[发明专利]一种陶瓷膜材料组件

说明书

本发明公开了一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为10μm～20μm；所述陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；所述中间过渡层为SiC粗孔膜层，中间过渡层的平均孔径为100nm～500nm；所述陶瓷膜层为多孔纯SiC膜层，陶瓷膜层的平均孔径为1nm～2nm。该陶瓷膜材料组件具有孔径小且分布均匀从而分离精度高，韧性好、强度高、耐高温、耐酸碱等优点。

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷膜技术领域，尤其涉及一种陶瓷膜材料组件。

背景技术

膜分离过程是含溶解的溶质或悬浮微粒的液态经过膜，其中溶剂和溶质小分子透过膜，溶质大分子和悬浮颗粒被膜截留。与有机膜相比，无机陶瓷膜是由金属氧化物或混合金属氧化物粉体经高温烧结而成的具有一定选择性分离性能的精密陶瓷材料，具有化学稳定性好，机械强度大，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等优点，可应用于气体分离、液体分离净化和膜反应器，在食品工业、制药和生物工程、化学和石油化工工业以及环境保护等领域均有广泛的应用。

国内对陶瓷膜的研究始于上世纪90年代后期，主要集中在氧化铝膜材料，并在污水处理方面开展了应用，取得了良好的效益。但是在工业废水方面，其废水往往存在排放量大、高温、高碱度、高酸度、含重金属等特点，对无机陶瓷膜的过滤性能提出了更高的要求，目前广泛使用的氧化铝膜材料，难以抵抗强酸、强碱环境，高温热稳定性能差，在上述苛刻环境条件下工作使用寿命将大大缩短，导致污水处理成本增加。此外，氧化铝膜材料亲水性能一般，导致污水处理效率低，在一定程度上也增加了治污成本。碳化硅化学稳定性极好，耐强酸、碱，可在pH值0-14的范围内使用，高温稳定性好，且亲水性能好，其性能特点使碳化硅陶瓷膜在污水处理方面具有天然的优势，是今后无机陶瓷膜发展的重要方向。

但是目前的碳化硅陶瓷膜大多是粗颗粒碳化硅及粘结剂堆积烧结而成，其孔隙为颗粒堆积间隙形成，存在孔径分布不均匀，孔径大多在100nm以上，对水中微小悬浮颗粒、大的胶体粒子和细菌的分离非常有效，但在小分子溶质、病毒等的分离方面存在严重不足，孔径分布不均匀和孔径过大导致过滤精度差，这极大地限制了陶瓷膜在分离精度要求高的许多领域的应用。另外，膜组件在安装和工作时经常受到来自泵压马达的振动所产生的机械和热应力，同时还有膜分离过程中会反复受到脉冲式气、水等冲击或反冲洗，由于陶瓷支撑体是采用多孔陶瓷基材料制成，这些陶瓷材料的脆性大，在遭受高的机械应力时容易破碎和裂开，这也大大限制了它的工业推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种孔径小且分布均匀从而分离精度高，韧性好、强度高、耐高温、耐酸碱的陶瓷膜材料组件，还相应提供该陶瓷膜材料组件的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种陶瓷膜材料组件，包括陶瓷膜基体、依次位于陶瓷膜基体表面的中间过渡层、陶瓷膜层，所述陶瓷膜基体的内层为纯碳层，内层的平均孔径为300μm～500μm，外层为C和SiC组成的复合层，外层的平均孔径为10μm～20μm；所述陶瓷膜基体的内层和外层的孔隙贯通；所述中间过渡层为SiC中间过渡层，中间过渡层的平均孔径为100nm～500nm；所述陶瓷膜层为多孔纯SiC层，陶瓷膜层的平均孔径为1nm～2nm。

优选地，上述的陶瓷膜材料组件通过以下方法制备：

(1)制备陶瓷膜基体

(1.1)采用平均孔径为300μm～500μm的泡沫沥青为原料，根据所需形状制备陶瓷膜预基体，浸入处于热处理炉中的熔融Si中，炉内保持惰性气氛，浸入时间为30min～60min；

(1.2)将陶瓷膜预基体从熔融Si中取出，炉内再升温150℃～250℃，保持惰性气氛，保温2h～4h后随炉冷却至室温，得到陶瓷膜基体；

(2)制备中间过渡层