RU2031891C1 - Method of making of ceramic filter member - Google Patents

Method of making of ceramic filter member Download PDF

Info

Publication number
RU2031891C1
RU2031891C1 RU93013179A RU93013179A RU2031891C1 RU 2031891 C1 RU2031891 C1 RU 2031891C1 RU 93013179 A RU93013179 A RU 93013179A RU 93013179 A RU93013179 A RU 93013179A RU 2031891 C1 RU2031891 C1 RU 2031891C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
membrane
ceramic
fibers
water
Prior art date
Application number
RU93013179A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93013179A (en
Inventor
Б.Р. Горобец
Д.Д. Покровский
В.О. Павлюченков
М.Х. Левинская
Т.В. Симкина
А.В. Поляков
О.И. Першикова
Original Assignee
Государственное малое научно-производственное предприятие "ВИАМ-41"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное малое научно-производственное предприятие "ВИАМ-41" filed Critical Государственное малое научно-производственное предприятие "ВИАМ-41"
Priority to RU93013179A priority Critical patent/RU2031891C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2031891C1 publication Critical patent/RU2031891C1/en
Publication of RU93013179A publication Critical patent/RU93013179A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0048Fibrous materials
    • C04B20/0052Mixtures of fibres of different physical characteristics, e.g. different lengths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5007Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with salts or salty compositions, e.g. for salt glazing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00112Mixtures characterised by specific pH values
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00612Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as one or more layers of a layered structure
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • C04B2111/00801Membranes; Diaphragms

Abstract

FIELD: chemical technology. SUBSTANCE: membrane material is precipitated from aqueous suspension on the ceramic porous backing. Dispersion of mono- or polycrystalline fibers of oxides or carbides suspended in water is used as a source of suspension. This dispersion is prepared by their dispersing in water by ultrasonic treatment for 15-30 min at ultrasonic oscillation intensity 2-10 Wt/сm2 following by sedimentation for 0.5-20 h and decantation to separate part of liquid containing thin-fibrous fractions with fiber diameter 0.05-0.5 mcm. Fiber concentration in suspension at dispersing is 5-40 g/l and fiber concentration in suspension where membrane is precipitated is 0.05-1 g/l. After drying treatment with 2-8% aqueous solution of aluminium salts or 3-10% colloidal aqueous solution of silicon oxide is carried out following by calcination of material. Properties: average pore diameter is 0.05-0.5 mcm, output by water is 5000-15000 l/m2p·atm. Material is used for sewage treatment. EFFECT: improved method of material making. 10 cl

Description

Изобретение относится к изготовлению керамического фильтроэлемента для ультра- и микрофильтрации на мембране. The invention relates to the manufacture of a ceramic filter element for ultra- and microfiltration on a membrane.

В современных технологиях фильтрация в диапазоне 0,2-1 мкм занимает значительное место в медицинской, биологи- ческой, химической и пищевой промышленности, при решении проблем, связанных с очисткой сточных вод и обработкой воды. Эти производства предъявляют высокие требования к фильтроэлементам по производительности и удерживающей способности, по коррозионной устойчивости в различных химических средах, по механической прочности и способности к регенерации. In modern technologies, filtration in the range of 0.2-1 microns occupies a significant place in the medical, biological, chemical and food industries, in solving problems associated with wastewater treatment and water treatment. These industries place high demands on filter elements in terms of performance and holding capacity, corrosion resistance in various chemical media, mechanical strength and regeneration ability.

Наиболее полно обеспечить перечисленные выше запросы промышленности могут керамические мембраны. Ceramic membranes can best meet the above industry demands.

Керамические фильтроэлементы, как правило, состоят из керамической подложки со средним размером пор 15 мкм и нанесенной на эту основу мембраны толщиной в несколько десятков микрон со средним диаметром пор 0,2-1 мкм для микрофильтрации и 40-1000

Figure 00000001
для ультрафильтрации. В основе изготовления керамических мембран лежит использование фракционных порошков оксида алюминия, оксида циркония, карбида кремния, с диаметром частиц 0,2-2,5 мкм для изготовления водных суспензий, которые наносят на пористые подложки. Завершают процесс изготовления сушка и обжиг изделий.Ceramic filter elements, as a rule, consist of a ceramic substrate with an average pore size of 15 μm and a membrane deposited on this base with a thickness of several tens of microns with an average pore diameter of 0.2-1 μm for microfiltration and 40-1000
Figure 00000001
for ultrafiltration. The basis for the manufacture of ceramic membranes is the use of fractional powders of alumina, zirconia, silicon carbide, with a particle diameter of 0.2-2.5 microns for the manufacture of aqueous suspensions that are applied to porous substrates. Complete the manufacturing process of drying and firing products.

Формирование керамической мембраны из порошковых компонентов осложняется трудностями в получении бездефектной однородной пористой структуры слоя. Мембранное покрытие часто поражается микротрещинами за счет усадки при сушке и спекании. The formation of a ceramic membrane from powder components is complicated by difficulties in obtaining a defect-free uniform porous layer structure. The membrane coating is often affected by microcracks due to shrinkage during drying and sintering.

Известен способ изготовления мембраны, состоящий в приготовлении водной суспензии из набора фракций тонкого порошка оксида алюминия с добавками органической составляющей. Суспензия контактирует с горизонтальной верхней поверхностью пористой керамической подложки определенный промежуток времени. Вследствие различной скорости осаждения частиц разного диаметра опускающийся порошок образует мембрану, в которой размеры пор в слое, контактирующем с подложкой, составляли 1-5 мкм, а у верхнего слоя мембраны - 0,1-0,5 мкм. Излишки жидкости принудительно удаляют, а фильтроэлемент сушат и обжигают. Применение этого способа ограничивается тем, что подложка должна иметь строго горизонтальную поверхность, исключается возможность изготовления трубчатых одноканальных и многоканальных фильтроэлементов. A known method of manufacturing a membrane, consisting in the preparation of an aqueous suspension from a set of fractions of a fine powder of aluminum oxide with the addition of an organic component. The suspension is in contact with the horizontal upper surface of the porous ceramic substrate for a certain period of time. Due to the different deposition rates of particles of different diameters, the dropping powder forms a membrane in which the pore sizes in the layer in contact with the substrate were 1-5 μm, and in the upper layer of the membrane, 0.1-0.5 μm. Excess liquid is forcibly removed, and the filter element is dried and fired. The application of this method is limited by the fact that the substrate should have a strictly horizontal surface, the possibility of manufacturing tubular single-channel and multi-channel filter elements is excluded.

Известен также способ изготовления фильтроэлемента трубчатой формы, состоящий из нескольких этапов. There is also a known method of manufacturing a filter element of a tubular shape, consisting of several stages.

Первоначально на основе порошков оксида алюминия различных размеров и связующего готовят керамическую массу, которую экструдируют в трубки. Трубки после сушки и обжига при 1800оС используют в качестве пористой подложки.Initially, a ceramic mass is prepared from alumina powders of various sizes and a binder, which is extruded into tubes. The tubes, after drying and firing at 1800 ° C is used as the porous substrate.

На следующем этапе формируют мембрану толщиной 30-40 мкм, которую наносят на подложку в два приема. Готовят водную суспензию из порошков оксида алюминия с различными добавками. В суспензию для первого слоя мембраны вводят порошки со средним диаметром частиц 2,5 мкм, а для второго слоя - 0,2 мкм. Суспензией заполняют внутренний объем трубки, после чего на поверхности остается пористый слой в 20-30 мкм после первого нанесения и 10 мкм после второго. Первый слой обжигают при 1550оС, второй при 1000оС. Открытая пористость в обоих слоях примерно одинакова и составляет 30-40%, Средний диаметр пор в первом слое 1,2 мкм, во втором - 0,2 мкм. Производительность получаемого таким способом фильтроэлемента составляет 3000 л/м2 ˙ч˙ атм, удерживающая способность 0,2 мкм.At the next stage, a membrane with a thickness of 30-40 μm is formed, which is applied to the substrate in two steps. An aqueous suspension of alumina powders with various additives is prepared. Powders with an average particle diameter of 2.5 μm are introduced into the suspension for the first layer of the membrane, and 0.2 μm for the second layer. The suspension fills the internal volume of the tube, after which a porous layer of 20-30 μm after the first application and 10 μm after the second remains on the surface. The first layer is calcined at 1550 C, the second at 1000 C. The open porosity in the two layers is approximately the same and is 30-40%, average diameter of pores in the first layer of 1.2 m in the second - 0.2 microns. The productivity of the filter element obtained in this way is 3000 l / m 2 ˙h˙ atm, holding capacity 0.2 μm.

Наиболее существенные недостатки известного способа являются следствием используемой для мембраны порошковой системы, склонной к растрескиванию и образованию дефектов. К ним относятся - низкая открытая пористость мембраны (30-40% ) и, соответственно, низкая проницаемость ( ≈3000 л/м2 ˙ч˙ атм по воде);
нанесение раздельно двух слоев с двукратной процедурой обжига;
длительность процессов сушки для предотвращения распространения растрескивания порошкового слоя из-за усадочных явлений;
сложные и длительные процедуры подготовки порошков для смесей.
The most significant drawbacks of the known method are a consequence of the powder system used for the membrane, prone to cracking and the formation of defects. These include - low open porosity of the membrane (30-40%) and, accordingly, low permeability (≈3000 l / m 2 ˙h˙ atm in water);
application of two layers separately with a double firing procedure;
the duration of the drying process to prevent the spread of cracking of the powder layer due to shrinkage phenomena;
complex and lengthy procedures for preparing powders for mixtures.

В итоге получаемые фильтроэлементы имеют весьма высокую стоимость без гарантий отсутствия крупных дефектов (1 мкм). As a result, the resulting filter elements have a very high cost without guarantees of the absence of large defects (1 μm).

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления керамических проницаемых пористых мембран, включающий формирование на пористой основе из керамики или металла тонкого мембранного слоя из простых или сложных оксидов или гидроксидов, а также фторидов металлов или их смеси из суспензии, обработанной ультразвуком, с последующей сушкой получаемой мембраны и ее термообработкой при 400-1100оС.Closest to the proposed is a method of manufacturing ceramic permeable porous membranes, comprising forming on a porous basis of ceramic or metal a thin membrane layer of simple or complex oxides or hydroxides, as well as metal fluorides or a mixture thereof from a suspension treated with ultrasound, followed by drying of the resulting membrane and its heat treatment at 400-1100 about C.

Мембраны, полученные известным способом, имеют недостаточно высокую пористость и производительность. Membranes obtained in a known manner have insufficient porosity and productivity.

Цель изобретения - повышение пористости и производительности. The purpose of the invention is to increase porosity and productivity.

Поставленная цель достигается тем, что используемую суспензию получают диспергированием волокон в воде с помощью ультразвуковой обработки, седиментации с последующей декантацией тонкой фракции волокон, а осажденную из суспензии мембрану перед обжигом фиксируют обработкой связующим в виде растворов солей алюминия или циркония или коллоидной двуокиси кремния. This goal is achieved in that the suspension used is obtained by dispersing the fibers in water using ultrasonic treatment, sedimentation, followed by decantation of a fine fraction of the fibers, and the membrane deposited from the suspension is fixed by binder treatment in the form of solutions of aluminum or zirconium salts or colloidal silicon dioxide.

При нанесении мембраны волокна должны иметь определенные геометрические параметры, быть однородно распределены в жидкой составляющей, не должны флокулировать в суспензии. Для этого диспергирование волокон в жидкой составляющей проводят при концентрации волокна 5-40 г/л ультразвуковой обработкой суспензии в течение 15-30 мин с интенсивностью излучения 2-10 Вт/см2.When applying the membrane, the fibers must have certain geometric parameters, be uniformly distributed in the liquid component, and must not flocculate in suspension. For this, the dispersion of the fibers in the liquid component is carried out at a fiber concentration of 5-40 g / l by ultrasonic treatment of the suspension for 15-30 minutes with a radiation intensity of 2-10 W / cm 2 .

Конкретные значения концентрации волокон в суспензии, продолжительность обработки ультразвуком и интенсивность ультразвукового излучения выбирают в зависимости от исходных размеров используемых волокон и их состава. Снижение концентрации ниже предлагаемого уровня не технологично, превышение верхнего предела не позволяет достичь полного диспергирования, сохраняются исходные конгломераты. The specific values of the concentration of fibers in the suspension, the duration of sonication and the intensity of ultrasonic radiation are selected depending on the initial size of the fibers used and their composition. Reducing the concentration below the proposed level is not technologically advanced, exceeding the upper limit does not allow complete dispersion, the original conglomerates are preserved.

В зависимости от состава волокон для предотвращения их флокуляции рН суспензии должно быть 7-11. Depending on the composition of the fibers, to prevent their flocculation, the pH of the suspension should be 7-11.

По окончании диспергирования суспензию седиментируют в течение 0,5-20 ч, после чего сливают часть ее, находящуюся выше видимой границы раздела, содержащую наиболее тонкую фракцию и свободную от грубых неволокнистых включений. Конкретное значение длительности процесса седиментации устанавливают в зависимости от вида и диаметра волокон. At the end of the dispersion, the suspension is sedimented for 0.5-20 hours, after which a part of it, which is located above the visible interface, containing the finest fraction and free from coarse non-fibrous inclusions, is drained. The specific value of the duration of the sedimentation process is set depending on the type and diameter of the fibers.

Декантированную часть суспензии разбавляют водой до концентрации в ней волокон 0,05-1 г/л и используют для осаждения мембраны. The decanted portion of the suspension is diluted with water to a fiber concentration of 0.05-1 g / l and is used to precipitate the membrane.

Различие концентраций внутри вышеприведенного интервала зависимости от диаметра используемого волокна. Для тонких волокон концентрация меньше, для толстых - больше. The difference in concentration within the above range depending on the diameter of the fiber used. For thin fibers, the concentration is lower, for thick - more.

Толщину мембранного слоя задают объемом суспензии, рассчитываемым по формуле:
Vж=

Figure 00000002
, где Vж - объем суспензии, л;
С - концентрация волокна в суспензии, г/л;
hм - толщина мембраны, см;
S - площадь покрываемой поверхности, см2;
Р - плотность волокна, г/см3;
θ - относительная плотность мембраны, %.The thickness of the membrane layer is set by the volume of the suspension, calculated by the formula:
V W =
Figure 00000002
where V W - suspension volume, l;
C is the concentration of fiber in suspension, g / l;
h m - membrane thickness, cm;
S is the surface area, cm 2 ;
P is the fiber density, g / cm 3 ;
θ is the relative density of the membrane,%.

Для нанесения мембраны используют метод принудительной пропитки. При этом суспензию подают к покрываемой поверхности подложки под давлением 1-2 атм, жидкую составляющую удаляют через противоположную. For applying the membrane using the method of forced impregnation. In this case, the suspension is fed to the coated surface of the substrate under a pressure of 1-2 atm, the liquid component is removed through the opposite.

Операцию проводят в два приема, при этом первую половину рассчитанного объема суспензии подают под давлением 2 атм, вторую под давлением 1 атм. В случае трубчатых элементов большой длины и многоканальных подачу суспензии в два приема осуществляют с противоположных концов трубки. Такая схема нанесения мембраны обеспечивает ее минимальную дефектность и равномерность толщины по поверхности подложки. The operation is carried out in two steps, with the first half of the calculated volume of the suspension being supplied under a pressure of 2 atm, the second under a pressure of 1 atm. In the case of tubular elements of large length and multichannel, the suspension is supplied in two steps from the opposite ends of the tube. Such a membrane application scheme ensures its minimum defectiveness and uniformity of thickness on the surface of the substrate.

После осаждения мембраны фильтроэлемент сушат на воздухе в течение 1-3 ч при 100-120оС.After deposition of the membrane, the filter element is dried in air for 1-3 hours at 100-120 about C.

Для фиксации мембраны на поверхности подложки высушенный фильтроэлемент погружают в раствор, содержащий соли алюминия, циркония или коллоидную двуокись кремния с концентрациями в интервале 2-10 вес.%. Затем фильтроэлемент сушат в течение 1-3 ч при 120оС и обжигают при 700-1100оС в течение 1 ч. Эти операции обеспечивают высокую прочность самой мембраны и сцепление ее с подложкой без изменения волокнистого характера структуры мембраны и снижения ее фильтровальных характеристик.To fix the membrane on the surface of the substrate, the dried filter element is immersed in a solution containing aluminum, zirconium or colloidal silicon dioxide salts with concentrations in the range of 2-10 wt.%. The filter element is then dried for 1-3 hours at 120 C and calcined at 700-1100 C for 1 hour. These operations provide high strength of the membrane and its adhesion to the substrate without changing the nature of the fibrous structure of the membrane and decrease its filtering characteristics.

Предлагаемый способ позволяет наносить волокнистые мембраны на внешние и внутренние поверхности одноканальных трубок, на внутренние поверхности многоканальных трубок, на поверхности пористых подложек любой геометрии, строго контролируя толщину наносимого слоя. Важным преимуществом предлагаемого способа является также возможность высоких скоростей нагрева и охлаждения в процеccе cушки и обжига и отcутcтвие необходимоcти тщательного их контроля, что почти на порядок снижает затраты на производство фильтроэлементов по сравнению с известными способами, применяемыми для порошковых мембран. The proposed method allows you to apply fibrous membranes on the external and internal surfaces of single-channel tubes, on the internal surfaces of multi-channel tubes, on the surface of porous substrates of any geometry, strictly controlling the thickness of the applied layer. An important advantage of the proposed method is the possibility of high heating and cooling rates during drying and firing, and the lack of the need for careful control thereof, which reduces the cost of filter elements by almost an order of magnitude in comparison with the known methods used for powder membranes.

П р и м е р 1. Для изготовления керамического фильтроэлемента в качестве подложки используют одноканальные пористые трубки из оксида алюминия (внутренний диаметр 6 мм, наружный - 10 мм, длина - 800 мм). Трубки-подложки имеют поверхность 35-40%, средний диаметр пор - 10 мкм, производительность по воде 60000 л/с2˙ч˙ атм. Для мембраны используют монокристаллические волокна карбида кремния со средним диаметром 0,1 мкм.EXAMPLE 1. For the manufacture of a ceramic filter element, single-channel porous alumina tubes (inner diameter 6 mm, outer diameter 10 mm, length 800 mm) are used as a substrate. The substrate tubes have a surface of 35–40%, an average pore diameter of 10 μm, and a water productivity of 60,000 l / s 2 ˙ h˙ atm. Monocrystalline silicon carbide fibers with an average diameter of 0.1 μm are used for the membrane.

Для нанесения мембраны готовят 1 л водной (рН = 10-11) суспензию с концентрацией волокна 10 г/л. Суспензию в течение 15 мин обрабатывают ультразвуком при интенсивности ультразвукового излучения 4 Вт/см2, что приводит к равномерной диспергации волокон в жидкой составляющей.To apply the membrane, prepare 1 l of an aqueous (pH = 10-11) suspension with a fiber concentration of 10 g / l. The suspension is treated with ultrasound for 15 minutes at an ultrasonic intensity of 4 W / cm 2 , which leads to uniform dispersion of the fibers in the liquid component.

Для отделения неволокнистых включений и крупных фракций проводят седиментацию в течение 20 ч, после чего суспензию декантируют, при этом сливают верхнюю часть суспензии, отделяя ее от осевшей фракции. Слитую часть суспензии, где концентрация волокна 5 г/л, разбавляют водой, доводят объем жидкости до 15 л, в которой концентрация волокна составляет 0,3 г/л. Эту суспензию используют для нанесения мембраны. To separate non-fibrous inclusions and large fractions, sedimentation is carried out for 20 hours, after which the suspension is decanted, and the upper part of the suspension is drained, separating it from the settled fraction. The fused portion of the suspension, where the fiber concentration is 5 g / l, is diluted with water, the liquid volume is adjusted to 15 l, in which the fiber concentration is 0.3 g / l. This suspension is used for applying the membrane.

Требуемый объем суспензии определяют по предложенной выше формуле. Для мембраны толщиной 40 мкм, покрываемой поверхности 150 см2, плотности волокна карбида кремния 3,2 г/см2, относительной плотности мембраны 10% он равен 0,6 л. Рассчитанный объем суспензии делят на две равные части и подают внутрь трубки, первую часть под давлением 2 атм, а вторую часть под давлением 1 атм.The required volume of suspension is determined by the above formula. For a membrane with a thickness of 40 μm, a coated surface of 150 cm 2 , a fiber density of silicon carbide of 3.2 g / cm 2 , a relative density of the membrane of 10%, it is 0.6 L. The calculated volume of the suspension is divided into two equal parts and fed into the tube, the first part under a pressure of 2 atm, and the second part under a pressure of 1 atm.

После нанесения мембраны трубки высушивают на воздухе в течение 2 ч при 120оС. Затем на 2-3 с погружают в емкость с раствором связующего, для которого используют 0,25-мольный водный раствор азотнокислого циркония. Затем трубки сушат при 700оС. Полученный фильтроэлемент имеет производительность по воде 8000 л/м2 ч ˙атм, средний диаметр поры - 0,2 мкм.After application of the membrane tube was dried in air for 2 hours at 120 C. Then, at 2-3 was immersed in a container with a binder solution, which is used for a 0.25 molar aqueous zirconium nitrate. Then the tube is dried at 700 C. The resulting filter element has a capacity for water of 8000 l / m 2 h ˙atm, average pore diameter - 0.2 microns.

П р и м е р 2. Для изготовления керамического фильтроэлемента используют одноканальные трубки из оксида алюминия (внутренний диаметр - 5 мм, наружный - 10 мм, длина - 500 мм). Свойства трубки-подложки аналогичны свойствам трубок-подложек, использованных в примере 1. Мембрану из монокристаллических волокон оксида цинка наносят на внешнюю поверхность. Средний диаметр волокон оксида цинка - 0,7 мкм. PRI me R 2. For the manufacture of a ceramic filter element using single-channel tubes of aluminum oxide (inner diameter 5 mm, outer 10 mm, length 500 mm). The properties of the substrate tubes are similar to those of the substrate tubes used in Example 1. A membrane of single crystal zinc oxide fibers is applied to the outer surface. The average fiber diameter of zinc oxide is 0.7 microns.

Готовят суспензию из 1 л воды (рН = 7), где концентрация волокон оксида цинка - 5 г/л. Условия диспергирования, седиментации и декантации суспензии соответствуют примеру 1. В слитой части суспензии концентрация волокна составляет 2,5 г/л, ее разбавляют водой, доводят объем жидкости до 2,5 л, где концентрация волокна оксида цинка 1 г/л. A suspension is prepared from 1 liter of water (pH = 7), where the concentration of zinc oxide fibers is 5 g / l. The dispersion, sedimentation and decantation conditions of the suspension correspond to Example 1. In the merged portion of the suspension, the fiber concentration is 2.5 g / l, it is diluted with water, the liquid volume is adjusted to 2.5 l, where the zinc oxide fiber concentration is 1 g / l.

Требуемый объем суспензии определяют, как в примере 1. Для мембраны толщиной 30 мкм, покрываемой поверхности 157 см2, плотности волокна 5,6 г/см2, относительной плотности мембраны 30% объем суспензии составляет 0,8 л.The required volume of the suspension is determined as in Example 1. For a membrane with a thickness of 30 μm, a coated surface of 157 cm 2 , a fiber density of 5.6 g / cm 2 , and a relative density of the membrane of 30%, the volume of the suspension is 0.8 L.

Этот объем суспензии делят на две равные части и поочередно под давлением 2 атм заполняют емкость, внутри которой расположена покрываемая трубка-подложка. Суспензию подают к внешней поверхности, а жидкую составляющую удаляют через внутренний канал трубки, на внешней поверхности трубки получают мембрану толщиной 30 мкм. This volume of the suspension is divided into two equal parts and, alternately, under a pressure of 2 atm, a container is filled inside which the coated tube-substrate is located. The suspension is fed to the outer surface, and the liquid component is removed through the inner channel of the tube, and a membrane 30 microns thick is obtained on the outer surface of the tube.

После сушки по режиму примера 1 фильтроэлемент погружают на 5 с в раствор связующего, для которого используют 5%-ный водный раствор коллоидной двуокиси кремния. После пропитки связующим фильтроэлемент сушат, как в примере 1. Обжиг проводят при 1100оС в течение получаса. Полученный фильтроэлемент имеет производительность по воде 5000 л/м2 ˙ч ˙ атм, средний размер пор 0,05 мкм.After drying according to the mode of Example 1, the filter element is immersed for 5 s in a binder solution, for which a 5% aqueous solution of colloidal silicon dioxide is used. After impregnation with a binder, the filter element is dried, as in example 1. Firing is carried out at 1100 about C for half an hour. The resulting filter element has a water capacity of 5000 l / m 2 ˙ h ˙ atm, an average pore size of 0.05 μm.

П р и м е р 3. Для изготовления керамического фильтроэлемента в качестве подложки используют семиканальную трубку-подложку диаметром 25 мм, длиной - 300 мм, где внутренний диаметр каждого канала - 4 мм. Свойства трубки-подложки аналогичны свойствам трубок-подложек, использованных в примере 1. PRI me R 3. For the manufacture of a ceramic filter element, a seven-channel substrate tube with a diameter of 25 mm, a length of 300 mm, where the inner diameter of each channel is 4 mm, is used as a substrate. The properties of the substrate tubes are similar to the properties of the substrate tubes used in example 1.

Мембрану наносят на внутреннюю поверхность каналов, применяя поликристаллические волокна оксида алюминия со средним диаметром 0,8 мкм. The membrane is applied to the inner surface of the channels using polycrystalline alumina fibers with an average diameter of 0.8 microns.

Готовят в 1 л воды (рН 7) суспензию с концентрацией волокна 40 г/л. Условия диспергирования суспензии аналогичны режиму примера 1, а седиментацию проводят в течение получаса. После декантации в слитой части суспензии концентрация волокна равна 12 г/л. ее разбавляют водой, доводят объем жидкости до 20 л, где концентрация волокон оксида алюминия - 0,6 г/л. Prepare in 1 l of water (pH 7) a suspension with a fiber concentration of 40 g / l. The dispersion conditions of the suspension are similar to the regime of example 1, and sedimentation is carried out for half an hour. After decantation in the merged portion of the suspension, the fiber concentration is 12 g / L. it is diluted with water, the liquid volume is adjusted to 20 l, where the concentration of alumina fibers is 0.6 g / l.

Требуемый объем суспензии определяют, как в примере 1. Для мембраны толщиной 100 мкм, покрываемой поверхности 264 см2, при плотности волокна оксида алюминия 3,9 г/см3, относительной плотности мембраны 40% объем суспензии равно 6,8 л.The required volume of the suspension is determined as in Example 1. For a membrane with a thickness of 100 μm, a coated surface of 264 cm 2 , with an alumina fiber density of 3.9 g / cm 3 and a relative density of 40%, the volume of the suspension is 6.8 L.

Этот объем делят на две равные части, половину его подают с одного конца трубки под давлением 1 атм, а вторую часть подают с противоположного конца трубки под давлением 1 атм. This volume is divided into two equal parts, half of it is supplied from one end of the tube under a pressure of 1 atm, and the second part is fed from the opposite end of the tube under a pressure of 1 atm.

После сушки по режиму примера 1 фильтроэлемент погружают в раствор связующего на 5 с. Для связующего используют 10%-водный раствор коллоидной двуокиси кремния. After drying according to the mode of example 1, the filter element is immersed in a binder solution for 5 s. For the binder, a 10% aqueous solution of colloidal silicon dioxide is used.

Сушку и обжиг фильтроэлемента после пропитки проводят по режиму примера 2. Drying and firing of the filter element after impregnation is carried out according to the mode of example 2.

Полученный фильтроэлемент имеет производительность по воде 15000 л/м2˙ ˙ч˙атм, средний диаметр пор - 0,5 мкм.The resulting filter element has a water capacity of 15,000 l / m 2 ˙ ˙h˙atm, the average pore diameter is 0.5 μm.

Claims (9)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТА, состоящего из керамической пористой подложки и керамической пористой мембраны, включающий приготовление водной суспензии путем диспергирования керамического материала ультразвуковой обработкой, формирование мембраны на подложке путем осаждения из суспензии, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве материала суспензии используют керамические волокна, после ультразвуковой обработки суспензии ее подвергают седиментации с последующей декантацией для получения суспензии из тонкой фракции волокон, а перед обжигом мембрану фиксируют обработкой растворами солей алюминия, или циркония, или коллоидной двуокиси кремния. 1. METHOD FOR PRODUCING A CERAMIC FILTER ELEMENT, consisting of a ceramic porous substrate and a ceramic porous membrane, comprising preparing an aqueous suspension by dispersing the ceramic material by ultrasonic treatment, forming a membrane on the substrate by deposition from the suspension, drying and calcining, characterized in that the suspension material is used ceramic fibers, after ultrasonic treatment of the suspension, it is subjected to sedimentation followed by decantation to obtain a suspension of fine fractions of fibers, and before firing, the membrane is fixed by treatment with solutions of aluminum salts, or zirconium, or colloidal silicon dioxide. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование проводят в воде при рН 7 - 11 и концентрации исходных волокон 5 - 40 г/л. 2. The method according to claim 1, characterized in that the dispersion is carried out in water at a pH of 7-11 and a concentration of the starting fibers of 5-40 g / L. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование проводят при интенсивности ультразвукового излучения 2 - 10 Вт/см2 в течение 15 - 30 мин.3. The method according to claim 1, characterized in that the dispersion is carried out at an intensity of ultrasonic radiation of 2 to 10 W / cm 2 for 15 to 30 minutes 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что седиментацию суспензии проводят в течение 0,5 - 20 ч. 4. The method according to claim 1, characterized in that the sedimentation of the suspension is carried out for 0.5 to 20 hours 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию декантируют с отделением части жидкости, содержащей тонковолокнистую фракцию со средним диаметром волокон 0,05 - 0,5 мкм. 5. The method according to claim 1, characterized in that the suspension is decanted to separate a portion of the liquid containing the fine-fiber fraction with an average fiber diameter of 0.05 - 0.5 microns. 6. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что декантированную суспензию разбавляют до концентрации в ней волокон 0,05 - 1 г/л. 6. The method according to claims 1 and 5, characterized in that the decanted suspension is diluted to a fiber concentration of 0.05-1 g / l. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осажденную мембрану после сушки обрабатывают погружением фильтроэлемента на 3 - 5 с в раствор соли алюминия, или циркония, или коллоидной двуокиси кремния. 7. The method according to claim 1, characterized in that the precipitated membrane after drying is treated by immersing the filter element for 3-5 seconds in a solution of aluminum salt, or zirconium, or colloidal silicon dioxide. 8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что для обработки мембраны используют 2 - 8%-ный раствор солей алюминия или циркония. 8. The method according to claims 1 and 7, characterized in that for the processing of the membrane using a 2 - 8% solution of aluminum or zirconium salts. 9. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что для обработки мембраны используют 3 - 10%-ный раствор коллоидной двуокиси кремния. 9. The method according to claims 1 and 7, characterized in that for the processing of the membrane using a 3 - 10% solution of colloidal silicon dioxide.
RU93013179A 1993-03-12 1993-03-12 Method of making of ceramic filter member RU2031891C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93013179A RU2031891C1 (en) 1993-03-12 1993-03-12 Method of making of ceramic filter member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93013179A RU2031891C1 (en) 1993-03-12 1993-03-12 Method of making of ceramic filter member

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2031891C1 true RU2031891C1 (en) 1995-03-27
RU93013179A RU93013179A (en) 1995-04-20

Family

ID=20138593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93013179A RU2031891C1 (en) 1993-03-12 1993-03-12 Method of making of ceramic filter member

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2031891C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519076C2 (en) * 2008-09-15 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Membrane filter element for aggressive fluids
RU2682634C1 (en) * 2018-08-15 2019-03-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Method for producing molded ceramic membrane

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Франции N 2553758, кл. C 04B 38/06, 1983. *
Патент Франции N 2580517, кл. B 01D 39/20, 1986. *
Патент Швейцарии N 663356, кл. B 01D 13/04, 1987. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519076C2 (en) * 2008-09-15 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Membrane filter element for aggressive fluids
RU2682634C1 (en) * 2018-08-15 2019-03-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Method for producing molded ceramic membrane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1196873A (en) Filtration structure of ceramic material
US6780466B2 (en) Cross-flow filter membrane and method of manufacturing it
US7767257B2 (en) Method for preparing a porous inorganic coating on a porous support using certain pore formers
JP5935945B2 (en) Ceramic filter
US20160121272A1 (en) Inorganic membrane filter and methods thereof
AU2007310057B2 (en) Method of manufacturing ceramic porous membrane and method of manufacturing ceramic filter
Soria Overview on industrial membranes
JPH0378130B2 (en)
JP4177813B2 (en) Tangential filtration membrane and method for producing the same
JP3764309B2 (en) Zeolite membrane forming method
CN115090122A (en) Ceramic membrane with alumina whisker film layer structure and preparation method and application thereof
CN107614433B (en) DDR zeolite seed crystal and method for producing DDR zeolite membrane
KR100946821B1 (en) Novel inorganic nanofiltration membranes
RU2031891C1 (en) Method of making of ceramic filter member
US6773601B2 (en) Method for the removal of particulate matter from aqueous suspension
JPH06198147A (en) Production of ceramic membrane for microfiltration
JPH0243928A (en) Inorganic porous membrane
RU2079349C1 (en) Filtering member for microfiltration and ultrafiltration and method of its production
JP2003220319A (en) Separation membrane module and manufacturing method thereof
Hamagami et al. Direct electrophoretic deposition of alumina particles onto porous ceramics for membrane filter application
KR102076733B1 (en) MANUFACTURING METHOD OF CERAMIC MEMBRANE SURFACE MODIFIED WITH SiO2 AND TiO2
RU2036187C1 (en) Ceramic filtering member
JPH01245818A (en) Ceramic filter material
KR100299351B1 (en) Synthesizing method of alumina powder and fabrication of ceramic membrane using alumina powder
JPH07163848A (en) Production of inorganic porous membrane