Способ получения пористой мембраны Советский патент 1990 года по МПК B01D69/00 

г 6Я22г255йй Яш Л.

Изобретение относится к способам получения тонкодисперсных мембран и может быть использовано в медицине, химии, пищевой и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение равномерности пористой структуры мембраны и увеличение прочности соединения тонкопористого слоя с носителем. Микропористый слой формируют из смеси высокодисперсного металлического или керамического порошка и порошка алюминия, соотношение диаметров частиц которых составляет 0,1 - 0,05, предварительную термообработку проводят в среде водяного пара при 140 - 170°С, а окончательную термообработку осуществляют при 400 - 600°С. 1 табл.

1.

(21)4469413/31-26

(22)29.07.88

(46) 07.05.90. Бюл. V 17

(71)Белорусский политехнический институт и Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии

(72)С.М.Азаров, В.Г.Горобцов, С.И.Гришин, М.А.Литвинец, Т.А.Смирнова, В.Е.Романенков и В.Г.Смирнов

(53)66.067.32 (088,8)

(56)Заявка ЕР № 144097, . В 01 D 13/04, 1985.

(54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ МЕМБРАНЫ

(57)Изобретение относится к спосоИзобретение относится к способам получения керамических и металлических тонкодисперсных мембран и может быть использовано в медицине, химии, пищевой промышленности, для разделения веществ, ультрафильтрации и т.д.

Целью H3o6peteHHH является повышение равномерности пористой структуры мембраны и увеличение прочности соединения микропористого слоя с носителем.

Сущность способа заключается в следующем.

На поверхность пористого проницаемого носителя из керамики или металла наносят суспензию, твердая фаза которой представляет смесь высокодисперсного керамического или металлического порошка и порошка алюминия, соотношение диаметров частиц которых

бам получения тонкодисперсных мембран и может быть использовано в медицине, химии, пищевой и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение равномерности по- 1эистой структуры мембраны и увеличение прочности соединения тонкопористого слоя с носителем. Микропористый слой формируют из смеси высокодисперсного металлического или керамического порошка и порошка алюминия, соотношение диаметров частиц которых составляет 0,1-0,05, предварительную термообработку проводят в среде водяного пара при 140-170°С, а окончательную термообработку осуществляют при 400-600°С. 1 табл.

I

составляет 0,1-0,05. При этом суспензия заполняет поровые каналы носителя на глубину, не превышающую двух диаметров пор носителя. После сушки носитель с нанесенным слоем помещают в камеру автоклава, где проводят предварительную термообработку в ере- де водяного пара при 140-170°С. Окончательной термообработкой на воздухе при 400-600СС формируют пористую проницаемую мембрану.

В процессе термообработки в среде водяного пара частицы порошка алюминия интенсивно окисляются, в результате чего объем частиц по сравнению с исходным возрастает в 1,5-2 раза.

Поскольку частицы заключены в замкнутом поровом пространстве носителя, то в объеме порошковой смеси возникают значительные механические напряжения, под действием которых происходит уплотнение высокодиперсного порошка, заполняющего поровое пространство между частицами алюминия, и самоспрессовывание порошковой смеси в поровых каналах носителя.

Окончательная термообработка способствует превращению гидрооксида алюминия, сформированного на части- цах алюминия при обработке в среде водяного пара, в кристаллический оксид. В результате превращения площад оксида, покрывающего частицы, уменьшается, обнажаются участки металла и происходит дополнительное окисление алюминия, уплотнение высокодисперсного порошка, упрочнение порошковой смеси в поровых каналах носителя и формирование мембраны с микро- пористым слоем.

При температуре обработки водяным паром ниже ЙО°С объем частиц алюминия увеличивается не более чем на 10 30%. Вследствие этого самоуплотнение порошковой смеси в поровых каналах осуществляется неполностью. Происходит вынос частиц высокодисперсного порошка из поровых каналов при повышенном давлении газа или жидкости. При температуре водяного пара более 170°С его равновесное давление возрастает до 10-12 атм, что технологически невыгодно.

При температуре окончательной тер- мерности пористой структуры мембраны.

,-.«r. «r - fnno,. Пример (по прототипу). Пористую заготовку из оксида титана с пористостью 35% и размером пор 80мообработки более 600°С происходит частичный выход квазирасплава алюминия в поровое пространство, что уменьшает равномерность структуры микропористого слоя. При температуре менее 00°С гидрооксид алюминия не полностью превращается в оксид, вследствие чего не происходит дополнительного окисления порошка алюминия и уплотнения порошковой смеси.

Соотношение диаметров частиц высокодисперсного порошка и порошка алюминия 0,1-0,05 обеспечивает максимально плотную упаковку частиц в смеси за счет заполнения порового пространства между частицами алюминия , частицами высокодисперсного порошка. Это позволяет добиться максимального самоуплотнения порошковой смеси в процессе предварительной термической обработки в среде водяного пара и обеспечить равномерную структуру -микропористого слоя о

40

45

50

55

120 мкм нагружают в золь бемита, сушат при 990°С и отжигают при 1100°С. Максимальный размер пор полученной (мембраны 1-3 мкм, средний размер пор |0,2-0,7 мкм. После k ч продувки сжатым воздухом под давлением 2,5 атм максимальный размер пор увеличивается до 8-10 мкм.

П р и м е р 2. Водной суспензией смеси порошков SiC со средним диаметром частиц 1-1,5 мкм и алюминия ПА-ВЧ со средним диаметром частиц 10-20 мкм покрывают поверхность пористой заготовки из титана с диаметром пор 12Я- 150 мкм так, чтобы поровые каналы заготовки были заполнены суспензией на глубину 1-1,5 диаметра пор заготовки. После сушки при комнатной температуре на воздухе заготовку помещают в камеру автоклава и подвергают обработке водяным паром при в теп

5

0

При соотношении диаметров частиц в смеси более 0,1 не обеспечивается плотная упаковка частиц, уменьшается насыпная плотность, частицы высокодисперсного порошка попадают в область контакта между частицами алюминия. В результате формируется микропористая структура с отдельными крупными порами.

При соотношении диаметров частиц менее 0,05 происходит сегрегация высокодисперсного порошка в смеси, неравномерное заполнение пространства между частицами алюминия и образование крупных пор в микропористом слое.

Существенным отличием предлагаемого способа от известного является то, что совокупность операций, включающих смешивание высокодисперсного металлического или керамического порошка с порошком алюминия, соотношение диаметров частиц которых составляет 0,1- 0,05, предварительную термообработку в среде водяного пара при 1 0-170 С и окончательную термообработку при 00-600°С позволяет осуществить само- . уплотнение порошковой смеси в поровых каналах заготовки и добиться максимально плотной упаковки частиц в смеси. Этим достигается увеличение прочности соединения микропористого ,слоя с носителем и повышение равно0

5

0

5

120 мкм нагружают в золь бемита, сушат при 990°С и отжигают при 1100°С. Максимальный размер пор полученной (мембраны 1-3 мкм, средний размер пор |0,2-0,7 мкм. После k ч продувки сжатым воздухом под давлением 2,5 атм максимальный размер пор увеличивается до 8-10 мкм.

П р и м е р 2. Водной суспензией смеси порошков SiC со средним диаметром частиц 1-1,5 мкм и алюминия ПА-ВЧ со средним диаметром частиц 10-20 мкм покрывают поверхность пористой заготовки из титана с диаметром пор 12Я- 150 мкм так, чтобы поровые каналы заготовки были заполнены суспензией на глубину 1-1,5 диаметра пор заготовки. После сушки при комнатной температуре на воздухе заготовку помещают в камеру автоклава и подвергают обработке водяным паром при в темение 6,5 ч. Затем заготовку отжигают на воздухе при 550°С в течение 1 ч. Средний размер пор полученной мембраны 0,1-0,5 мкм, максимальный 0,7-1 мкм. После k ч продувки сжатым воздухом под давлением 2,5 атм максимальный размер пор не изменяется.

В. таблице приведены результаты исследования мембраны, полученные при различных режимах.

Как показывают исследования, предлагаемый способ позволяет увеличить прочность соединения микропористого слоя с заготовкой и повысить равномерность пористой структуры мембраны,

Формула изобретения Способ получения пористой мембраны, включающий изготовление пористрРезультаты исследования свойств пористых мембран

0,075 160

0,1 170

0,05 0,075

ЙО 120

0,075 160

5500,8-1,20,2-0,5

6000,7-1,00,1-0,6

tOO1-1,50,2-0,7

5508-121-3

650

0,2 160 550 1,5-2,5 0,5-O.J

0,01 160 550 2-3 0,1-0,7

0,01 160 550 2-3 0,1-0,7

1561999

го проницаемого носителя, нанесение микропористого слоя на поверхность .носителя с одновременным частичным заполнением поровых каналов, предварительную и окончательную термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности пористой структуры мембраны и увеличения прочности соединения микропористого слоя с носителем, микропористый слой выполняют из смеси высокодисперсного металлического или керамического порошка и порошка алюминия,

соотношение диаметров частиц которых составляет 0,1-0,05, предварительную термообработку проводят в среде водяного пара при ИО-170°С, а окончательную термообработку осуществляют

при ,00-600°С.

размер пор макс, увеличился до 10 мкм

Середина диапазона

Верхняя граница диапазона Нижняя граница диапазона Нарушение нижней границы диапазона предварительной ТО

Нарушение верхней границы диапазона окончательной ТО Выход расплавленного алюминия в поры

Нарушение верхней границы диапазона соотношения диаметров частиц Нарушение верхней границы диапазона соотношения диаметров частиц Нарушение нижней границы диапазона соотношения диаметров частиц