高性能平板陶瓷膜支撐體及其制備方法技術

本發明專利技術屬于無機非金屬材料領域的多孔陶瓷材料領域，具體涉及一種高性能平板陶瓷膜支撐體及其制備方法。一種高性能平板陶瓷膜支撐體，它包括以下重量百分比的原料組分：氧化鋁粉70～90％、短切纖維3～10％、造孔劑0～15％、硅溶膠5～20％、水10～30％、潤滑劑0.5～3％。本發明專利技術在支撐體中引入了短切纖維，有效地提高了支撐體斷裂時的能量消耗，將脆性斷裂轉化為非脆性斷裂，在保證平板陶瓷膜支撐體高透水率及耐酸堿腐蝕性的同時，有效地提高了機械強度和斷裂韌性，能夠有效解決目前平板陶瓷膜支撐體普遍存在的脆性大的問題。

【技術實現步驟摘要】
高性能平板陶瓷膜支撐體及其制備方法
本專利技術屬于無機非金屬材料領域的多孔陶瓷材料領域，具體涉及一種高性能平板陶瓷膜支撐體及其制備方法。
技術介紹
平板陶瓷膜是新一代陶瓷膜技術，采用Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等無機材料，利用中國千年傳統燒結工藝制備而成。它主要是依據“物理篩分”理論，根據在一定的膜孔徑范圍內滲透的物質分子直徑不同則滲透率不同，利用壓力差為推動力，使小分子物質可以通過，大分子物質則被截留，從而實現它們之間的分離。平板陶瓷膜具有過濾面積大、分離效率高、效果穩定、化學穩定性好、耐酸堿、耐有機溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機械強度高、再生性能好、分離過程簡單、能耗低、操作維護簡便、使用壽命長等眾多優勢，將在人類面臨的能源、資源、環境和健康等重要領域發揮關鍵作用，其應用市場涉及食品工業、化工與石油化工、生物醫藥、環保及能源等諸多領域。平板陶瓷膜是由起分離作用的膜和起支撐作用的支撐體所組成。膜的性能不僅取決于自身，還與支撐體的表面質量以及微觀結構參數(孔徑大小及其分布、空隙率等)密切相關。此外，支撐體還必須具備一定的機械強度，以滿足膜分離器的組裝、操作方面的要求，以及可控的微觀結構方面的要求。但是，目前平板陶瓷膜支撐體存在的較大的問題是容易發生脆性斷裂，給生產、運輸和使用帶來較大的困擾。
技術實現思路
為解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供一種高性能平板陶瓷膜支撐體及其制備方法，在保證平板陶瓷膜支撐體高透水率及耐酸堿腐蝕性的同時，該支撐體具有更高的機械強度和斷裂韌性，有效地解決了目前平板陶瓷膜支撐體普遍存在的脆性大的問題。本專利技術采用的技術方案如下：一種高性能平板陶瓷膜支撐體，它包括以下重量百分比的原料組分：進一步地，所述硅溶膠為堿性，固含量為10～50％。進一步地，所述氧化鋁粉的D50為1～50μm。進一步地，所述短切纖維為多晶莫來石纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維或含鋯硅酸鋁纖維，短切纖維纖維直徑為1～10μm，長徑比為10～30。進一步地，所述造孔劑為淀粉、石墨粉、木炭粉或活性炭粉中的一種或幾種；所述潤滑劑為甘油、硅油、聚酯或油酸中的一種或幾種。一種高性能平板陶瓷膜支撐體的制備方法，包括以下步驟：(1)將氧化鋁粉、短切纖維、造孔劑在強力混料機中混合均勻；(2)將硅溶膠、水及潤滑劑混合均勻后，加入到步驟(1)的粉料中，并混合均勻；(3)將步驟(2)所得的固體原料放到捏合機中，進行充分捏合；(4)將步驟(3)所得的泥料置入真空練泥機中真空練制；(5)將步驟(4)所得的泥料密封陳腐24h以上；(6)將步驟(5)所得的泥料采用擠出成型法成型；(7)將步驟(6)所得的成型坯體干燥、燒結后得到平板陶瓷膜支撐體。進一步地，步驟(1)所述的加料順序為，先將短切纖維加入到混料機中打散，再依次加入氧化鋁粉和造孔劑。進一步地，步驟(3)所述的捏合時間不低于0.5h，捏合溫度不高于50℃。進一步地，步驟(4)所述的真空練制，其相對真空度不低于60％，泥料練制次數不低于3次；步驟(6)所述的擠出成型速度為0.5～4m/min。進一步地，步驟(7)所述的坯體干燥方式為微波干燥，所述的燒結方式為梭式窯、隧道窯或輥道窯燒結，燒結溫度為1200～1500℃。本專利技術與現有技術相比，具有如下有益效果：本專利技術在支撐體中引入了短切纖維，有效地提高了支撐體斷裂時的能量消耗，將脆性斷裂轉化為非脆性斷裂，在保證平板陶瓷膜支撐體高透水率及耐酸堿腐蝕性的同時，有效地提高了機械強度和斷裂韌性，能夠有效解決目前平板陶瓷膜支撐體普遍存在的脆性大的問題。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術做進一步解釋：實施例1本專利技術所述的支撐體其配比組成為，以重量百分數計：纖維直徑為3～5μm、平均長徑比為30的短切多晶莫來石纖維5％，粒徑為3μm的α-Al2O3粉85％，淀粉10％，水(去離子水)15％，硅溶膠8％，硅油1％。制備方法：(1)將按比例稱取的氧化鋁粉、短切多晶莫來石纖維、淀粉在強力混料機中混合均勻。(2)將硅溶膠、去離子水和甘油混合均勻后，加入到步驟(1)的粉料中，并混合均勻。(3)將步驟(2)所得的固體原料放到捏合機中，進行充分捏合，控制捏合溫度不高于50℃，捏合時間1h。(4)將步驟(3)所得的泥料置入真空練泥機中真空練制，泥料練制次數為3次。(5)將步驟(4)所得的泥料密封陳腐24h以上。(6)將步驟(5)所得的陳腐好的泥料裝入真空擠出機中擠出成型，控制擠出速度為1m/min。(7)將步驟(6)擠出的生坯放置在多孔墊板上微波干燥，干燥后的坯體在梭式窯中燒結，燒結溫度為1250℃，保溫時間為3h，制備出高性能平板陶瓷膜支撐體。所得產品的氣孔率為46％，孔徑為2.8μm，常溫抗壓強度為37.6MPa，常溫抗折強度為22.4MPa，在0.04MPa壓力下水通量為1.3m3/(m2·h)。實施例2本專利技術所述的支撐體其配比組成為，以重量百分數計：纖維直徑為4～6μm、平均長徑比為20的硅酸鋁粗纖維8％，粒徑為20μm的α-Al2O3粉84％，活性炭粉8％，水(去離子水)20％，硅溶膠6％，硅油2％。制備方法：(1)將按比例稱取的氧化鋁粉、硅酸鋁粗纖維、活性炭粉在強力混料機中混合均勻。(2)將硅溶膠、去離子水和硅油混合均勻后，加入到步驟(1)的粉料中，并混合均勻。(3)將步驟(2)所得的固體原料放到捏合機中，進行充分捏合，控制捏合溫度不高于50℃，捏合時間1h。(4)將步驟(3)所得的泥料置入真空練泥機中真空練制，泥料練制次數為3次。(5)將步驟(4)所得的泥料密封陳腐24h以上。(6)將步驟(5)所得的陳腐好的泥料裝入真空擠出機中擠出成型，控制擠出速度為1m/min。(7)將步驟(6)擠出的生坯放置在多孔墊板上微波干燥，干燥后的坯體在梭式窯中燒結，燒結溫度為1250℃，保溫時間為3h，制備出高性能平板陶瓷膜支撐體。所得產品的氣孔率為50％，孔徑為6.3μm，常溫抗壓強度為33.1MPa，常溫抗折強度為21.3MPa，在0.04MPa壓力下水通量為3.5m3/(m2·h)。實施例3本專利技術所述的支撐體其配比組成為，以重量百分數計：纖維直徑為7～9μm、平均長徑比為15的石英纖維3％，粒徑為30μm的α-Al2O3粉82％，淀粉15％，水(去離子水)20％，硅溶膠6％，油酸3％。制備方法：(1)將按比例稱取的氧化鋁粉、石英纖維、淀粉在強力混料機中混合均勻。(2)將硅溶膠、去離子水和油酸混合均勻后，加入到步驟(1)的粉料中，并混合均勻。(3)將步驟(2)所得的固體原料放到捏合機中，進行充分捏合，控制捏合溫度不高于50℃，捏合時間1h。(4)將步驟(3)所得的泥料置入真空練泥機中真空練制，泥料練制次數為3次。(5)將步驟(4)所得的泥料密封陳腐24h以上。(6)將步驟(5)所得的陳腐好的泥料裝入真空擠出機中擠出成型，控制擠出速度為1m/min。(7)將步驟(6)擠出的生坯放置在多孔墊板上微波干燥，干燥后的坯體在梭式窯中燒結，燒結溫度為1280℃，保溫時間為3h，制備出高性能平板陶瓷膜支撐體。所得產品的氣孔率為52％，孔徑為10.4μm，常溫抗壓強度為31.9MPa，常溫抗折強度為20.3MPa，在0.04MPa壓力下水通量為4.8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，它包括以下重量百分比的原料組分：

【技術特征摘要】
1.一種高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，它包括以下重量百分比的原料組分：2.根據權利要求1所述的高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，所述硅溶膠為堿性，固含量為10～50％。3.根據權利要求1所述的高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，所述氧化鋁粉的D50為1～50μm。4.根據權利要求1所述的高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，所述短切纖維為多晶莫來石纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維或含鋯硅酸鋁纖維，短切纖維纖維直徑為1～10μm，長徑比為10～30。5.根據權利要求1所述的高性能平板陶瓷膜支撐體，其特征在于，所述造孔劑為淀粉、石墨粉、木炭粉或活性炭粉中的一種或幾種；所述潤滑劑為甘油、硅油、聚酯或油酸中的一種或幾種。6.如權利要求1～5任一所述的高性能平板陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將氧化鋁粉、短切纖維、造孔劑在強力混料機中混合均勻；(2)將硅溶膠、水及潤滑劑混合均勻后，加入到步驟(1)的粉料中，并混合均勻；(3)將步驟(2)所得的固體原料放到捏合機中，進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張久美，趙世凱，薛友祥，侯立紅，徐傳偉，宋濤，
申請(專利權)人：山東工業陶瓷研究設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37