[发明专利]一种石墨烯无机多孔陶瓷膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯无机多孔陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯粉体与去离子水、壳聚糖、微米级陶瓷粉、纳米级烧结助剂混合、沉降、抽滤、烘干形成改性石墨烯无机粉体；将改性石墨烯无机粉体、粘合剂混合得到预混陶瓷泥料，再进行练泥，挤出陶瓷膜生坯体，烘干、烧结成石墨烯无机多孔陶瓷膜。本发明制备的石墨烯陶瓷膜，工艺简单，能够有效的改善陶瓷膜的机械强度，特别是在增韧强度上，使得其在更加苛刻的强酸、强碱、跨越温差大的环境中稳定运行，并大大减少了陶瓷膜系统在运行中因设备震荡导致的断裂率。本发明的制备方法具有工艺流程简单、生产成本低、环境友好、生产连续化等优点，具备工业化生产的可能性。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，特别涉及无机膜制备领域，具体为一种石墨烯无机多孔陶瓷膜的制备方法。

背景技术

陶瓷膜(ceramic membrane)又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，根据在一定的膜孔径范围内，原料液在膜管内或膜外侧流动，水、无机盐、小分子物质(或液体)透过膜，悬浮物、胶和微生物等大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等

石墨烯是世上最薄最坚硬的纳米材料，单层石墨烯厚度仅为0.34nm且几乎透明，导热系数高达5300W/(m·K)，室温下电子迁移率超过15000cm²/(V·s)，比表面积达2965m²/g，拉伸强度约130GPa，弹性模量为1Tpa。将石墨烯均匀与氧化铝等陶瓷粉原料混合，在烧结过程中，石墨烯解决了传统陶瓷膜中烧结困难、成孔不易控制、能耗高的问题，制作而成的石墨烯陶瓷膜，有孔径易控制而分离效率高、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、机械强度高、再生性能好、能耗低、使用寿命长等众多优势。

目前，有关石墨烯导入到无机陶瓷膜的研究较少。中国专利号200510075913.0公开了一种陶瓷膜的制造方法，该方法包括：在基体上形成含有钙钛矿型溶胶凝胶原料和多核金属配位化合物原料的原材料体的工序，以及使上述原材料体结晶化的工序。包含通过使原材料体20结晶化而形成陶瓷膜30的工序，原材料体20以混合存在的状态含有种类不同的原料，种类不同的原料彼此在原料的结晶化中的晶体生长条件和晶体生长机理的至少一方存在相互不同的关系。根据本发明的制造方法，能够改善陶瓷膜的表面形态。该专利的不足之处在于烧结助剂众多，在实际的高温烧结中，结晶化过程不可控。中国专利号201510177549.2公开了一种水处理用管式膜的制备方法，其包括以下步骤：(1)制备支撑体：以氧化铝粉为骨料，加入碳化硅晶须、造孔剂、助烧剂和水混合成浆料后研磨，再对浆料陈化、烘干，然后加入增塑剂和水再次研磨，接着通过管模成型、烘干，然后烧结、清洗，得到管式支撑体；(2)制备溶胶：将研磨好的异丙醇铝加入热的去离子水中进行磁力搅拌，再分批加入硝酸，搅拌至溶液澄清透明，然后加入分散剂和消泡剂搅拌均匀，得到溶胶，再陈化溶胶；(3)涂覆：将支撑体外表面粘贴一层密封膜，再将支撑体浸入陈化的溶胶中，然后向上提拉出溶胶液面，使支撑体内表面涂覆一层液态膜；(4)凝胶化：除去密封膜，再将涂有液态膜的支撑体放置于。含有水蒸气的气氛中继续成膜，使液态膜转变成凝胶膜；(5)清洗、干燥：清洗管式支撑体的外表面，然后采用分级干燥法对凝胶膜干燥；(6)烧结：对干燥的凝胶膜烧结。该专利的不足之处在于工艺复杂，在实际工业量产中可控性差，容易造成质量不稳定，成本高，同时制备出来的陶瓷膜适用范围窄，耐酸碱性能一般。

本发明制备的石墨烯陶瓷膜，工艺简单，能够有效的改善陶瓷膜的机械强度，特别是在增韧强度上，使得其在更加苛刻的强酸、强碱、跨越温差大的环境中稳定运行，并大大减少了陶瓷膜系统在运行中因设备震荡导致的断裂率。本发明的制备方法具有工艺流程简单、生产成本低、环境友好、生产连续化等优点，具备工业化生产的可能性。