一种陶瓷超滤膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷超滤膜的制备方法，具体讲是将经过溶胶-凝胶、烧结、研磨制得的多孔陶瓷微粒用选择性激光烧结成型技术进行快速成型，制备不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。该发明制备方法简单、成型周期短、形状多样化、实用，得到的陶瓷超滤膜截留率大，孔径分布范围10-100nm，在0.1Mpa的操作条件下水通量为100-200L/m3·h，具有广泛的应用价值。

权利要求

1.一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于具体制备方法如下：

1) 将10-20重量份的胶体颗粒用70-80重量份溶剂在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度50-80r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

2）将步骤1）得到的溶胶与2-5重量份的造孔剂一起加入到行星式球磨机中，在

300-350r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合20-30min后出料，进行抽滤得到混合物；

3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在600-800℃的温度下烧结1-2h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过筛，得到多孔陶瓷微粒；

4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

2.根据权利要求1中所述的一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于所述的造孔剂为直径为10-100nm的纳米碳酸钙、纳米碳酸镁中的一种或两种。

3.根据权利要求1中所述的一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于所述的过筛是过

2000-5000目的筛。

4.根据权利要求1中所述的一种陶瓷超滤膜的制备方法，其特征在于所述的粉末烧结激光快速成型机采用选择性激光烧结成型技术，即采用CO2激光器按电脑上设计好的三维图形，在计算机的控制下，把涂在工作台上的一层的打印粉末材料烧结成型的原理，是三维快速成型技术主要成型设备中的一种，主要由扫描系统、激光控制系统、加热元件、成型缸、供料系统、运动部件、冷却系统、运动控制系统、软件系统组成。

说明书

一种陶瓷超滤膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种膜分离领域，具体涉及一种陶瓷超滤膜的制备方法。

背景技术

[0002] 超滤膜是一种用于以静压差为推动力，根据相对分子质量的不同来进行分离的膜技术。超滤膜特有的微孔可有效阻留细菌、大多数病毒、胶体以及淤泥，达到分离、分级、纯化、浓缩的目的。如今在工业及生活领域已获得广泛应用，用于分离、浓缩、纯化生物制品，医药制品以及食品工业中，还用于血液处理、海水淡化、废水处理、饮用水净化和超纯水制备中的终端处理。

[0003] 无机超滤膜特别是无机陶瓷超滤膜由于具有抗机械性强、耐高温、耐腐蚀、耐化学试剂等优点在膜分离领域应用广泛。目前陶瓷超滤膜大多用粒子烧结法制备基膜， 并用溶胶-凝胶法制备反应层，在制备陶瓷超滤膜过程中都要使用多孔的支撑体作为载体，而载体的形状都是统一固定的，不能随着实际生产需要随意改变，复杂的结构形状也无法成型，从而限制了陶瓷超滤膜的使用范围。

[0004] 中国专利公开号CN102743979A公开了一种氧化锆陶瓷超滤膜的制备方法，本发明通过化学共沉淀法制备草酸锆溶胶，采用低温煅烧方法制备得到易分散的氧化锆粉体，然后进行研磨分散，随后加入成膜助剂、干燥控制剂、消泡剂制得涂膜液，将该涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撑体上，经过干燥、烧结得到氧化锆陶瓷超滤膜膜层，降低了能耗，提高了超滤膜的性价比。

[0005] 中国专利公开号CN101791524A公开了一种非对称结构陶瓷超滤膜及其制备方法，本发明将一维纤维状材料分散于溶胶中，充分混合，加入分散剂、增稠剂、消泡剂配制成制膜液，在多孔支撑体上涂膜，经烘干后形成过渡层，在过渡层表面涂覆溶胶制膜液，将湿膜晾干、烘干，焙烧，自然降温即得非对称结构陶瓷超滤膜，该陶瓷超滤膜具有水通量大大优点。

[0006] 中国专利公开号CN1686920A公开了一种陶瓷微滤膜的制备方法，本方法将纳米级氧化物分散于由分散剂、增稠剂、消泡剂和防腐剂混合水溶液中，均匀形成涂膜液，再添加模板剂，用所制得的涂膜液在多孔金属或者多孔陶瓷支撑体上涂膜，并在湿膜晾干、烘干后，处理脱除聚合物模板剂，最后进行焙烧成型，得到陶瓷微滤分离膜。

[0007] 上述专利都是陶瓷超滤膜的制备方法，采用了不同的配方和制备方法，制得了性能优异的陶瓷超滤膜，但都使用了多孔支撑体作为膜的载体，从而制备的超滤膜具有形状单一、成型周期长、超滤膜成型方法落后的缺陷，不利于陶瓷超滤膜在实际生产过程中的需要，限制了陶瓷超滤膜的应用和发展。

发明内容

[0008] 针对目前陶瓷超滤膜形状单一、成型困难、成型周期长的缺陷，提出了一种陶瓷超滤膜的制备方法，为实现上述目的，本发明将经过溶胶-凝胶、烧结、研磨制得的多孔陶瓷微粒用选择性激光烧结成型技术进行快速成型处理，制备成各种空间结构的陶瓷超滤膜，成型方法简单，实用性强，水通量大等。

[0009] 本发明一种陶瓷超滤膜的制备方法的具体制备步骤如下：

[0010] 1) 将10-20重量份的胶体颗粒用70-80重量份溶剂在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度50-80r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0011] 2）将步骤1）得到的溶胶与2-5重量份的造孔剂一起加入到行星式球磨机中，在300-350r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合20-30min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0012] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在600-800℃的温度下烧结1-2h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0013] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0014] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

[0015] 上述一种陶瓷超滤膜的具体制备步骤1）中，所述的胶体颗粒为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硅溶胶中的一种或多种；所述的溶剂为去离子水；所述的造孔剂为直径为10-100nm的纳米碳酸钙、纳米碳酸镁中的一种或两种。

[0016] 上述一种陶瓷超滤膜的具体制备步骤2）中，所述的过筛是过2000-5000目的筛。

[0017] 上述一种陶瓷超滤膜的具体制备步骤3）中，所述的粉末烧结激光快速成型机采用选择性激光烧结成型技术，即采用CO2激光器按电脑上设计好的三维图形，在计算机的控制下，把涂在工作台上的一层的打印粉末材料烧结成型的原理，是三维快速成型技术主要成型设备中的一种，主要由扫描系统、激光控制系统、加热元件、成型缸、供料系统、运动部件、冷却系统、运动控制系统、软件系统组成。

[0018] 本发明利用快速成型中选择性激光烧结成型技术的原理，将经过溶胶-凝胶、烧结、研磨制得的多孔陶瓷微粒用选择性激光烧结成型技术进行成型处理，制成各种空间结构的陶瓷超滤膜，成型方法简单、成型周期短、实用， 该陶瓷超滤膜的截留率大，孔径分布3
范围10-100nm，在0.1Mpa的操作条件下水通量为100-200L/m·h。

[0019] 本发明突出的特点在于：

[0020] 1、本发明采用三维快速成型技术，使陶瓷超滤膜成型方便、成型周期短、形状多样化，满足对陶瓷超滤膜各种形状和结构的需求。

[0021] 2、本发明不需要模具，极大提高了陶瓷超滤膜的生产效率，拓宽了应用范围。

[0022] 3、本发明生产过程简单，操作方便，生产成本低，易于工业化生产，应用范围更加广泛。

[0023] 本发明生产工艺流程见说明书附图1。

具体实施方式

[0024] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

[0025] 实施例1

[0026] 1)将10重量份的氧化铝胶体颗粒用70重量份去离子水在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度50r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0027] 2）将步骤1）得到的溶胶与2重量份的纳米碳酸钙一起加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合20min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0028] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在600℃的温度下烧结1h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过2000目筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0029] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0030] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

[0031] 实施例2

[0032] 1)将15重量份的氧化铝胶体颗粒用80重量份去离子水在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度60r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0033] 2）将步骤1）得到的溶胶与3重量份的纳米碳酸镁一起加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合20min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0034] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在700℃的温度下烧结1h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过2000目筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0035] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0036] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

[0037] 实施例3

[0038] 1)将10重量份的氧化铝胶体颗粒用80重量份去离子水在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度70r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0039] 2）将步骤1）得到的溶胶与4重量份的纳米碳酸钙一起加入到行星式球磨机中，在350r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合30min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0040] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在800℃的温度下烧结1.5h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过3000目筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0041] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0042] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

[0043] 实施例4

[0044] 1)将20重量份的氧化铝胶体颗粒用80重量份去离子水在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度80r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0045] 2）将步骤1）得到的溶胶与5重量份的纳米碳酸镁一起加入到行星式球磨机中，在350r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合30min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0046] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在700℃的温度下烧结2h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过5000目筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0047] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0048] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。

[0049] 实施例5

[0050] 1)将15重量份的氧化铝胶体颗粒用75重量份去离子水在常温下边搅拌边进行溶解，搅拌速度70r/min，让胶体颗粒在溶剂中形成分散均一、稳定的溶胶；

[0051] 2）将步骤1）得到的溶胶与4重量份的纳米碳酸钙一起加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分研磨、分散、混合25min后出料，进行抽滤得到混合物；

[0052] 3）将步骤2)得到的混合物放入高温烧结炉中，在700℃的温度下烧结2h，常温冷却后出料，再用行星式球磨机进行研磨，然后过4000目筛，得到多孔陶瓷微粒；

[0053] 4）根据实际生产情况的需要，对陶瓷超滤膜在厚度、形状、空间结构上的要求进行分析，利用计算机建立数字模型，编写三维快速成型的执行程序和命令；

[0054] 5）将步骤3）得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末烧结激光快速成型机的料槽中，用计算机导入步骤4）编写好的执行程序和命令，粉末烧结激光快速成型机在计算机的自动控制下进行三维快速成型，制得不同形状、立体结构、厚度的陶瓷超滤膜。