CN114452834A - 碟式陶瓷膜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷膜技术领域，具体涉及碟式陶瓷膜，包括：支撑体与过滤膜层；所述支撑体成分包括陶瓷粉料和粘接剂；所述陶瓷粉料在支撑体中占比为80~99wt%；所述过滤膜层包括顶膜和底膜，顶膜成分和底膜成分均包括陶瓷粉料；所述顶膜和底膜沿着单一方向的形变量为小于0.5mm；所述顶膜和底膜的过滤压力为0.15~0.7Mpa；所述顶膜和底膜的抗弯折强度为60~120Mpa Mpa。本方案的抗弯折强度为60~120Mpa的陶瓷膜分离性优良，能够过滤掉中等或高分子量物质，可以减少水中矿物质的损失，使水质更好；可以提高陶瓷膜的纯水渗透通量；可以方便清洁顶膜和底膜。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷膜技术领域，具体涉及碟式陶瓷膜。
背景技术
陶瓷膜(ceramic membrane)又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜分为管式陶瓷膜和平板陶瓷膜两种。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。平板陶瓷膜板面密布微孔，根据在一定的膜孔径范围内，渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。碟式陶瓷膜具有飞碟式的外部形状,内部含有螺旋形的渗透通道,具有分离功能的膜层在碟式陶瓷膜的外表面。
污水中存在有益菌和有害菌，在污水净化过程中，通常会将矿物质和污染物一起过滤掉，例如水中含有微量钾、钠、钙、镁等人体所需的矿物质，而在后续的饮用水生产过程中又会添加这部分人体所需的矿物质，整个流程操作会比较繁琐复杂，并且后续添加的矿物质会影响到水的PH值，导致水呈酸性，影响水的水质，会对人体健康造成影响。
发明内容
本方案提供一种清除中等或高分子量物质和减少矿物质损失的碟式陶瓷膜。
为了达到上述目的，本方案提供一种碟式陶瓷膜，包括：支撑体与过滤膜层；所述支撑体成分包括陶瓷粉料和粘接剂；所述陶瓷粉料在支撑体中占比为80~99wt%；所述过滤膜层包括顶膜和底膜，顶膜成分和底膜成分均包括陶瓷粉料；所述顶膜和底膜沿着单一方向的形变量为小于1mm；所述顶膜和底膜的过滤压力为0.15~0.7Mpa；所述顶膜和底膜的抗弯折强度为60~120Mpa。
本方案有益效果：通过调整支撑体陶瓷粉料的比例调整支撑体的孔隙率，增加陶瓷膜的机械强度；本方案的陶瓷膜在水流较小压力比较小时纯水渗透通量较大且净化效果好；本方案的抗弯折强度为60~120Mpa的陶瓷膜分离性优良，能够过滤掉中等或高分子量物质，可以减少水中矿物质的损失，使水质更好；可以提高陶瓷膜的纯水渗透通量；可以方便清洁顶膜和底膜。
进一步，所述陶瓷粉料为氧化铝、氧化钛、堇青石、氧化锆或者铝矾土。
进一步，所述支撑体中陶瓷粉料的平均直径为5～50μm；所述顶膜和底膜中陶瓷粉料的平均直径为0.1～5μm。
进一步，所述粘接剂为浓度为0.5～10wt％的聚乙烯醇溶液或羧甲基纤维素溶液。
进一步，所述粘接剂包括1~30 wt%陶瓷粉体，陶瓷粉体的直径小于5μm。添加陶瓷粉体，可以帮助支撑体烧结。
进一步，所述顶膜和底膜中最大孔隙尺寸均为0.02~3μm。根据水质不同、过滤要求不同，可选择不同膜层孔径，这样可增加纯水渗透通量，提高陶瓷膜的净化效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例支撑体的结构示意图。
图3为本发明实施例碟式陶瓷膜的实物图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：顶膜1、底膜2、集水通孔3、支撑体4、集水通道5。
实施例：
碟式陶瓷膜包括：支撑体4和分离过滤膜层，如附图1、附图2和附图3所示，分离过滤膜层包括顶膜1和底膜2，顶膜1和底膜2分别位于支撑体4两面，支撑体4、顶膜1与底膜2一体化设置，支撑体4为飞碟状，支撑体4中心处设有集水通孔3，支撑体4外周端封闭，所述支撑体4内设有集水通道5，集水通道5用于排出过滤后的溶液，集水通道5与集水通孔3连通。
将溶液从分离过滤膜层的顶膜1渗入，在顶膜1或者底膜2作用下，污染物被留在顶膜1或者底膜2上，过滤后的溶液进入到集水通道5中，最终进入到集水通孔3中。采用支撑体4和分离过滤膜层一体化，使陶瓷膜整体结构更加牢固，增加陶瓷的使用寿命；一体化减少陶瓷膜形变，使陶瓷膜的过滤效果更好。集水通道5为抛物线形、直线形或者折线形、蜂窝状等。
支撑体4成分包括陶瓷粉料和粘接剂，陶瓷粉料在支撑体4中占比为80~99wt%；通过调整支撑体4陶瓷粉料的比例调整支撑体4的孔隙率，增加陶瓷膜的机械强度。支撑体4的陶瓷粉料为氧化铝、氧化钛、堇青石、氧化锆或者铝矾土等物质，支撑体4的陶瓷粉料的平均粒径为5～50μmμm。粘接剂为浓度为0.5～10wt％的聚乙烯醇溶液或羧甲基纤维素溶液。粘接剂包括1~30 wt%陶瓷粉体，陶瓷粉体的直径小于5μm。添加陶瓷粉体，可以帮助支撑体4烧结。
顶膜1成分和底膜2成分均包括陶瓷粉料，顶膜1和底膜2的陶瓷粉料均为氧化铝、氧化钛、堇青石、氧化锆或者铝矾土等物质，顶膜1和底膜2的陶瓷粉料平均直径为0.1～5μm，顶膜1和底膜2的陶瓷粉料平均直径均大于支撑体4的陶瓷粉料，在膜层制备过程中颗粒向支撑层的渗透，增加支撑体4的强度。
顶膜1和底膜2沿着单一方向的形变量为小于1mm；顶膜1和底膜2的过滤压力为0.15~0.7Mpa，本方案陶瓷膜在此过滤压力下出水水质可以达到排放的要求，在水流较小压力比较小时纯水渗透通量较大且净化效果好。
顶膜1和底膜2的抗弯折强度为60~120Mpa。陶瓷膜抗弯折强度为60~120Mpa，陶瓷膜内部的孔隙存在均匀分布和不均匀分布的情况，孔隙结构复杂化，具有较强的物理吸附能力吸附物质，分离性优良，这样可以将中等或高等分子量物质拦截，使水中的矿物质进入到集水通孔3中，减少矿物质的损失。例如钙离子直径为0.4nm，镁离子直径为0.532nm。陶瓷膜在过滤时可以减少矿物质的损失，使水质更好。
膜分离过程中，单位时间内单位膜面积上的物质透过量，一般用J表示。渗透通量=渗透系数×推动力，式中的渗透系数为单位时间内单位膜面积上在单位推动力作用下的物质透过量。本方案的陶瓷膜抗弯折强度为60~120Mpa，陶瓷膜的孔隙大小会各不相同，在中间部分的孔隙会偏大，边缘部分孔隙会偏小，在水流过滤时，水流一般会从陶瓷膜的中心部分注入，这样就需要陶瓷膜中心部分过滤效率较高，本方案的陶瓷膜可以提高陶瓷膜的纯水渗透量。
抗弯折强度为60~120Mpa的陶瓷膜，内部孔隙上会形成对流结构，可以在对水流进行净化时，对孔隙结构进行冲洗，减少物质停留在孔隙结构上，造成孔隙堵塞，同时还可以方便对陶瓷膜进行清洗。
顶膜1最大孔隙尺寸和底膜2最大孔隙尺寸均为0.02~3μm，根据水质不同、过滤要求不同，可选择不同膜层孔径（0.02-3μm可调），这样可增加纯水渗透通量，提高陶瓷膜的净化效率。
本方案通过调整支撑体4陶瓷粉料的比例调整支撑体4的孔隙率，增加陶瓷膜的机械强度；本方案的陶瓷膜在水流较小压力比较小时纯水渗透通量较大且净化效果好；本方案的抗弯折强度为60~120Mpa的陶瓷膜分离性优良，能够过滤掉中等或高分子量物质，可以减少水中矿物质的损失，使水质更好；可以提高陶瓷膜的纯水渗透通量；可以方便清洁顶膜1和底膜2。
实施例2：
本实施例与实施例不同之处在于，本实施例提供了碟式陶瓷膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：将陶瓷膜支撑体原料铺设在模具上，形成第一支撑层；陶瓷膜支撑体原料具体为氧化铝、氧化钛、堇青石、氧化锆或者铝矾土等物质；
步骤二：将疏松体铺设在第一支撑层上，疏松体包括可燃物；可燃物具体为碳料或者淀粉，淀粉和碳料方便进行煅烧形成集水通道；
步骤三：将陶瓷膜支撑体原料铺设在第一支撑层和疏松体上,形成第二支撑层；
步骤四：进行干压，形成陶瓷膜半成品；
步骤五：将陶瓷膜半成品进行烘干煅烧，形成陶瓷膜内支撑体成品；
步骤六：在支撑体表面进行涂膜，进行烘干煅烧，形成陶瓷膜成品。
步骤五中，首先将陶瓷膜半成品在1250℃~1300℃条件下进行煅烧1~2h，同时进行超声波分散；再进行30min的加热使煅烧的温度升高到1300℃~1750℃进行煅烧成型。
在1250℃~1300℃条件下时，可燃物会燃烧，消耗第一支撑层和第二支撑形成的空间内的氧气，并且第一支撑层和第二支撑层形成的空间与外界空气流通的通道较小，第一支撑层和第二支撑层形成的空间内部的氧气会比较少，在1250℃~1300℃条件下时，可燃物燃烧主要生成CO气体，生成的CO气体会通过第一支撑层和第二支撑层逃逸到外界高温下形成CO2，在CO气体作用下可以提高支撑体的孔隙率、膜通量和过滤效率，使陶瓷膜的分离性能更好，尤其在医疗废水和重金属过程中，能使细菌和重金属吸附在支撑体孔隙结构中。在此过程中进行超声波分散使可燃物与氧气充分接触，形成更多的CO气体，从而提高提高支撑体的孔隙率、膜通量和过滤效率，方便提高顶膜和底膜的污水过滤效率。
温度升高需要一段时间，通过30min时间使温度稳定，使煅烧的温度升高到1300~1750℃，在此温度下停止超声波分散，防止可燃物分散，影响到集水通道的形成，在此阶段第一支撑层和第二支撑层形成的空间内氧气含量极少，接近无氧环境，此时可燃物中的C物质会与氧化钛与氧化锆发生反应，从而会在支撑体孔隙结构的表面生成一层碳化钛和碳化锆，增加支撑体孔隙结构的刚度。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.碟式陶瓷膜，包括：支撑体与过滤膜层；所述支撑体成分包括陶瓷粉料和粘接剂；所述陶瓷粉料在支撑体中占比为80~99wt%；所述过滤膜层包括顶膜和底膜，顶膜成分和底膜成分均包括陶瓷粉料；所述顶膜和底膜沿着单一方向的形变量为小于1mm；所述顶膜和底膜的过滤压力为0.15~0.7Mpa；所述顶膜和底膜的抗弯折强度为60~120Mpa。
2.根据权利要求1所述的碟式陶瓷膜，其特征在于：所述陶瓷粉料为氧化铝、氧化钛、堇青石、氧化锆或者铝矾土。
3.根据权利要求1所述的碟式陶瓷膜，其特征在于：所述支撑体中陶瓷粉料的平均直径为5～50μm；所述顶膜和底膜中陶瓷粉料的平均直径为0.1～5μm。
4.根据权利要求1所述的碟式陶瓷膜，其特征在于：所述粘接剂为浓度为0.5～10wt％的聚乙烯醇溶液或羧甲基纤维素溶液。
5.根据权利要求1所述的碟式陶瓷膜，其特征在于：所述粘接剂包括1~30 wt%陶瓷粉体，陶瓷粉体的直径小于5μm。
6.根据权利要求1所述的碟式陶瓷膜，其特征在于：所述顶膜和底膜中最大孔隙尺寸均为0.02~3μm。
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