DE69631093T2

DE69631093T2 - Anorganischer, poröser träger für eine filtrationsmembran und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69631093T2
Application number: DE69631093T
Authority: DE
Inventors: Andre Grangeon; Philippe Lescoche
Original assignee: T A M I IND NYONS; TAMI Industries SA
Current assignee: T A M I IND NYONS; TAMI Industries SA
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: FR2729584B1; EP0751817A1; DE69631093D1; FR2729584A1; US5824220A; WO1996022829A1; EP0751817B1

Description

TECHNISCHES GEBIET:
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Molekular- oder Teilchentrennung, die Trennelemente, im Allgemeinen Membranen genannt, einsetzt, die aus anorganischen Stoffen hergestellt und von einem porösen Träger gebildet sind, auf dem mindestens eine Trennschicht aufgebracht ist, deren Art und Morphologie derart vorgesehen sind, dass sie die Trennung der Moleküle oder Teilchen, die in dem zu behandelnden flüssigen Medium enthalten sind, sicher stellt.
Der Gegenstand der Erfindung betrifft genauer die Herstellung der anorganischen porösen Träger, aus denen die anorganischen Membranen bestehen.
STAND DER TECHNIK:
Herkömmlicherweise ist eine Membran durch die Verbindung eines porösen Trägers aus Keramikmaterial definiert, auf dem Schichten aus anorganischem Material aufgebracht sind, die miteinander und mit dem Träger durch Sintern verbunden sind. Die Rolle der Schichten besteht darin, die Trennung der Molekular- oder Teilchengattungen sicher zu stellen, während die Rolle des Trägers darin besteht, durch seinen mechanischen Widerstand die Herstellung von Schichten mit geringer Dicke zu ermöglichen. So muss der Träger die mechanische Festigkeit ermöglichen, ohne an der hydraulischen Festigkeit der Membran beteiligt zu sein, während die Schicht die Durchlässigkeit definieren muss, ohne an der mechanischen Festigkeit beteiligt zu sein.
Zahlreiche Trägertypen sind im Stand der Technik bekannt. Der häufigste Typ ist ein Träger aus reinem Aluminiumoxid. Seine Herstellung umfasst Verfahren des Mischens zwischen dem Aluminiumoxid und diversen Zusätzen, wie beispielsweise einem organischen Bindemittel, das es ermöglicht, die Körner miteinander vor dem Sintern zu verbinden, wobei es ein Schmiermittel ermöglicht, das Abfließen der Paste in die Ziehdüse beim Formguss oder eines grenzflächenaktiven Wirkstoffes, der die Benetzung der Teilchen mit der Suspensionsflüssigkeit begünstigt, zu erleichtern. Die erhaltene Paste wird dann einem Formgussverfahren durch eine Ziehdüse unterzogen, deren Form an die zukünftige Geometrie des Trägers angepasst ist. Nach dem Trocknen des gezogenen Produktes wird eine so genannte Schrühbrand-Aushärtung durchgeführt, um einen Reaktionsbeginn zwischen den Aluminiumoxidteilchen zu ermöglichen, um insbesondere alle organischen Stoffe zu beseitigen, die die Sinterreaktion hemmen könnten. Dann erfolgt ein Sinterverfahren durch Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur. Für das Aluminiumoxid beträgt die Sintertemperatur ungefähr 1 800°C.
Herkömmlicherweise entspricht das Sintern der Reaktion im festen Zustand zwischen mineralischen Teilchen, die auf vereinfachte Weise als in Kugelform vorhanden betrachtet werden können. Nach den Formguss- und Trocknungsvorgängen sind die Teilchen miteinander in Kontakt. Jeder Kontaktpunkt definiert gewissermaßen einen Hals mit einem Durchmesser praktisch gleich Null, und das Volumen um einen Hals kann mit dem konkaven Teil eines Kapillarmechanismus gleichgesetzt werden. Während der Wärmebehandlung unterliegen die Teilchen Zustandsveränderungen. Zwei Hauptparameter regeln das Sintern, nämlich einerseits der äquivalente Durchmesser des konkaven Teils um jeden Hals, der von der Größe der Teilchen abhängt, und andererseits die Viskosität des Materials sowie sein Partialdruck, die von der Temperatur der Wärmebehandlung abhängen. So ist, je kleiner die Teilchen sind, der äquivalente Durchmesser der konkaven Teile ebenfalls klein. Eine starke Viskosität ist somit ausreichend, um die Bildung der Hälse zu verwirklichen, so dass die Temperatur der Wärmebehandlung gering ist. Umgekehrt, je größer die Teilchen sind, desto geringer muss die Viskosität sein, was zu einem hohen Wert der Sintertemperatur führt. Jedoch die Erhöhung der gelieferten Energiemenge führt zum Erhalt eines gesinterten Trägers, der eine Dichte gleich jener der Teilchen besitzt, so dass die Porosität gleich Null ist.
Um einen porösen Körper nach dem Sintern zu erhalten, muss somit die Wärmeenergiemenge begrenzt werden, um Hälse mit ausreichendem Volumen zu erhalten, damit die Porosität groß und die mechanische Festigkeit hoch ist. Es ist zu berücksichtigen, dass, je höher die Sintertemperatur ist, desto größer die Hälse sind, was zum Erhalt eines Trägers führt, der eine starke mechanische Festigkeit und eine geringe Porosität aufweist.
Um zu versuchen, diesen Widerspruch zu beseitigen, schlug die Patentanmeldung FR 2 693 921 vor, einen anorganischen Träger zu verwirklichen, dessen mineralische Zusammensetzung thermisch stabiles Aluminiumoxid in Verbindung mit einem Titanoxid umfasst. Die Verbindung zwischen den Aluminiumoxidteilchen erfolgt mit dem Titanoxid, das die Rolle eines mineralischen Bindemittels innehat. Diese Methode ermöglicht es, Sintervorgänge bei wesentlich geringeren Temperaturen als im Falle von reinem Aluminiumoxid durchzuführen. Allerdings, wenn die Sintertemperatur bis auf Werte von über 1 275°C erhöht wird, bringt die Reaktion zwischen dem Aluminiumoxid und dem Titan eine Titanaluminatphase zum Vorschein, die einen ganz anderen Längsdehnungskoeffizienten als das Aluminiumoxid und das Titanoxid aufweist. So bringt während des Abkühlens nach dem Sintern dieser Dehnungsunterschied Spannungen hervor, die zu Rissbildungen führen. Das erhaltene Produkt ist zerbrechlich und nicht als Membranträger verwendbar.
Es ist aus dem Patent US-A-5 175 132 auch eine keramische Zusammensetzung bekannt, die einen mineralischen Füllstoff und ein mineralisches Bindemittel umfasst, das aus einer Mischung von Oxiden von mindestens zwei Metallen gebildet ist. Diese Zusammensetzung wird weiterentwickelt, um eine Sintertemperatur zwischen 800 und 1100°C und den Erhalt eines nicht porösen Trägers zu ermöglichen. Es ist klar, dass es ein solches Dokument nicht ermöglicht, einen an die Filtration angepassten porösen Träger zu erhalten. Ferner ermöglicht es ein solches Dokument nicht, das Problem der Rissbildung des Trägers zu lösen, das durch das Vorhandensein einer Titanaluminatphase bei Temperaturen von mehr als 1 275°C auftritt.
DARLEGUNG DER ERFINDUNG:
Der Gegenstand der Erfindung soll die oben erwähnten Nachteile vermeiden, indem ein anorganischer Träger für die Filtration vorgeschlagen wird, der derart ausgeführt ist, dass er eine gute mechanische Festigkeit durch die Nichtbegrenzung der Sintertemperatur und gleichzeitig eine hohe Porosität von mehr als 25% bietet.
Die Erfindung umfasst einen anorganischen Träger, der dazu bestimmt ist, einen Träger für eine Filtrationsmembran zu bilden, wobei der Träger:

– eine Porosität von mehr als 25% aufweist,
– eine mechanische Festigkeit, die definiert ist durch den Wert der Biegespannung für ebene Träger, von mehr als 15 Megapascal, und durch den Wert der Zugspannung für röhrenförmige Träger, von mehr als 5 Megapascal, besitzt,
– durch Sintern bei einer Temperatur zwischen mehr als 1 300°C und 1 500 °C erhalten wird,
– umfasst:
– einen mineralischen Füllstoff, der
– eine Korngröße von mehr als 20 um aufweist,
– eine Metallverbindung ist, die ein einziges Metall aus den folgenden Metallen enthält: Aluminium, Silicium und Titan,
– sowie ein mineralisches Bindemittel, dessen Gewichtsanteil in Bezug auf den Füllstoff kleiner als 70% ist, wobei das mineralische Bindemittel entweder ein Sandstein oder ein Titanat der Formel Ti_xM_yO_{((x + vy)/2)} ist, mit x = Anzahl der Gramm-Atome Ti, y = Anzahl der Gramm-Atome M, v = Wertigkeit von M, wobei M ein Metall ist, das aus Zirkonium, Calcium, Kupfer, Mangan oder Aluminium so gewählt ist, dass es ein Gemisch aus Oxiden von Ti und M umfasst,
– und kein Titanaluminat (Al₂TiO₅) aufweist, das an dem Träger Mikrorisse zu erzeugen vermag.

BESSERE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG:
Der Gegenstand der Erfindung soll somit einen anorganischen Träger bilden, umfassend einen ersten Teilchentyp, Füllstoff genannt, der eine Korngröße von mehr als 20 μm aufweist. Unter den Bedingungen einer Wärmebehandlung des porösen Körpers kommt es zu keiner oberflächlichen Erweichung der Teilchen des Füllstoffes, so dass sein Material nicht an der Bildung der Hälse beteiligt sein kann, wie in dem Oberbegriff der vorliegenden Patentanmeldung definiert. Umgekehrt und immer noch unter den Bedingungen einer Wärmebehandlung des porösen Körpers unterliegt der zweite Teilchentyp, der Teil der Zusammensetzung des Trägers ist, einer starken oberflächlichen Erweichung, die es ihm ermöglicht, sich an die Teilchen des Füllstoffes zu kleben. Dieser zweite Teilchentyp wird mineralisches Bindemittel genannt.
Es scheint somit, dass bei einer selben Sintertemperatur der mineralische Füllstoff und das mineralische Bindemittel sehr unterschiedliche Viskositäten aufweisen. Bei der Sintertemperatur zwischen 1 200 und 1 500°C verhält sich der mineralische Füllstoff wie ein Skelett, da es nicht ausreichend reagierend ist, während das mineralische Bindemittel die Verbindung zwischen den Teilchen des Füllstoffes sicher stellt, um die Kohäsion des porösen Trägers zu ermöglichen. Es muss verstanden werden, dass der mineralische Füllstoff als nicht reagierend unter den Bedingungen einer Wärmebehandlung des porösen Trägers angesehen wird, wenn dieser letztgenannte nur den Füllstoff umfassen würde. Es ist zu berücksichtigen, dass der mineralische Füllstoff eine metallische Verbindung ist, die nur ein einziges aus den folgenden Metallen enthält: Aluminium, Silicium und Titan. Ferner ist das mineralische Bindemittel in Form eines Gemisches von Oxiden von mindestens zwei Metallen vorhanden, so dass unter den Bedingungen einer Wärmebehandlung des porösen Trägers niemals eine Verbindung aufscheint, die die Entstehung von Mikrorissen bewirken könnte. Das mineralische Bindemittel reagiert mit dem Füllstoff, um einen Träger zu erhalten, der eine Porosität von mehr als 25% und eine mechanische Festigkeit aufweist, die für flache Formen des Trägers durch den Wert der Biegespannung von mehr als 15 Megapascal definiert ist.
Die untenstehende Tabelle gibt den Prozentsatz des Füllstoffes im Vergleich mit dem mineralischen Bindemittel für zwei Extremwerte der Porosität und für zwei mineralische Bindemittel an, nämlich Sandstein und Zirkoniumtitan (TiZ₃O₄).
TABELLE 1
In Tabelle 1 wurde als Füllstoff Korund verwendet.
Um einen an die Filtration im flüssigen Medium angepassten Träger herzustellen, ist eine Textur erforderlich, die einen durchschnittlichen äquivalenten Durchmesser von ungefähr 5 bis 6 μm und eine Porosität von mehr als 25% umfasst. Die Tabelle 1 ermöglicht es, die Anteile des mineralischen Füllstoffes je nach seiner Natur und der zu erzielenden Porosität anzunähern. Der Gewichtsprozentsatz des Bindemittels im Vergleich mit dem Füllstoff ist geringer als 70%.
Bei einer ersten Ausführungsvariante ist der verwendete mineralische Füllstoff ein Sandstein. Auch wenn die Definition des Sandsteins wenig präzise ist und nicht einer exakten Zusammensetzung entspricht, wird angenommen, dass die Sandsteine Teil der folgenden mineralischen Gruppen sind, nämlich der Nesosilikate, der Sorosilikate, der Cyclosilikate, der Inosilikate, der Phyllosilikte und der Tektosilikate. Die nachfolgende Beschreibung beschreibt ein Ausführungsbeispiel eines Trägers, dessen verwendetes mineralisches Bindemittel ein Sandstein ist.
BEISPIEL
Der verwendete Sandstein ist aus einer Mischung von drei Erdarten hergestellt, und seine endgültige Zusammensetzung in Prozent umfasst:

SiO₂ 67

Al₂O₃ 22,1

Fe₂O₃ 1,63

CaO 0,92

MgO 0,1

TiO₂ 0,66

Na₂O 3,4

K₂O 0,84
Korund wird als Beispiel für einen Füllstoff verwendet, dessen Korngröße 63 μm beträgt. Sandstein und Korund werden durch Zerkleinern gemischt.
Die Suspension umfasst:

– die mineralischen Produkte (Sandstein und Korund),
– ein Bindemittel in Form von Natriumlignosulfonat
– ein Pressmittel in Form von kristallinen Harzen in Emulsion mit Wasser,
– Wasser als Dispergiermittel.

Nach dem Zerkleinern in einer Kugelmühle wird die Suspension in einem Flüssigkeitszerstäuber getrocknet.
Das erhaltene Pulver wird nun in Form einer Platte von 10 cm × 10 cm bei einer Dicke von 2 mm komprimiert.
Die untenstehende Tabelle zeigt den Einfluss des Füllstoffanteils (wobei die Sintertemperatur nicht den Ansprüchen entspricht).
TABELLE 2
Unabhängig vom Korundanteil ist die Verteilung der Poren auf eine einzige Spitze zentriert. Die Werte der Porosität variieren somit mit dem Füllstoffanteil.
Der Wert der Biegefestigkeit zeigt, dass das Produkt für eine Temperatur von 1 180°C gut gesintert ist und dass die Wirkung des Mineralzuschlags des Sandsteins effizient ist. Allerdings nimmt diese Festigkeit mit der Erhöhung des Füllstoffanteils ab.
Diese Wirkung des mineralischen Bindemittels zwischen dem Korund und dem Sandstein kann auf andere Füllstoffe als das Korund angewandt werden.
So können verwendet werden:

– Siliciumkarbid,
– Titanoxid in Form von Rutilsand.

Eine zweite Ausführungsart der Erfindung besteht darin, als mineralisches Bindemittel ein Titanat mit der Formel TiMO zu verwenden, wobei M ein Metall ist. Als Metall wurden im Wesentlichen Silicium, Aluminium und vorzugsweise Zirkonium, Calcium, Kupfer und Mangan berücksichtigt.
Das Titanat mit der Formel TiMO kann hauptsächlich auf drei Arten hergestellt werden.
BEISPIEL 2:
Das Titanat wird vor dem Mischen mit dem Aluminiumoxid hergestellt. So entspricht jedes verwendete Titanat, wie beispielsweise Calciumtitanat, Kupfertitanat, Zirkoniumtitanat oder Mangantitanat, handelsüblichen Produkten.
Jedes Titanat wird jeweils mit Korund mit einer Korngröße von 22,8 μm gemischt, so dass das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Titanat gleich 2 ist. Die Formungssequenz umfasst.

– eine Zerkleinerung der Mischung Aluminiumoxid/Titanat im Beisein eines Flockenzerstörers,
– eine Trocknung,
– eine Beigabe von Pressmitteln in Form eines flüssigen Wachses,
– eine Granulation dieser Mischung in einem Granulator EIRICH,
– und das Pressen in Form von Platten von beispielsweise 100 mm × 100 mm × 2,5 mm.

Das Sintern erfolgt bei verschiedenen Temperaturen, und die Festigkeit der Platten wird durch einen Biegungstest bei Bruch gemessen. Die Porosität und der durchschnittliche Durchmesser werden durch Quecksilber-Porometrie definiert. Die untenstehende Tabelle 3 zeigt die gemessenen Werte.
TABELLE 3
Diese Ergebnisse zeigen, dass die mechanische Festigkeit mit der Temperatur unabhängig vom hinzugefügten Metall zunimmt. So kann die Temperatur von 1 280°C weit überschritten werden, ohne dass es zu einem Abfall der mechanischen Festigkeit kommt. Es kann somit vorgesehen werden, das Sintern bei Temperaturen durchzuführen, die 1 500°C erreichen können. Unter den ausgewählten Metallen haben das Kupfer und das Mangan eine wesentlich ausgeprägtere Wirkung als das Calcium und das Zirkonium.
BEISPIEL 3:
Das Titanat mit der Formel TiMO kann während des Sinterns des porösen Körpers hergestellt werden, indem das Metall in Form eines Metalloxids hinzugefügt wird.
Die Kupfer-, Mangan-, Calcium- und Zirkoniumoxide weisen eine Korngröße von weniger als 325 Siebweite (46 μm) auf.
Die Formungssequenz umfasst:

– eine Zerkleinerung der Mischung Aluminiumoxid/Titanoxid/Oxide des Metalls M im Beisein eines Flockenzerstörers,
– eine Trocknung,
– eine Beigabe von Pressmitteln in Form eines flüssigen Wachses,
– eine Granulation dieser Mischung in einem Granuaator EIRICH,
– und das Pressen von Form von Platten von beispielsweise 100 mm × 100 mm × 2,5 mm.

Das Sintern erfolgt bei verschiedenen Temperaturen, und die Festigkeit der Platten wird durch einen Biegungstest bei Bruch gemessen. Die Porosität und der durchschnittliche Durchmesser werden durch Quecksilber-Porometrie definiert.
Die untenstehende Tabelle 3 zeigt die gemessenen Werte.
TABELLE 4
Gemäß den in Tabelle 4 erhaltenen Ergebnissen erhöht sich die mechanische Festigkeit des porösen Trägers mit der Sintertemperatur, auch bei Temperaturen von über 1 280°C. Es ist zu berücksichtigen, dass es zu keiner Titanaluminatphase kommt, wodurch es möglich ist, die Sintertemperatur und in der Folge die Festigkeit des erhaltenen Trägers zu erhöhen.
Die Wirksamkeit der verschiedenen Metalle gehorcht derselben Reihenfolge wie bei der Wirkung der Titanate, nämlich in abnehmender Reihenfolge Mangan, Kupfer, Zirkonium und Calcium.
BEISPIEL 4:
Das Titanat mit der Formel TiMO kann während des Sinterns durch Beigabe des Metalls M in Form eines Metallsalzes erhalten werden.
Diese Metalle werden in Form von Nitrat auf Grund ihrer Wasserlöslichkeit hinzugefügt. Die Herstellung dieser Zusammensetzungen umfasst:

– eine Zerkleinerung von Titanoxid, des Nitrats des zusätzlichen Metalls und eines Flockenzerstörers im wässerigen Medium und im Beisein von Aluminiumoxid,
– eine Trocknung,
– eine Beigabe von Pressmitteln in Form eines flüssigen Wachses,
– eine Granulation dieser Mischung in einem Granulator EIRICH,
– und das Pressen in Form von Platten von beispielsweise 100 mm × 100 mm × 2,5 mm.

Beim Sintern reagiert das zusätzliche Metall mit dem Titanoxid, um ein Titanat zu bilden, was die Bildung des Aluminiumoxidtitanats verhindert.
Die untenstehende Tabelle 5 zeigt die gemessenen Werte.
TABELLE 5
Unabhängig von dem hinzugefügten Metall nimmt die Biegung bei Bruch zu, wenn sich die Temperatur erhöht. Die Ergebnisse der mechanischen Festigkeit der Platten, zu denen Zirkonium oder Calcium hinzugefügt wurde, sind viel geringer als jene, die im Beisein von Kupfer oder Mangan erhalten wurden. Die Temperatur von 1 280°C ist kein Maximum für die mechanische Festigkeit mehr, was zeigt, dass die Bildung von Titanaluminat nicht mehr vorhanden ist. Erfindungsgemäß kann auf diese Weise ein Träger erhalten werden, der eine mechanische Festigkeit aufweist, die durch die Biegespannung (oder Bruchspannung) von mehr als 15 MegaPascal definiert ist.
Zusammenfassend ermöglicht es die kombinierte Verwendung eines mineralischen Füllstoffes und eines Bindemittels, das mindestens ein Oxid eines Metalls und ein Oxid eines weiteren Metalls umfasst, unabhängig von der Temperatur der Wärmebehandlung das Auftreten einer Verbindung zu vermeiden, die die mechanische Festigkeit des porösen Trägers verringert. Das Vorhandensein von Oxiden von mindestens zwei Metallen in der Zusammensetzung des mineralischen Bindemittels vermeidet das Auftreten einer Verbindung, die zu Mikrorissen führt.
Die oben stehenden Beispiele zeigen das Interesse der Erfindung für mineralische Membranen mit flacher Geometrie. Es ist klar, dass die Erfindung für Filtrationsmembranen angewandt werden kann, die eine andere Form aufweisen, beispielsweise Röhrenform.
Die Herstellung von Rohren ist ein komplexeres Verfahren als die Herstellung von Flächen. Der Hauptunterschied betrifft die Formung. Im Falle der Flächen erfolgt letztgenannte durch Pressen von trockenem Pulver. Das Problem der Trocknung wird somit vermieden.
Für die Rohre erfolgt die Formung durch Ziehen einer Paste, die richtig getrocknet werden muss, um große Verformungen zu vermeiden. Dieses Trocknungsverfahren macht die Herstellung der Rohre wesentlich komplexer.
Zwei Zusammensetzungen wurden in diesem Beispiel getestet:

– eine erfindungsgemäße Zusammensetzung aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Titanoxid, zu der eine sehr geringe Menge Zirkoniumoxid hinzugefügt wird. Sie wird Zusammensetzung A genannt;
– eine erfindungsgemäße Zusammensetzung aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Titanoxid, zu der eine große Menge Zirkoniumoxid hinzugefügt wird. Sie wird Zusammensetzung B genannt.

Die Korngröße des Aluminiumoxids für diese beiden Zusammensetzungen ist gleich 29,2 μm.
Die folgende Tabelle führt die jeweiligen Anteile der verschiedenen Komponenten an.
Die Formung von Rohren aus diesen beiden Zusammensetzungen erfolgt durch das Extrusionsverfahren, was die Herstellung einer Kunststoffpaste erfordert.
Die Sintertemperatur der Rohre liegt zwischen 1 200 und 1 375°C. Nach diesem Verfahren werden die Rohre hinsichtlich Porosität, mechanischer Festigkeit in Form eines inneren Berstdrucks (Wert, der es ermöglicht, die Zugspannung zu bestimmen) und einer kristallographischen Struktur gekennzeichnet, um das Vorhandensein der Titanaluminatphase zu suchen (Al₂TiO₅).
Die Ergebnisse sind in die folgende Tabelle eingetragen.
Das Vorhandensein einer geringen Menge Zirkoniumoxid (Zusammensetzung A) ermöglicht es, die Sintertemperatur bis auf mehr als 1 350°C zu erhöhen, ohne dass die Phase Al₂TiO₅ auftritt. Unter diesen Bedingungen wird das Sintern verbessert, und die mechanische Festigkeit des Rohres nimmt mit der Temperatur zu.
Die Erhöhung der Zirkonmenge (Zusammensetzung B) ermöglicht es, die Sintertemperatur noch mehr zu erhöhen (1 375°C), ohne dass die Phase Al₂TiO₅ auftritt. Unter den Bedingungen eines Kalzinierens der Rohre dieser Testreihe wird die mechanische Festigkeit nicht verbessert.
Das Zirkoniumoxid hat somit eine hemmende Wirkung für das Auftreten der Phase Al₂TiO₅. Diese Wirkung zeigt sich bei geringen Prozentsätzen und ermöglicht es, die Sintertemperatur zu erhöhen, was zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Festigkeit führt. So kann für eine röhrenförmige Ausführungsart ein Träger erhalten werden, der eine Porosität von mehr als 25% und eine mechanische Festigkeit aufweist, die durch den Wert der Zugspannung von mehr als 5 MegaPascal definiert ist.
MÖGLICHKEIT DER INDUSTRIELLEN ANWENDUNG:
Der Gegenstand der Erfindung ist dazu bestimmt, auf dem Gebiet der Filtration im allgemeinen Sinn von Molekülen oder Teilchen, die in einem flüssigen Medium enthalten sind, angewandt zu werden.

Claims

Anorganischer Träger, der dazu bestimmt ist, einen Träger für eine Filtrationsmembran zu bilden, wobei der Träger – eine Porosität von mehr als 25% aufweist, – eine mechanische Festigkeit, die definiert ist durch den Wert der Biegespannung für ebene Träger, von mehr als 15 Megapascal, und durch den Wert der Zugspannung für röhrenförmige Träger, von mehr als 5 Megapascal besitzt, – durch Sintern bei einer Temperatur zwischen mehr als 1.300°C und 1.500°C erhalten wird, – umfasst: – einen mineralischen Füllstoff, der – eine Korngröße von mehr als 20 μm aufweist, – eine Metallverbindung ist, die ein einziges Metall aus den folgenden Metallen enthält: Aluminium, Silicium und Titan, – sowie ein mineralisches Bindemittel, dessen Gewichtsanteil in Bezug auf den Füllstoff kleiner als 70% ist, wobei das mineralische Bindemittel entweder ein Sandstein oder ein Titanat der Formel Ti_xM_yO_{((4x + vy)/2)} ist, mit x = Anzahl der Gramm-Atome Ti, y = Anzahl der Gramm-Atome M, v = Wertigkeit von M, wobei M ein Metall ist, das aus Zirkonium, Calcium, Kupfer, Mangan oder Aluminium so gewählt ist, dass es ein Gemisch aus Oxiden von Ti und M umfasst, – und kein Titanaluminat (Al₂TiO₅) aufweist, das an dem Träger Mikrorisse zu erzeugen vermag.
Anorganischer Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff Aluminiumoxid ist.
Anorganischer Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff Siliciumcarbid ist.
Anorganischer Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff Rutilsand ist.
Anorganischer Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Trennschicht umfasst, die die Trennung von Molekülen oder Partikeln, die in einem zu behandelnden flüssigen Medium enthalten sind, zu gewährleisten vermag.
Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Trägers wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: – einen mineralischen Füllstoff herzustellen, der eine Korngröße von mehr als 20 μm aufweist und eine Metallverbindung bildet, die ein einziges Metall aus den folgenden Metallen enthält: Aluminium, Silicium und Titan, – ein mineralisches Bindemittel herzustellen, dessen Gewichtsanteil in Bezug auf den Füllstoff kleiner als 70% ist, wobei das mineralische Bindemittel entweder ein Sandstein oder ein Titanat der Formel Ti_xM_yO_{((4x + vy)/2)} ist, mit x = Anzahl der Gramm-Atome Ti, y = Anzahl der Gramm-Atome M, v = Wertigkeit von M, wobei M ein Metall ist, das aus Zirkonium, Kalzium, Kupfer, Mangan oder Aluminium so gewählt ist, dass es ein Gemisch aus Oxiden von Ti und M umfasst, – den mineralischen Füllstoff und das mineralische Bindemittel mit wenigstens einem Zusatzstoff zu mischen, der aus einem Bindemittel, einem Schmiermittel oder einem Entflockungsmittel gewählt ist, – das Zerkleinern dieses Gemisches in wässriger Umgebung zu gewährleisten, – und nach dem Trocknen und Extrudieren des Gemisches eine Sinterung bei einer Temperatur zwischen mehr als 1.300°C und 1.500°C zu gewährleisten, so dass ein Träger erzielt wird, der – eine Porosität von mehr als 25% aufweist, – eine mechanische Festigkeit, die definiert ist durch den Wert der Biegespannung für ebene Träger, von mehr als 15 Megapascal, und durch den Wert der Zugspannung für röhrenförmige Träger, von mehr als 5 Megapascal besitzt, ohne jedoch Titanaluminat (Al₂TiO₅) aufzuweisen, das an dem Träger Mikrorisse zu erzeugen vermag.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass es darin besteht, den mineralischen Füllstoff und das mineralische Bindemittel in der Form von Titanoxid und Oxiden des Metalls M zu mischen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den mineralischen Füllstoff und das mineralische Bindemittel in der Form von Titanoxid und eines Salzes des Metalls M zu mischen.