一种陶瓷膜支撑体及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种陶瓷膜支撑体及其制备方法和应用。本发明的陶瓷膜支撑体由熔融石英、硼酸、造孔剂和粘结剂混合压制成型后再煅烧制成，熔融石英、硼酸的质量比为92～97:3～8，造孔剂的质量为熔融石英和硼酸总质量的40％～50％，粘结剂的质量为熔融石英、硼酸和造孔剂总质量的0.1％～0.2％。本发明的陶瓷膜支撑体的制备方法包括以下步骤：1)将熔融石英、硼酸和造孔剂混合，得到固体混合物；2)将固体混合物和粘结剂混合，压制成型，干燥，得到支撑体生坯；3)将支撑体生坯煅烧，即得陶瓷膜支撑体。本发明的陶瓷膜支撑体具有纯水通量大、紫外光透过率高、制备工艺简单、烧成时间短等优点，适合进行大面积推广应用。

权利要求

1.一种陶瓷膜支撑体，其特征在于，其由熔融石英、硼酸、造孔剂和粘结剂混合压制成型后再煅烧制成；所述熔融石英、硼酸的质量比为92～97:3～8；所述造孔剂的质量为熔融石英和硼酸总质量的40％～50％；所述粘结剂的质量为熔融石英、硼酸和造孔剂总质量的

0.1％～0.2％；所述熔融石英的粒径为100μm～500μm。

2.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述熔融石英中SiO2的质量百分含量≥99.7％。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述熔融石英、硼酸的质量比为92～95:5～8。

4.根据权利要求1或2所述的陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述造孔剂为淀粉、木屑、碳粉中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述粘结剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。

6.权利要求1～5中任意一项所述的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将熔融石英、硼酸和造孔剂混合，得到固体混合物；

2)将固体混合物和粘结剂混合，压制成型，干燥，得到支撑体生坯；

3)将支撑体生坯煅烧，即得陶瓷膜支撑体。

7.根据权利要求6所述的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于：步骤2)所述压制成型在压力50MPa～55MPa下进行。

8.根据权利要求6或7所述的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征在于：步骤3)所述煅烧在1120℃～1180℃下进行，煅烧时间为0.5h～2h。

9.权利要求1～5中任意一项所述的陶瓷膜支撑体在制备光催化膜反应器中的应用。

说明书

一种陶瓷膜支撑体及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及陶瓷膜过滤器技术领域，具体涉及一种陶瓷膜支撑体及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 光催化反应具有高效、绿色、可持续等优点，是目前研究最为广泛的污染物降解手段之一。光催化膜反应器正是利用光催化反应来实现污水中的有机物降解与过滤协同处理的装置。目前，光催化膜反应器中光照的方向与膜的过滤方向相同，因此该反应器运行一定时间后滤饼层会阻挡紫外光照射膜上的光催化剂，导致反应器的运行效率显著下降，膜组件的使用寿命有限。研究发现，通过调整紫外光的照射方向，从膜的滤出方向进行照射，并将膜组件更换为具有紫外透过性能的陶瓷支撑体，则可以解决上述问题。然而，传统陶瓷膜支撑体的基体对紫外光的吸收大，且制成支撑体后还会伴随大量的气孔散射，最终导致陶瓷膜支撑体的紫外光透过性能较差，无法达到实际应用要求。

[0003] 因此，有必要开发一种紫外光透过性能好的陶瓷膜支撑体。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种陶瓷膜支撑体及其制备方法和应用。

[0005] 本发明所采取的技术方案是：

[0006] 一种陶瓷膜支撑体，其由熔融石英、硼酸、造孔剂和粘结剂混合压制成型后再煅烧制成，熔融石英、硼酸的质量比为92～97:3～8，造孔剂的质量为熔融石英和硼酸总质量的40％～50％，粘结剂的质量为熔融石英、硼酸和造孔剂总质量的0.1％～0.2％。

[0007] 优选的，所述熔融石英的粒径为100μm～500μm。

[0008] 优选的，所述熔融石英中SiO2的质量百分含量≥99.7％。

[0009] 优选的，所述熔融石英、硼酸的质量比为92～95:5～8。

[0010] 优选的，所述造孔剂为淀粉、木屑、碳粉中的至少一种。

[0011] 进一步优选的，所述造孔剂为玉米淀粉。

[0012] 优选的，所述粘结剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。

[0013] 进一步优选的，所述粘结剂为羟乙基纤维素。

[0014] 上述陶瓷膜支撑体的制备方法包括以下步骤：

[0015] 1)将熔融石英、硼酸和造孔剂混合，得到固体混合物；

[0016] 2)将固体混合物和粘结剂混合，压制成型，干燥，得到支撑体生坯；

[0017] 3)将支撑体生坯煅烧，即得陶瓷膜支撑体。

[0018] 优选的，步骤2)所述压制成型在压力50MPa～55MPa下进行。

[0019] 优选的，步骤3)所述煅烧在1120℃～1180℃下进行。

[0020] 进一步优选的，步骤3)所述煅烧在1120℃～1150℃下进行。

[0021] 优选的，步骤3)所述煅烧的时间为0.5h～2h。

[0022] 本发明的有益效果是：本发明的陶瓷膜支撑体具有纯水通量大、紫外光透过率高、制备工艺简单、烧成时间短等优点，适合进行大面积推广应用。

[0023] 具体来说：

[0024] 1)本发明采用硼酸作为添加剂，硼酸的分解速度快，且在高温下能与熔融石英快速反应产生高温液相，在促进烧结的同时又能延缓氧气扩散，可以有效抑制方石英的析出；

[0025] 2)本发明采用硼酸作为添加剂，烧成时间大幅缩短至2h以内，节约了能源成本，制备得到的陶瓷膜支撑体具有合适的显气孔率，且过滤性能好，力学强度也满足实际应用的需求；

[0026] 3)本发明中硼酸分解产生的氧化硼对紫外光的吸收很低，且由于反应迅速，不会以晶体形式残留，制备得到的陶瓷膜支撑体在空气中对波长365nm紫外光的在线透过率高达28.3％～34.4％。

附图说明

[0027] 图1为实施例6的陶瓷膜支撑体的SEM图。

[0028] 图2为紫外光从背面照射透过实施例6的陶瓷膜支撑体的效果图。

具体实施方式

[0029] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

[0030] 实施例1：

[0031] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0032] 1)将92质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、8质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0033] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0034] 3)将支撑体生坯置于1120℃下煅烧2h，即得陶瓷膜支撑体。

[0035] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为13.9MPa，显气孔率为45.6％，紫外光透过率为34.4％，具有合适的力学强度和较高的紫外光透过率。

[0036] 实施例2：

[0037] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0038] 1)将95质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、5质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0039] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0040] 3)将支撑体生坯置于1120℃下煅烧1h，即得陶瓷膜支撑体。

[0041] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为13.6MPa，显气孔率为44.1％，紫外光透过率为29.1％，具有合适的力学强度和较高的紫外光透过率。

[0042] 实施例3：

[0043] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0044] 1)将95质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、5质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0045] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0046] 3)将支撑体生坯置于1150℃下煅烧0.5h，即得陶瓷膜支撑体。

[0047] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为14.1MPa，显气孔率为41.7％，紫外光透过率为28.3％，具有合适的力学强度和较高的紫外光透过率。

[0048] 实施例4：

[0049] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0050] 1)将92质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、8质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0051] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0052] 3)将支撑体生坯置于1150℃下煅烧1h，即得陶瓷膜支撑体。

[0053] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为14.8MPa，显气孔率为41.5％，紫外光透过率为36.1％，具有合适的力学强度和较高的紫外光透过率。

[0054] 实施例5：

[0055] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0056] 1)将92质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、8质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0057] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0058] 3)将支撑体生坯置于1180℃下煅烧0.5h，即得陶瓷膜支撑体。

[0059] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为11.1MPa，显气孔率为41.5％，紫外光透过率为34.2％，具有合适的力学强度和较高的紫外光透过率。

[0060] 实施例6：

[0061] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0062] 1)将95质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.7％，粒径100μm～500μm)、5质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0063] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0064] 3)将支撑体生坯置于1150℃下煅烧1h，即得陶瓷膜支撑体。

[0065] 经测试，本实施例制备的陶瓷膜支撑体的抗弯强度为14.9MPa，显气孔率为3 ‑2 ‑1
42.3％，紫外光透过率为33.9％，纯水通量为764.32m·m ·h ，具有合适的力学强度、较高的纯水通量和较高的紫外光透过率。

[0066] 本实施例制备的陶瓷膜支撑体的扫描电镜(SEM)图如图1所示，紫外光从背面照射透过陶瓷膜支撑体的效果图如图2所示。

[0067] 由图1可知：陶瓷膜支撑体表面颗粒连接紧密。

[0068] 由图2可知：陶瓷膜支撑体的紫外光透过效果好。

[0069] 对比例1：

[0070] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0071] 1)将95质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.9％，平均粒径12.6μm)、5质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0072] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0073] 3)将支撑体生坯置于1150℃下煅烧1h，即得陶瓷膜支撑体。

[0074] 经测试，本对比例制备的陶瓷膜支撑体的显气孔率为32.3％，纯水通量为3 ‑2 ‑1
24.23m·m ·h ，但紫外光透过率仅0.9％，紫外光透过效果很差。

[0075] 对比例2：

[0076] 一种陶瓷膜支撑体，其制备方法包括以下步骤：

[0077] 1)将95质量份的熔融石英(SiO2的质量百分含量99.9％，平均粒径9.96μm)、5质量份的硼酸和44.33质量份的玉米淀粉加入搅拌机，进行搅拌，得到固体混合物；

[0078] 2)将100质量份的固体混合物和7质量份的羟乙基纤维素溶液(质量分数2％)加入搅拌机，进行搅拌，再在52MPa的压力压制成型，室温干燥6h，得到支撑体生坯；

[0079] 3)将支撑体生坯置于1150℃下煅烧1h，即得陶瓷膜支撑体。

[0080] 经测试，本对比例制备的陶瓷膜支撑体中检测到了明显的方石英析晶，且紫外光透过率<0.1％，几乎完全没有紫外光透过效果。

[0081] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。