一種多層梯度陶瓷膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陶瓷膜的制備技術(shù)，進一步是指一種多層梯度陶瓷膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷膜在污水處理、飲用水凈化、高溫煙氣處理、大氣中微粒（如PM2. 5)過濾和粉 塵收集等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，在環(huán)境保護中發(fā)揮了重要作用。但其在應(yīng)用過程 中也暴露出不少問題，主要是：
[0003] 1.由于陶瓷膜支撐體與陶瓷膜層通常需分兩次燒成，導致陶瓷膜層與支撐體的結(jié) 合強度不高，在反沖時易出現(xiàn)陶瓷膜脫落而失效的問題。
[0004] 2.支撐體與膜層間因膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而影響膜層與支撐體之間 的結(jié)合強度，影響其在高溫環(huán)境下的使用壽命。
[0005] 3.目前為提高陶瓷膜層的強度，只好加大膜層厚度，這樣又會增加過濾阻力，降低 陶瓷膜的過濾通量。
[0006] 因此，如何提高陶瓷膜支撐體與膜層的結(jié)合強度而又不降低膜的過濾通量成為研 究熱點，也是使陶瓷膜獲得更廣泛應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種多層梯度陶瓷膜的制備方法，使膜層的化學組成和孔 隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)梯度變化，以較好地緩解支撐體與膜層間因膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的熱應(yīng)力， 從而提高膜層與支撐體之間的結(jié)合強度，延長陶瓷膜的使用壽命，同時又能最大限度地獲 得高的過濾通量。本發(fā)明采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)有效控制了各膜層的厚度，解決了用浸涂法制 備的膜層較厚和用噴涂法制備的膜層厚薄不均勻的技術(shù)難題。通過合理調(diào)控各膜層的孔隙 結(jié)構(gòu)，可有效減少過濾阻力，提高過濾通量。采用支撐體與膜層一次燒成技術(shù)，大大節(jié)約了 燒成能耗，降低了制備成本。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] -種多層梯度陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)將氧化鋁質(zhì)量含量為60%~95%的可塑泥料真空擠制為陶瓷膜支撐體，干 燥；
[0011] (2)以靠近陶瓷膜支撐體一側(cè)為內(nèi)側(cè)，將具有不同氧化鋁含量和顆粒尺寸的陶瓷 膜漿料采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別印刷在陶瓷膜支撐體表面，然后在1250Γ~1450°C的溫度 下燒成，得多層梯度陶瓷膜，所述多層梯度陶瓷膜的氧化鋁含量在75%至99%之間且由內(nèi) 至外依次增加，所述多層梯度陶瓷膜的顆粒尺寸的平均粒徑在3微米至0. 3微米之間且由 內(nèi)至外依次降低；
[0012] 所述陶瓷膜漿料是由氧化鋁與氧化物助劑、粘結(jié)劑和水充分混合均勻制備得到， 通過控制氧化鋁的用量來控制每一層陶瓷膜的氧化鋁含量，通過控制氧化鋁和氧化物助劑 的顆粒尺寸來控制每一層陶瓷膜的平均粒徑。
[0013] 步驟（1)中優(yōu)選將所述可塑泥料真空擠制成平板式中空結(jié)構(gòu)的支撐體。
[0014] 步驟（2)中優(yōu)選所述粘結(jié)劑包括羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、淀粉、 糊精中至少兩種以上。
[0015] 步驟（2)中所述粘結(jié)劑用量優(yōu)選為氧化鋁與氧化物助劑總質(zhì)量的0. 5%~5%。
[0016] 步驟（2)中所述氧化物助劑優(yōu)選為二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂和氧化鋇中的一種 或幾種。
[0017] 步驟（2)中所述氧化物助劑優(yōu)選為氧化鋁與氧化物助劑總質(zhì)量的0. 1 %~25%。
[0018] 步驟（2)中所述氧化鋁與氧化物助劑均為近球形顆粒。
[0019] 步驟（2)中每次絲網(wǎng)印刷的陶瓷膜層厚度優(yōu)選為10微米~30微米，絲網(wǎng)印刷陶 瓷膜漿料的次數(shù)優(yōu)選為3次~5次。
[0020] 經(jīng)上述步驟得到的平板式中空陶瓷膜產(chǎn)品，其支撐體的抗壓強度為80MPa~ 150MPa，連通孔隙率在30%~50%之間可調(diào)，孔徑在2微米~10微米之間可調(diào)。陶瓷膜層 的孔隙率在25%~40%之間可調(diào)，孔徑在0. 1微米~2微米之間可調(diào)。
[0021] 以下對本發(fā)明做出進一步說明。
[0022] 為了獲得結(jié)合強度高和過濾通量大的平板式陶瓷膜，必須設(shè)法提高陶瓷膜支撐體 與膜材料之間的結(jié)合強度，同時減少過濾阻力。在本發(fā)明中，針對目前市場上應(yīng)用較多的 氧化鋁質(zhì)量含量為60%~95%的陶瓷膜支撐體，將具有不同化學組成和顆粒尺寸的陶瓷 膜漿料采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)分次印刷在平板式陶瓷膜支撐體表面，每次絲網(wǎng)印刷的陶瓷膜層 厚度控制在10微米~30微米之間，印刷陶瓷膜漿料3次~5次。絲網(wǎng)印刷技術(shù)有效控制 了各層膜的厚度，且確保了其厚薄的均勻性，使膜層的化學組成由接近支撐體的組成依次 變化到氧化鋁質(zhì)量含量為99%的表面膜組成，膜層的顆粒尺寸由平均粒徑3微米左右依次 變細到0. 3微米左右。通過化學組成的梯度變化有效緩和了支撐體和膜層間的熱應(yīng)力，提 高了支撐體與膜層間的結(jié)合強度。通過膜層顆粒尺寸的梯度變化，有效調(diào)節(jié)了膜層內(nèi)的孔 隙率和孔隙尺寸，使孔隙尺寸由膜表面向內(nèi)逐漸增大，且孔隙率也有所增加，采用近球形顆 粒，進一步降低了過濾阻力，增加了過濾通量。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
[0024] (1)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)有效控制了各層膜的厚度在10微米~30微米之間，且確保 了其厚度的均勻性，有效克服了傳統(tǒng)浸涂法制備的膜層較厚而噴涂法制備的膜層厚薄不勻 的技術(shù)難題。
[0025] (2)通過調(diào)節(jié)各膜層的化學組成梯度變化，使膜層的化學組成由接近支撐體的組 成依次變化到氧化鋁質(zhì)量含量為99%的表面膜組成，有效緩和了支撐體和膜層間的熱應(yīng) 力，提高了支撐體與膜層間的結(jié)合強度。
[0026] (3)通過調(diào)節(jié)各膜層間顆粒尺寸的梯度變化，有效調(diào)節(jié)了膜層內(nèi)的孔隙率和孔隙 尺寸，使孔隙尺寸由膜表面向內(nèi)逐漸增大，且孔隙率也有所增加，降低了過濾阻力，增加了 過濾通量。
[0027] (4)膜層采用3微米~0. 3微米的近球形顆粒，提高了顆粒間的孔隙率，且孔徑分 布更均勻，進一步降低了過濾阻力，增加了過濾通量。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1 :所述一種多層梯度陶瓷膜的制備方法，具體是：
[0029] (1)將氧化鋁質(zhì)量含量為60%的可塑泥料用真空劑制工藝成形為寬300mm、長 1024_、厚8_的平板式中空結(jié)構(gòu)陶瓷膜支撐體，干燥后將表面和邊緣打磨至光滑平整；
[0030] (2)將氧化鋁與二氧化娃、氧化f丐、氧化鎂、羧甲基纖維素、聚乙稀醇和水充分混合 均勻，分別制備為氧化鋁質(zhì)量含量為75% (平均粒徑3微米）、85% (平均粒徑2微米）、 95% (平均粒徑1. 5微米）和99% (平均粒徑1微米）的可供絲網(wǎng)印刷的陶瓷膜漿料；其 中羧甲基纖維素和聚乙烯醇的總用量為固體物質(zhì)（氧化鋁和氧化物助劑）總質(zhì)量的3%，氧 化鋁和氧化物助劑的粒徑和配比如表1 :
[0031] 表1陶瓷膜漿料中固體物質(zhì)的含量組成，按照重量份計算