[发明专利]一种银掺杂的金属陶瓷复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种银掺杂的金属陶瓷复合膜及其制备方法，该陶瓷膜材料之中掺杂适量的纳米或者微米级的金属银，制备得到具有金属-陶瓷复合结构的分离膜材料。

背景技术

膜分离法是无相变分离过程，具有节能、高效、操作简便、环境友好等特点，目前已在石油化工、生物医药和食品等领域的分离与纯化过程中得到广泛应用。随着膜技术领域的不断拓展，对膜的性能提出了更高的要求，希望膜材料具有更好的完整性、更强的抗污染性以及抗菌性能。

陶瓷膜是目前常用的一种膜材料，相对于有机膜来说，陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度大、耐高温、分离效率高等优点。陶瓷膜的不足之处在于，热处理过程中，由于陶瓷材料本身刚性较大，弹性模量较高，在热收缩过程中容易造成开裂；由于陶瓷材料本身比较亲水，在工业化过程中膜层容易被污染，造成通量的衰减，即膜分离性能和渗透性能的下降。

中国专利CN103463998A中提出在溶胶制备过程中通过加入贵金属Pd代替有机添加剂，可以制备完整无缺陷的小孔径陶瓷膜。但是金属钯价格较高，使得金属陶瓷复合膜的制备成本难以降低，因此需要寻找更低成本的金属掺杂原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有抗菌性能、膜层结合力高、不易出现膜层开裂缺陷的陶瓷膜，是通过在陶瓷膜材料之中掺杂适量的纳米或者微米级的金属银，制备得到具有金属-陶瓷复合结构的分离膜材料。

技术方案：

根据本发明的一个方面，银掺杂的金属陶瓷复合膜，在复合膜的分离层中掺杂银，银的掺杂量是分离层基质重量1～20％。更优选的，是5％～15％；最优选，10％。

所述的银的存在形式主要是金属单质银，同时也存在少量的氧化银；优选地，其中至少有80％是以单质银的形式存在；更优是90％以上；最优是100％。

优选地，所述的分离层基质的是由Ti、Zr、Al、Mg构成的金属氧化物中的一种或者几种的混合物；在一些应用场合下，优选采用TiO₂。

根据本发明的另一个方面，上述复合膜的制备方法，最优是采用固体颗粒烧结法。

基于银掺杂的金属陶瓷复合膜的制备方法，包括有如下步骤：配置制膜液、涂膜、干燥、烧结，所述的制膜液中包含有陶瓷颗粒粉体；在配置制膜液的过程中，在制膜液中添加可溶性的银盐、银单质中的一种或者几种的混合物。

优选地，所述的银盐是选自AgNO₃、AgClO₄或Ag(NH₃)₂OH。

优选地，所述的银单质的粒径范围是纳米级或者亚微米级；更优选的，是5nm～300nm。

优选地，在制膜液中还包括加入分散剂、增稠剂中的一种或几种的混合物。其中，分散剂选择阳离子型分散剂，如聚乙烯亚胺、聚乙二醇、柠檬酸铵中的一种或者几种。增稠剂优选为甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇或甘油中的一种或者几种的混合物。

优选地，所述的陶瓷颗粒粉体粒径范围为5～500nm，更优选是20～200nm。

优选地，所述的涂膜过程是采用浸浆法。

优选地，涂膜-干燥-烧结步骤可以重复一次，也可以多次重复。

优选地，干燥过程的参数是：恒温温度为20～100℃，恒湿湿度在相对湿度20～80％，保温时间为4～48h。

优选地，烧结过程可以选自如下两种：第1种、在空气气氛中烧结；第2种、先在空气气氛中烧结，再在氩气气氛中烧结。

优选地，对于上述的第1种，参数是：烧结温度300～800℃，保温时间是0.5～3h，升温及降温速度范围是0.25～5℃/min。

优选地，对于上述的第2种，参数是：在空气气氛中烧结温度300～500℃，保温时间是0.5～3h，在氩气气氛下烧结温度300～700℃，升温及降温速度控制范围0.25～5℃/min，保温时间0.5～3h。

根据本发明的另一个方面，银作为掺杂剂在提高陶瓷膜抗菌性能中的应用。

根据本发明的另一个方面，银作为掺杂剂在提高非对称陶瓷膜的分离层与支撑层之间结合力中的应用。

根据本发明的另一个方面，银作为掺杂剂在提高氧化钛陶瓷膜吸光性能中的应用。

有益效果