(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710865140.9
(22)申请日 2017.09.22
(71)申请人 萍乡市普天高科实业有限公司
地址 337019 江西省萍乡市湘东陶瓷产业
基地
(72)发明人 刘绍辉 黄乃乔 袁明辉
(74)专利代理机构 宁波市鄞州甬致专利代理事
务所(普通合伙) 33228
代理人 董超君
(51)Int.Cl.
C04B 35/565(2006.01)
C04B 35/622(2006.01)
C04B 35/64(2006.01)
B01D 71/02(2006.01)
B01D 67/00(2006.01)
C04B 38/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种过滤平板陶瓷膜，其组成
包括如下重量份数的组分：碳化硅60～80份、氮
化硅5～10份、氧化铝5～8份、氧化镁3～6份、氧
化钕1～3份、聚丙烯酸0.1～1份，苯乙烯-丙烯酸
酯乳液10～20份，聚乙烯醇0.1～0.5份。采用流
延法和浸浆法制备上述平板陶瓷膜。通过各组分
比例以及烧结时各阶段的温度，并通过加入氧化
铝、氧化镁、氧化钕等降低烧结温度，提高碳化硅
和氮化硅的结合强度，以获得高强度的支撑体和
膜层，该平板陶瓷膜的孔隙率可以达到40％，强
度达到20Mpa，
过滤孔孔径控制在50～80nm。权利要求书1页 说明书4页CN 109534819 A 2019.03.29
C N 109534819
A
1.一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅60～80份、氮化硅5～10份、氧化铝5～8份、氧化镁3～6份、氧化钕1～3份、聚丙烯酸0.1～1份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液10～20份，聚乙烯醇0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述的过滤平板陶瓷膜，其特征在于，所述过滤平板陶瓷膜的膜层厚度为5～15μm。
3.权利要求1所述的过滤平板陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将上述原料的80wt％(质量百分比)制备陶瓷膜支撑体浆料，20wt％制备膜层浆料；S2.陶瓷膜支撑体浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨15～20h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，继续球磨1～4h；
S3.膜层浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨24～36h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，去离子水，继续球磨1～4h；
S4.利用流延法将步骤S2中的陶瓷膜支撑体浆料制成坯体，坯体自然干燥24～30h；S5.烧结坯体，烧结参数为以3～6℃/min升温速率升至500℃保温1～4h，以同样的升温速率升至1000℃保温1～4h，最后以10～20℃/min升温速率升至1700～1850℃，保温3～6h；
S6.待坯体冷却后，采用浸浆法在坯体表面浸渍步骤S3制备的膜层浆料，室温干燥后烧结，烧结参数为1～3℃/min升温速率升至500℃保温1～2h，以同样的升温速率升至1700～1850℃保温2～4h，冷却。
4.根据权利要求3所述的过滤平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3制备所得的膜层浆料的固体含量分别为30wt％、50wt％、60wt％，用于坯体多次浸渍。
5.根据权利要求4所述的过滤平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S6坯体浸渍膜层浆料的步
骤为：
S61.将坯体用固体含量60wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥；重复1～2次；
S62.将坯体用固体含量50wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥；
S63.将坯体用固体含量30wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥。
6.根据权利要求3所述的过滤平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中坯体冷却过程为以2～4℃/min的速率冷却。
权 利 要 求 书1/1页CN 109534819 A
过滤平板陶瓷膜及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种过滤介质，尤其是涉及一种平板陶瓷膜过滤介质，同时涉及其制备方法。
背景技术
[0002]陶瓷膜是无机膜中的一种，属于膜分离技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。分离用陶瓷膜通常具有三层结构：支撑体(又称载体层)、过渡层(又称中间层)、膜层(又称分离层)，其中支撑层的作用是增加膜的机械强度；中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透；膜层具有分离功能。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。根据支撑体的不同，陶瓷膜的构型可分为平板、管式、多通道三种。中国专利申请CN201310325539.X公开了一种陶瓷平板膜支撑体采用流延法通过制备半边膜来获得非对称平板膜，中国专利申请CN201710170386.4公开了一种水净化用陶瓷平板膜，通过溶胶-凝胶法制备表面吸附有TiO2粒子的陶瓷平板膜以使膜具有光催化作用，中国专利申请CN201710280509.X公开了一种污水处理用陶瓷平板膜分离膜层，采用石墨烯作为膜的主要成分已获得抗污染性能强的污水分离膜。目前的分离膜领域要求陶瓷平板膜的分离精度进一步提高，分离膜本身的强度也有待提高以适应更加广泛的应用场景。
发明内容
[0003]为解决上述技术问题，本发明提供一种分离精度高、强度高的平板陶瓷膜。[0004]本发明的技术方案是提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅60～80份、氮化硅5～10份、氧化铝5～8份、氧化镁3～6份、氧化钕1～3份、聚丙烯酸0.1～1份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液10～20份，聚乙烯醇0.1～0.5份。
[0005]所述过滤平板陶瓷膜的膜层厚度为5～15μm，膜层过薄时，过滤孔无法有规律地形成，导致孔径均匀度差，过滤精度非常低，而膜层过厚时，虽然能够形成有规律的过滤孔，但是通过扫描电镜观察过滤孔易相互交叠，破坏整体孔道的结构，同样不利于提高过滤精度，因此该膜层厚度下，过滤孔径能够得到良好控制，有助于提高过滤精度。
[0006]本发明还提供一种过滤平板陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1.将上述原料的80wt％(质量百分比)制备陶瓷膜支撑体浆料，20wt％制备膜层浆料；
[0008]S2.陶瓷膜支撑体浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨15～20h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，继续球磨1～4h；
[0009]S3.膜层浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨24～36h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，去离子水，继续
球磨1～4h；
[0010]S4.利用流延法将步骤S2中的陶瓷膜支撑体浆料制成坯体，坯体自然干燥24～30h；
[0011]S5.烧结坯体，烧结参数为以3～6℃/min升温速率升至500℃保温1～4h，以同样的升温速率升至1000℃保温1～4h，最后以10～20℃/min升温速率升至1700～1850℃，保温3～6h；
[0012]S6.待坯体冷却后，采用浸浆法在坯体表面浸渍步骤S3制备的膜层浆料，室温干燥后烧结，烧结参数为1～3℃/min升温速率升至500℃保温1～2h，以同样的升温速率升至1700～1850℃保温2～4h，冷却。
[0013]所述步骤S3制备所得的膜层浆料的固体含量分别为30wt％、50wt％、60wt％，用于坯体多次浸渍。
[0014]所述步骤S6坯体浸渍膜层浆料的步骤为：
[0015]S61.将坯体用固体含量60wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥；重复1～2次；
[0016]S62.将坯体用固体含量50wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥；
[0017]S63.将坯体用固体含量30wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥。
[0018]所述步骤S6中坯体冷却过程为以2～4℃/min的速率冷却，膜层中粒子生长需要一定时间，保持一定的降温速率能够控制粒子粒径，保证膜层均一性良好。
[0019]本发明的优点和有益效果：采用碳化硅、氮化硅作为平板陶瓷膜的主要骨架成分，制备时通过球磨作用将颗粒粒径降低同时均匀各组分的颗粒粒径，有利于成型，并在烧结过程中各颗粒的受热面近似，
受热程度相近保证升温同步，烧结时各粒子生长速度接近并可控；膜层烧结过程中各组分形成共熔液，其中碳化硅和氮化硅在氧化铝、氧化镁、氧化钕作用下，形成致密膜层并且膜层中颗粒交叠形成孔道结构，孔隙率在40％左右，并且氧化铝、氧化镁、氧化钕可降低陶瓷的烧结温度，降低能耗；坯体烧结时氮化硅在碳化硅周围形成了节点一方面与碳化硅颗粒连接，另一方面节点本身相互连接组成了平板陶瓷膜的补充支撑结构，提高了碳化硅支撑骨架的强度。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0021]实施例1
[0022]本发明提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅60份、氮化硅5份、氧化铝5份、氧化镁3份、氧化钕1份、聚丙烯酸0.1份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液10份，聚乙烯醇0.1份，膜层厚度为5μm。
[0023]上述过滤平板陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：
[0024]S1.将上述原料的80wt％(质量百分比)制备陶瓷膜支撑体浆料，20wt％制备膜层浆料；
[0025]S2.陶瓷膜支撑体浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投入球磨机中球磨15h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，继续球磨1h；
[0026]S3.膜层浆料的制备：取碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钕按比例混合后投
入球磨机中球磨24h，后加入聚丙烯，苯乙烯-丙烯酸酯乳液，聚乙烯醇，去离子水，继续球磨1h，制得固体含量分别为30wt％、50wt％、60wt％的膜层浆料用于坯体多次浸渍，制得的固体含量30wt％、50wt％、60wt％的膜层浆料的质量之比为2:1:2，保证坯体浸渍后浆料均匀附着于表面；
[0027]S4.利用流延法将步骤S2中的陶瓷膜支撑体浆料在模具中制成坯体，坯体自然干燥24h；
[0028]S5.烧结坯体，烧结参数为以3～6℃/min升温速率升至500℃保温2h，以同样的升温速率升至1000℃保温2h，最后以10～20℃/min升温速率升至1700～1850℃，保温5h；[0029]S6.以2～4℃/min的速率冷却坯体后，采用浸浆法在坯体表面浸渍步骤S3制备的膜层浆料，具体过程为用固体含量60wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥，重复1～2次；再用固体含量50wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥，最后用固体含量30wt％的膜层浆料浸渍1h，干燥；重复浸渍浓度较高的膜层浆料使坯体表面初步充分吸附膜层材料，干燥后采用再次浸渍浓度稍低的膜层浆料，利用坯体表面膜层材料浓度较低与膜层浆料形成浓度差以及坯体表面的微孔结构使膜层浆料进一步吸附至坯体表面，填充膜层缺陷处，增加坯体表面膜层的完整度和均一度；
[0030]S7.室温下干燥后烧结，烧结参数为1～3℃/min升温速率升至500℃保温1～2h，以同样的升温速率升至1700～1850℃保温2～4h，冷却。制得的平板陶瓷膜孔隙率为40％，强度为15MPa，过滤孔孔径为50～60nm。
[0031]实施例2
[0032]本发明提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅80份、氮化硅10份、氧化铝8份、氧化镁6份、氧化钕3份、聚丙烯酸1份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液20份，聚乙烯醇0.5份，膜层厚度为15μm。
[0033]本实施例的制备方法同实施例1，制得的平板陶瓷膜孔隙率为35％，强度为18MPa，过滤孔孔径为50～60nm。
[0034]实施例3
[0035]本发明提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅70份、氮化硅8份、氧化铝7份、氧化镁5份、氧化钕2份、聚丙烯酸0.6份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液15份，聚乙烯醇0.3份，膜层厚度为10μm。
[0036]本实施例的制备方法同实施例1。制得的平板陶瓷膜孔隙率为32％，强度为20MPa，过滤孔孔径
为60～80nm。
[0037]实施例4
[0038]本发明提供一种过滤平板陶瓷膜，其组成包括如下重量份数的组分：碳化硅75份、氮化硅6份、氧化铝6份、氧化镁4份、氧化钕1.5份、聚丙烯酸0.8份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液18份，聚乙烯醇0.2份，膜层厚度为9μm。
[0039]本实施例的制备方法同实施例1。制得的平板陶瓷膜孔隙率为35％，强度为19MPa，过滤孔孔径为50～60nm。
[0040]本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合陶瓷材料领域的市售产品。
[0041]以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议