚乙烯醇6份，将聚乙烯醇搅拌溶于热水中待用，将氧化铝粉I、烧结助剂和炭黑用强力混合机干混5min后，在造粒机上缓慢添加聚乙烯醇水溶液和4份油酸，直至大部分泥料成微球；
将造粒后的泥料烘干、过筛，取粒径在40～80目间的泥料微球，装入外径略小一点的模具中，在大吨位压力机上经干压成型得空心片状膜支撑面，即第一素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将型号为DMDA-8916的HDPE胶粒，采用CJ150NC型注射机注塑成跟图1中的通道形状一样的胶块，注射机的参数设定如下：料筒前段、中段、后段的温度依次为175℃、170℃、168℃，喷嘴温度172℃，塑化压力46MPa，注射压力40MPa，模具冷却水温度16℃，螺杆转速58rpm/min，注射时间2s，保压时间25s，冷却时间14s；注塑8个通道形状的胶块。本实施例之中，第一素坯外表面不设有流道，由胶块形成与通道形状一致的占位件。
将空心片状膜支撑面即第一素坯放入外径略大一点的同内径圆环模具中，在支撑面上均匀放置8个HDPE塑料胶块，往里再填入适量过筛后的泥料，在大吨位压力机上经干压成型得内部有HDPE塑料胶块的第二素坯，干压成型的压力为双向压力，压力为8MPa；
将内部有HDPE塑料胶块的第二素坯进行烧结：先以3℃/min的速率升温至400℃保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至900℃保温2小时，再以4℃/min的速率升温至1600℃保温2小时，得内部有多通道圆盘式陶瓷膜支撑体。测得支撑体边沿的起泡点泡压为0.045MPa。通道的结构示意图如图1。
2)内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层的制备
称取平均粒径为3μm的氧化铝粉II 100份、分子量2000的聚乙烯醇3份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素20份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨2小时得第一涂膜液，第一涂膜液的固含量为40％；
用喷枪将第一涂膜液均匀喷涂到支撑体外表面，室温放置2h后烧结：以3℃/min的速率升温至1400℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜过渡层。
3)内部多通道圆盘式陶瓷膜膜层的制备
称取平均粒径为0.3μm的氧化铝粉III 100份、分子量2000的聚乙烯醇5份、粘度为4000cps的羟丙基甲基纤维素15份，然后加入去离子水，并放入行星式球磨机中，以氧化铝球为研磨介质，高速研磨3小时得第二涂膜液，第二涂膜液的固含量为25％；
用喷枪将第二涂膜液均匀喷涂到过渡层外表面，室温放置3h后烧结：以3℃/min的速率升温至1200℃保温2小时，得内部多通道圆盘式陶瓷膜成品。
本实施例所制备的内部多通道圆盘式陶瓷膜支撑体强度高，外径为300mm，内径为90mm，内孔道数目为8，抗折强度为33MPa。膜层由平均粒径为0.3μm的氧化铝颗粒组成，颗粒均匀性较好，过滤精度约为0.1μm。该实施例制得的内部多通道圆盘式陶瓷膜的孔隙率为35％，过滤通量可达1.27m3/(m2h)。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：包括：
1)支撑体的制备：所述支撑体的原料按质量份数计，包括：平均粒径为20～60μm的氧化铝粉I 100份、烧结助剂5～10份、造孔剂10～15份、第一粘结剂5～8份、和脱模剂3～5份；其中，所述烧结助剂包括质量比为30～50：15～35：10～35：10～30的铝溶胶、钛溶胶、碳酸镁和高岭土；所述氧化铝粉I、烧结助剂和造孔剂干混后，添加第一粘结剂的水溶液和脱模剂进行造粒，烘干，过筛为20～80目的泥料；将泥料在双向压力下压制成型得到第一素坯，压力为5～15MPa；在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件；再在第一素坯上加入泥料覆盖占位件，在双向压力下压制成型，压力为5～15MPa，得到内部有所述占位件的第二素坯；随后进行烧结：先升温至300～400℃保温1～3小时，然后升温至800～1000℃保温1～3小时，继续升温至1600～1700℃保温1～3小时，升温速率为2～5℃/min，烧结过程中除去所述占位件，制得内部有通道的支撑体；
2)过渡层的制备：所述过渡层的原料按质量份数计，包括：平均粒径为1～10μm的氧化铝粉II 100份、第一分散剂3～5份、和第二粘结剂15～25份；所述氧化铝粉II、第一分散剂、第二粘结剂与水混合研磨得到第一涂膜液；将所述第一涂膜液均匀喷涂到所述支撑体外表面，干燥后进行烧结：以2～5℃/min的升温速率升温至1400～1600℃保温1～3小时，在所述支撑体上得到过渡层；
3)膜层的制备：所述膜层的原料按质量份数计，包括：平均粒径为0.1～1μm的氧化铝粉III 100份、第二分散剂5～10份、第二粘结剂10～20份；所述氧化铝粉III、第二分散剂、第三粘结剂与水混合研磨得到第二涂膜液；将所述第二涂膜液均匀喷涂到所述过渡层外表面，干燥后进行烧结：以2～5℃/min的升温速率升温至1100～1300℃保温1～3小时，得到所述内部多通道圆盘式陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述第一素坯外表面设有与通道形状一致的流道，将环氧树脂注满第一素坯上的流道，固化，以在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件；或，所述第一素坯为片状，外表面不设有流道；将与通道形状一致的至少一个热塑性塑料胶块放置在第一素坯上，以在第一素坯上设置与通道形状一致的占位件。
3.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为平均粒径0.1～10μm的炭黑。
4.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述脱模剂包括油酸、桐油、硬脂酸铝或石墨中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述第一涂膜液的固含量30～50％。
6.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述第二涂膜液的固含量20～40％。
7.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂各自独立地选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇或聚乙烯醇中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述甲基纤维素的取代度为1.7～2.2；所述羟丙基甲基纤维素的粘度为100～50000cps；所述聚乙二醇的分子量为200～600；所述聚乙烯醇的分子量为1800～2200。
9.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述第一分散剂、第二分散剂为聚乙烯醇，分子量为1800～2200，纯度大于99％。
10.根据权利要求1所述的内部多通道圆盘式陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述热塑性塑料胶粒包括PP、PE、HDPE、PS、ABS、PA塑料、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；所述环氧树脂为双组份环氧树脂。
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