背景技術(shù)
陶瓷膜的研究始于20世紀(jì)40年代，其發(fā)展可分為三個(gè)階段。從用于鈾的同位素分離的核工業(yè)時(shí)期進(jìn)入到以無機(jī)微濾膜和超濾膜為主的液體分離時(shí)期和以膜催化反應(yīng)為核心的全面發(fā)展時(shí)期。20世紀(jì)90年代，溶膠-凝膠技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著無機(jī)膜的研究與應(yīng)用進(jìn)入第三個(gè)階段，即以氣體分離應(yīng)用為主和陶瓷膜分離器-反應(yīng)器組合構(gòu)件的研究階段。
陶瓷膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、 分子級(jí)過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征，因此，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為分離科學(xué)中最重要的手段之一。
陶瓷膜制備技術(shù)是在基體表面制備一層或多層陶瓷膜以使其具有鐵電性，生物活性，或提高其耐磨、耐蝕、耐高溫和抗微生物侵蝕等性能的表面工程技術(shù)，已經(jīng)在環(huán)保、化工和生物工程等領(lǐng)域起到了非常重要的作用，而且表現(xiàn)出其他產(chǎn)品無法替代的優(yōu)勢。不僅如此，陶瓷膜還將在能源、資源和健康等領(lǐng)域的分離工藝中發(fā)揮重要作用。因此，無機(jī)陶瓷濾膜將成為前景十分廣闊的一種材料，對(duì)解決我國資源短缺、環(huán)境污染等問題，都起著十分重要的作用。
目前無機(jī)陶瓷膜的主要制備技術(shù)有：溶膠-凝膠法、固態(tài)粒子燒結(jié)法、分相法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法等。目前多孔膜主要是超濾和微濾膜，其制備方法以粒子燒結(jié)法和溶膠-凝膠法為主。前者主要用于制備微孔濾膜，而后者主要用來制備超濾膜。20 世紀(jì)50年代，法國、美國等先后開發(fā)了各種SiC、莫來石、Zr02、陶瓷纖維等氣、液過濾、微生物處理用微孔陶瓷過濾元件，主要用于化工、食品、飲料及水處理行業(yè)。20世紀(jì)70年代，日本等國家在高溫氣體凈化、煙氣除塵用多孔陶瓷過濾材料研究方面取得了較大進(jìn)展。從20 世紀(jì)80年代開始，國外在陶瓷膜的研究及開發(fā)應(yīng)用、高溫陶瓷熱氣體凈化技術(shù)方面研究又取得較大的突破。隨著使用范圍的擴(kuò)大，其材質(zhì)也由普通的粘土發(fā)展到耐高溫、耐腐蝕、抗熱沖擊的材質(zhì)，如SiC、堇青石、莫來石、Zr02和Si02等。從20世紀(jì)90年代開始，制備無機(jī)分離膜的材質(zhì)種類越來越多，其中最常用的是A1203。
目前，無機(jī)陶瓷膜在水處理中應(yīng)用的障礙主要有二個(gè)方面，其一是制造過程復(fù)雜，成本高，價(jià)格昂貴；其二是膜通量問題，只有克服膜污染并提高膜的過濾通量，才能真正推廣應(yīng)用到水處理的各個(gè)領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種制造成本低、膜通量大的A1203_Si02 陶瓷膜及其制備方法。
為達(dá)到上述問題，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為：一種A1203_Si02陶瓷膜，包括支撐體和分離層，其特征在于：所述的分離層采用納米Si02、PVA、甘油、水組成的制膜液通過溶融-凝膠法涂覆于支撐層內(nèi)表面制得。
進(jìn)一步，所述的制膜液中各物料的組分分別為納米Si02 13%, PVA 15%、甘油 10-22%、水 50-57%
進(jìn)一步，所述的分離層的厚度為50-60 μm。
進(jìn)一步，所述的支撐體所用原料及各組分質(zhì)量百分比分別為：陶瓷膜支撐體粉體 90-95 %，造孔劑1-5 %，粘結(jié)劑0.5-5 %，燒結(jié)助劑0.5-5 %。
進(jìn)一步，所述的陶瓷膜支撐體粉體為納米A1203，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛樹脂的任意一種或幾種，所述的燒結(jié)助劑為高嶺土、膨潤土、氧化鎂中的任意一種或者幾種的混合，所述的造孔劑為碳粉。
本發(fā)明還涉及上述A1203_Si02陶瓷膜的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
步驟1 ：將支撐體所用原料混合攪拌均勻，使用共混粒子燒結(jié)法，在溫度 12000C -1600℃下，燒結(jié)時(shí)間4-6h，自然降溫得支撐體；
步驟2 ：把不同配比的納米Si02和水混合后在20℃左右的環(huán)境下陳化Mh，再加入不同比例的PVA和甘油作為添加劑得到制膜液；
步驟3 ：將制膜液多次涂覆在陶瓷膜支撐體內(nèi)表面上，至表面均勻?yàn)橹梗胖酶稍铮詈蟀迅赏负蟮奶沾赡し湃霟Y(jié)爐中于800℃下燒結(jié)，即得A1203-Si02陶瓷膜。
進(jìn)一步，所述的支撐體所用原料及各組分質(zhì)量百分比分別為：陶瓷膜支撐體粉體 90-95 %，造孔劑1-5 %，粘結(jié)劑0.5-5 %，燒結(jié)助劑0.5-5 %。
進(jìn)一步，所述的陶瓷膜支撐體粉體為納米A1203，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛樹脂的任意一種或幾種，所述的燒結(jié)助劑為高嶺土、膨潤土、氧化鎂中的任意一種或者幾種的混合，所述的造孔劑為碳粉。
進(jìn)一步，所述的制膜液中各物料的組分分別為納米Si02 13%, PVA 15%、甘油 10-22%、水 50-57%
進(jìn)一步，所述的涂覆次數(shù)優(yōu)選3-5次。
進(jìn)一步，所述的分離層的厚度為50_60μm。
綜上所述，本發(fā)明所述的A1203_Si02陶瓷膜，采用納米Α1203作為主要原料，碳粉為造孔劑，利用共混粒子燒結(jié)法，制備納米A1203支撐體，并且采用溶融-凝膠法在支撐體內(nèi)表面上涂覆納米Si02、PVA、甘油等材料組成的制膜液，形成A1203-Si02陶瓷膜，解決了制作成本高，膜孔徑不均勻等問題。采用上述技術(shù)方案，具有成本低廉、簡單易得、膜通量加大，機(jī)械強(qiáng)度高，耐污染。膜孔徑均勻、膜壁薄，滲透通量大和節(jié)省原料、易于實(shí)現(xiàn)分離設(shè)備小型化、結(jié)構(gòu)簡單化等特點(diǎn)。具體實(shí)施方式
下面具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
( 一 )A1203-Si02 陶瓷膜的制備
步驟1 ：支撐體的制備
支撐體所用原料混合攪拌均勻，使用共混粒子燒結(jié)法，在溫度1200℃ -1600℃下，燒結(jié)時(shí)間4_6h，自然降溫，得支撐體；支撐體所用原料及各組分質(zhì)量百分比分別為：陶瓷膜支撐體粉體90-95 %，造孔劑1-5 %，粘結(jié)劑0.5-5 %，燒結(jié)助劑0.5-5 %，所述的陶瓷膜支撐體粉體為納米A1203，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚丙烯酸或酚醛樹脂的任意一種或幾種，所述的燒結(jié)助劑為高嶺土、膨潤土、氧化鎂中的任意一種或者幾種的混合，所述的造孔劑為碳粉。
步驟2 ：制膜液的制備
把不同配比的納米Si02和水混合后在20℃左右的環(huán)境下陳化Mh，再加入不同比例的PVA和甘油作為添加劑得到制膜液；制備不同孔徑的陶瓷膜分離層各物料質(zhì)量百分比如表一所示。
表一
步驟3 ：將制膜液多次涂覆在陶瓷膜支撐體內(nèi)表面上，涂覆次數(shù)優(yōu)選3-5次，分離層的厚度為50-60 μ m為宜，至表面均勻?yàn)橹梗胖酶稍铮詈蟀迅赏负蟮奶沾赡し湃霟Y(jié)爐中于800℃下燒結(jié)，即得A1203-Si02陶瓷膜。
( 二）A1203_Si02陶瓷膜參數(shù)的測量
將制備所得的不同孔徑的陶瓷膜對(duì)污水中直徑大于0.5 μ m的顆粒的平均截留率及初始膜通量進(jìn)行測試，所得結(jié)果見表二。
表二