專利名稱：一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于膜分離技術領域，具體涉及一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜。
背景技術：
陶瓷膜主要以管式和多通道管式為主。該構型最大的缺點在于膜密度比較低， 因此，目前商業生產的管式膜多采用7，19和37通道，以提高單位體積內的膜面積。蜂窩 狀陶瓷因具有更多的通道數和更高的通道面積，除了較多的用作汽車尾氣處理的催化劑載 體，也被用于陶瓷過濾膜的制備。如CN200620006364提供了一種外形為正方體、長方體或 正六邊體，油水分離裝置用蜂窩陶瓷。US5855781則通過改變蜂窩陶瓷中孔道的排列，增 大部分孔壁厚度，增大滲透出水的通道寬度來減少滲透阻力。W02004091756則直接利用 多通道管式或蜂窩狀陶瓷膜中的部分通道為滲透出水的通道，該構型集中了板式和管式構 型的優點，有利于減少滲透阻力。但是，上述陶瓷膜的蜂窩狀構型也存在可改進的方面，如 US5855781還采用沿蜂窩陶瓷通道方向，間隔地對部分通道開槽，形成新的滲透出水通道。 蜂窩陶瓷通常具有較小的壁厚和較高的氣孔率，所以其強度相對較小。該設計中又增加了 開槽，會進一步降低蜂窩陶瓷的強度，有可能會導致陶瓷膜在封裝組件和過濾過程中開裂。 W02004091756則是很大程度上保留了多孔陶瓷的完整形狀，只是在端口處沿截面方向對部 分孔道開槽，然后采用多孔陶瓷，使用燒結的方法進行滲透出水通道的端口進行封堵，留出 部分開槽用作滲透出水出口。該封堵方法涉及干燥和燒結過程，封堵材料與蜂窩陶瓷性能 的差異容易形成孔隙，導致在過濾過程中料液污染滲透出水。
發明內容本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供結構設計合理，能有效提高單 位體積膜面積，降低滲透出水的傳輸阻力，提高滲透通量，同時具有良好表面親水性的蜂窩 狀陶瓷過濾膜。 本實用新型所提供的蜂窩狀陶瓷過濾膜，其特征在于采用蜂窩陶瓷作為過濾膜支 撐體，利用蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道作為過濾通道，制備有過濾膜層和親水性納米改性 涂層，其余孔道作為滲透出水通道，過濾通道與滲透出水通道間隔排列，在端口處對滲透出 水通道沿通道方向切割出一定長度的矩形槽，使用有機粘結劑將與開口相同或略小寬度的 陶瓷矩形條密封滲透出水通道端口 ，滲透出水通道與蜂窩陶瓷外壁以滲透出水開口相連， 有機粘結劑浸涂過濾膜端口 ，浸涂長度大于矩形條沿通道方向的長度。 在本實用新型中，蜂窩陶瓷坯體的材料可以選擇氧化鋁、氧化鈦、堇青石、莫來石、 高嶺土、 SiC等中的一種或者幾種的混合物。 在本實用新型中，蜂窩陶瓷坯體的外形可以為圓形，正方形或者矩形，最好是圓 形，孔道形狀可以為正六方形，矩形或者三角形。 在本實用新型中，蜂窩陶瓷支撐體的孔隙率在35% 55%之間，最好是40%。 在本實用新型中，對于制備微濾膜，蜂窩陶瓷支撐體的孔徑在1 6ym，最好是3 i！ m，對制備超濾膜，需要在蜂窩陶瓷支撐體上多次制備過渡層，過渡層的孔徑在0. 1 0.8iim，最好是0.2iim。 在本實用新型中，過濾層的材料可以選擇八1203， Ti02， Zr(^，硅酸鹽或堇青石中的 一種或者幾種的混合物。 在本實用新型中，浸涂-提拉法是將穩定的過濾層材料的漿料注入到過濾通道
內，浸涂合適時間后，漿料以一定速率留出后即在過濾通道內形成濕膜，經干燥、燒結后即 獲得過濾層。 在本實用新型中，原位水解法是將醇鹽，如異丙醇鋁，丁醇鋯，鈦酸四丁酯，溶解在 非水溶劑中，浸泡陶瓷膜一定時間，取出后干燥，然后置于水蒸汽氣氛中，水解成相應氫氧 化物，然后熱處理后在過濾層的微細多孔壁表面形成納米改性涂層。 在本實用新型中，在組成陶瓷膜過濾層的微細多孔壁表面(顆粒的表面)形成納 米改性涂層，該納米改性涂層并不形成新的更小孔徑的分離層，只用于改變過濾層滲透通 道的表面親水性，提高過濾效率。 在本實用新型中，過濾通道與滲透出水通道間隔排列，每兩排過濾通道間隔一排 或者兩排滲透出水通道。 在本實用新型中，蜂窩陶瓷支撐體具有較高的孔隙率，容易使用切割的方法切除 部分滲透出水通道孔壁，形成一定長度的矩形槽。矩形槽的長度一般為支撐體長度的1/6。 在本實用新型中，陶瓷矩形條材料可以選擇氧化鋁、堇青石、莫來石、高嶺土、 SiC 等中的一種或者幾種的混合物，可以是多孔的，也可以是致密的，最好是多孔的，有利于提 高與有機粘結劑的結合強度。 在本實用新型中，陶瓷矩形條與蜂窩陶瓷過濾膜端口對齊，矩形條的長度小于矩 形槽的長度，留有滲透出水開口 ，粘結時，陶瓷矩形條沾滿有機粘結劑，矩形條與端口對齊， 固定后在5(TC烘箱內干燥10小時。 在本實用新型中，有機粘結劑選擇環氧樹脂類。 在本實用新型中，過濾膜端口密封是將過濾膜浸入到液體環氧樹脂中一定時間， 浸入深度超過矩形條長度，取出后清除過量環氧樹脂，然后在5(TC烘箱內干燥10小時。該 步驟可與粘結陶瓷矩形條同步進行。 本實用新型的技術優點在于 (1)所制備的陶瓷過濾膜具有較高的單位體積膜面積； (2)過濾通道與滲透出水通道間隔排列，降低滲透出水的傳輸阻力，提高滲透通 (3)納米改性涂層能有效增加無機膜的親水性，提高陶瓷膜的過濾效率和抗污染 性，并能夠經受酸/堿清洗而不被破壞，保持了無機膜的優點 (4)使用有機粘結劑，避免出現裂紋，相比燒結封堵法，本技術簡便易行，完全適應 膜過濾的要求。
圖1蜂窩狀陶瓷過濾膜截面正視示意圖。 圖2蜂窩狀陶瓷過濾膜支撐體側視示意圖。[0026] 圖3蜂窩狀陶瓷過濾膜側視示意圖。 圖4開過矩形槽后的蜂窩狀陶瓷過濾膜側視示意圖。 圖5粘結陶瓷矩形條后的蜂窩狀陶瓷過濾膜側視示意圖。 圖6密封蜂窩狀陶瓷過濾膜端口示意圖。 圖7密封后的蜂窩狀陶瓷過濾膜端口示意圖。
具體實施方式A1203粉(325目)88 % ，水12 % ，桐油3 % ，羧甲基纖維素7 % ，上述物質經混煉、陳 腐并擠出成型，經干燥并在136(TC煅燒2 4小時后得到蜂窩狀陶瓷支撐體。同時制備與 蜂窩陶瓷相同材質的條狀坯體。將八1203粉體(平均粒徑10iim)，聚乙烯醇(1750)和水， 球磨形成穩定漿料，將A1203漿料注入到蜂窩狀陶瓷支撐體中過濾通道2內，注入漿料的孔 道與沒有注入的滲透出水通道1的排列如圖1所示，浸漬2 4s后，使漿料液面以20cm/s 的下降速率放出漿料。經過干燥，在130(TC燒結后，在過濾通道2上形成過濾膜層。將2g P123溶解在500ml 二甲苯中，隨后往上述溶液中，在劇烈攪拌條件下加入10g異丙醇鋁，澄 清后再持續攪拌30min，將蜂窩狀過濾膜浸沒在所得溶液中，密封，25°C ，存放24小時。取出 蜂窩狀過濾膜，在通風條件下使用二甲苯清洗微濾膜3遍。同樣在通風條件下干燥微濾膜 至沒有二甲苯氣味。將自來水加熱，盛水容器的開口要大于蜂窩狀過濾膜管的長度。控制 加熱速率保持水微沸，將蜂窩狀過濾膜管置于水面上方15cm處，處理時間為4小時。將水 解處理后的蜂窩狀過濾膜置于IO(TC烘箱內干燥，干燥時間為4小時，然后將蜂窩狀過濾膜 置于馬弗爐中，升溫速率為1°C /min，升溫至80(TC，保溫時間為2小時，形成過濾層6。使 用無齒鋸切割滲透出水通道1的管壁，形成圖4所示形狀，切割條狀坯體成矩形條4，使之能 夠進入滲透出水通道l。按照體積比為l : 1，將環氧樹脂的兩份溶液混合，矩形條4沾滿 粘結劑5，放入矩形槽內，端口與過濾膜端口對齊，經過固化或者直接將過濾膜浸入粘結劑 中，浸入深度超過矩形條的長度，浸漬2 4min后，取出，用紙清理過濾粘結劑5，保持過濾 通道暢通，然后置于6(TC烘箱內干燥10h，即得到帶有滲透出水開口 3的蜂 狀親水性陶瓷 微濾膜。
權利要求一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于采用蜂窩陶瓷作為過濾膜支撐體，利用蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道作為過濾通道(2)，制備有過濾膜層和親水性納米改性涂層，其余孔道作為滲透出水通道(1)，過濾通道(2)與滲透出水通道(1)間隔排列，在端口處對滲透出水通道(1)沿通道方向切割出一定長度的矩形槽，使用有機粘結劑(5)將與開口相同或略小寬度的陶瓷矩形條(4)密封滲透出水通道(1)端口，滲透出水通道(1)與蜂窩陶瓷外壁以滲透出水開口相連，有機粘結劑(5)浸涂過濾膜(6)端口，浸涂長度大于矩形條(4)沿通道方向的長度。
2. 根據權利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 外形為圓形，正方形或者矩形。
3. 根據權利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔道形狀為正六方形、矩形或者三角形。
4. 根據權利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔隙率為35% 55%。
5. 根據權利要求4所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于蜂窩陶瓷支撐體的 孔徑為1 6 ii m。
6. 根據權利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于親水納米涂層采用 原位水解法制備。
7. 根據權利要求1所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于每兩排過濾通道 (2)間隔一排或者兩排滲透出水通道(1)。
8. 根據權利要求l所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于矩形槽(4)的長度 為支撐體長度的1/6。
9. 根據權利要求l所述一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，其特征在于有機粘結劑(5)為 環氧樹脂類。
專利摘要本實用新型涉及一種蜂窩狀親水性陶瓷過濾膜，采用擠出成型法制備蜂窩陶瓷坯體，浸漬-提拉法在蜂窩陶瓷支撐體的部分孔道內制備過濾層(6)，過濾通道(2)與滲透出水通道(1)間隔排列，過濾層燒結后，使用有機醇鹽，原位水解法修飾陶瓷膜，沿通道方向切割滲透出水通道，形成一定長度的矩形槽，使用有機粘結劑(5)將與開口相同或略小寬度的陶瓷矩形條(4)密封在矩形槽端口，形成滲透出水開口(3)，干燥后得到蜂窩狀陶瓷過濾膜。本實用新型能有效提高單位體積膜面積，提高膜表面親水性。
文檔編號B01D71/02GK201519554SQ20092024130
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者周健兒, 常啟兵, 張小珍, 汪永清, 王建東, 胡學兵 申請人:景德鎮陶瓷學院