專利名稱：一種改性的陶瓷微濾膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種陶瓷微濾膜。
膜分離技術(shù)是二十世紀(jì)60年代進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域的，由于其能耗低、制備過程簡單、處理量大，70年代以來在化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域和研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用。與有機(jī)分離膜相比，無機(jī)分離膜具有高的耐熱性，極好的化學(xué)穩(wěn)定性，無生物降解、無污染、機(jī)械強(qiáng)度高、可再生、易清洗、壽命長且孔徑分布狹窄，孔結(jié)構(gòu)和孔分布在很大程度上可控制等優(yōu)點(diǎn)，因此，無機(jī)分離膜正日益引起科研人員的濃厚興趣，作為一種具有巨大比表面的重要的功能材料，無機(jī)分離膜正成為膜分離技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)很重要的組成部分。
膜孔徑范圍在0.1-10微米的陶瓷膜被稱為陶瓷微濾膜，現(xiàn)有陶瓷微濾膜的制備技術(shù)包括配料、制漿、成型、燒成、涂覆、干燥、燒成等工藝過程。制備常用材料為α-Al2O3、粘土。它包括支撐體及微濾膜兩個(gè)制備步驟(1)支撐體制備采用固態(tài)粒子燒結(jié)法用α-Al2O3(96wt％)、粘土(4wt％)、焦磷酸鈉(0.2wt％)在適量的水中高速攪伴并抽真空，使?jié){料分散均勻后注漿成型，干燥后在1150℃燒成，保溫2小時(shí)。
(2)微濾膜的制備與支撐體制備相似，配好料后(α-Al2O310wt％、粘土0.4wt％、纖維素0.2wt％)，在強(qiáng)力攪伴下抽真空，制成懸浮性能良好的漿料，用該漿料單面浸漬支撐體進(jìn)行微濾膜涂覆。通過浸漬時(shí)間控制涂覆膜的厚度在20微米。干燥后在1150℃燒成，保溫1小時(shí)。
平均孔徑在200-500納米左右的陶瓷微濾膜，可用于分離微小粒子、大的膠體粒子、細(xì)菌等；但是，現(xiàn)有構(gòu)造的陶瓷微濾膜材料，由于存在分離阻力較大，耐酸堿性能差的缺點(diǎn)，往往難以滿足多數(shù)工業(yè)實(shí)際要求，使其應(yīng)用領(lǐng)域受到極大的限制，應(yīng)用效果受到極大的影響。
因此，迄今為止迫切要求對(duì)上述陶瓷微濾膜進(jìn)行改性。要使制品同時(shí)具有盡量小的膜孔和盡量大的過濾通量是本技術(shù)領(lǐng)域的難點(diǎn)。根據(jù)常識(shí)，人們普遍認(rèn)為，隨著膜孔徑的減小，過濾通量也隨之減小，然而，本發(fā)明人經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，以現(xiàn)有的陶瓷微濾膜為基礎(chǔ)，在其膜孔的內(nèi)表面被覆一層具有特定厚度的某類物質(zhì)，即在膜孔徑減小的情況下，提高其過濾通量是可能的。
本發(fā)明的目的是提供一種改性的陶瓷微濾膜，它在保證平均孔徑略微減小的情況下，顯著提高其過濾通量，并且它的耐酸堿性能也明顯得到改善。
本發(fā)明提供的一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規(guī)方法獲得的孔徑為200-500納米的陶瓷微濾膜，采用均相沉淀法或者原位生成法經(jīng)涂覆、燒成等工藝制得制品，其特征是在所得制品膜孔的內(nèi)表面鍍有厚度為20-60納米、晶粒尺寸為5-30納米、具有半導(dǎo)體性能的氧化物膜層。
上述晶粒尺寸為5-30納米、具有半導(dǎo)體性能的氧化物膜層可以是ZnO、TiO2、ZrO2、SnO2其中的一種。
上述陶瓷微濾膜的制備方法之一是采用均相沉淀法以尿素作均相沉淀劑，ZnO改性采用硝酸鋅與尿素組合；TiO2改性采用硫酸鈦與尿素組合；ZrO2改性采用氯氧鋯與尿素組合。
改性劑鹽溶液配制濃度為0.1-1mol/L，沉淀劑溶液配制濃度為0.6-2mol/L。改性劑鹽溶液與沉淀劑溶液的濃度之比為1∶2；混合液的反應(yīng)溫度為60℃-110℃，反應(yīng)時(shí)間為3-7小時(shí)。微濾膜浸漬上述混合溶液1-3次。燒成溫度為950℃-1150℃，保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。
上述陶瓷微濾膜的制備方法之二是采用原位生成法用四氯化錫、氨水作原料。氨水溶液配制濃度為5％，四氯化錫溶液配制濃度為0.04-0.1mol/L。
先將微濾膜浸漬在配制好的四氯化錫溶液中并抽真空10-30分鐘，取出干燥，再在氨水溶液中浸漬并抽真空10-30分鐘，取出干燥后燒成，燒成溫度950-1150℃，保溫1-2小時(shí)。
通過本發(fā)明者大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，本發(fā)明改性的陶瓷微濾膜與原陶瓷微濾膜相比，在膜孔徑減小40-120納米的情況下，對(duì)水的過濾通量反而可提高17％以上，并且耐酸堿性能明顯得到改善。


圖1是均相沉淀法工藝流程圖；圖2是原位生成法工藝流程圖。
下面通過實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明不僅限于這些例子。
實(shí)施例1(1)配制溶液硝酸鋅配成1mol/L濃度的溶液，尿素配成2mol/L濃度的溶液。將硝酸鋅溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述混合溶液中抽真空，在95℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時(shí)。重復(fù)浸漬、反應(yīng)、干燥、燒成二次。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo) 實(shí)施例2(1)配制溶液硝酸鋅配成1mol/L濃度的溶液，尿素配成2mol/L濃度的溶液。將硝酸鋅溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述混合溶液中抽真空，在95℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度1150℃，保溫1小時(shí)。重復(fù)浸漬反應(yīng)、干燥、燒成二次。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo) 實(shí)施例3(1)配制溶液硫酸鈦配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將硫酸鈦溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液中抽真空，在85℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時(shí)。重復(fù)浸漬反應(yīng)、干燥、燒成一次。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo)
實(shí)施例4(1)配制溶液硫酸鈦配成0.2mol/L濃度的溶液，尿素配成0.4mol/L濃度的溶液。將硫酸鈦溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液后抽真空，在85℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時(shí)。重復(fù)浸漬反應(yīng)、干燥、燒成一次。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo) 實(shí)施例5(1)配制溶液氯氧鋯配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將氯氧鋯溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液后抽真空，在85℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫1小時(shí)。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo) 實(shí)施例6(1)配制溶液氯氧鋯配成0.3mol/L濃度的溶液，尿素配成0.6mol/L濃度的溶液。將氯氧鋯溶液與尿素溶液按體積1∶1混合，制備成混合溶液。
(2)將微濾膜浸漬在上述溶液后抽真空，在85℃下反應(yīng)4小時(shí)，干燥。
(3)將干燥好的膜燒成，燒成溫度950℃，保溫2小時(shí)。
(4)改性膜的技術(shù)指標(biāo)
實(shí)施例7(1)配制溶液氨水溶液配制濃度為5％，四氯化錫溶液配制濃度為0.05mol/L。
(2)將微濾膜浸漬在配制好的四氯化錫溶液中并抽真空20分鐘，取出干燥，再在氨水溶液中浸漬并抽真空20分鐘，取出干燥，燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時(shí)。然后再重復(fù)浸漬，干燥，燒成一次。
(3)改性膜的技術(shù)指標(biāo) 實(shí)施例8(1)配制溶液氨水溶液配制濃度為5％，四氯化錫溶液配制濃度為0.07mol/L。
(2)將微濾膜浸漬在配制好的四氯化錫溶液中并抽真空20分鐘，取出干燥，再在氨水溶液中浸漬并抽真空20分鐘，取出干燥后燒成，燒成溫度1000℃，保溫1小時(shí)。
(3)改性膜的技術(shù)指標(biāo)

權(quán)利要求
1.一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規(guī)方法獲得的孔徑為300-400納米的陶瓷微濾膜，采用均相沉淀法或者原位生成法經(jīng)涂覆、燒成等工藝制得制品，其特征是在所得制品膜孔的內(nèi)表面鍍有厚度為20-60納米、晶粒尺寸為5-30納米、具有半導(dǎo)體性能的氧化物膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷微濾膜，其特征是所述的氧化物膜層為ZnO、TiO2、ZrO2、SnO2等其中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改性的陶瓷微濾膜，包括由常規(guī)方法獲得的孔徑為200－500納米的陶瓷微濾膜，采用均相沉淀法或者原位生成法經(jīng)涂覆、燒成等工藝制得制品，其特征是在所得制品膜孔的內(nèi)表面鍍有厚度為20－60納米、晶粒尺寸為5－30納米、具有半導(dǎo)體性能的氧化物膜層。本發(fā)明與原有的陶瓷微濾膜相比，在膜孔徑減小40－120納米的情況下，對(duì)水的過濾通量反而可提高17％以上，并且耐酸堿性能明顯得到改善。
文檔編號(hào)B01D71/02GK1513588SQ0315522
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者周健兒, 馬光華, 顧幸勇, 江偉輝, 汪永清, 梁健, 趙學(xué)國, 操瑞北 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院