超濾膜是一種用于以靜壓差為推動力,根據相對分子質量的不同來進行分離的膜技術。超濾膜特有的微孔可有效阻留細菌、大多數病毒、膠體以及淤泥,達到分離、分級、純化、濃縮的目的。如今在工業及生活領域已獲得廣泛應用,用于分離、濃縮、純化生物制品,醫藥制品以及食品工業中,還用于血液處理、海水淡化、廢水處理、飲用水凈化和超純水制備中的終端處理。
無機超濾膜特別是無機陶瓷超濾膜由于具有抗機械性強、耐高溫、耐腐蝕、耐化學試劑等優點在膜分離領域應用廣泛。目前陶瓷超濾膜大多用粒子燒結法制備基膜,并用溶膠-凝膠法制備反應層,在制備陶瓷超濾膜過程中都要使用多孔的支撐體作為載體,而載體的形狀都是統一固定的,不能隨著實際生產需要隨意改變,復雜的結構形狀也無法成型,從而限制了陶瓷超濾膜的使用范圍。
中國專利公開號CN102743979A公開了一種氧化鋯陶瓷超濾膜的制備方法,本發明通過化學共沉淀法制備草酸鋯溶膠,采用低溫煅燒方法制備得到易分散的氧化鋯粉體,然后進行研磨分散,隨后加入成膜助劑、干燥控制劑、消泡劑制得涂膜液,將該涂膜液涂于多孔陶瓷膜支撐體上,經過干燥、燒結得到氧化鋯陶瓷超濾膜膜層,降低了能耗,提高了超濾膜的性價比。
中國專利公開號CN101791524A公開了一種非對稱結構陶瓷超濾膜及其制備方法,本發明將一維纖維狀材料分散于溶膠中,充分混合,加入分散劑、增稠劑、消泡劑配制成制膜液,在多孔支撐體上涂膜,經烘干后形成過渡層,在過渡層表面涂覆溶膠制膜液,將濕膜晾干、烘干,焙燒,自然降溫即得非對稱結構陶瓷超濾膜,該陶瓷超濾膜具有水通量大大優點。
中國專利公開號CN1686920A公開了一種陶瓷微濾膜的制備方法,本方法將納米級氧化物分散于由分散劑、增稠劑、消泡劑和防腐劑混合水溶液中,均勻形成涂膜液,再添加模板劑,用所制得的涂膜液在多孔金屬或者多孔陶瓷支撐體上涂膜,并在濕膜晾干、烘干后,處理脫除聚合物模板劑,最后進行焙燒成型,得到陶瓷微濾分離膜。
上述專利都是陶瓷超濾膜的制備方法,采用了不同的配方和制備方法,制得了性能優異的陶瓷超濾膜,但都使用了多孔支撐體作為膜的載體,從而制備的超濾膜具有形狀單一、成型周期長、超濾膜成型方法落后的缺陷,不利于陶瓷超濾膜在實際生產過程中的需要,限制了陶瓷超濾膜的應用和發展。
具體內容
針對目前陶瓷超濾膜形狀單一、成型困難、成型周期長的缺陷,提出了一種陶瓷超濾膜的制備方法,為實現上述目的,本發明將經過溶膠-凝膠、燒結、研磨制得的多孔陶瓷微粒用選擇性激光燒結成型技術進行快速成型處理,制備成各種空間結構的陶瓷超濾膜,成型方法簡單,實用性強,水通量大等。
一種陶瓷超濾膜的制備方法的具體制備步驟如下:
1)將10-20重量份的膠體顆粒用70-80重量份溶劑在常溫下邊攪拌邊進行溶解,攪拌速度50-80r/min,讓膠體顆粒在溶劑中形成分散均一、穩定的溶膠;
2)將步驟1)得到的溶膠與2-5重量份的造孔劑一起加入到行星式球磨機中,在300-350r/min的轉速條件下充分研磨、分散、混合20_30min后出料,進行抽濾得到混合物;
3)將步驟2)得到的混合物放入高溫燒結爐中,在600-800°C的溫度下燒結l_2h,常溫冷卻后出料,再用行星式球磨機進行研磨,然后過篩,得到多孔陶瓷微粒;
4)根據實際生產情況的需要,對陶瓷超濾膜在厚度、形狀、空間結構上的要求進行分析,利用計算機建立數字模型,編寫三維快速成型的執行程序和命令;
5)將步驟3)得到的多孔陶瓷微粒加入到粉末燒結激光快速成型機的料槽中,用計算機導入步驟4)編寫好的執行程序和命令,粉末燒結激光快速成型機在計算機的自動控制下進行三維快速成型,制得不同形狀、立體結構、厚度的陶瓷超濾膜。
上述一種陶瓷超濾膜的具體制備步驟1)中,所述的膠體顆粒為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化硅溶膠中的一種或多種;所述的溶劑為去離子水;所述的造孔劑為直徑為IO-1OOnm的納米碳酸鈣、納米碳酸鎂中的一種或兩種。
上述一種陶瓷超濾膜的具體制備步驟2)中,所述的過篩是過2000-5000目的篩。
上述一種陶瓷超濾膜的具體制備步驟3)中,所述的粉末燒結激光快速成型機采用選擇性激光燒結成型技術,即采用C02激光器按電腦上設計好的三維圖形,在計算機的控制下,把涂在工作臺上的一層的打印粉末材料燒結成型的原理,是三維快速成型技術主要成型設備中的一種,主要由掃描系統、激光控制系統、加熱元件、成型缸、供料系統、運動部件、冷卻系統、運動控制系統、軟件系統組成。
利用快速成型中選擇性激光燒結成型技術的原理,將經過溶膠-凝膠、燒結、研磨制得的多孔陶瓷微粒用選擇性激光燒結成型技術進行成型處理,制成各種空間結構的陶瓷超濾膜,成型方法簡單、成型周期短、實用,該陶瓷超濾膜的截留率大,孔徑分布范圍lO-lOOnm,在0.1Mpa的操作條件下水通量為100_200L/m3.h。
突出的特點在于:
1、采用三維快速成型技術,使陶瓷超濾膜成型方便、成型周期短、形狀多樣化,滿足對陶瓷超濾膜各種形狀和結構的需求。
2、不需要模具,極大提高了陶瓷超濾膜的生產效率,拓寬了應用范圍。
3、生產過程簡單,操作方便,生產成本低,易于工業化生產,應用范圍更加廣泛。
生產工藝流程見說明書附圖1。