一種組合式平板蜂窩陶瓷膜的制作方法

本實用新型涉及膜分離技術領域，尤其涉及一種平板蜂窩陶瓷膜。

背景技術：

膜分離技術已被國際上稱為二十一世紀最具應用前景的高新技術之一。陶瓷膜是新一代膜分離技術，是以Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、SiC等原料經一系列特殊工藝制作而成的具有多孔結構的分離材料。陶瓷膜根據形狀分為管狀、多通道和平板狀。與傳統的管狀和多通道陶瓷膜不同，平板陶瓷膜采用外壓式過濾，陶瓷膜的外表面為分離層，膜孔道為滲透液通道。由于具有蛋殼效應，采用此結構，對于超薄的平板陶瓷膜，其支撐體的壁厚可以小至1mm，整個平板膜的厚度在3～5mm，從而大幅降低了陶瓷膜的滲透阻力。但是，這種結構也必然帶來以下問題：

(1)增加了對成型技術的要求。尤其是采用擠出成型法，需要控制泥料性質以避免陶瓷膜支撐體變形。

(2)陶瓷膜的整體強度不夠。盡管膜材料的彎折強度沒有變化，但是，由于支撐體厚度較小，陶瓷膜所能承受的壓力較小，容易折斷。

(3)單位體積的膜面積較小。由于采用平板結構，陶瓷膜的外表面積即為膜表面積，就組件而言，單位體積內所能安裝的陶瓷膜的膜面積要小于多通道陶瓷膜。

(4)陶瓷膜分離層的制備難度增加。由于支撐體的厚度降低，采用傳統浸漿法難以獲得足夠的膜層厚度(一般＜10μm)，易產生膜缺陷。

目前，現有技術對于平板狀陶瓷膜支撐體的制備，也有采用注射成型、凝膠注模成型等方法，但從陶瓷膜支撐體的性能和制備效率考慮，擠出成型法仍具有明顯的優勢。然而，現有技術擠出成型的方法并未針對超薄的平板陶瓷膜的制備技術提出有效的改進措施。此外，為進一步提高單位體積膜面積，目前也研究開發了大尺寸的薄壁中空平板陶瓷膜。但尺寸越大，無論是在成型還是在后期干燥和煅燒過程中均容易導致變形，特別是會增加陶瓷膜出現膜缺陷的概率。而且，隨著尺寸的變大，薄板容易在膜過濾過程中出現顫動現象，極易因共振而斷裂。

在制備分離膜層方面，現有技術通常采用的是浸漿法，此外還有采用真空浸漬涂膜的方法，但并沒有特殊改進。為此，也研究開發了等離子噴涂制備分離膜層，但明顯增加了陶瓷膜成本；而采用壓縮空氣為氣源，通過噴涂制備膜層，在壓縮空 氣的吹拂下，膜層容易因快速干燥而開裂。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種組合式平板蜂窩陶瓷膜，以平板狀蜂窩陶瓷膜板為單元，通過拼合的方式獲得大尺寸、不同形狀結構的組合式平板蜂窩陶瓷膜。

本實用新型的目的通過以下技術方案予以實現：

本實用新型提供的一種組合式平板蜂窩陶瓷膜，由平板狀蜂窩陶瓷膜單元拼合構成；所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元為窄板狀，其兩邊側的邊緣形狀呈中心旋轉對稱；所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元之間沿寬度方向以邊側相連拼接。

本實用新型平板狀蜂窩陶瓷膜單元兩個邊側的邊緣呈中心旋轉對稱，因此在寬度方向陶瓷膜單元之間能夠很好地嵌合連接。進一步地，本實用新型所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元的寬度≤15cm。

上述方案中，本實用新型所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元的邊側其邊緣截面形狀為直線、弧線、曲線、折線中的一種或其組合。所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元之間呈平面、折角結構、或W型瓦楞狀拼合連接，從而可以獲得平面或者彎折結構組合的大尺寸平板蜂窩陶瓷膜，而且彎折結構有利于提高平板蜂窩陶瓷膜在運行過程中的結構穩定性。

上述方案中，本實用新型所述平板狀蜂窩陶瓷膜單元其上下外表面為分離膜層，其內具有單排或雙排滲透液孔道。所述分離膜層的厚度為15～25μm。

本實用新型具有以下有益效果：

(1)本實用新型僅以平板狀蜂窩陶瓷膜單元，通過多個單元的拼合，即可獲得大尺寸的、不同形狀結構的組合式平板蜂窩陶瓷膜。以180°、呈平面結構的方式拼接，可獲得大尺寸平板蜂窩陶瓷膜的單位體積膜面積；以其他角度拼合所形成的彎折結構、W型瓦楞狀，具有三角支撐效應，有利于提高運行時的結構穩定性，對于較長長度的平板蜂窩陶瓷膜(例如大于1m)，可有效降低膜過濾過程中料液對支撐體的沖刷而導致的陶瓷膜共振，從而有效降低了陶瓷膜斷裂的可能性；而且，這種彎折、W型瓦楞狀等結構，也有助于提高料液的湍流程度，減少膜污染，提高膜的滲透性能。

(2)本實用新型采用拼接的方式，組合靈活，更換方便。由于平板蜂窩陶瓷膜的分離膜層在陶瓷膜的上下外表面，因此各陶瓷膜單元的拼合連接不會對膜分離性 能產生影響，可以自由組合。而且，如單個陶瓷膜單元的分離性能下降，僅通過更換有缺陷的陶瓷膜單元，即可保持大尺寸平板蜂窩陶瓷膜的性能。

附圖說明

下面將結合實施例和附圖對本實用新型作進一步的詳細描述：

圖1是本實用新型實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的截面示意圖之一；

圖2是本實用新型實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的截面示意圖之二；

圖3是本實用新型實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的截面示意圖之三；

圖4是本實用新型實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的截面示意圖之四；

圖5是圖1～4所示實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的連接方式示意圖之一；

圖6是圖1～4所示實施例平板狀蜂窩陶瓷膜單元的連接方式示意圖之二。

圖中：平板狀蜂窩陶瓷膜單元的寬度W，支撐體1，滲透液孔道2，平板狀蜂窩陶瓷膜單元之間沿寬度方向的拼接角度α、β

具體實施方式

實施例：

圖1～圖6所示為本實用新型一種組合式平板蜂窩陶瓷膜的實施例，由平板狀蜂窩陶瓷膜單元拼合構成。如圖1所示，平板狀蜂窩陶瓷膜單元為窄板狀，其寬度W為7～15cm、長度為1～1.2m，其兩邊側的邊緣形狀呈中心旋轉對稱。邊側的邊緣其截面形狀為直線、弧線、曲線、折線中的一種或其組合。

平板狀蜂窩陶瓷膜單元由支撐體1、以及位于支撐體上下外表面的分離膜層組成。如圖1所示，支撐體1內具有位于中部的單排或雙排滲透液孔道2，單個滲透液孔道2的寬度為3mm、高度為1mm。對于單排滲透液孔道的平板狀蜂窩陶瓷膜單元，其厚度為3mm、壁厚為1mm；對于雙排滲透液孔道的平板狀蜂窩陶瓷膜單元，其厚度為5mm、壁厚為1mm，上下滲透液孔道間距為1mm。

平板狀蜂窩陶瓷膜單元其邊側的邊緣截面形狀，可以是半徑為1.5mm的弧線(見圖1)、或半徑為1.5mm的弧線組合成的曲線(見圖2)、或角度為60°的直線(見圖3)、或半徑為2.5mm的弧線組合成的曲線(見圖4)。

本實施例組合式平板蜂窩陶瓷膜，通過上述多個平板狀蜂窩陶瓷膜單元的拼合構成，由于陶瓷膜單元其兩邊側的邊緣形狀呈中心旋轉對稱，因此，各陶瓷膜單元之間沿寬度方向以邊側相連能夠很好地嵌合連接。可以采用180°、呈平面結構的 方式拼接而獲得大尺寸平板蜂窩陶瓷膜的單位體積膜面積；也可以采用其他角度呈彎折結構、或W型瓦楞狀的方式拼接，如圖5所示是以任意角度(如α、β)連接，如圖6所示是以固定角度連接。

本實施例中平板狀蜂窩陶瓷膜單元的制備，其步驟如下：

(1)擠出成型法制備平板狀蜂窩陶瓷膜單元的支撐體

將50kg氧化鋁粉(平均粒徑為40μm)、4kg淀粉、2.5kg羥丙基甲基纖維素在混料機中混合均勻后，加入2kg甘油、0.5kg聚乙烯醇、9kg水在捏泥機中捏合成泥，陳腐1周后，通過臥式擠出機擠出成型，然后于恒溫恒濕干燥箱中(溫度為80℃，濕度為90％)干燥24h，經1650℃煅燒4h，得到平均孔徑為4.2μm、兩端呈中心旋轉對稱的平板狀蜂窩陶瓷膜單元的支撐體；

(2)噴墨打印法制備平板狀蜂窩陶瓷膜單元的分離膜層

將0.05g Dolapix CE-64溶解于90g水中，加入10g氧化鋁粉(平均粒徑為1μm)，再加入0.35g聚乙烯醇1750(聚乙烯醇需事先配制成濃度為12wt％溶液)，在劇烈攪拌條件下進行混合而獲得穩定的懸浮液；將懸浮液置于噴墨打印機中，噴涂于上述平板狀蜂窩陶瓷膜單元支撐體的表面而得到分離膜層，膜層厚度為25μm；室溫干燥后，經1450℃煅燒3h，得到分離膜層平均孔徑為0.5μm的平板狀蜂窩陶瓷膜單元。