本發(fā)明屬于陶瓷膜，涉及一種高通量非對(duì)稱(chēng)氧化鋁陶瓷膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，膜分離技術(shù)研究得到迅速發(fā)展，由于該技術(shù)具有分離效率高、易于操作以及無(wú)污染、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在分離方面擁有很大的潛力，已經(jīng)被應(yīng)用于各種體系的分離研究。區(qū)別于傳統(tǒng)陶瓷膜，非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜結(jié)構(gòu)上一般由三層不同粒徑的粉體構(gòu)成，即大粒徑組成支撐層并提供機(jī)械強(qiáng)度、中等粒徑組成過(guò)渡層并防止分離層顆粒滲漏、分離層一般由納米級(jí)粉體組成，主要起分離篩分的作用。由于分離層較薄的厚度，非對(duì)稱(chēng)支陶瓷膜一般具有很高的通量，在油水分離、工業(yè)廢水處理具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的平板式非對(duì)稱(chēng)氧化鋁基陶瓷膜的支撐層多采用干壓法制備，這種方法對(duì)設(shè)備要求較高，可能顯著影響膜的通量。此外，干壓法受到模具的限制，導(dǎo)致膜的形狀和面積一般固定，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和異形膜的制備。傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷膜材料在放大過(guò)程中，常出現(xiàn)膜材料斷裂、膜層脫落和厚度不均等問(wèn)題。因此，探索更靈活的制備方法，以提升膜的性能和適應(yīng)性，顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的是提供一種高通量非對(duì)稱(chēng)氧化鋁陶瓷膜，該膜具備高通量、性能穩(wěn)定，厚度薄，且制備工藝簡(jiǎn)單，容易產(chǎn)業(yè)化。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種氧化鋁陶瓷膜，所述氧化鋁陶瓷膜包括依次設(shè)置的氧化鋁支撐層、氧化鋁過(guò)渡層和氧化鋁分離層；所述氧化鋁支撐層由支撐層漿料鑄膜、干燥、煅燒制備得到，所述支撐層漿料包括氧化鋁、粘結(jié)劑、助燒劑和水；所述助燒劑選自高嶺土、氣相二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯和氧化釔中的一種或多種的組合；所述氧化鋁支撐層中的氧化鋁、氧化鋁過(guò)渡層中的氧化鋁、氧化鋁分離層中的氧化鋁的粒徑依次減小。

4、在一些實(shí)施方式中，所述助燒劑為高嶺土和氣相二氧化硅的混合物；優(yōu)選地，所述混合物中，高嶺土和氣相二氧化硅的質(zhì)量比為1：8～1：10。

5、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁支撐層中的氧化鋁的粒徑為4～20μm；優(yōu)選5～10μm。

6、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁過(guò)渡層中的氧化鋁的粒徑為1～3μm，優(yōu)選1～2μm。

7、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁分離層中的氧化鋁的粒徑為200～800nm，優(yōu)選400～600nm。

8、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁支撐層為平板狀的α-al2o3多孔陶瓷支撐層。

9、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁支撐層的厚度為0.5～2mm。

10、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁過(guò)渡層的厚度為5～25μm。

11、在一些實(shí)施方式中，所述氧化鋁分離層的厚度為15～25μm。

12、在一些實(shí)施方式中，所述支撐層漿料包括100～120份氧化鋁、2～2.5份粘結(jié)劑、8～10份助燒劑和75～90份水。

13、在一些實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑選自羥甲基纖維素、聚乙烯醇的一種或兩種的組合。

14、在一些實(shí)施方式中，所述支撐層漿料還包括分散劑、流平劑、塑化劑、消泡劑。

15、在一些實(shí)施方式中，按照重量份計(jì)，所述支撐層漿料包括100～120份氧化鋁、2～2.5份分散劑、2～2.5份粘結(jié)劑、1～1.25份流平劑、4～5份塑化劑、2～2.5份消泡劑、8～10份助燒劑和75～90份水。

16、在一些實(shí)施方式中，所述分散劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨和十八烷基三甲基氯化銨中的一種或多種組合。

17、在一些實(shí)施方式中，所述流平劑選自聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸中的一種或兩種組合。

18、在一些實(shí)施方式中，所述塑化劑選自聚乙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或兩種組合。

19、在一些實(shí)施方式中，所述消泡劑為磷酸三丁酯、異丙醇中的一種或兩種組合。

20、本發(fā)明還提供了前述氧化鋁陶瓷膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：1)將所述支撐層漿料鑄膜、干燥、煅燒，制備得到所述氧化鋁支撐層；2)在所述氧化鋁支撐層上浸漬過(guò)渡層修飾液，干燥、煅燒后得到氧化鋁過(guò)渡層，所述過(guò)渡層修飾液中包括氧化鋁和水；3)在氧化鋁過(guò)渡層上浸漬分離層修飾液，干燥、煅燒后得到所述氧化鋁陶瓷膜，所述分離層修飾液中包括氧化鋁和水。本發(fā)明使用鑄膜法來(lái)制備高通量氧化鋁陶瓷膜支撐層，使用浸涂法來(lái)制備非對(duì)稱(chēng)氧化鋁陶瓷膜過(guò)渡層和分離層。

21、在一些實(shí)施方式中，所述鑄膜在聚四氟乙烯模具中進(jìn)行；優(yōu)選地，所述聚四氟乙烯模具涂有脫模劑石蠟油。聚四氟乙烯模具可以為任意尺寸任意形狀，因此本發(fā)明的氧化鋁陶瓷膜的形狀也不受限。

22、在一些實(shí)施方式中，步驟1)中，所述干燥的溫度為30～40℃。

23、在一些實(shí)施方式中，步驟1)中，所述干燥的時(shí)間為8～12h。

24、在一些實(shí)施方式中，步驟1)中，所述煅燒的溫度為1200～1600℃。通過(guò)控制最終的燒結(jié)溫度可調(diào)節(jié)膜材料的性能。氧化鋁在冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱收縮，因此煅燒溫度越高，其粒子堆積越緊密，機(jī)械強(qiáng)度隨之增加，而孔隙率與氣體通量則相應(yīng)減小。

25、在一些實(shí)施方式中，步驟1)中，所述煅燒的時(shí)間為1～3h。

26、在一些實(shí)施方式中，所述過(guò)渡層修飾液還包括分散劑、流平劑和ph調(diào)節(jié)劑。

27、在一些實(shí)施方式中，按照重量份計(jì)，所述過(guò)渡層修飾液包括50～60份氧化鋁、1～1.2份分散劑、6～10份流平劑、10～12份ph調(diào)節(jié)劑和500～600份水。

28、在一些實(shí)施方式中，所述ph調(diào)節(jié)劑選自硝酸、鹽酸中的一種或兩種。ph調(diào)節(jié)劑可以改變粒子表面的帶電荷量。加入ph調(diào)節(jié)劑后，修飾液中的氧化鋁基團(tuán)同時(shí)攜帶相同電荷，增強(qiáng)了電荷排斥力，降低了團(tuán)聚的可能性。這一特性使得整體修飾液的粘度降低，沉降速度減緩，從而可以長(zhǎng)期保存并重復(fù)使用。

29、過(guò)渡層修飾液中的分散劑、流平劑種類(lèi)可以為常規(guī)的種類(lèi)，例如支撐層漿料中前述的種類(lèi)。

30、在一些實(shí)施方式中，所述分離層修飾液還包括分散劑、流平劑和ph調(diào)節(jié)劑。

31、在一些實(shí)施方式中，按照重量份計(jì)，所述分離層修飾液包括50～60份氧化鋁、1～1.2份分散劑、6～10份流平劑、12～14份ph調(diào)節(jié)劑和400～500份水。

32、在一些實(shí)施方式中，所述ph調(diào)節(jié)劑選自硝酸、鹽酸中的一種或兩種。

33、分離層修飾液中的分散劑、流平劑種類(lèi)可以為常規(guī)的種類(lèi)，例如支撐層漿料中前述的種類(lèi)。

34、在一些實(shí)施方式中，所述制備方法還包括在所述鑄膜之前，對(duì)所述支撐層漿料進(jìn)行機(jī)械攪拌和靜置脫泡的步驟。

35、在一些實(shí)施方式中，步驟1)、2)和3)中，所述煅燒均采用程序升溫，所述升溫的速率為8-12℃/min。

36、在一些實(shí)施方式中，步驟2)中，將兩個(gè)氧化鋁支撐層相互疊加，并對(duì)其間的縫隙進(jìn)行密封后再浸漬。

37、本發(fā)明還提供了前述氧化鋁陶瓷膜用于油水分離或工業(yè)廢水處理的用途。

38、由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

39、本發(fā)明通過(guò)采用三層非對(duì)稱(chēng)支撐結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了膜材料通量與分離能力之間的優(yōu)良平衡。在掃描電鏡圖像中，該三層結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，由于采用鑄膜法制備底層支撐層，并且底層支撐層的厚度較傳統(tǒng)材料顯著減薄，這種設(shè)計(jì)確保了膜材料的高通量特性；過(guò)渡層有效防止了頂層的滲漏，保障了膜的整體穩(wěn)定性；分離層則保持完整且平滑的表面，大幅提升了分離效果，從而增強(qiáng)了膜材料的應(yīng)用性能。

40、本發(fā)明創(chuàng)新性地采用鑄膜法，通過(guò)使用助燒劑，例如氣相二氧化硅，在氧化鋁粒子之間形成橋連粘接，從而增強(qiáng)整體膜材料的機(jī)械強(qiáng)度，成功地防止了陶瓷膜漿料在塑形為支撐層過(guò)程中易出現(xiàn)的膜層開(kāi)裂、彎曲等不良現(xiàn)象。這一方法不僅提高了膜的結(jié)構(gòu)完整性，還優(yōu)化了其物理性能，也提高了最終整個(gè)氧化鋁陶瓷膜的分離性能。與傳統(tǒng)的干壓法相比，本發(fā)明的鑄膜法所制備的陶瓷膜支撐層在通量方面表現(xiàn)出顯著提升。

41、本發(fā)明的高通量非對(duì)稱(chēng)氧化鋁陶瓷膜可以通過(guò)線切割或激光切割的方式實(shí)現(xiàn)異性膜材料的制備。