一種多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體、其制備方法及應(yīng)用，其可用于替代目前常用于膜生物反應(yīng)器中的有機(jī)平板膜或中空纖維膜。
【背景技術(shù)】
[0002]膜生物反應(yīng)器中使用的有機(jī)膜存在機(jī)械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性低的缺點(diǎn)，使其在苛刻體系中的應(yīng)用受到限制。與有機(jī)膜相比，無機(jī)陶瓷平板膜除具有有效的截留作用外，還具有耐高溫、耐溶劑、耐酸堿腐蝕、高機(jī)械強(qiáng)度、長壽命、高分離效率及易清洗可再生等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對污水深度凈化，深度除磷脫氮。由于無機(jī)陶瓷平板膜優(yōu)異的性能，許多企業(yè)已開始研發(fā)推廣這一應(yīng)用技術(shù)，目前這一技術(shù)的應(yīng)用已越來越廣泛。
[0003]目前國內(nèi)僅有少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)陶瓷平板膜，市場上常見的產(chǎn)品是日本株式會(huì)社明電舍生產(chǎn)的陶瓷平板膜組件。
[0004]CN102596374A和CN102858440A公開了日本株式會(huì)社明電舍采用陶瓷平板膜組裝的膜分離裝置，通過特殊的模塊化設(shè)計(jì)，降低過濾負(fù)荷及膜孔堵塞，提高膜裝置分離效率。CN102688700A公開了一種陶瓷平板膜支撐體及其制備方法，所述陶瓷平板膜所述陶瓷膜支撐體呈平板狀，由兩個(gè)平板膜支撐體組成，兩個(gè)平板膜支撐體中間留有一定的空間，在所述空間中分布著至少一個(gè)支撐柱，在平板膜支撐體中設(shè)置至少一個(gè)出水通道，采用將原材料混煉后擠出成型的制備工藝制得。CN103381338A公開了一種陶瓷平板膜支撐體及其制備方法，其陶瓷平板膜支撐體包含2層平板膜、左側(cè)壁、右側(cè)壁和至少一個(gè)位于2層平板膜之間的支撐柱；平板膜為不對稱結(jié)構(gòu)，包括海綿孔結(jié)構(gòu)的表層和指狀孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)層；所述陶瓷平板膜支撐體經(jīng)過制備漿料，相轉(zhuǎn)化法制膜，模壓法成型，燒結(jié)得到。CN104258737A具體涉及一種大尺寸薄壁中空平板陶瓷膜的制備方法，其采用擠出成型平板膜支撐體，通過使用納米二氧化硅分散液包覆α -Α1203粉體，降低平板膜支撐體的燒結(jié)溫度，提高平板膜的成品率；分離膜層采用納米硅溶膠修飾的陶瓷粉體粒子，將粒子表面圓潤球形化，降低孔道過濾阻力小，提尚水通量。
[0005]上海海事大學(xué)采用干壓成型法和固態(tài)粒子燒結(jié)法制備圓板型氧化鋁陶瓷支撐體，采用浸漬提拉工藝制備陶瓷微濾膜，探討涂膜液中固含量對膜孔徑及純水通量的影響，并研究涂層工藝及燒成制度對膜形成的作用。同時(shí)對微濾膜的孔徑大小及分布，膜孔隙率、純水通量及抗彎強(qiáng)度等性能進(jìn)行表征。陜西科技大學(xué)采用模壓成型法，以氧化鋁、高嶺土和滑石等為原料，制備了平板式陶瓷膜；并通過制備過渡層、分離層控制陶瓷膜孔徑；將其所制備的平板陶瓷膜進(jìn)行含油廢水、印染廢水等領(lǐng)域的應(yīng)用，并得到了較好的應(yīng)用效果。
[0006]綜合現(xiàn)有的專利、文獻(xiàn)研究和市場產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)，板式陶瓷膜支撐體的主要成型方式有兩種，一種是擠出一次成型，這種成型方式生產(chǎn)效率高，但是模具成本高昂，且膜板的寬度、厚度受限制較大，膜板的規(guī)格尺寸有限；擠出成型為壓力成型，且原料的粒度較細(xì)，擠出時(shí)，坯體整體會(huì)較密實(shí)，孔隙率較低，最終造成過濾通量較低。另外一種是以模壓成型先制備兩個(gè)半邊膜，再用黏合的方式成型整體平板膜。這種工藝操作復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、黏合處燒結(jié)易開裂、成品率低，且生產(chǎn)過程中的有機(jī)溶劑、粘合劑對環(huán)境會(huì)造成較大污染，有害于生產(chǎn)人員健康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體、其制備方法及應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0009]—種多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體的制備方法，包括:
[0010]1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將80?95份平均粒徑為1?200 μ m的氧化鋁陶瓷骨料，1?5份造孔劑，1?5份分散劑和1?10份凝膠注模粘結(jié)劑混合后，球磨2?4h，得到混合粉末，按混合粉末與R0水的體積比為1?2.2:1的比例加入R0水，加熱至40?85°C，球磨4?20h，得到漿料；所述凝膠注模粘結(jié)劑為明膠、瓊脂糖、瓊膠、果糖、愛爾蘭臺(tái)膠、殼聚糖或蛋白質(zhì)；
[0011]2)維持漿料溫度為40?85°C，真空除泡后，將漿料注入成型模具中，在0?40°C下原位成型，得到濕坯；所述成型模具中設(shè)有用于形成支撐體中貫穿相對側(cè)壁的通道的若干管狀或棒狀模具；
[0012]3)將上述濕還脫模，室溫陰干1?5天，40?100°C烘干1?5天，空氣氣氛中1000?1700°C保溫?zé)Y(jié)1?4h后，即得所述之多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體，其孔隙率為30?70%，平均孔徑為0.25?50 μ m，抗壓強(qiáng)度為20?40MPa。
[0013]—實(shí)施例中:所述步驟1)中，造孔劑為淀粉、活性炭粉或石墨粉中的至少一種。
[0014]—實(shí)施例中:所述步驟1)中，分散劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一種。
[0015]—實(shí)施例中:所述步驟2)中，通道的橫截面形狀為圓形、橢圓形、方形、矩形或任意多邊形；所述通道為若干個(gè)且排列成一層或若干層，所述一層有一個(gè)或若干個(gè)通道。
[0016]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0017]—種多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體，所述多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體呈平板狀，設(shè)有貫穿相對側(cè)壁的通道，其孔隙率為30?70 %，平均孔徑為0.25?50 μ m，抗壓強(qiáng)度為20?40MPa ;該多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體由凝膠注模成型法制備，其原料按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括80?95份平均粒徑為1?200 μ m的氧化鋁陶瓷骨料，1?5份造孔劑，1?5份分散劑，1?10份凝膠注模粘結(jié)劑，及與上述組分的體積比為1?2.2:1的R0水；所述凝膠注模粘結(jié)劑為明膠、瓊脂糖、瓊膠、果糖、愛爾蘭臺(tái)膠、殼聚糖或蛋白質(zhì)。
[0018]—實(shí)施例中:所述造孔劑為淀粉、活性炭粉或石墨粉中的至少一種；
[0019]一實(shí)施例中:所述分散劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一種。
[0020]一實(shí)施例中:所述通道的橫截面形狀為圓形、橢圓形、方形、矩形或任意多邊形；所述通道為若干個(gè)且排列成一層或若干層，所述一層有一個(gè)或若干個(gè)通道。
[0021]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之三是:
[0022]根據(jù)上述多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體的制備方法所制備的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體在制備陶瓷膜中的應(yīng)用。
[0023]一實(shí)施例中:所述陶瓷膜包括所述多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體及通過懸浮漿料浸漬-涂覆法、浸漿涂覆法、溶膠-凝膠法、噴涂法、淋涂法或刷涂法制備于該支撐體上的膜層。
[0024]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.本發(fā)明的制備方法采用凝膠注模成型，適用范圍廣，對粉體無特殊要求，成本低廉；工藝過程易控制，可實(shí)現(xiàn)近凈尺寸成型，制備出復(fù)雜形狀的部件；得到的濕坯體強(qiáng)度高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)成型工藝所制的坯體，可進(jìn)行機(jī)械加工；且有機(jī)物含量低，可直接燒結(jié)，無需單獨(dú)排膠；坯體和燒結(jié)體性能均勻性好。
[0026]2.本發(fā)明制備的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體總體孔隙率高，過濾通量高，無毒環(huán)保。
【附圖說明】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]圖1為本發(fā)明的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體的橫截面示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體的俯視圖。
[0030]附圖標(biāo)記:本體1，通道2。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0032]實(shí)施例1
[0033]1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將95份平均粒徑為185 μ m的氧化鋁陶瓷骨料，1份粒徑20 μ m的造孔劑活性炭粉，1份分子量為2000的分散劑聚乙烯醇(PVA)粉末和3份純度為98%的凝膠注模粘結(jié)劑明膠粉末混合后，球磨2?4h，得到混合粉末，按混合粉末與R0水的體積比為2.2:1的比例加入R0水，水浴加熱至85。。，球磨20h，得到漿料；
[0034]2)維持漿料溫度為80°C，真空除泡后，立即將漿料注入平板膜成型模具中，在20°C下原位成型，得到濕坯；所述成型模具中設(shè)有用于形成支撐體中貫穿相對側(cè)壁的通道的若干管狀或棒狀模具；
[0035]3)將上述濕坯脫模，室溫陰干24h，80°C烘干48h，空氣氣氛中1650°C保溫?zé)Y(jié)2h后，即得所述之多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體，孔隙率為68 %，平均孔徑為36 μ m，抗壓強(qiáng)度為35MPa。
[0036]經(jīng)檢測，在0.1MPa的壓力下，本實(shí)施例的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體純水通量為 26m3/m2h。
[0037]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體包括一平板狀的本體1，該本體1中具有若干貫穿相對側(cè)壁的通道2，該通道2的橫截面形狀為圓形、橢圓形、方形、矩形或任意多邊形，且可排列成一層、兩層或更多層；每一層有一個(gè)或若干個(gè)通道。
[0038]將本實(shí)施例的多通道氧化鋁平板陶瓷膜支撐體通過懸浮漿料浸漬-涂覆法制備一層孔徑為500nm的氧化鋁平板膜，在0.1MPa的壓力下，該氧化鋁平板膜純水通量為9.8m3/m2h0
[0039]實(shí)施例2
[0040]1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將80份平均粒徑為1 y m的氧化鋁陶瓷骨料，5份粒徑1 μ m的造孔劑淀粉，5份分子量為1000的分散劑聚乙二醇(PEG)粉末和10份純度為98%的凝膠注模粘結(jié)劑瓊膠粉末混合后，球磨4h，得到混合粉末，按混合粉末與R0水的體積比為1.5:1的比例加入R0水，水浴加熱至45°C，球磨18h，得到漿料；
[0041]2)維持漿料溫度為45°C，真空除泡后，立即將漿料注入平板膜成型模具中，在15°C下原位成型，得到濕坯；所述成型模具中設(shè)有用于形成支撐體中貫穿相對側(cè)壁的通道的若干管狀或棒狀模具；
[0042]3)將上述濕坯脫模，室溫陰干72h，