[实用新型]一种自动涂膜装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自动涂膜装置，尤其涉及一种陶瓷超滤膜的自动涂膜装置。

背景技术

无机陶瓷膜作为一种新型的分离介质与有机膜相比，具有化学稳定性好、机械强度大、抗生物腐蚀能力强、孔径分布窄、耐高温以及无毒等特点，在生物、环保、食品及化工等领域得到广泛的应用。

陶瓷膜的制备方法主要有固态粒子烧结法和溶胶-凝胶法两种，其中溶胶-凝胶法具有纯度高、均匀度高、反应过程易于控制等优点被更广泛的用于制备陶瓷膜。而溶胶-凝胶法制备的膜材料均存在孔径分布较宽、孔隙率较低(通常在30～40％)、孔径不易调控等缺点，特别是在小孔径陶瓷膜的制备过程中这些问题更加明显。CN101265113A中提到采用模板法制备小孔径陶瓷超滤膜，利用模板剂的组装行为调控膜材料的微观结构从而达到控制膜孔径的目的。

目前，已商品化的陶瓷超滤膜的品种主要有4nm、20nm和50nm三种，但规模化应用的陶瓷超滤膜仅有20nm和50nm两种，限制小孔径的陶瓷超滤膜推广应用的主要原因是溶胶的制备严格，受许多因索控制：涂膜时，由于溶胶粒子的粒径远远小于多孔支撑体的孔径，造成溶胶在支撑体上产生不同程度的内渗；由于溶胶粒子内渗深度难以掌握，容易阻塞支撑体的孔道，造成阻力变大，渗透量减小；虽然通过增加一层甚至多层中间过渡层会减少溶胶的内渗现象，但是过渡层的增加会导致膜在使用过程中存在较大的阻力。CN101265123A中提出一种小孔径陶瓷超滤膜的制备方法，通过有机物溶液处理具有较大孔径的支撑体，以达到减少溶胶内渗现象。然而该方法仅仅是对支撑体进行处理，利用堵孔达到减少内渗的效果，而对于不易转化为凝胶的溶胶或小粒径的溶胶，仅采用该方法制备的膜的成品率偏低。

陶瓷膜制备过程主要有三个步骤：涂膜、干燥、烧结。其中涂膜和干燥过程对膜层的成品率及完整性起着至关重要的作用。在涂膜过程中，涂膜液的粘度与支撑体的浸浆时间和浸浆次数决定了膜层的厚度，在相同的涂膜液粘度条件下浸浆时间越长膜层越厚，但超过一定厚度就会导致膜层的开裂，形成不了完整的膜层。另外，在湿膜的干燥过程中，温度和湿度影响了膜层的完整性。其中温度的影响主要为以下2个方面：1、温度的升高有利于溶剂的挥发，可以缩短凝胶时间，从而减少内渗现象；2、过高温度会使得凝胶层在干燥过程中出现开裂现象，导致膜层不完整。

目前管式膜的制备工艺中，采用的均为静态的提拉浸渍，通过液位差来输送涂膜液，涂膜结束后将其转移到高温条件下烘干，该方法存在以下不足：

1、整个过程均为非连续操作，延长了制膜时间、制备过程复杂；

2、膜厚的控制仅靠浸浆时间控制，增加了内渗现象的发生，通量下降；

3、环境中的湿度、粉尘等因素对制备过程影响较大，导致成品率低；

发明内容

本实用新型的目的是提供一种涂膜装置，它能克服现行制备陶瓷超滤膜方法的缺点和不足，将涂膜和干燥过程集成到一个装置中，减少涂膜中溶胶在支撑体孔内的内渗现象以及制备过程中环境因素的影响，简化工艺，提高成品率，实现自动化，制备出孔径为2-10nm的小孔径陶瓷超滤膜。

本实用新型的主要技术方案如下：一种自动涂膜装置，其特征在于由可控温无尘橱E、溶胶瓶A、流量计C、泵B、支撑体D以及恒温恒湿箱或烘箱E组成；溶胶瓶A置于可控温无尘橱E中，支撑体D置于恒温恒湿箱或者烘箱E中，溶胶瓶A上端口b经管路连接到支撑体D上端c，溶胶瓶上端口a经管路顺序经过泵B、流量计C后与支撑体下端d连接。

上述的支撑体D为具有平均孔径为50-200nm单管或多通道管式陶瓷支撑体；通道形状是圆形、扇形、方形、星型或六角形。

上述的泵为柱塞泵、蠕动泵或齿轮泵。膜面流速通过泵控制为0.1m/s-1m/s；循环次数为1-10次。

利用上述装置制备陶瓷超滤膜的方法，其具体步骤为：首先将支撑体D置于恒温恒湿箱或烘箱E中进行预热处理；随后将涂膜液从溶胶瓶上端口a经泵B循环由支撑体D下端d进入冲刷支撑体进行涂膜，再由支撑体上端c流出从溶胶瓶A上端口b回到溶胶瓶中；涂膜后将表面含有涂层的支撑体在恒温恒湿或烘箱E中保温保湿；然后将湿膜晾干，焙烧后得到陶瓷超滤膜。

本实用新型所述的涂膜液是至少含有钛、铝、锆、硅元素中的一种元素的溶胶，这些元素在溶胶中的总含量0.01-2mol/L，溶胶制备所使用的溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、甲酰胺或二甲基甲酰胺；