ES2974942T3

ES2974942T3 - Proceso de fabricación de elemento filtrante de cerámico que no es un óxido y elemento filtrante de cerámico que no es un óxido

Info

Publication number: ES2974942T3
Application number: ES20204369T
Authority: ES
Inventors: Frank Ehlen; Sabine Giesselmann
Original assignee: Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd
Current assignee: Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2024-07-02
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: WO2022090975A1; CN116490259A; EP3991830B1; EP3991830A1; US20230249138A1

Abstract

La presente divulgación se refiere a un método para preparar elementos de filtración cerámicos de óxido y no óxido con una alta resistencia a la abrasión, en donde el proceso de fabricación permite bajas temperaturas de sinterización en presencia de oxígeno atmosférico, en donde la membrana de filtro sin óxido obtenida muestra un comportamiento típico. de elementos filtrantes cerámicos no oxidados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso de fabricación de elemento filtrante de cerámico que no es un óxido y elemento filtrante de cerámico que no es un óxido

Antecedentes

Campo técnico

La presente invención se refiere a un proceso para la fabricación de una membrana filtrante de cerámico con fines de nanofiltración en procesos de purificación de líquidos, y al elemento filtrante de cerámico preparado mediante dicho proceso.

Antecedentes

El suministro de agua limpia y potable es uno de los problemas emergentes a resolver en vista del crecimiento mundial de la población y la industrialización junto con los desastres naturales. El agua puede estar contaminada con bacterias, virus, protozoos y hongos, concomitantes bacteriológicos y biológicos, sustancias biológicamente activas o tóxicas de alto peso molecular, o microplásticos que puedan amenazar la salud humana. Además de esto, las aguas residuales industriales pueden estar contaminadas con productos químicos orgánicos, sólidos disueltos o material en suspensión.

Para reducir la cantidad de contaminantes liberados, la cantidad de desechos tóxicos, o el volumen de mezclas de reacción que deben purificarse de manera energéticamente eficiente, las membranas filtrantes se utilizan a menudo con fines de filtración o separación, p. ej., en la purificación de aguas residuales industriales o fluidos de proceso. Estas membranas filtrantes pueden ser membranas poliméricas o membranas de cerámico. Estas últimas suelen preferirse a las membranas poliméricas, especialmente en procesos de filtración o separación que implican medios agresivos tales como aguas residuales fuertemente ácidas o fuertemente básicas.

En la técnica anterior, se conocen dos clases de membranas filtrantes de cerámico: membranas filtrantes de tipo óxido y de tipo distinto de óxido.

Las membranas filtrantes de cerámico tipo óxido consisten en partículas de óxidos metálicos, óxido de aluminio (AhO3), óxido de berilio (BeO), óxido de calcio (CaO), óxido de hafnio (HfO<2>), óxido de hierro (FeO/Fe2O3), óxido de lantano (La2O3), óxido de magnesio (MgO), óxido de manganeso (MnO<2>), dióxido de silicio (SiO<2>), óxido de estroncio (SrO), óxido de torio (ThO<2>), dióxido de titanio (TiO<2>), óxido de itrio (Y<2>O<3>), dióxido de zirconio (ZrO<2>) o mezclas de los mismos. El proceso de fabricación de membranas filtrantes de cerámico tipo óxido se logra normalmente mediante un proceso sol-gel, en el que se reviste una superficie de soporte con un sol que contiene un compuesto metálico precursor, p. ej., un alcoholato metálico. Durante el secado y la sinterización, el precursor se oxida en el óxido metálico correspondiente, formando capas de membrana con tamaño de poro pequeño.

Las membranas filtrantes de cerámicos que no son un óxido, por otro lado, consisten en partículas de carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), carburo de wolframio (WC), nitruro de aluminio (AIN) o nitruro de boro (BN), por ejemplo. Las membranas preparadas a partir de partículas de cerámico que no son un óxido normalmente tienen excelentes propiedades con respecto a su resistencia a medios corrosivos y una baja tendencia al ensuciamiento de la membrana debido al bajo punto isoeléctrico. Para la preparación de membranas filtrantes de cerámicos que no son un óxido, los procesos sol-gel no son aplicables. Por tanto, las membranas filtrantes de cerámicos que no son un óxido generalmente se preparan mediante sinterización de polvos con una distribución de tamaño estrecha. De esta manera, el tamaño de los poros y el volumen de los poros se pueden ajustar mediante una cuidadosa selección de las partículas. El fuerte enlace covalente en las nanopartículas de cerámicos que no son un óxido, p. ej., entre silicio y carbono, sin embargo, hace que el proceso de sinterización sea más difícil que los procesos utilizados en la fabricación de membranas filtrantes de cerámico tipo óxido porque la difusión es limitada. Para superar esto y evitar la formación de óxidos metálicos durante el proceso de sinterización, las condiciones deben elegirse cuidadosamente: La sinterización sólo puede tener éxito a temperaturas muy altas (p. ej., aproximadamente 2.500 0C) cerca de la temperatura de descomposición del material utilizado y sin oxígeno, es decir, mediante aplicación de vacío o sinterización en atmósfera inerte. Por consiguiente, las membranas filtrantes de cerámicos que no son un óxido son difíciles de preparar y costosas.

Como alternativa, la temperatura requerida en el proceso de sinterización se puede reducir mediante el uso de aditivos que, en el lado negativo, pueden dificultar el ajuste exacto del tamaño de los poros, cambiar las propiedades de la membrana filtrante de cerámico y reducir la calidad. Los auxiliares de sinterización comunes son modificaciones y derivados del dióxido de silicio (SiO<2>), p. ej., vidrio, vidrio de borosilicato, cristobalita o mullita. Durante el proceso de sinterización, estos aditivos forman puentes entre las nanopartículas que no son un óxido para establecer una red sólida. No obstante, cabe señalar que estos componentes basados en dióxido de silicio de la membrana del filtro de cerámico limitan la resistencia mecánica y la resistencia a los medios corrosivos. Por lo tanto, las excelentes propiedades de los materiales cerámicos que no son un óxido no se pueden aprovechar al máximo.

El documento CN 104 587 846 B divulga un método de sinterización a baja temperatura para preparar membranas filtrantes de cerámico porosas.

El documento CN 102718494 B divulga un método de preparación de membranas filtrantes de cerámico de carburo de silicio compuestas.

El documento US 2004/0038105 A1 divulga una membrana conductora de cationes y/o protones, un proceso para producirla y su uso.

El documento US 5.120.576 divulga un proceso para formar una membrana inorgánica porosa sobre un soporte poroso. El soporte está revestido de partículas refractarias que sinterizan a una primera temperatura. A continuación, el revestimiento se impregna con un aglutinante inorgánico que reacciona a una segunda temperatura, inferior a la primera temperatura.

Por tanto, el suministro de membranas filtrantes de cerámico que aprovechan al máximo las propiedades ventajosas de los materiales cerámicos, particularmente materiales cerámicos que no son un óxido, pero membranas que, al mismo tiempo, pueden prepararse a bajas temperaturas de sinterización, omitiendo la necesidad de una atmósfera inerte, siendo la sinterización altamente deseable.

Sumario

La presente invención se refiere a elementos filtrantes de cerámico tal como se definen en las reivindicaciones adjuntas. La descripción más genérica se proporciona únicamente con fines ilustrativos. Las realizaciones que no entran dentro de estas reivindicaciones son solo para fines de referencia.

En un segundo aspecto, la presente divulgación se refiere a un proceso para la fabricación de dichos elementos filtrantes de cerámico, en donde el proceso de fabricación comprende las etapas de

a) proporcionar una estructura de soporte que tiene una superficie de soporte y una suspensión de revestimiento que comprende la primera y segunda partículas;

b) poner en contacto la superficie de soporte con la suspensión de revestimiento durante un periodo de tiempo, preferentemente durante 10 a 120 segundos, más preferentemente durante 60 segundos o durante 30 segundos; c) eliminar el exceso de suspensión de revestimiento sin eliminar una película residual de suspensión de revestimiento;

d) secar la película residual, preferentemente durante 2 a 6 h a una temperatura en el intervalo de 60 °C a 90 °C; y

e) sinterizar la estructura de soporte con la película residual,

f) opcionalmente repetir las etapas b) a e), preferentemente hasta 7 veces, más preferentemente hasta 5 veces.

Breve descripción de las figuras

Fig. 1 Imagen de la sección transversal de la capa de filtración que comprende la primera y segunda partículas obtenidas por REM después de la sinterización.

Fig. 2 A: Imagen de la superficie de una capa de filtración según la presente divulgación. B: Análisis elemental mediante análisis de rayos X de dispersión de energía de la membrana.

Fig. 3 Potencial Zeta de dos membranas según el Ejemplo 1 que comprenden 30 % en peso de ZrO<2>como segundas partículas.

Descripción detallada

Un objeto de la presente invención es proporcionar un elemento filtrante de cerámico formado sobre un material de soporte poroso y que tenga un flujo satisfactorio, una alta permeabilidad de compuestos de bajo peso molecular y una alta retención de compuestos de alto peso molecular, incluyendo partículas de determinado tamaño. El elemento filtrante debe prepararse fácilmente a partir de suspensiones de partículas de compuestos cerámicos a bajo coste, p. ej., sin necesidad de altas temperaturas y sin necesidad de atmósfera inerte durante la sinterización. Adicionalmente, un objeto de la presente invención es proporcionar elementos filtrantes que presenten una alta estabilidad frente a tensiones térmicas, químicas y mecánicas, lo que se traduce en una estabilidad superior a la abrasión y unas propiedades de limpieza ventajosas. De manera adicional, el experto debería poder diseñar las propiedades químicas del elemento filtrante, como el potencial zeta de la superficie de la membrana o las propiedades hidrófilas o hidrófobas, fácilmente para obtener un elemento filtrante óptimo para cada finalidad de uso. Mediante el uso de carburos metálicos comprendidos en la capa de filtración, se pueden lograr propiedades altamente hidrófilas y ángulos de contacto bajos, es decir, el elemento filtrante tiene una baja resistencia al transporte de agua. Adicionalmente, los elementos filtrantes según la presente divulgación pueden presentar una menor tendencia a ensuciarse, pueden ser más fáciles de limpiar y tener flujos muy altos. Por ejemplo, se puede preparar un elemento filtrante que tiene un punto isoeléctrico de hasta 3 a partir de SiC y 30 % en peso de partículas de ZrO<2>que presentan un rendimiento inigualable en la separación de aceite del agua.

Los inventores de la presente divulgación encontraron, sorprendentemente, que las capas de filtración de cerámicos que no son un óxido se pueden preparar con un menor consumo de energía y menos costosa mediante la adición de pequeñas partículas de cerámico tipo óxido para ayudar al proceso de sinterización durante el proceso de fabricación de los elementos filtrantes descritos. Esto es muy deseable porque la adición de pequeñas partículas de cerámicos de óxido metálico no sólo puede mejorar la resistencia del revestimiento de la membrana, sino que al mismo tiempo puede reducir la temperatura requerida para la sinterización de partículas de cerámico y también puede eliminar el requisito de atmósfera inerte para las etapas de sinterización, mientras que las características del producto como el tamaño de los poros, el comportamiento químico (p. ej., el potencial zeta y la inercia), la porosidad y el rendimiento de filtración se mantienen. Esto se traduce en un importante ahorro en tiempo de fabricación y consumo energético.

Definiciones

En el sentido de la presente divulgación, un elemento filtrante de cerámico comprende una estructura de soporte y una capa de filtración. La estructura de soporte es un material poroso que permite que líquidos y gases pasen a través de la estructura de soporte. Adicionalmente, determina la forma del elemento filtrante y soporta la capa de filtración para proporcionarle resistencia mecánica y evitar la rotura del elemento filtrante. La capa de filtración es directamente adyacente a la estructura de soporte y constituye una capa porosa con un tamaño de poro definido que permite que líquidos y gases penetren a través de la capa de filtración. Dependiendo del tamaño de los poros, los compuestos de un determinado peso molecular y/o agregados de un determinado tamaño no pueden penetrar a través de la capa de filtración. En un proceso de filtración, dichos compuestos o agregados están comprendidos en un líquido o gas de alimentación, también considerado como "alimentación", no puede pasar a través de la capa de filtración, es decir, permanecer en la alimentación. De este modo se aumenta la concentración de dichos compuestos y/o partículas en la alimentación, mientras que el líquido que pasa a través de la capa de filtración, también considerado como el "filtrado", no contiene dichos compuestos y/o agregados, o tiene una concentración reducida de dichos compuestos y/o agregados en comparación con la alimentación.

En el sentido de la presente divulgación, la capa de filtración comprende al menos dos tipos diferentes de partículas:

• partículas de al menos un compuesto cerámico que determinan el tamaño medio de poro, la porosidad, las propiedades químicas, tales como el potencial zeta, propiedades hidrófilas o hidrófobas y la estabilidad frente a medios corrosivos, tales como ácidos y bases. En el sentido de la presente divulgación, las partículas de un compuesto cerámico se seleccionan del grupo que consiste en partículas de SiC, Si3N4, AIN y mezclas de los mismos. Dichas partículas de un compuesto cerámico pueden considerarse como las "primeras partículas" para la presente divulgación.

• partículas de al menos un óxido metálico que sirven como componente de unión para proporcionar una unión fuerte entre las primeras partículas sin el requisito de altas temperaturas de sinterización y/o atmósferas inertes durante la sinterización, y para proporcionar una alta resistencia mecánica y estabilidad a la abrasión y alta estabilidad química (sin reducción relevante de la estabilidad química de la capa). Por consiguiente, sólo partículas que presentan una alta resistencia contra productos químicos agresivos, tales como ácidos y bases, una alta actividad de sinterización a bajas temperaturas, en particular, a temperaturas inferiores a 500 0C y con una buena unión a las primeras partículas son materiales adecuados. En el sentido de la presente divulgación, el tamaño de este tipo de partículas es menor que el tamaño de las primeras partículas. Para la presente divulgación, este tipo de partículas se denominan "segundas partículas". Las segundas partículas se seleccionan del grupo que consiste en Al2O3,SlO2,TiO2, ZrO<2>y mezclas de los mismos.

En el sentido de la presente divulgación, el tamaño de a de las primeras y segundas partículas se caracteriza por sus diámetros medios Q<0>, es decir, su valores numéricos D<10>, D<50>y D<90>determinados por dispersión dinámica de la luz (DLS) si no se especifica lo contrario. D<10>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 10 % con respecto al número total de partículas. Por lo tanto, el 10 % de las partículas del lote tienen un diámetro inferior o igual al valor de D<10>, y el 90 % de las partículas tienen un diámetro superior al valor de D<10>. Por lo tanto, se trata de una distribución numérica de las partículas. De manera similar, D<50>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 50 % con respecto al número total de partículas. Por último, D<90>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 90 % con respecto al número total de partículas. En el sentido de la presente divulgación, todos los diámetros de partículas se determinan por DLS. Esto se puede determinar en particular con un analizador de tamaño de nanopartículas Nanotrac Flex (obtenido de Microtrac MRB).

Las partículas de la presente divulgación se pueden caracterizar por su distribución de tamaño de partículas expresada por:

Z<D90 (de partículas)>

D10 (de partículas)

Dicho de otro modo, la relación Z, es decir, Z, es el cociente del tamaño de partícula D<90>de las partículas que componen la capa de filtración y el tamaño de partícula D<10>de las mismas partículas que componen la capa de filtración.

Las proporciones entre la primera y la segunda partículas se pueden caracterizar por su relación de diámetros medios de partícula expresada por:

Y<D50 (de las primeras partículas)>

D50 (de las segundas partículas)

Dicho de otro modo, la relación Y, es decir, Y, es el cociente del tamaño medio de partícula D<50>de las primeras partículas que componen la capa de filtración y el tamaño medio de partícula D<50>de las segundas partículas que componen la capa de filtración.

En realizaciones de la invención, las segundas partículas del al menos un óxido metálico se seleccionan de partículas del grupo que consiste en óxido de aluminio (Al<2>O<3>), dióxido de silicio (SiO<2>), dióxido de titanio (TiO<2>), dióxido de zirconio (ZrO<2>) y mezclas de los mismos.

En el sentido de la presente divulgación, el tamaño de poro medio se considera como el D90 del tamaño de poro, es decir, el tamaño de los poros, en donde la porción de poros con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 90 % con respecto al número total de poros.

Cuando se usa la expresión "que comprende" en la presente divulgación y las reivindicaciones, no excluye otros elementos. Para los fines de la presente invención, la expresión "que consiste en" se considera que es una realización preferente de la expresión "que comprende". Si en lo sucesivo en el presente documento se define que un grupo comprende al menos un determinado número de realizaciones, también se debe entender que este desvela un grupo, que consiste, preferentemente, únicamente en estas realizaciones.

La estructura de soporte

Según la presente divulgación, el soporte está formado por un material poroso para permitir el paso de líquidos. El soporte está formado por un material cerámico. En una realización, el soporte está formado por un material cerámico tipo óxido metálico. En otra realización, el soporte está formado por un material cerámico que no es un óxido, p. ej., uno o más carburos metálicos o uno o más nitruros metálicos.

En una realización preferida, el soporte tiene un tamaño medio de poro < 30 pm. En otra realización preferida, el tamaño medio de poro se puede reducir opcionalmente a un tamaño medio de poro < 1,5 pm mediante el revestimiento de al menos una capa de soporte para reducir el tamaño medio de poro de manera gradual. En este caso, la capa de soporte opcionalmente revestida se considera la estructura de soporte para la presente divulgación. La reducción del tamaño de poro del soporte mediante el revestimiento de una capa de soporte puede dar como resultado una menor tasa de defectos en la capa de filtración.

El soporte puede tener diferentes formas. No se impone ninguna limitación particular sobre la forma del soporte. De forma similar, no se impone ninguna limitación particular sobre la forma de la capa de filtración que está soportada sobre/en contacto directo con la estructura de soporte. Por ejemplo, el soporte puede tener la forma de un disco, una placa poligonal, una placa, una lámina plana, un cilindro, un cilindro en forma de caja, una varilla, un pilar cuadrado, etc., que pueden seleccionarse con respecto al propósito de uso. No se impone ninguna limitación a las dimensiones de la capa de soporte o filtración, excepto su espesor, y las dimensiones pueden seleccionarse con respecto al propósito de uso, siempre que las dimensiones garanticen una resistencia suficiente del soporte. El experto en la materia elige el espesor y el material del soporte de manera que proporcione al elemento filtrante una resistencia mecánica suficiente para el propósito de uso.

Las primeras partículas

En las realizaciones de la invención, las primeras partículas son como se definen en la reivindicación 1.

En una realización, las primeras partículas tienen un diámetro medio D<50>de 10 nm a 15 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 13 pm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 10 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 7 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 5 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 4 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 3 pm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro medio D<50>de 20 nm a 2 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro medio D<50>de 50 nm a 1,75 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro medio D<50>de 100 nm a 1,5 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro medio D<50>de 100 nm a 1 pm.

En otra realización, las primeras partículas tienen además un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 50 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 40 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 30 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 25 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 20 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 15 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 10 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 20 nm a 6 pm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 100 nm a 5.000 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 200 nm a 4.000 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 250 nm a 3.000 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 300 nm a 2.500 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 400 nm a 2.500 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 500 nm a 2.500 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 500 nm a 2.000 nm.

En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>de 10 nm a 15 pm, preferentemente de 10 nm a 13 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 10 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 7 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 5 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 4 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 3.000 nm, preferentemente de 20 nm a 2.000 nm, más preferentemente de 50 nm a 1.750 nm, más preferentemente de 100 nm a 1.500 nm, lo más preferentemente de 100 nm a 1.000 nm; y preferentemente D<90>está en el intervalo de 20 nm a 6.000 nm, más preferentemente de 100 nm a 5.000 nm, más preferentemente de 200 nm a 4.000 nm, más preferentemente de 250 nm a 3.000 nm, más preferentemente de 300 nm a 2.500 nm, más preferentemente de 400 nm a 2.500 nm, más preferentemente de 400 nm a 2.500 nm, lo más preferentemente de 450 nm a 2.000 nm.

En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 15 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 14 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 13 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 12 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 11 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 10 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 9 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 8 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 7 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 6 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 5 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 4 pm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 3 pm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 2.500 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 2.000 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 1.500 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 1.250 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 inferior a 1.000 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 inferior a 800 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 inferior a 700 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>inferior a 600 nm.

En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 5 nm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 10 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 superior a 15 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 superior a 20 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 25 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 30 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 superior a 35 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 40 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 45 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 50 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 60 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D50 superior a 70 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 80 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 90 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<50>superior a 100 nm.

En otra realización, las primeras partículas tienen además un diámetro D<90>inferior a 60 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 50 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 40 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 30 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 25 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 20 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 15 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 10 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 6 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 5 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 4 pm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 3 pm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 inferior a 2.500 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>inferior a 2.000 nm.

En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 10 nm. En otra realización, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 15 nm. En una realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 superior a 20 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 superior a 30 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 40 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 50 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 70 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 90 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 100 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 150 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 200 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 superior a 250 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D90 superior a 300 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 350 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 400 nm. En otra realización preferida, las primeras partículas tienen un diámetro D<90>superior a 450 nm.

Se entenderá que cualquiera de los diámetros mínimos D<50>antes mencionados se puede combinar con cualquier diámetro máximo D.<50>definido en una realización dada anteriormente en el presente documento con la condición de que el D<50>mínimo seleccionado sea menor que el D<50>máximo seleccionado.

Se entiende además que cualquiera de los diámetros mínimos D<90>antes mencionados se puede combinar con cualquier diámetro máximo D<90>definido en una realización dada anteriormente en el presente documento con la condición de que el D<90>mínimo seleccionado sea menor que el D<90>máximo seleccionado.

Se entiende además que cualquiera de las combinaciones de los diámetros D<50>se pueden combinar con cualquier combinación de los diámetros D<90>con la condición de que el diámetro D<50>sea menor que el diámetro D<90>.

También se entiende que las primeras partículas determinan el tamaño de los poros y las propiedades químicas de la capa de filtración. Las primeras partículas presentan una baja actividad de sinterización, por lo que es necesaria la presencia de segundas partículas.

Las segundas partículas

En las realizaciones de la invención, las segundas partículas son como se definen en la reivindicación 1.

Las segundas partículas tienen un diámetro medio D<50>de 1 nm a 50 nm.

En otra realización, las segundas partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 3 nm a 400 nm. En una realización preferida, las segundas partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 3 nm a 300 nm. En una realización preferida, las segundas partículas tienen un diámetro D90 en el intervalo de 5 nm a 200 nm. En una realización preferida, las segundas partículas tienen un diámetro D<90>en el intervalo de 5 nm a 100 nm.

En otra realización, las segundas partículas tienen una relación Z inferior a 20. En otra realización, las segundas partículas tienen una relación Z inferior a 15. En otra realización, las segundas partículas tienen una relación Z inferior a 10. En una realización preferida, las segundas partículas tienen una relación Z de 1 a 7. En otra realización preferida, las segundas partículas que son partículas de TiÜ9 tienen una relación Z de 1 a 5. En otra realización preferida, las segundas partículas que son partículas de ZrÜ<2>tienen una relación Z de 1 a 3. A partir de la fórmula para el cálculo de la relación Z se entiende que la relación Z no puede ser menor que 1.

Se entiende que las pequeñas partículas de óxidos metálicos tienen una elevada actividad de sinterización. Por tanto, las segundas partículas tienen la capacidad de unir entre sí las primeras partículas más grandes incluso a temperaturas de sinterización comparativamente bajas y aumentar así la estabilidad de la capa de filtración sin influir en el tamaño de los poros ni en las propiedades químicas, como el potencial zeta, de la membrana de filtración.

La capa de filtración

Según la presente divulgación, la capa de filtración comprende al menos dos partículas de cerámico diferentes, es decir, primeras partículas y segundas partículas, y así sucesivamente.

La relación Y está en el intervalo de 2 a 5.000. En una realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 5 a 4.000. En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 5 a 3.000. En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 5 a 2.000. En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 5 a 1.000.

En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 10 a 500. En una realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 50 a 400. En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 100 a 300. En otra realización preferida, la relación Y está en el intervalo de 150 a 250.

Se entiende que cualquier relación Y mínima dada anteriormente puede combinarse con cualquier relación Y máxima dada anteriormente.

• Composición de la capa de filtración

En una realización, la primera y segunda partículas muestran una distribución numérica bimodal del tamaño de partícula. Dicho de otro modo, cada una de la primera y la segunda partículas tienen una distribución numérica del tamaño de partícula que se superpone sólo parcialmente, en donde la intersección de ambas distribuciones de tamaño de partículas no está en el máximo de números de partículas de ninguna de las distribuciones de tamaño de partículas. En una realización preferida, el D<10>de las primeras partículas es mayor que el D<90>de las segundas partículas. En otra realización preferida, las distribuciones de tamaño de partículas no se superponen.

La capa de filtración comprende segundas partículas en una cantidad de 10 % en peso a 30 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas.

Se entiende que el experto puede elegir la cantidad de segundas partículas con respecto a la cantidad de primeras partículas individualmente para cada capa de filtración dependiendo de los requisitos de uso. Una mayor cantidad de segundas partículas aumenta la resistencia mecánica y la estabilidad a la abrasión de la capa de filtración. Por otra parte, las propiedades químicas, p. ej., el potencial zeta y/o el tamaño de los poros pueden verse influenciados de manera negativa, posiblemente dando como resultado diferentes propiedades de filtración y/o una distribución bimodal del tamaño de los poros. Esto puede dar como resultado un mayor riesgo de bloqueo y ensuciamiento de la membrana y/o disminución de la calidad del filtrado. Una menor cantidad de segundas partículas puede disminuir la resistencia mecánica y la estabilidad a la abrasión de la capa de filtración porque la unión entre las primeras partículas obtenidas durante el proceso de sinterización es insuficiente. Por tanto, la durabilidad puede reducirse significativamente.

En una realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es ZrÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es TiÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es Al2Ü3. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es Al2Ü3. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es ZrÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es TiÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es Al2Ü3. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es ZrÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es TiÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es BN y la segunda partícula es Al2Ü3. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es BN y la segunda partícula es TiÜ<2>. En otra realización, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es BN y la segunda partícula es ZrÜ<2>. En una realización preferida, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es ZrÜ<2>. En otra realización preferida, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es TiÜ<2>. En otra realización preferida, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es Al2Ü3. En una realización más, la capa de filtración comprende primeras y segundas partículas, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es ZrÜ<2>.

Se entiende que se puede determinar el tamaño de las partículas comprendidas en la capa de filtración, p. ej., mediante microscopía electrónica rasterizada (REM, cf. Figura 1), después de su preparación. Adicionalmente, se entiende que la composición química de la capa de filtración puede determinarse después de su preparación, p. ej., mediante análisis elemental mediante análisis de rayos X de dispersión de energía (cf. Figura 2B).

La Figura 1 muestra una imagen REM ampliada de una capa de filtración que comprende partículas de SiC como primeras partículas y 30 % en peso de partículas de ZrÜ<2>como segundas partículas que se unen a las partículas de SiC más grandes y las unen entre sí (círculos blancos). Detector = InLens; Señal B = MPSE; Señal = 1,0000; EHT = 5,00 kV; Aum. = 250,00 KX; DT = 4,0 mm; Imagen registrada en un Zeiss Leo 15340VP.

La Figura 2 muestra una imagen REM del mismo elemento filtrante (A) a partir del cual se realizó un análisis EDX (B).

1: pico para C K; 2: pico para O K; 3: pico para Si K; 4: pico para Zr L. A: Detector = InLens; Señal B = MPSE; Señal = 1,0000; EHT = 5,00 kV; Aum. = 250,00 KX; DT = 4,0 mm; Imagen registrada en un Zeiss Leo 15340VP. B: detector EDX integrado de Zeiss Le o 15340VP.

De manera adicional, se entiende que la selección de las primeras partículas determina las propiedades de filtración del elemento filtrante. El experto en la materia puede elegir las primeras partículas con respecto al uso previsto del elemento filtrante.

Por ejemplo, el tamaño de los poros y, por tanto, el peso molecular de corte están determinados por las primeras partículas. Cuanto mayor sea el diámetro D<50>de las primeras partículas, más grande será el tamaño de los poros.

Adicionalmente, también el potencial zeta de la superficie de la capa de filtración está determinado por la elección de las primeras partículas. Se sabe que las capas de filtración constituidas por partículas de carburos metálicos presentan una evolución típica del potencial zeta en el intervalo de diferentes valores de pH, mientras que el punto isoeléctrico está en el intervalo de pH de 2 a 3 (véase la Figura 3). Por tanto, la superficie de dichas capas de filtración está cargada negativamente en un amplio intervalo de pH, es decir, superior a 3. Esto es muy deseable en una variedad de tareas de filtración, ya que los compuestos (orgánicos) cargados negativamente son repelidos. Por tanto, no sólo se mejora la retención de dichos compuestos, sino también la tendencia a la contaminación de la membrana, p. ej., se reduce la formación de una capa de ensuciamiento que comprende partículas y moléculas de la alimentación encima de la capa de filtración).

La Figura 3 muestra la pendiente del potencial zeta en relación con el valor de pH. En la mismo, se han analizado dos elementos diferentes, ambos contienen SiC como primeras partículas y ZrO<2>como segundas partículas. Rombos: elemento filtrante 1 según el Ejemplo 1 que comprende 30 % en peso de ZrO<2>como segundas partículas y SiC como primeras partículas. La sinterización se realizó a 400 0C durante 2 h. Cruz: elemento filtrante 2 según el Ejemplo 1 que comprende 30 % en peso de ZrO<2>como segundas partículas y SiC como primeras partículas. La sinterización se realizó a 500 0C durante 2 h.

Estas propiedades ventajosas se mantienen en las capas de filtración según la presente divulgación a pesar de la presencia de segundas partículas en la capa de filtración.

El proceso de fabricación de elementos filtrantes de cerámico

d) secar la película residual, preferentemente durante 2 a 6 h a una temperatura en el intervalo de 60 0C a 90 0C; y

e) sinterizar la estructura de soporte con la película residual,

La presente divulgación se refiere además a un método para la producción de los elementos filtrantes de cerámico descritos anteriormente. En consecuencia, un segundo aspecto de la presente divulgación se refiere a un proceso para fabricar un elemento filtrante de cerámico multicapa según el primer aspecto como se ha detallado anteriormente, en donde las capas se forman mediante la aplicación de una suspensión que comprende la primera y la segunda a una estructura de soporte cerámico que se solidifica mediante sinterización a baja temperatura sin necesidad de una atmósfera inerte.

Una ventaja del proceso para la fabricación de un elemento filtrante de cerámico según la presente divulgación es el ahorro de costes y la simplificación del proceso mediante la reducción de los requisitos en cuanto a temperatura y atmósfera.

El proceso para la preparación de un elemento filtrante de cerámico según la presente divulgación comprende las siguientes etapas (a) a (f):

(a) Para el revestimiento de la capa de filtración, en una primera etapa se proporciona una suspensión de revestimiento. La suspensión de revestimiento se puede preparar a partir de polvos cristalinos de la primera y segunda partículas y un disolvente en presencia de un aditivo de dispersión. Opcionalmente, un agente aglutinante puede estar comprendido en la suspensión de revestimiento

En una realización, la suspensión de revestimiento comprende un aditivo de dispersión para facilitar la mezcla óptima y evitar la agregación acelerada de las partículas. El aditivo de dispersión puede seleccionarse del grupo de tensioactivos, p. ej., ácidos carbónicos, alcoholes grasos, ácidos minerales, sales de amonio tales como hidróxido de tetrametilamonio o polielectrolitos, tales como poli(estirenosulfonato de sodio). En una realización preferida, el aditivo de dispersión se selecciona del grupo que consiste en ácidos minerales. En otra realización preferida, el aditivo de dispersión es ácido nítrico. En otra realización preferida, el aditivo de dispersión es ácido clorhídrico. En otra realización preferida, el aditivo de dispersión se selecciona del grupo que consiste en ácidos carbónicos. En otra realización preferida, el aditivo de la dispersión es ácido acético. En otra realización preferida, el aditivo de la dispersión es hidróxido de tetrametilamonio.

En una realización, la suspensión de revestimiento comprende un aditivo de dispersión en una cantidad de hasta 5 % en peso. En otra realización, la suspensión de revestimiento comprende un aditivo de dispersión en una cantidad de hasta 3 % en peso. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 3 % en peso. En otra realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 1 % en peso.

Adicionalmente, puede añadirse un agente aglutinante para facilitar la sinterización y mejorar la fuerza de la unión. Este agente aglutinante puede seleccionarse de un polímero, especialmente, un alcohol polivinílico, una polivinilpirrolidona o una celulosa, o una mezcla de los mismos. En una realización preferida, el agente aglutinante es un alcohol polivinílico. En otra realización preferida, la celulosa se selecciona de una metilcelulosa y una carboximetilcelulosa, o mezclas de las mismas.

En otra realización, el agente aglutinante está presente en una cantidad de <15 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento, preferentemente en una cantidad de <10 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento. En otra realización, el agente aglutinante está presente en una cantidad de al menos 0,5 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento. En otra realización preferida, el agente aglutinante está presente en una cantidad de 0,5 % en peso a 15 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento. En otra realización preferida, el agente aglutinante está presente en una cantidad de 0,5 % en peso a 10 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento. En otra realización preferida, el agente aglutinante está presente en una cantidad de 0,5 % en peso a 5 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento.

En una realización, la suspensión de revestimiento para el revestimiento de la capa de filtración comprende segundas partículas en una cantidad de 1 % en peso a 50 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende segundas partículas en una cantidad de 5 % en peso a 40 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende segundas partículas en una cantidad de 5 % en peso a 30 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende segundas partículas en una cantidad de 7 % en peso a 25 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende segundas partículas en una cantidad de 10 % en peso a 25 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas.

En una realización, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 1 % en peso a 40 % en peso basado en el peso total de la suspensión de revestimiento. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 2 % en peso a 35 % en peso. En otra realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 3 % en peso a 30 % en peso. En otra realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 5 % en peso a 25 % en peso. En otra realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 5 % en peso a 20 % en peso. En otra realización preferida, la suspensión de revestimiento comprende una mezcla de primeras y segundas partículas como se ha descrito anteriormente en una cantidad de 7 % en peso a 15 % en peso.

En una realización, la suspensión de revestimiento puede comprender al menos 1 % en peso de la primera partícula, basado en el peso total de la suspensión, preferentemente la suspensión de revestimiento puede comprender de 1 % en peso a 70 % en peso de la primera partícula, preferentemente de 1 % en peso a 50 % en peso de la primera partícula, más preferentemente de 1 % en peso a 30 % en peso de la primera partícula, más preferentemente en donde la suspensión de revestimiento puede comprender de 3 % en peso a 20 % en peso de la primera partícula, lo más preferentemente, en donde la suspensión de revestimiento puede comprender de 5 % en peso a 15 % en peso de la primera partícula basado en el peso total de la suspensión de revestimiento.

En una realización, la suspensión de revestimiento puede comprender al menos 0,1 % en peso de la segunda partícula basado en el peso total de la mezcla, preferentemente la suspensión de revestimiento puede comprender de 0,1 % en peso a 35 % en peso de la segunda partícula, preferentemente de 0,1 % en peso a 25 % en peso de la segunda partícula, más preferentemente de 0,1 % en peso a 15 % en peso, más preferentemente de 0,1 % en peso a 10 % en peso de la segunda partícula, más preferentemente la suspensión de revestimiento puede comprender de 1 % en peso a 10 % en peso de la segunda partícula, lo más preferentemente la suspensión de revestimiento puede comprender de 1 % en peso a 8 % en peso de la segunda partícula basado en el peso total de la suspensión de revestimiento.

En una realización, el disolvente de la suspensión de revestimiento es agua. En otra realización, el disolvente de la suspensión de revestimiento se selecciona de alcoholes alifáticos, lineales o ramificados, que comprenden de uno a seis átomos de carbono. En otra realización, el disolvente comprende DMSO y/o NMP. En una realización preferida, el disolvente de la suspensión de revestimiento es agua. En otra realización preferida, el disolvente es etanol. En otra realización preferida, el disolvente es una mezcla de agua y etanol. En otra realización preferida, el disolvente es una mezcla de agua y DMSO. Se entiende que la suspensión total de revestimiento debe tener un peso total del 100 % en peso. Si no se describe explícitamente lo contrario, el disolvente constituye el peso no especificado (p. ej., en los ejemplos). Se entiende además que los aditivos de dispersión y los agentes aglutinantes deben seleccionarse cuidadosamente para que sean compatibles con el disolvente, p. ej., solubles e inertes/estables.

En una realización, la suspensión de revestimiento se puede preparar a partir de suspensiones base que comprenden un aditivo de dispersión, un disolvente, y una primera o segunda partículas.

El aditivo de dispersión y el disolvente comprendidos en las suspensiones base pueden ser los aditivos de dispersión y disolventes descritos anteriormente para la suspensión de revestimiento.

La suspensión base puede comprender una primera o segunda partículas en una cantidad de 1 % en peso a 80 % en peso. En una realización, la suspensión base comprende una primera o segunda partículas en una cantidad de 1 % en peso a 50 % en peso basado en el peso total de la suspensión base respectiva. En una realización preferida, la suspensión base comprende una primera o segunda partículas en una cantidad de 10 % en peso a 40 % en peso basado en el peso total de la suspensión base respectiva. En otra realización preferida, la suspensión base puede comprender primera o segunda partículas en una cantidad de 10 % en peso a 30 % en peso basado en el peso total de la suspensión base respectiva. En otra realización preferida, la suspensión base puede comprender primera o segunda partículas en una cantidad de 15 % en peso a 30 % en peso basado en el peso total de la suspensión base respectiva. En otra realización preferida, la suspensión de bases comprende primeras partículas en una cantidad de 35 % en peso a 45 % en peso basado en el peso total de la suspensión de base respectiva.

En una realización, la suspensión base que comprende primeras partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 5 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización, la suspensión base que comprende primeras partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 4 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización, la suspensión base que comprende primeras partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 2 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En una realización preferida, la suspensión base que comprende primeras partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 2 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización preferida, la suspensión base que comprende primeras partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 0,1 % en peso a 1 % en peso basado en el peso total de la suspensión base.

En una realización, la suspensión base que comprende segundas partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 1 % en peso a 20 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización, la suspensión base que comprende segundas partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 1 % en peso a 15 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización, la suspensión base que comprende segundas partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 1 % en peso a 10 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En una realización preferida, la suspensión base que comprende segundas partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 2 % en peso a 10 % en peso basado en el peso total de la suspensión base. En otra realización preferida, la suspensión base que comprende segundas partículas puede comprender además un aditivo de dispersión en una cantidad de 3 % en peso a 7 % en peso basado en el peso total de la suspensión base.

En una realización, la suspensión de revestimiento se puede preparar mezclando los componentes comprendidos en la misma, p. ej., primera y segunda partículas, aditivo de dispersión, agente aglutinante y disolvente.

En otra realización, la suspensión de revestimiento se puede preparar mezclando las suspensiones base que comprenden primera y segunda nanopartículas con un agente aglutinante y un disolvente.

La mezcla se puede lograr mediante la entrada de energía mecánica para obtener una distribución uniforme de partículas en la suspensión de revestimiento. La energía mecánica puede aplicarse mediante agitación, zarandeo o molienda con un aporte de energía de aproximadamente 0,1 kWh/kg de suspensión a aproximadamente 15 kWh/kg de suspensión.

(b) En otra etapa del proceso de fabricación, la capa de filtración se forma poniendo en contacto la superficie de la estructura de soporte con la suspensión de revestimiento. En una realización preferida, la estructura de soporte tiene forma de tubo. Para el revestimiento, el tubo se dispone verticalmente y se llena con una suspensión de revestimiento mediante una bomba. En otra realización preferida, el tubo se llena completamente.

La suspensión de revestimiento se pone en contacto con la superficie de soporte durante un tiempo de permanencia. En una realización, la suspensión de revestimiento se pone en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia inferior a 120 segundos. En una realización preferida, la suspensión de revestimiento se pone en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de hasta 60 segundos. En otra realización preferida, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de 60 segundos. En otra realización preferida, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de 30 segundos. En otra realización, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de al menos 10 segundos. En una realización preferida, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de 10 segundos a 120 segundos. En otra realización preferida, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de 10 segundos a 60 segundos. En otra realización preferida, la suspensión entra en contacto con el soporte durante un tiempo de permanencia de 30 segundos o 60 segundos.

Transcurrido el tiempo de permanencia, la suspensión de revestimiento se retira cuidadosamente, dejando una película sobre el soporte. En una realización, la suspensión se purga del tubo dejando una película de suspensión de revestimiento sobre la superficie del soporte. El espesor de la película que queda en la capa más externa del cuerpo estratificado se puede controlar mediante el tiempo de permanencia a través del efecto de la polarización de la concentración y las fuerzas de corte causadas por la velocidad de la suspensión de revestimiento durante el drenaje de la superficie a revestir. La primera y segunda partículas forman una capa encima del soporte mediante el entrelazamiento entre las partículas y las fuerzas de adherencia que se ven reforzadas por los efectos capilares de la estructura de soporte sólida debajo de la película. El espesor de la capa se controla por el tiempo de permanencia y la concentración de partículas en la suspensión de revestimiento.

(c) Posteriormente, la película residual de la suspensión de revestimiento se seca. En una realización, la película se seca en una atmósfera de aire. En otra realización, la película se seca en una atmósfera de aire a temperatura ambiente. En una realización preferida, la película se seca durante al menos 12 h. En otra realización, la película se seca a una temperatura de 60 0C a 90 0C en una atmósfera de aire. En una realización más preferida, la película se seca a una temperatura de 60 0C a 90 0C en una atmósfera de aire durante 2 h a 6 h.

La película seca se somete a un proceso de sinterización.

(d) En una siguiente etapa del proceso de fabricación, las películas secas se solidifican mediante una etapa de sinterización.

El experto sabe que la sinterización de películas que comprenden partículas de al menos un carburo metálico o de al menos un nitruro metálico requiere normalmente temperaturas elevadas de aproximadamente 2.000 0C. En estas condiciones, especialmente a temperaturas superiores a 900 0C, los carburos metálicos y los nitruros metálicos son particularmente propensos a oxidarse y forman rápidamente óxidos metálicos. Por tanto, la sinterización de partículas de al menos un carburo o nitruro metálico requiere habitualmente la exclusión del oxígeno, p. ej., mediante la sustitución de la atmósfera por una atmósfera inerte o mediante la aplicación de vacío, para evitar la oxidación, también se hace referencia a la "formación de vidrio" (p. ej., cuando se usan carburos o nitruros de silicio) en el sentido de la presente divulgación.

Los inventores de la presente divulgación, sin embargo, descubrieron sorprendentemente que las temperaturas de sinterización pueden reducirse sustancialmente a temperaturas inferior a la temperatura crítica de 900 °C debido a la alta actividad de sinterización de las segundas partículas seleccionadas del grupo de al menos un óxido metálico como consecuencia de su pequeño tamaño. Las segundas partículas pueden unir las primeras partículas más grandes, conectándolas de forma muy fuerte y formando una capa de filtración de gran durabilidad. Además, las propiedades de la capa de filtración están determinadas principalmente por las propiedades inherentes de las primeras partículas.

En una realización, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un carburo metálico o al menos un nitruro metálico, la etapa de sinterización se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 300 0C a 900 C. En otra realización, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un carburo metálico o al menos un nitruro metálico, la etapa de sinterización se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 900 0C. En una realización preferida, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un carburo metálico o al menos un nitruro metálico, la etapa de sinterización se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 700 0C.

Se entiende que dichos carburos metálicos o nitruros metálicos no sufren oxidación a las temperaturas descritas. Por tanto, en una realización, la etapa de sinterización se puede realizar en una atmósfera que contenga oxígeno en una cantidad inferior al 50 % (V/V). En otra realización, la etapa de sinterización se puede realizar en una atmósfera que contenga oxígeno en una cantidad inferior al 40 % (V/V). En otra realización, la etapa de sinterización se puede realizar en una atmósfera que contenga oxígeno en una cantidad inferior al 30 % (V/V). En otra realización preferida, la etapa de sinterización se puede realizar en una atmósfera de aire.

En otro aspecto de la presente divulgación, las películas que comprenden primeras partículas seleccionadas del grupo de al menos un óxido metálico se pueden sinterizar a temperatura reducida debido a la alta actividad de sinterización de las segundas partículas que se ha descrito anteriormente.

En una realización, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un óxido metálico, la etapa de sinterización se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 300 0C a 1400 0C. En otra realización, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un óxido metálico, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 300 0C a 1200 0C. En una realización preferida, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un óxido metálico, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 900 0C. En otra realización preferida, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo de al menos un óxido metálico, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 700 0C.

En una realización, la etapa de sinterización se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 300 0C a 1200 0C. En otra realización, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 1100 0C. En una realización preferida, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 900 0C. En otra realización preferida, la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 400 0C a 700 0C.

Se entiende que las temperaturas descritas anteriormente son sustancialmente más bajas que las temperaturas de sinterización utilizadas hasta ahora. Por tanto, el proceso de fabricación según la presente divulgación se mejora porque requiere menos energía y menos esfuerzos con respecto a la atmósfera de sinterización, mientras que la resistencia mecánica y las propiedades de filtración, tales como el tamaño de los poros y el potencial zeta, de la capa de filtración se mantienen o incluso se mejoran.

En una realización, los elementos filtrantes que se van a sinterizar se pueden calentar hasta la temperatura de sinterización a una velocidad de hasta 20 0C/min. En otra realización, los elementos filtrantes que se van a sinterizar se pueden calentar hasta la temperatura de sinterización a una velocidad de hasta 15 0C/min. En otra realización, los elementos filtrantes que se van a sinterizar se pueden calentar hasta la temperatura de sinterización a una velocidad de hasta 10 0C/min. En una realización preferida, los elementos filtrantes que se van a sinterizar se pueden calentar hasta la temperatura de sinterización a una velocidad de 10C/min a 10 0C/min. En otra realización preferida, los elementos filtrantes que se van a sinterizar se pueden calentar hasta la temperatura de sinterización a una velocidad de 10C/min a 5 0C/min.

Se entiende que elevar la temperatura demasiado rápido puede dar como resultado estrés térmico y grietas en la estructura de soporte y/o en la capa de filtración que pueden reducir la durabilidad y limitar la usabilidad de los elementos filtrantes.

En una realización, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 10 minutos a 600 minutos. En otra realización, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 20 a 500 minutos. En otra realización, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 20 a 400 minutos. En otra realización, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 20 a 300 minutos. En una realización preferida, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 30 a 300 minutos. En otra realización preferida, los elementos filtrantes se pueden mantener a la temperatura de sinterización durante un tiempo de 30 a 240 minutos.

Se entiende que el experto selecciona el tiempo de la etapa de sinterización de acuerdo con la temperatura y la actividad de sinterización de las segundas partículas. Si el tiempo de sinterización se elige demasiado corto, las segundas partículas no pueden unir estrechamente las primeras partículas, lo que da como resultado una baja resistencia mecánica y una baja estabilidad frente a tensiones químicas de la capa de filtración.

En una realización, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad de hasta 20 0C/min. En una realización, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad de hasta 15 0C/min. En una realización, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad de hasta 10 0C/min. En una realización preferida, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad de 10C/min a 10 0C/min. En otra realización preferida, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad de 10C/min a 5 0C/min. En otra realización preferida, los elementos filtrantes se pueden enfriar a temperatura ambiente después de la sinterización a una velocidad determinada por el horno utilizado sin la aplicación de refrigeración externa.

Se entiende que un enfriamiento más rápido, p. ej., por enfriamiento por choque térmico, puede dar como resultado tensiones térmicas y grietas dentro de la estructura de soporte y/o la capa de filtración.

(f) En una realización, las etapas (b) a (d) del proceso de fabricación se pueden repetir con la misma suspensión obtenida en la etapa (a) hasta que se obtenga el espesor deseado de la capa de filtración. En las realizaciones preferidas, todas las etapas (b) a (d) se realizan al menos una vez con la misma suspensión obtenida en la etapa (a). En otra realización preferida, las etapas (b) a (d) del proceso no se realizan más de seis veces. En otra realización preferida, la etapas (b) a (d) se realizan hasta cuatro veces usando la misma suspensión obtenida en la etapa (a). Se entiende que en la segunda y en cualquier repetición posterior de las etapas (b) a (d), el soporte no se puede revestir porque hay una capa revestida sobre él durante el primer ciclo de fabricación o el anterior. En estos casos, se puede revestir una capa adicional sobre la capa ya existente, en donde es favorable obtener una fina capa de filtración. En el sentido de la presente divulgación, capas individuales que consisten en los mismos materiales en cuanto a composición química y tamaño de partícula se consideran una sola capa, es decir, la capa de filtración.

Ejemplos

Ejemplo 1: Preparación de membrana filtrante de cerámico que no es un óxido mediante sinterización a baja temperatura

Preparación de la solución base

Las nanopartículas de cerámico cristalino se obtienen de proveedores comerciales o se muelen hasta obtener el tamaño de partícula deseado. El tamaño medio de partícula se da como los valores numéricos D<10>, D<50>y D<90>que se determinan mediante dispersión dinámica de la luz (DLS) antes del revestimiento con una máquina NANO-flex (obtenida de Microtrac Europe GmbH).

Se mezcla un aditivo de dispersión (p. ej., ácido acético o hidróxido de tetrametilamonio) con agua hasta que se obtiene una solución homogénea. A continuación, el polvo cerámico de carburo de silicio (D<10>= 280 nm, D<50>= 520 nm, D<90>= 1060 nm; Z = 3,8) se añade con agitación vigorosa. Para obtener una dispersión mecánica con una distribución de partículas adecuada, la energía mecánica se aplica mediante un molino de perlas. La aplicación de energía de molienda depende del tamaño de las partículas de cerámico y se elige en un intervalo de 0,1 kWh/kg a 15 kWh/kg de suspensión. De este modo, se puede obtener una suspensión base que contiene una mezcla 3/1 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)) y aditivo de dispersión.

De modo similar, una suspensión base de la nanopartícula de cerámico tipo óxido que comprende nanopartículas de óxido de zirconio (D<10>= 2 nm, D<50>= 3 nm, D<90>= 5 nm; Z = 2,5; se prepara una mezcla 4/1 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)). Suspensión de revestimiento

Antes del proceso de revestimiento, ambas suspensiones de base se diluyen con agua y se añade un agente aglutinante mientras se agitan. La cantidad de nanopartículas en la suspensión siempre se expresa en % en peso (% p.), a menos que se especifique lo contrario.

Una suspensión de revestimiento adecuada tiene la siguiente composición:

• Disolvente: H<2>O (42 % p.)

• Suspensión base de SiC (40 % p.)

• Suspensión base de ZrO<2>(15 % p.)

• Solución acuosa al 20 % en peso de alcohol polivinílico (3 % p.)

Revestimiento sobre el soporte

La suspensión de revestimiento mencionada anteriormente se introduce en el interior de tubos de soporte cerámicos orientados verticalmente. La solución se deja en los tubos de soporte durante un tiempo de 60 segundos después de lo cual se purga la suspensión de revestimiento. La película restante en la superficie interior del tubo se deja secar. Después de esto, los tubos revestidos pueden sinterizarse en las condiciones indicadas en la Tabla 1 hasta que se obtenga suficiente resistencia.

Caracterización de membranas filtrantes de cerámico

• Filtración

Se preparó una dispersión de aceite en agua (pH 6-8). La concentración de aceite se ajustó a más de 5200 ppm y la dispersión se mezcló para obtener gotas de aceite de un tamaño D3,50 de aproximadamente 1,4 pm. En este caso, Ü3.50 es el valor volumétrico de D<50>. Dicho de otro modo, Ü3.50 se define como el diámetro de las partículas, en donde el volumen de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 50 % con respecto al número total de partículas. La dispersión se bombeó a través de fibras huecas de cerámico con un revestimiento de membrana de SiC/ZrO<2>en la superficie interior con un flujo cruzado de<2 , 0>m/s y una presión transmembrana de 0,5 bar a una temperatura de 40 °C.

Durante la prueba de filtración, el flujo permaneció constante durante 7 días sin retrolavado, lo que indica la carga superficial negativa de la capa de filtración y la baja tendencia al ensuciamiento.

En el permeado, se encontró menos de 1 ppm de aceite. Por otra parte, más del 99,9 % del aceite quedó retenido en la dispersión de alimentación. Este experimento revela excelentes propiedades de filtración del elemento filtrante. • Potencial zeta

Las membranas se caracterizaron además midiendo su potencial zeta (véase la Figura 3) con una máquina SurPASS 3 obtenida de Anton Paar. Para realizar el análisis, se utilizaron agua desionizada, cloruro de potasio (pureza > 99,5 %, obtenido de Roth), una solución 0,01 N de KOH (obtenida de Roth) como base y una solución acuosa 0,1 N de HCl (obtenida de Roth). La medición se llevó a cabo a temperatura ambiente (23 - 26<0>C) y la solución contenía KCI en una concentración de 1 mmol/l (conductividad 11 mS/m, volumen 530 ml).

La medición del potencial zeta revela que la forma característica de la curva típica obtenida para el carburo de silicio se conservó a pesar de la adición de una nanopartícula de cerámico tipo óxido como fase de unión (véase la Figura 3). Por tanto, las membranas de la presente divulgación tienen la misma baja tendencia a ensuciarse en comparación con las membranas filtrantes de cerámicos que no son un óxido debido al carácter fuertemente hidrófilo de las membranas y las propiedades repelentes de componentes con carga negativa en un amplio intervalo de valores de pH.

• Resistencia del revestimiento con y sin impacto químico

Se midió la resistencia del revestimiento de membranas revestidas en el exterior de fibras huecas de cerámico antes y después del impacto químico para evaluar las propiedades mecánicas de la membrana filtrante de cerámico. El impacto químico se aplicó mediante el almacenamiento de las membranas en una solución fuertemente básica (pH = 14) que contenía NaOH a 95 °C durante un periodo de 4 días.

La abrasión mecánica se ensayó mediante un ensayo de abrasión manual, que consiste en frotar fuertemente las membranas con el índice y el pulgar.

Tabla 1 Resultados de los ensayos de abrasión manual de revestimientos de membranas de cerámico sobre fibras huecas de cerámico (exterior) antes del impacto químico

Resistencia del revestimiento

Temperatura de sinterización 400 0C 500 0C 600 0C 700 0C 800 0C 900 0C SiC (membrana comparativa) <--- --- --- --- --->++ SiC / ZrO<2>(15 % p.) + ++ ++ ++ ++ ++ SiC / ZrO<2>(30 % p.) ++ ++ ++ ++ ++ ++ SiC/TiO<2>(15 % p.) -- + ++ ++ Tabla 2 Resultados de los ensayos de abrasión manual de revestimientos de membranas de cerámico sobre fibras huecas de cerámico (exterior) después del impacto químico

Resistencia del revestimiento

Temperatura de<4 0 0>»c<5 0 0>°C 600 0C 700 0C 800 0C 900 0C sinterización

SiC (membrana

comparativa)<n.d. - - - n.d. - - ->n.d. - - -SiC / ZrO<2>(15 % p.) - n.d.<—>SiC / ZrO<2>(30 % p.) ++ ++ ++ ++ ++ ++ SiC / TiO2(15 % p.) n.d.<- - -->-- n.d.<—>(continuación) __________________________________________________ Resistencia del revestimiento________________________ n.d. = no determinado; — : resistencia muy baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado completamente con facilidad; - -: resistencia baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con facilidad; -: resistencia baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con baja presión; : resistencia media del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con alta presión; : resistencia alta del revestimiento, el revestimiento se puede frotar hasta una cantidad menor usando alta presión; : resistencia muy alta del revestimiento, el revestimiento no se puede quitar por frotado a pesar de aplicar una presión muy alta. Los números dados en % en peso expresan la cantidad de segunda partícula basado en el peso total de la primera y segunda partículas. El polvo de SiC utilizado tiene D<10>= 280 nm, D<50>= 520 nm, D<90>= 1060 nm; El polvo de ZrO<2>utilizado tiene D<10>= 2 nm, D<50>= 3 nm, D<90>= 5 nm; El polvo de TiO<2>utilizado tiene D<10>= 12-17 nm, D<50>= 17-22 nm, D<90>= 25-35 nm.______________________________

El ensayo de abrasión manual revela que las membranas de la presente divulgación tienen una estabilidad mucho mayor frente a tensiones mecánicas que las membranas preparadas a partir de carburo de silicio solo. De esta manera, la temperatura de sinterización se reduce significativamente para las membranas de la presente divulgación en comparación con la membrana comparativa. Incluso después de un fuerte impacto químico, las membranas de la presente divulgación muestran una buena resistencia mecánica que indica su durabilidad y alta relevancia para fines de filtración, especialmente en medios corrosivos.

Ejemplo 2: Preparación de membrana filtrante de cerámico tipo óxido mediante sinterización a baja temperatura. (no según la invención)

Las partículas cristalinas de óxido cerámico se obtienen de proveedores comerciales o se muelen hasta obtener el tamaño y la forma de partícula deseados. El tamaño medio de partícula se da como los valores numéricos D<10>, D<50>y D<90>que se determinan por DLS antes del revestimiento.

Se mezcla un aditivo de dispersión (es decir, ácido acético) con agua hasta que se obtiene una solución homogénea. A continuación, un polvo de AhO3 (D<10>= 140 nm, D<50>= 250 nm, D<90>= 450 nm; Z = 3,2) se añade con agitación vigorosa. Para obtener una dispersión mecánica con una distribución de partículas adecuada, la energía mecánica se aplica mediante un molino de perlas. La aplicación de energía de molienda depende del tamaño de las partículas de cerámico y se elige en un intervalo de 0,1 kWh/kg a 15 kWh/kg de suspensión. De este modo, se puede obtener una suspensión base que contiene una mezcla 3/2 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)) y aditivo de dispersión.

De modo similar, una suspensión base de la nanopartícula de cerámico tipo óxido que comprende nanopartículas de óxido de zirconio (D<10>= 2 nm, D<50>= 3 nm, D<90>= 5 nm; Z = 2,5; mezcla 4/1 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)), o nanopartículas de óxido de titanio (denominadas TiO2-1; D<10>= 14 nm, D<50>= 18 nm, D<90>= 28 nm; Z = 2; mezcla 4/1 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)) o nanopartículas de óxido de titanio (denominadas TiO2-2; D<10>= 29 nm, D<50>= 38 nm, D<90>= 59 nm; Z = 2; se prepara una mezcla 4/1 de disolvente y la nanopartícula de cerámico cristalina con respecto a su relación en peso (peso (disolvente)/peso (nanopartícula)).

Suspensión de revestimiento

Antes del proceso de revestimiento, ambas suspensiones base se diluyen con agua y se añade un agente aglutinante mientras se agita, como se ejemplifica en la siguiente composición:

• Disolvente (H<2>O): 66,0 % p.

• Suspensión base (AhOs): 25,0 % p.

• Suspensión base (ZrO<2>): 6,0 % p.

• Agente aglutinante (alcohol polivinílico al 20 % en peso en H<2>O): 3,0 % p.

Revestimiento sobre el soporte

La suspensión de revestimiento mencionada anteriormente se introduce en el interior de tubos de soporte cerámicos orientados verticalmente. La solución se deja en los tubos de soporte durante un tiempo de 60 segundos después de lo cual se purga la suspensión de revestimiento. La película restante en la superficie interior del tubo se deja secar. Posteriormente, los tubos revestidos se pueden sinterizar hasta obtener la resistencia suficiente.

Caracterización de membranas filtrantes de cerámico tipo óxido

• Medición del tamaño de poro

El tamaño de poro D<90>se determinó entre 30 y 40 nm mediante porosimetría de flujo. Aunque los elementos filtrantes de esta clase no presentan una menor tendencia a ensuciarse, los elementos filtrantes se pueden fabricar fácilmente y con un bajo consumo energético.

• Resistencia del revestimiento sin impacto químico

Adicionalmente, la capa de filtración muestra una resistencia mecánica y una estabilidad a la abrasión mejoradas. La abrasión mecánica se ensayó mediante un ensayo de abrasión manual, que consiste en frotar fuertemente las membranas con el índice y el pulgar.

Tabla 3 Resultados de los ensayos de abrasión manual de revestimientos de membranas de cerámico tipo óxido Temperatura de sinterización 500 0C 600 0C 700 0C 900 0C Al2O3 (membrana comparativa)<--- --- --->++ Al2O3 / ZrO2 (12 % p.) ++ ++ ++ Al2O3 / TiO2-1 (12 % p.) - + ++ ++ Al2O3 / TiO2-2 (12 % p.) - + ++ — : resistencia muy baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado completamente con facilidad; - -: resistencia baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con facilidad; -: resistencia baja del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con baja presión; : resistencia media del revestimiento, el revestimiento se puede quitar por frotado parcialmente con alta presión; : resistencia alta del revestimiento, el revestimiento se puede eliminar frotando hasta una pequeña cantidad usando alta presión; : resistencia muy alta del revestimiento, el revestimiento no se puede quitar por frotado a pesar de aplicar una presión muy alta. Los números dados en % en peso expresan la cantidad de segunda partícula basado en el peso total de la primera y segunda partículas. El polvo de AbO3 utilizado tiene D<10>= 140 nm, D<50>= 250 nm, D<90>= 450 nm; El polvo de ZrO<2>utilizado tiene D<10>= 2 nm, D<50>= 3 nm, D<90>= 5 nm; El polvo de TiO2-1 utilizado tiene D<10>= 14 nm, D<50>= 18 nm, D<90>= 28 nm. El polvo de TiO<2 -2>utilizado tiene D<10>= 29 nm, D<50>= 38 nm, D<90>= 59 nm._________________________________________________

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un elemento filtrante de cerámico preparado mediante un proceso para la fabricación de un elemento filtrante de cerámico, en donde el proceso de fabricación comprende las etapas de

b) poner en contacto la superficie de soporte con la suspensión de revestimiento durante un periodo de tiempo; c) eliminar el exceso de suspensión de revestimiento sin eliminar una película residual de suspensión de revestimiento;

d) secar la película residual; y

e) sinterizar la estructura de soporte con la película residual; y en donde

el elemento filtrante de cerámico que comprende una estructura de soporte y una capa de filtración, en donde la capa de filtración comprende al menos primeras partículas y segundas partículas, en donde las segundas partículas se seleccionan del grupo que consiste en partículas de cerámico tipo óxido, y en donde la primera y segunda partículas difieren en al menos su diámetro numérico D<50>, caracterizado por que la relación (Y) del diámetro numérico D<50>de las primeras partículas y el diámetro numérico D<50>de las segundas partículas está en el intervalo de 2 a 5.000, en donde

las primeras partículas se seleccionan del grupo que consiste en SiC, Si3N4, AIN y mezclas de los mismos; y en donde

las segundas partículas tienen un diámetro numérico D<50>de 1 nm a 50 nm; y en donde

las segundas partículas se seleccionan del grupo que consiste en AbO3, SiO<2>, TiO<2>, ZrO<2>y mezclas de los mismos; y en donde

los diámetros numéricos D<50>de la primera y segunda partículas se determinan por dispersión dinámica de la luz, en donde

la segunda partícula está presente en una cantidad de 10 % en peso a 30 % en peso basado en el peso total de las primeras y segundas partículas, y en donde

el diámetro numérico D<50>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 50 % con respecto al número total de partículas.

2. El elemento filtrante de cerámico según la reivindicación 1, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo que consiste en SiC, Si3N4, AIN, y mezclas de los mismos, y en donde la relación Y está en el intervalo de 5 a 3.000, preferentemente de 5 a 1.000, preferentemente, además, de 50 a 400, aún más preferentemente de 150 a 250.

3. El elemento filtrante de cerámico según la reivindicación 1, en donde la relación Y es inferior a 4.000, preferentemente inferior a 2.000, preferentemente, además, inferior a 1.500, preferentemente, además, inferior a 800, preferentemente, además, inferior a 600, más preferentemente inferior a 300; o en donde la relación Y es superior a 10, aún más preferentemente superior a 100.

4. El elemento filtrante de cerámico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es Al<2>O<3>, o en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es ZrO<2>, o en donde la primera partícula es AIN y la segunda partícula es TiO<2>.

5. El elemento filtrante de cerámico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es AhO3, o en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es ZrO<2>, o en donde la primera partícula es Si3N4 y la segunda partícula es TiO<2>.

6. El elemento filtrante de cerámico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es ZrO<2>, o en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es TiO<2>, o en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es Al2O3, preferentemente en donde la primera partícula es SiC y la segunda partícula es ZrO<2>.

7. El elemento filtrante de cerámico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las segundas partículas tienen un diámetro numérico D<90>en el intervalo de 3 nm a 400 nm, preferentemente, además, de 3 nm a 300 nm, más preferentemente de 5 nm a 200 nm, lo más preferentemente de 5 nm a 100 nm, en donde el diámetro numérico D<90>de las segundas partículas se determina mediante dispersión dinámica de la luz, y en donde el valor del diámetro numérico D<90>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 90 % con respecto al número total de partículas.

8. El elemento filtrante de cerámico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras partículas tienen un diámetro numérico D<50>de 10 nm a 15 pm, preferentemente de 10 nm a 10 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 5 pm, preferentemente, además, de 10 nm a 3 pm, más preferentemente de 50 nm a 1.750 nm, lo más preferentemente de 100 nm a 1.000 nm, en donde el diámetro numérico D<50>de las primeras partículas se determina por dispersión dinámica de la luz.

9. El elemento filtrante de cerámico según la reivindicación 8, en donde las primeras partículas tienen un diámetro numérico D<90>en el intervalo de 20 nm a 6 pm, preferentemente de 100 nm a 5 pm, más preferentemente de 250 nm a 3 pm, más preferentemente de 400 nm a 2,5 pm, lo más preferentemente de 450 nm a 2 pm, en donde el diámetro numérico D<90>de las primeras partículas se determina por dispersión dinámica de la luz, y en donde el valor del diámetro numérico D<90>se define como el diámetro de las partículas, en donde la porción de partículas con diámetros inferiores o iguales a este valor es del 90 % con respecto al número total de partículas.

10. Un proceso para fabricar un elemento filtrante de cerámico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proceso de fabricación comprende las etapas de

d) secar la película residual, preferentemente durante 2 a 6 h y a una temperatura en el intervalo de 60 0C a 90 0C; y

e) sinterizar la estructura de soporte con la película residual,

11. El proceso según la reivindicación 10 para la fabricación de un elemento filtrante de cerámico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde las primeras partículas se seleccionan del grupo que consiste en SiC, Si3N4, AIN y mezclas de los mismos, en donde la etapa de sinterización se realiza a una temperatura en el intervalo de 300 0C a 900 0C, preferentemente en el intervalo de 400 0C a 900 0C, más preferentemente en el intervalo de 400 0C a 700 0C.

12. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, en donde la etapa de sinterización se realiza en una atmósfera que comprende oxígeno, preferentemente en atmósfera de aire.

13. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde la suspensión de revestimiento comprende al menos 1 % en peso de la primera partícula, basado en el peso total de la mezcla, preferentemente en donde la suspensión de revestimiento comprende de 1 % en peso a 70 % en peso de la primera partícula, más preferentemente de 1 % en peso a 30 % en peso de la primera partícula, lo más preferentemente, en donde la suspensión de revestimiento comprende de 5 % en peso a 15 % en peso de la primera partícula.

14. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde la suspensión de revestimiento comprende al menos 0,1 % en peso de la segunda partícula basado en el peso total de la mezcla, preferentemente de 0,1 % en peso a 25 % en peso de la segunda partícula, más preferentemente de 0,1 % en peso a 10 % en peso de la segunda partícula, lo más preferentemente, en donde la suspensión de revestimiento comprende de 1 % en peso a 8 % en peso de la segunda partícula.