專利名稱：微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于過濾分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微孔無機分離膜用 過濾管支撐體材料及其合成方法。
背景技術(shù)：
微孔無機分離膜用過濾管作為一種過濾分離介質(zhì)，在工業(yè)各個領(lǐng) 域得到廣泛應用，以其耐高溫、穩(wěn)定性好、使用壽命長、分離效果好 等優(yōu)越特性而成為膜技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一。然而，由于其脆性大 等不利因素，因此必須將它們被覆在具有一定機械強度的支撐體上使 用。作為膜支撐體材料，支撐體的好壞對整個膜的質(zhì)量具有重要的意 義，作為基體的支撐體應有如下性能要求(l)具有足夠高的孔隙率 和與之匹配的合適的孔徑，以有效減小壓阻損失；(2)支撐體具有足 夠的強度，以達到膜分離器組裝、操作方面的要求；(3)表面比較光 滑，有一致表面特征的高質(zhì)量支撐體，以便于在支撐體上形成膜。
目前，膜支撐體材料主要有莫來石支撐體、氧化鋁多孔支撐體、 碳化硅陶瓷支撐體等。莫來石支撐體是采用天然礦物高嶺土、長石和 工業(yè)氧化鋁為主要初始原料，以石墨為成孔劑進行制備而得，此類型 的過濾管，雖然強度和氣孔率都有一定的提高，但其燒結(jié)溫度較高 (160(TC左右)，能源消耗較大，且溫度變化對強度和氣孔率的影響 較大，不利于控制制備過程，從而不利于進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。氧化鋁多孔支撐體由于成型及燒成條件的限制，有些支撐體中除了含有A1203，
還不可避免地含有Si02、 CaO、 Na20等溶于酸或堿的物質(zhì)，這些物 質(zhì)的存在會極大地影響陶瓷膜在應用過程中的性能，并且需要較高的 燒成溫度(160(TC以上)和能源消耗，無論是對實驗研究或工業(yè)化生 產(chǎn)都是難以實現(xiàn)的，況且，由于氧化鋁是瘠性料，對于含量很高且粒 徑分布均勻的氧化鋁顆粒，其成型性能也很差。目前碳化硅陶瓷支撐 體研究是即將SiC粉倒入球磨機進行濕球磨，充分混合后，經(jīng)干 燥、半干壓成型，在98(TC下煅燒2h，隨爐自然冷卻后，經(jīng)粉碎、 篩選分級制備成不同顆粒等級的SiC骨料。采用碳酸鈣和十二烷基苯 磺酸鈉作為造孔劑，釉式為0.3K2O(0.7CaO) 0.6Al2O3 4.5Si02 的長石質(zhì)生釉料作為粘結(jié)劑。將骨料、造孔劑、粘結(jié)劑按一定配比進 行充分均一的濕式混合后，經(jīng)干燥，成型，在指定的燒成條件下燒結(jié)， 隨爐自然冷卻。此種條件所制備的碳化硅支撐體強度較低(22MPa)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料， 是以SiC顆粒為骨架材料，配以環(huán)保型粘結(jié)劑、造孔劑等輔料制備出 符合性能要求的過濾管支撐體材料，具有燒結(jié)溫度低、相對于同類型 的碳化硅支撐體強度有較大提高等特點。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述微孔無機分離膜用過濾管支 撐體材料的合成方法，制備過程工藝條件簡單，易控制，制備過程環(huán) 境污染較小。
為實現(xiàn)第一目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料，由SiC粉料、羧甲基纖維素和粘結(jié)劑經(jīng)混 合、干燥、研磨后燒結(jié)而成，其中按重量百分比計各組分的含量為
SiC粉料72 85。/。、羧甲基纖維素6 15%、粘結(jié)劑3 15%。所述粘 結(jié)劑是由長石、高嶺土和二氧化硅經(jīng)混合、干燥而成，其中按重量百 分比計各組分的含量為長石45 75%、高嶺土8 25%、二氧化硅15 40%。
本發(fā)明所提供的上述微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料的合 成方法包括粘結(jié)劑制備過程和支撐體材料的制備過程。
1、 粘結(jié)劑制備過程
將長石、高嶺土和二氧化硅按比例混合，以無水乙醇為分散介質(zhì)， 球磨12 72h使其混合均勻，然后在5(TC 120。C下干燥5h 15h。
2、 支撐體材料的制備過程
用去離子水配制1 5%的羧甲基纖維素水溶液，按質(zhì)量比例將 SiC粉料和羧甲基纖維素溶液混合均勻，然后加入粘結(jié)劑攪拌均勻， 在60。C 10(TC下干燥8h 12h;將干燥后的混合料用研缽研磨均勻， 然后用150MPa 200MPa的壓力單向壓成圓片；在空氣氣氛下燒結(jié)， 燒結(jié)工藝為以3 10°C/min的升溫速度升至1200 1400°C ，然后保溫 0.5 1.5 h，最后隨爐冷卻得到過濾管支撐體材料。
莫來石支撐體是采用天然礦物高嶺土，長石和工業(yè)氧化鋁為主要 初始原料，以石墨為成孔劑，將上述原料按一定比例配成氧化鋁含量 為71. 2%的初始粉料?；旌暇鶆蚝?，加入一定量的粘結(jié)劑、潤滑劑， 在粉晶壓片機(型號769YP — 24B，天津市科器高新技術(shù)公司)上壓制30mmX2 mm的片狀支撐體和尺寸為50 mmX6 mmX6mm的條狀支 撐體。坯體干燥后，放入程序升溫電爐中在1100 155(TC下保溫2h燒成。
氧化鋁多孔支撐體采用擠出成形法制備圓形多通道管式陶瓷支 撐體。按一定比例將a-A1203、礦化劑Ti02、粘結(jié)劑CMC、塑化劑蘇 州土和煅燒高嶺土等混合均勻，經(jīng)過球磨、研磨、過篩、練泥，最后 用直徑為37mm內(nèi)有按根數(shù)"34543"排列的19根直徑為4mm圓柱 的擠出頭擠出19通道長度可控的管式支撐體，在指定的燒成條件下 燒結(jié)，隨爐自然冷卻。
目前國內(nèi)外研究的氮化硅支撐體是將SiC粉倒入球磨機進行濕 球磨，充分混合后，經(jīng)干燥、半干壓成型，在980。C下煅燒2h,隨 爐自然冷卻后，經(jīng)粉碎、篩選分級制備成不同顆粒等級的SiC骨料。 采用碳酸鈣和十二烷基苯磺酸鈉作為造孔劑，釉式為 0.3K2O(0.7CaO) 0.6Al2O3 4.5Si02的長石質(zhì)生釉料作為粘結(jié)劑。將 骨料、造孔劑、粘結(jié)劑按一定配比進行充分均一的濕式混合后，經(jīng)干 燥，成型，也是在指定的燒成條件下燒結(jié)，隨爐自然冷卻。
國內(nèi)外支撐體研究的相關(guān)數(shù)據(jù)如下:
支撐體(基體)類型燒結(jié)溫度氣孔率抗彎強度
氧化鋁160crc以上35. 50%35. 53MPa
莫來石160crc左右34.10%110.7MPa
碳化硅130(TC左右44. 70%22.OMPa
碳化硅(本發(fā)明)130(TC左右34. 30%36. 6MPa本發(fā)明所提供的微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料是以SiC 顆粒為骨架材料，配以環(huán)保型粘結(jié)劑、造孔劑等輔料，具有燒結(jié)溫度
低(130(TC左右)、相對于同類型的碳化硅支撐體強度有較大提高 (36.6MPa)等優(yōu)點，其制備過程工藝條件簡單，易控制，環(huán)境污染 小。
具體實施方式
下面用非限定性實施例對本發(fā)明作進一步說明。 將64.53g的長石、12.20g的高嶺土和23.27g的二氧化硅混合， 以無水乙醇為分散介質(zhì)，球磨36h使其混合均勻，然后在8。C下干燥 10h制備成所需的粘結(jié)劑。
用去離子水配制2%的羧甲基纖維素水溶液。分別稱取4份50 克SiC粉料和5克羧甲基纖維素溶液，混合均勻，然后分別加入3wt%、 6wt%、 10wt%、 15wt。/。的上面制得的粘結(jié)劑，攪拌均勻并放入烘箱， 在80。C下干燥10h。將烘過的料用研缽研磨均勻，然后用180MPa的 壓力單向壓成直徑50mm的圓片。將支撐體材料在空氣氣氛下燒結(jié)， 燒結(jié)工藝為以5°C/min的升溫速度升至1300°C，然后保溫lh，最后
隨爐冷卻。
孔隙率采用阿基米德排水法測定，使用去離子水作為浸泡介質(zhì)。 將燒結(jié)后的陶瓷圓片切成5條3X4X40的條來測其三點抗彎強度的 平均值，跨距是30mm,加載速度0.5mm/min。
結(jié)果如下表-粘結(jié)劑的含量氣孔率抗彎強度(Mpa)
3%33.30%12. 5
6%36.20%17.5
10%34.30%36.6
15%28.30%37. 7
8
權(quán)利要求
1、一種微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料，其特征在于由SiC粉料、羧甲基纖維素和粘結(jié)劑經(jīng)混合、干燥、研磨后燒結(jié)而成，其中按重量百分比計各組分的含量為SiC粉料72～85％、羧甲基纖維素6～15％、粘結(jié)劑3～15％；所述粘結(jié)劑是由長石、高嶺土和二氧化硅經(jīng)混合、干燥而成，其中按重量百分比計各組分的含量為長石45～80％、高嶺土8～25％、二氧化硅15～40％。
2、 一種上述微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料的合成方法， 其特征在于包括粘結(jié)劑制備過程和支撐體材料的制備過程；1) 、粘結(jié)劑制備過程將長石、高嶺土和二氧化硅按比例混合，以無水乙醇為分散介質(zhì)， 球磨12 72h使其混合均勻，然后在50。C 120。C下干燥5h 15h;2) 、支撐體材料的制備過程用去離子水配制1 5wt。/。的羧甲基纖維素水溶液，按質(zhì)量比例將 SiC粉料和羧甲基纖維素溶液混合均勻，然后加入粘結(jié)劑攪拌均勻， 在6(TC 10(TC下干燥8h 12h;將干燥后的混合料用研缽研磨均勻， 然后用150MPa 200MPa的壓力單向壓成圓片；在空氣氣氛下燒結(jié)， 燒結(jié)工藝為以3 10°C/min的升溫速度升至1200 1400°C，然后保溫 0.5 1.5 h，最后隨爐冷卻得到過濾管支撐體材料。 全文摘要
本發(fā)明公開了一種微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料及其合成方法，過濾管支撐體材料是由SiC粉料、羧甲基纖維素和粘結(jié)劑經(jīng)混合、干燥、研磨后燒結(jié)而成；所述粘結(jié)劑是由長石、高嶺土和二氧化硅經(jīng)混合、干燥而成。其合成方法包括粘結(jié)劑制備過程和支撐體材料的制備過程。本發(fā)明所提供的微孔無機分離膜用過濾管支撐體材料是以SiC顆粒為骨架材料，配以環(huán)保型粘結(jié)劑、造孔劑等輔料，具有燒結(jié)溫度低、相對于同類型的碳化硅支撐體強度有較大提高等優(yōu)點，其制備過程工藝條件簡單，易控制，環(huán)境污染小。
文檔編號B01D69/10GK101537314SQ20091013814
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者吳新正, 張海濤, 婷 李, 李俊峰, 李建保, 珍 袁, 鄧湘云 申請人:海南大學