專利名稱：一種高溫高壓無機(jī)過濾膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫高壓無機(jī)過濾膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
在催化劑載體、氣固分離和熔融金屬的分離過濾方面，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是高溫過濾除塵技術(shù)，高溫?zé)o機(jī)過濾膜被認(rèn)為是解決這一問題最有效的途徑。無機(jī)過濾膜具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷、機(jī)械強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變形、壽命長等突出優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用，并被稱譽(yù)為熱粒子過濾材料的最佳選擇。作為一類新型綠色科技的膜材料，高溫陶瓷過濾膜比起高聚物膜有一系列的特點(diǎn)熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)造型穩(wěn)定，可進(jìn)行酸堿或熱蒸汽清洗、高壓反沖等再生操作。但是，在多孔陶瓷載體上制備無機(jī)過濾膜時(shí)，會有部分過濾膜粉料進(jìn)入到載體的孔隙中，這就使過濾膜的實(shí)際厚度(從進(jìn)入載體孔隙的過濾膜底面算起到過濾膜外表面)大于其名義厚度(載體表面到過濾膜外表面的厚度)，通常其實(shí)際厚度約為名義厚度的I. 5倍，進(jìn)入載體孔內(nèi)的這部分過濾膜粉料會增加了過濾裝置的過濾壓降(透過率)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在高溫高壓環(huán)境下使用的無機(jī)過濾膜及其制備方法。本發(fā)明所提供的無機(jī)過濾膜，制成它的原料包括莫來石主料，增強(qiáng)劑和造孔劑等輔料；其中，所述莫來石和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85 90 10 15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35 45%。本發(fā)明中，所述莫來石主料由不同粒徑的莫來石粉末組成。各粒徑范圍的莫來石平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m，質(zhì)量含量依次為65 55%、35 25%和15 5%的莫來石組成。所述莫來石主料具體可通過下述方法制備得到將質(zhì)量含量分別為65 55%、35 25%和15 5%、平均粒徑分別為75-60μπι、60-45μπι和45-30 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入一定數(shù)量的聚乙烯醇和去離子水，球磨4 6h，在80 120°C下充分干燥，破碎，過60目篩，制備成混合均勻的所需比例的莫來石主料。其中，所述莫來石粉、聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比依次為100 : 5 10 : 150 200。所述增強(qiáng)劑具體可由粘土、高嶺土及長石的混合物相組成，其中，粘土、高嶺土及長石的質(zhì)量比依次為5 7 : 3 5 : 2 3。所述造孔劑具體可為含量高于95%、平均粒徑為7 10 μ m的下述物質(zhì)活性碳粉或紫木節(jié)。
本發(fā)明的高溫高壓無機(jī)過濾膜的制備方法，包括下述步驟I)在莫來石主料中加入增強(qiáng)劑和造孔劑，配成混合粉體；向所述混合粉體中加入分散劑和懸浮劑，并加入去離子水配成噴涂料漿；
2)將上述噴涂料漿球磨混合后，倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在一定的壓力下，通過控制噴涂距離(即噴嘴離多孔陶瓷載體表面的距離)和噴涂時(shí)間，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體，實(shí)現(xiàn)無機(jī)膜的透過率隨厚度呈梯度變化；3)將制備的坯體進(jìn)行無壓燒結(jié)，冷卻后得所述高溫高壓無機(jī)過濾膜。其中，步驟I)中所述分散劑具體可為聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉或檸檬酸銨。所述分散劑的加入量不超過所述混合粉體質(zhì)量的2%。所述懸浮劑具體可為聚乙烯醇縮丁醛或羧甲基纖維素。所述懸浮劑的加入量不超過所述混合粉體質(zhì)量的2%。上述分散劑和懸浮劑均可經(jīng)步驟3)燒結(jié)后去除。步驟I)中所述混合粉體與去離子水的質(zhì)量比可為I : I. 2 I. 5。步驟2)中所述球磨的時(shí)間為6 12小時(shí)。
步驟2)中所述壓力為O. 15 O. 2MPa;所述噴涂距離為15 30cm;所述噴涂時(shí)間為20 40s。在步驟2)中由于料漿噴涂在多孔陶瓷載體上，水分被孔吸收，所以噴涂后經(jīng)自然干燥即可得到坯體。由于使用的是粒徑呈比例的料漿，在噴涂過程中，粗顆粒先沉積在載體表面，細(xì)顆粒后沉積，這樣就會造成孔徑的梯度分布，從而造成“膜的透過率隨厚度呈梯度變化。在噴涂過程中，通過控制料漿壓力、噴涂距離和時(shí)間可以控制膜的厚度。步驟3)中所述燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié)的溫度為1250 1320°C，燒結(jié)時(shí)間I 4小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)行了過濾膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用不同粒徑混合的莫來石粉為主料，采用新型比例噴涂方法制備得到透過率隨膜厚度呈梯度變化的過濾膜，從而有效阻止了過濾膜粉料進(jìn)入載體孔隙的現(xiàn)象，極大提高了無機(jī)過濾膜的過濾精度和透過率。所得到的無機(jī)過濾膜均勻完整，具有良好的微結(jié)構(gòu)，適宜的孔徑大小和分布。利用本發(fā)明方法所制備的無機(jī)過濾膜具有以下幾個(gè)特點(diǎn)一是抗熱震性好、熱膨脹系數(shù)小、高溫高壓下具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性；二是初始壓降低、過濾效率高、使用壽命長；三是孔隙率高、硬度高、耐磨性好。因而從材質(zhì)上降低了無機(jī)過濾膜在使用過程中出現(xiàn)的由于高溫磨損、硬度下降、脆性大而導(dǎo)致失效的幾率，提高了無機(jī)過濾膜的使用壽命和使用效果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例I :將質(zhì)量分別為130g、60g和10g、平均粒徑分別為70 μ m、55 μ m和40 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入IOg聚乙烯醇(17-88，其中，17表示聚合度1700，88表示醇解度為88% )和350g去離子水，球磨4h，在80°C下充分干燥，破碎，過60目篩制備成所需的比例莫來石主料。取172克比例莫來石主料，28克增強(qiáng)劑(粘土 12g、高嶺土 IOg及長石6g)和體積分?jǐn)?shù)40%的紫木節(jié)(平均粒徑為7μπι)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I %的聚丙烯酸鈉(分子量2000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的聚乙烯醇縮丁醛(SD-2)懸浮劑，倒入240ml去離子水中進(jìn)行球磨12小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 15MPa的壓力下，通過控制噴涂距離(15cm)和噴涂時(shí)間(20s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1280°C下無壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為3小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻，得到高溫高壓無機(jī)過濾膜。測試結(jié)果制備的莫來石無機(jī)過濾膜的氣體透過率為41. 8%,膜厚為226 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對無機(jī)過濾膜的要求。實(shí)施例2 將質(zhì)量分別為120g、66g和14g、平均粒徑分別為68 μ m、50 μ m和38 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入12g的聚乙烯醇(17-88)和320g去離子水，球磨6h，在90°C下充分干燥，破碎，過60目篩制備成所需的比例莫來石主料。將174克比例莫來石主料，26克增強(qiáng)劑(粘土 12g、高嶺土 IOg及長石4g)和體積分?jǐn)?shù)38%活性碳粉(平均粒徑為ΙΟμπι)混合，力口入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I. 2%的檸檬酸銨分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 8%羧甲基纖維素(分子量6400)懸浮齊[J，倒入260ml去離子水中進(jìn)行球磨6小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 16MPa的壓力下，通過控制噴涂距離(20cm)和噴涂時(shí)間(25s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1300°C下無壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為2小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到一種高溫高壓無機(jī)過濾膜。測試結(jié)果制備的莫來石無機(jī)過濾膜的氣體透過率為40. 2%,膜厚為233 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對無機(jī)過濾膜的要求。實(shí)施例3 將質(zhì)量分別為114g、66g和20g、將含量分別為57 %、33 %和10 %、平均粒徑分別為65μηι、55μηι和35 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入15g的聚乙烯醇(17-88)和400g去離子水，球磨5h，在100°C下充分干燥，破碎，過60目篩制備成所需的比例莫來石主料。將176克比例莫來石主料，24克增強(qiáng)劑(粘土 10g、高嶺土 IOg及長石4g)和體積分?jǐn)?shù)40%的紫木節(jié)(平均粒徑為8 μ m)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的聚丙烯酸銨(分子量1000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 8%的聚乙烯醇縮丁醛(SD-2)懸浮劑，倒入280ml去離子水中進(jìn)行球磨10小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. ISMPa的壓力下，通過控制噴涂距離(25cm)和噴涂時(shí)間(30s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1250°C下無壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為4小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到高溫高壓無機(jī)過濾膜。測試結(jié)果制備的莫來石無機(jī)過濾膜的氣體透過率為43. 6%,膜厚為246μηι。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對無機(jī)過濾膜的要求。實(shí)施例4 將質(zhì)量分別為124g、64g和12g、將含量分別為62132%和6%、平均粒徑分別為62μηι、48μηι和32 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入20g的聚乙烯醇(17-88)和300g去離子水，球磨6h，在120°C下充分干燥，破碎，過60目篩制備成所需的比例莫來石主料。將170克比例莫來石主料，30克增強(qiáng)劑(粘土 Hg、高嶺土 IOg及長石6g)和體積分?jǐn)?shù)41%的活性碳粉(平均粒徑為9 μ m)混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I. 2%的聚丙烯酸鈉(分子量2000)分散劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的羧甲基纖維素(分子量6400)懸浮劑，倒入300ml去離子水中進(jìn)行球磨8小時(shí)形成比例料漿；倒入由計(jì)算機(jī)控制的加料泵中，依據(jù)設(shè)定的比例程序，在O. 2MPa的壓力下，通過控制噴涂距離(30cm)和噴涂時(shí)間(40s)，把料漿均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，經(jīng)自然干燥即可得到坯體。將制備的完整坯體在1320°C下無壓燒結(jié)，保溫時(shí)間為I小時(shí)，氣氛為空氣氣氛，隨爐自然冷卻得到一種高溫高壓無機(jī)過濾膜。測試結(jié)果制備的莫來石無機(jī)過濾膜的氣體透過率為42. 2%,膜厚為252 μ m。完全能夠保證高溫高壓使用條件下對無機(jī)過濾膜的要求。權(quán)利要求
1.一種無機(jī)過濾膜，制成它的原料包括莫來石主料，以及輔料增強(qiáng)劑和造孔劑；其中，所述莫來石主料和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85 90 10 15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35 45% ； 其中，所述莫來石主料由平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m,質(zhì)量含量依次為65 55%、35 25%和15 5%的莫來石組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無機(jī)過濾膜，其特征在于所述增強(qiáng)劑由粘土、高嶺土和長石組成；其中，粘土、高嶺土及長石的質(zhì)量比依次為5 7 3 5 2 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無機(jī)過濾膜，其特征在于所述造孔劑為含量高于95%、平均粒徑為7 10 μ m的下述物質(zhì)活性碳粉或紫木節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的無機(jī)過濾膜，其特征在于所述莫來石主料是通過下述方法制備得到的將質(zhì)量含量分別為65 55%、35 25%和15 5%、平均粒徑分別為75-60 μ m、60-45 μ m和45-30 μ m的莫來石粉倒入球磨罐中，加入聚乙烯醇和去離子水，球磨4 6h，在80 120°C下干燥，破碎，過60目篩制備成所述莫來石主料； 其中，所述莫來石粉、聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比依次為100 : 5 10 : 150 200。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無機(jī)過濾膜，其特征在于所述無機(jī)過濾膜是權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述方法制備得到的。
6.制備權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無機(jī)過濾膜的方法，包括下述步驟 1)在所述莫來石主料中加入所述增強(qiáng)劑和造孔劑，配成混合粉體；向所述混合粉體中加入分散劑和懸浮劑，并加入去離子水配成噴涂料漿； 2)將步驟I)的噴涂料漿球磨混合后，均勻地噴涂在多孔陶瓷載體表面，自然干燥得到坯體； 3)將所述坯體進(jìn)行無壓燒結(jié)，冷卻后得所述無機(jī)過濾膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟3)中所述燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié)的溫度為1250 1320°C，燒結(jié)時(shí)間I 4小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟I)中所述分散劑為聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉或檸檬酸銨，所述分散劑的加入量不超過所述混合粉體質(zhì)量的2% ； 所述懸浮劑為聚乙烯醇縮丁醛或羧甲基纖維素，所述懸浮劑的加入量不超過所述混合粉體質(zhì)量的2% ； 步驟I)中所述混合粉體與去離子水的質(zhì)量比為I : I. 2 I. 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟2)中所述球磨的時(shí)間為6 12小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟2)中所述噴涂的工藝條件如下料漿的噴涂壓力為O. 15 O. 2MPa，噴涂距離為15 30cm ;噴涂時(shí)間為20 40so
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫高壓無機(jī)過濾膜及其制備方法。所述的無機(jī)過濾膜含有主料莫來石，以及輔料增強(qiáng)劑和造孔劑；其中，莫來石主料和增強(qiáng)劑的質(zhì)量比為85～90∶10～15，所述造孔劑的體積分?jǐn)?shù)為所述莫來石、增強(qiáng)劑和造孔劑體積之和的35～45％。制備方法如下在不同粒徑莫來石主料粉末中加入增強(qiáng)劑、造孔劑以及一定比例的懸浮劑和分散劑，球磨，比例噴涂制成過濾膜。本發(fā)明通過對粒徑嚴(yán)格分級、含量精確控制形成比例莫來石主料，并利用新型比例噴涂等技術(shù)，有效控制了過濾膜的厚度，提高了過濾膜的透過率。所制備的莫來石無機(jī)過濾膜具有初始壓降低、過濾效率高、使用壽命長、高溫高壓下具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異綜合性能。
文檔編號C04B35/185GK102633532SQ20121010364
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者徐國民, 徐國良, 梁龍, 汪長安, 衷待群, 黃勇 申請人:清華大學(xué)