專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碳化硅陶瓷膜支撐體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷膜支撐體及其制備方法，具體涉及一種碳化硅陶瓷膜支撐體及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際上公認(rèn)的21世紀(jì)最具發(fā)展前途的生產(chǎn)、環(huán)保與節(jié)能技術(shù)之一。其中的陶瓷膜分離技術(shù)不僅解決了高溫、高壓、強(qiáng)酸堿和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過(guò)濾問(wèn)題，而且具有過(guò)濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)解決我國(guó)資源短缺，環(huán)境污染等問(wèn)題， 都起著十分重要的作用，市場(chǎng)前景十分廣闊。在現(xiàn)有的技術(shù)中，商品化的陶瓷膜支撐體主要采用高純度特種氧化鋁燒結(jié)而成， 一般采用在氧化鋁骨料中添加亞微米或者納米級(jí)別氧化鋁顆?；蛉苣z，起到提高支撐體強(qiáng)度的作用，但是降低了支撐體的透水通量，其通量只有4600-11000L. Μ"2. H—1, bar—1。同時(shí)因?yàn)閺?qiáng)度不足，支撐體需要較厚的厚度，因此其通道內(nèi)的膜面積較小，導(dǎo)致陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備的集成度低，設(shè)備造價(jià)貴，運(yùn)行費(fèi)用高，限制了陶瓷膜在水處理、油水分離等領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高強(qiáng)度、高過(guò)濾通量的碳化硅陶瓷膜支撐體及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種碳化硅陶瓷膜支撐體，其特征在于原料粉末是由碳化硅粉末1與碳化硅粉末2形成的混合粉末，其中碳化硅粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化硅粉末2的中位粒徑D50小于5 μ m,碳化硅粉末1與碳化硅粉末2的D50的比值> 6，碳化硅粉末2的用量為所用碳化硅粉末1的重量的0. 5-13%。碳化硅粉末2的用量?jī)?yōu)選為碳化硅粉末1重量的 3-8%。一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其包含如下步驟(1)碳化硅粉末1與碳化硅粉末2形成混合粉末；(2)混合粉末與溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料；(3) 泥料通過(guò)模具擠出形成生坯；(4)生坯脫水脫脂成煅燒制品；( 煅燒制品在氬氣或氫氣氣氛或真空內(nèi)燒結(jié)成為重結(jié)晶碳化硅陶瓷膜的支撐體，其特征在于所述碳化硅粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化硅粉末2的中位粒徑D50小于5 μ m,碳化硅粉末1與碳化硅粉末2的D50的比值> 6，碳化硅粉末2的用量為所用碳化硅粉末1的重量的0. 5-13%，碳化硅粉末2的用量?jī)?yōu)選為碳化硅粉末1重量的3-8%。上述粘結(jié)劑可以是纖維素、聚乙烯醇、聚合物多糖、糊精或淀粉的一種或數(shù)種，增塑劑可以是聚合物多糖、糊精或淀粉的一種或數(shù)種，造孔劑可以是淀粉、糊精、石墨或聚乙烯醇的一種或數(shù)種的一種或數(shù)種，總用量為碳化硅粉末1重量的1-15%，優(yōu)選為碳化硅粉末1重量的2-5%。
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上述泥料中溶劑為水或乙醇，用量為混合粉末重量的12-20%。上述步驟(4)中的初步脫水溫度為50-100°C，時(shí)間彡2小時(shí)；脫脂溫度為 500-800°C，時(shí)間彡1小時(shí)。上述燒結(jié)的氣氛為大氣壓的氫氣或氬氣氣氛，燒結(jié)溫度為2200-2500°C，煅燒時(shí)間 2-3小時(shí)，燒結(jié)溫度優(yōu)選為2300-M00°C。該方法制造的碳化硅陶瓷膜支撐體采用特定粒度級(jí)配的純碳化硅搭配而成，在 2200°C以上的高溫中燒結(jié)，制成碳化硅支撐體，其α-碳化硅含量可達(dá)99.9%。在重結(jié)晶過(guò)程中，小的碳化硅顆粒在高溫中升華、凝結(jié)使殘存的大顆粒晶體長(zhǎng)大并結(jié)合成骨架。由 α -碳化硅晶體的共價(jià)鍵相結(jié)合的骨架具有非常高的結(jié)合強(qiáng)度及耐腐蝕性，使碳化硅膜在具有較高孔隙率的同時(shí)仍然擁有比氧化鋁膜更高的強(qiáng)度與耐腐蝕性。由此，可將支撐體的壁厚從氧化鋁膜的2mm以上降低到碳化硅膜的0. 9mm，而支撐體的強(qiáng)度和使用壽命不降低， 甚或有所提高。同時(shí)，在重結(jié)晶過(guò)程中，配方中適量的碳化硅小顆粒升華產(chǎn)生大量的空隙； 使碳化硅膜具有較高的孔隙率和均勻的孔徑分布，以及較低的孔曲折度，由此獲得很高的過(guò)濾通量。同等外形尺寸下，該碳化硅支撐體的通量可達(dá)35000-50000L. W2. H—1, bar4。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1中位粒徑D50為45μπι的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為3μπι的碳化硅粉末0. 5kg,甲基纖維素0. Ikg,攪拌混合均勻后，加入30 %的聚乙烯醇水溶液0. 25kg,水 0. 65kg。攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘干4小時(shí)；然后在空氣中800°C煅燒1小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2500°C的溫度下燒結(jié)3個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為51000L. M_2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為 llMpa。實(shí)施例2中位粒徑D50為25μπι的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為Ιμπι的碳化硅粉末0. 3kg，聚合物多糖0. 08kg，攪拌混合均勻后，加入2 %的甲基纖維素水溶液0. 3kg，水 0. 5kgo攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘干4小時(shí)；然后在空氣中800°C煅燒1小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以大氣壓的氬氣氣氛，在2300°C的溫度下燒結(jié)3個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為39000L.M_2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為9Mpa。實(shí)施例3中位粒徑D50為36. 5 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為1. 5 μ m的碳化硅粉末0. 4kg，聚合物多糖0. 08kg，玉米淀粉0. 15kg攪拌混合均勻后，加入30%的聚乙烯醇水溶液0. 3kg，水0. 7kgo攪拌1個(gè)小時(shí)形成泥料，將泥料密封陳腐48小時(shí)，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀模具擠出形成生坯，60°C烘干4小時(shí)；然后在空氣中600°C煅燒 1小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以大氣壓的氬氣氣氛，在M00°C的溫度下燒結(jié)2個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為44000L. M—2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為10. 5Mpa。實(shí)施例4中位粒徑D50為四.5 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化硅
4粉末0. 15kg,甲基纖維素0. Ukg，攪拌混合均勻后，加入30%的聚乙烯醇水溶液0. 3kg，水 0. 7kgo攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘干4小時(shí)；然后在空氣中600°C煅燒2小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2300°C的溫度下燒結(jié)2個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為38000L. M—2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為 llMpa。實(shí)施例5中位粒徑D50為25 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化硅粉末 0. 3kg，甲基纖維素0. 1kg，聚合物多糖0. Ikg攪拌混合均勻后，加入水0. 95kg。攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀模具擠出形成生坯，50°C烘干4 小時(shí)；然后在空氣中600°C煅燒2小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以大氣壓的氫氣氣氛，在2200°C的溫度下燒結(jié)2個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為47000L. Μ"2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為12Mpa。實(shí)施例6中位粒徑D50為25 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為0. 05 μ m的碳化硅粉末 0. 3kg，甲基纖維素0. 06kg，聚合物多糖0. Ikg攪拌混合均勻后，加入水0. 5kg,乙醇0. 35kg。 攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀擠出形成生坯， 100°C烘干2小時(shí)；然后在空氣中700°C煅燒2小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以真空氣氛，在2250°C 的溫度下燒結(jié)1. 5個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為49500L. W2. H—1, bar—1，爆破強(qiáng)度為11.5Mpa。實(shí)施例7中位粒徑D50為25 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為0. 5 μ m的碳化硅粉末 0. 55kg，黃糊精0. 3kg，聚合物多糖0. 06kg攪拌混合均勻后，加入水0. 5kg,乙醇0. 4kg。攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀擠出形成生坯，100°c 烘干2小時(shí)；然后在空氣中700°C煅燒2小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以一個(gè)大氣壓的氬氣氣氛， 在2300°C的溫度下燒結(jié)2個(gè)小時(shí)。得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為45500L. W2. F1, bar、爆破強(qiáng)度為10. 5Mpa。實(shí)施例8中位粒徑D50為40 μ m的碳化硅粉末^g，中位粒徑D50為1. 5 μ m的碳化硅粉末 0. 65kg，中位粒徑D50為2. 5 μ m的鱗片石墨0. 25kg，聚合物多糖0. 06kg攪拌混合均勻后， 加入水0. ^cg, 30%濃度聚乙烯醇0. 25kg，乙醇0. 3kg。攪拌一個(gè)小時(shí)形成泥料，然后將泥料用蜂窩煤式的外圓內(nèi)方形幾何形狀擠出形成生坯，60°C烘干2小時(shí)；然后在空氣中600°C煅燒2小時(shí)；將煅燒過(guò)的生坯以一個(gè)大氣壓的氬氣氣氛，在M50°C的溫度下燒結(jié)2. 5個(gè)小時(shí)。 得到的碳化硅陶瓷膜支撐體其通量為41500L. M_2. F1, bar、爆破強(qiáng)度為9. 5Mpa。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所著的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅陶瓷膜支撐體，其特征在于其原料粉末是由碳化硅粉末1與碳化硅粉末2形成的混合粉末，其中碳化硅粉末1的中位粒徑D50為25-45 μ m,碳化硅粉末2的中位粒徑D50小于5 μ m,碳化硅粉末1與碳化硅粉末2的D50的比值> 6，碳化硅粉末2的用量為所用碳化硅粉末1的重量的0. 5-13%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體，其特征在于碳化硅粉末2的用量?jī)?yōu)選為碳化硅粉末1重量的3-8%。
3.一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于包含如下步驟(1)碳化硅粉末1 與碳化硅粉末2按權(quán)利要求1所述的配比組成混合粉末；(2)混合粉末與溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料；( 泥料通過(guò)模具擠出形成生坯；(4)生坯脫水脫脂成煅燒制品；( 煅燒制品在氬氣或氫氣氣氛或真空內(nèi)燒結(jié)成為重結(jié)晶碳化硅陶瓷膜的支撐體。
4.如權(quán)利要求3所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于碳化硅粉末2的用量?jī)?yōu)選為碳化硅粉末1重量的3-8%。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑是纖維素、聚乙烯醇、聚合物多糖、糊精或淀粉的一種或數(shù)種，增塑劑是聚合物多糖、 糊精或淀粉的一種或數(shù)種，造孔劑是淀粉、糊精、聚乙烯醇或石墨的一種或數(shù)種，總用量為碳化硅粉末1重量的1_15%。
6.如權(quán)利要求5所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑、增塑劑及造孔劑的總用量?jī)?yōu)選為碳化硅粉末1重量的2-5%。
7.如權(quán)利要求6所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑、增塑劑及造孔劑為同一物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求3或4所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述泥料中溶劑的用量為混合粉末重量的12-20%。
9.如權(quán)利要求8所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述溶劑為水或乙醇。
10.如權(quán)利要求3或4所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述步驟的初步脫水溫度為50-100°C，時(shí)間彡2小時(shí)；脫脂溫度為500-800°C，時(shí)間彡1小時(shí)。
11.如權(quán)利要求3或4所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)的氣氛為大氣壓的氫氣或氬氣氣氛，燒結(jié)溫度為2200-2500°C，時(shí)間2-3小時(shí)。
12.如權(quán)利要求10所述的一種碳化硅陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為2300-M00°C。\
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化硅陶瓷膜支撐體及其制備方法。該支撐體的原料粉末為碳化硅粉末1與碳化硅粉末2組成的混合粉末，其中碳化硅粉末1的中位粒徑D50為25-45μm，碳化硅粉末2的中位粒徑D50小于5μm，碳化硅粉末1與碳化硅粉末2的D50的比值≥6，碳化硅粉末2的用量為所用碳化硅粉末1的重量的0.5-13％。原料粉末與溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑及造孔劑混合形成泥料，泥料經(jīng)壓模形成生坯，生坯經(jīng)脫水脫脂成煅燒制品，煅燒制品在氬氣或氫氣氣氛或真空內(nèi)燒結(jié)成為重結(jié)晶碳化硅陶瓷膜的支撐體。所制得的重結(jié)晶碳化硅陶瓷膜支撐體擁有比傳統(tǒng)商品化的氧化鋁陶瓷膜支撐體更高的過(guò)濾通量與強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B01D71/02GK102389719SQ20111021248
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者洪昱斌, 翁志龍, 藍(lán)偉光 申請(qǐng)人:三達(dá)膜科技(廈門(mén))有限公司