CN102432275B - 一种用于除藻的微滤陶瓷膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于除藻的微滤陶瓷膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于除藻的微滤陶瓷膜及其制备方法,原料组份是硅藻土、天然沸石、可溶性淀粉,各组份占总重量百分比为:硅藻土60%~93%,天然沸石2%~10%,淀粉5%~30%;将原料混合后与玛瑙磨球、去离子水一起加入到玛瑙球磨罐中湿磨、陈化,混合原料、磨球、去离子水的重量比例为1:2:l;造粒、干燥,然后模压成陶瓷片状膜坯,放入干燥箱中干燥;将干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉中按烧结程序烧结,制得平板状微滤陶瓷膜;采用了来源广泛的工业级产品或天然产品,价格低廉,制备方式简单易行;微滤陶瓷膜的孔隙率高,在较低的过滤压差下能保证较高清水通量,过滤能耗小,能高效而迅速地去除藻细胞。

Description

一种用于除藻的微滤陶瓷膜及其制备方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域,具体涉及用于水处理中除藻的过滤材料,对含藻水体进行处理。
背景技术
近年来水体富营养化导致的“水华”日益频繁,接触含藻毒素水体可引起眼睛和皮肤过敏,饮用少量藻类超标的水可引起急性肠胃炎,长期饮用则可能引发肝癌。目前水处理中除藻的方法主要有机械物理法、生物化学法、物理化学法、化学法、生物法和多级综合处理法等。公开号为CN 101182054、名称为“一种通过超声波除藻的方法”的专利文献公开了一种通过超声波去除藻类的方法,其缺陷是:破坏了藻类细胞体,造成藻毒素的释放,易产生二次污染,对用水安全有影响。公开号为CN 101785478A、名称为“沸石负载高锰酸钾除藻剂的制备方法及控藻除藻方法”的专利文献公开了一种用高锰酸钾和沸石为原料,按一定比例将高猛酸钾负载于沸石除藻剂的制备方法,其缺陷是:该除藻剂为直接投加于水体中,投量较大,使用成本较高,且不易再生回用。
微孔陶瓷膜分离技术在给水处理中的应用始于上世纪80年代初期,用微孔陶瓷膜进行给水处理的优点是不用化学物质,能够保证更好和更可靠的水质。相比其他过滤膜,微滤陶瓷膜具有热稳定性好、化学稳定性好、在涉及高温和腐蚀过程的工艺中有着广泛的应用、抗微生物能力强、一般不与微生物发生反应、机械强度大、清洗状态好、当膜污染后可进行反冲洗、孔径分布窄且分离效率高等优点。但至今未见有专门用于除藻的微孔陶瓷膜的报道。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足,提出一种安全高效、制备原料价格低廉的用于除藻的微滤陶瓷膜;本发明的另一目的是提出这种微滤陶瓷膜的制备方法。
本发明用于除藻的微滤陶瓷膜采用的技术方案是:原料组份是硅藻土、天然沸石、可溶性淀粉,各组份占总重量百分比为:硅藻土60%~93%,天然沸石2%~10%,淀粉5%~30%。
上述微滤陶瓷膜的制备方法的技术方案是依次采用如下步骤:
(1)制备原料粉体:将500目硅藻土颗粒、40目天然沸石颗粒和可溶性淀粉按所述重量百分比混合成原料,将混合原料与玛瑙磨球、去离子水一起加入到玛瑙球磨罐中,混合原料、磨球、去离子水的重量比例为1:2:l,在220转/min转速下湿磨5~6h,陈化24h,制成原料粉体;
(2)造粒:将原料粉体用金属网筛造粒,反复过筛后使原料粉体粒料均达到20~60目,并将造好的粒料在105℃干燥箱中干燥12h;
(3)模压成型:将干燥好的粒料加入到钢制模具中,在20~60Mpa压力下将其压成陶瓷片状膜坯,并将陶瓷片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h;
(4)烧结:将干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉烧结,烧结时,当炉内温度是100~300℃时升温速率为1℃/min,达到300℃时保温60min;当炉内温度是300~1000℃时升温速率为6℃/min,当炉内温度是1000~1100℃时升温速率为1~2℃/min,达到1100℃时保温120min,制得平板状微滤陶瓷膜。
本发明的有益效果是:
1、本发明采用了来源广泛的工业级产品或天然产品,采用硅藻土、天然沸石、淀粉等常用的原料为制备原料,价格低廉,制备方式简单易行; 
2、本发明采用了呈多孔结构并具有巨大比表面积的硅藻土,以天然沸石作为助烧剂,以淀粉作为造孔剂,所以能大大提高微滤陶瓷膜的孔隙率;同时在较低的过滤压差下保证较高清水通量,克服了现有的膜材料在过滤时能耗过大的问题,在处理含藻水体时能高效而迅速地去除藻细胞。
3、用微滤陶瓷膜在0.05~0.09MPa过滤压力下对含藻水进行处理,通过筛分、架桥、吸附等作用将水体中的藻细胞去除,在这个过程中抗微生物能力强、不会破坏藻细胞,避免了藻毒素的释放,无需混凝剂、操作条件不受限制,保障了水处理过程中的安全。
具体实施方式
本发明用于除藻的微滤陶瓷膜原料是由硅藻土、天然沸石和可溶性淀粉这三者组成。其中,按占总重量的百分比计,各组份占总重量百分比为:硅藻土占60%~93%,天然沸石占2%~10%,可溶性淀粉占5%~30%,其中硅藻土和天然沸石中均含有重量百分比为70%~75%的SiO2。硅藻土呈多孔结构,并具有巨大比表面积的;天然沸石是助烧剂,淀粉是造孔剂。
制备上述微滤陶瓷膜时,首先把500目硅藻土颗粒、40目天然沸石颗粒、可溶性淀粉按分别占总重量60%~93%、2%~10%、5%~30%混合,将混合原料与玛瑙磨球、去离子水一起加入到玛瑙球磨罐中,其中,混合原料、磨球、去离子水的重量比例为1:2:l;控制球磨机转速为220转/min,进行湿磨5~6h,再陈化24h后制成原料粉体。再对原料粉体进行造粒,将原料粉体用金属网筛反复过筛,使过筛后的原料粉体粒料均达到20~60目,并将造好的20~60目粒料在105℃的干燥箱中干燥12h。然后,将干燥好后的20~60目粒料放入钢制模具中,通过正压和反压使粒料受力相对均匀,在20~60Mpa压力下加压成型,将其压成陶瓷片状膜坯,并将陶瓷片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h,除去其中水分。最后将模坯放入电阻炉(马弗炉)中烧结,烧结时,要按照严格的烧结程序进行烧结:当炉内温度是100~300℃时,升温速率为1℃/min,当达到300℃时,保温60min;当炉内温度是300~1000℃时,升温速率为6℃/min;当炉内温度是1000~1100℃时,升温速率为1~2℃/min;当炉内温度达到1100℃时,保温120min,便制得平板状微滤陶瓷膜。
以下提供5个实施例以进一步阐述本发明:
实施例1
用于除藻的微滤陶瓷膜各原料组份的重量百分比如下表:
硅藻土 天然沸石 可溶性淀粉
86份 4份 10份
将上表中三种原料混和,与去离子水、玛瑙磨球一起加入玛瑙球磨罐中,磨球200份,去离子水100份,经玛瑙球磨罐在220转/min转速下混合湿磨6h,再陈化24h制成原料粉体。再用金属网筛对原料粉体进行造粒,反复过筛后使大多数原料均达到60目粒径,在105℃的干燥箱中干燥12h,至含水率为2~3%。然后将粒料加入到钢制模具中,在30MPa下正压和反压,将其压成片状,即陶瓷片状膜坯,并将片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h。最后将经压制和干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉内烧结,严格控制升温速率,控制100~300℃时升温速率在1℃/min,达到300℃时需要保温60min,炉内温度在300~1000℃时升温速率控制在6℃/min,当温度处于1000~1100℃时,控制升温速率在1~2℃/min,达到1100℃保温120min,制得片状微滤陶瓷膜。
将所制备的微滤陶瓷膜放入小试装置中,在0.09MPa的过滤压差下对含藻水体进行过滤试验,含藻水取自江苏某湖湖水,处理前水体的叶绿素a含量为24.01μg/L,在试验过程中发现,随过滤时间增加,通量减小,截留率升高,初始通量为8.56 m3/(m2·h),在试验过程中发现,随过滤时间的增加,微滤陶瓷膜通量迅速减小,15min后通量减少为0.51 m3/(m2·h)。过滤10min进行取样分析,对水体中叶绿素a去除率为98.4%。
实施例2
 用于除藻的微滤陶瓷膜各原料组份按如下重量百分比:
硅藻土 天然沸石 可溶性淀粉
60份 10份 30份
将上表中三种原料混和,与去离子水、玛瑙磨球一起加入玛瑙球磨罐中,磨球200份,去离子水100份,经玛瑙球磨罐在220转/min转速下混合湿磨5h,再陈化24h制成原料粉体。再用金属网筛对原料粉体进行造粒,反复过筛后使大多数原料均达到20目粒径,在105℃的干燥箱中干燥12h,至含水率为2~3%。然后将粒料加入到钢制模具中,在20MPa下正压和反压,将其压成片状,即陶瓷片状膜坯,并将片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h。最后将经压制和干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉内烧结,严格控制升温速率,控制100~300℃时升温速率在1℃/min,达到300℃时需要保温60min,炉内温度在300~1000℃时升温速率控制在6℃/min,当温度处于1000~1100℃时,控制升温速率在1~2℃/min,达到1100℃保温120min,制得片状微滤陶瓷膜。
将所制备的微滤陶瓷膜放入小试装置中,在0.05MPa的过滤压差下对含藻水体进行过滤试验,含藻水取自江苏某湖湖水,处理前水体的叶绿素a含量为24.01μg/L,在试验过程中发现,随过滤时间增加,通量减小,截留率升高,初始通量为9.24 m3/(m2·h),在试验过程中发现,随过滤时间的增加,微滤陶瓷膜通量迅速减小,15min后通量减少为0.42 m3/(m2·h)。过滤10min进行取样分析,对水体中叶绿素a去除率为96.4%。
实施例3
 用于除藻的微滤陶瓷膜各原料组份按如下重量百分比:
硅藻土 天然沸石 可溶性淀粉
90 3 7
将上表中三种原料混和,与去离子水、玛瑙磨球一起加入玛瑙球磨罐中,磨球200份,去离子水100份,经玛瑙球磨罐在220转/min转速下混合湿磨6h,再陈化24h制成原料粉体。再用金属网筛对原料粉体进行造粒,反复过筛后使大多数原料均达到40目粒径,在105℃的干燥箱中干燥12h,至含水率为2~3%。然后将粒料加入到钢制模具中,在40MPa下正压和反压,将其压成片状,即陶瓷片状膜坯,并将片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h。最后将经压制和干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉内烧结,严格控制升温速率,控制100~300℃时升温速率在1℃/min,达到300℃时需要保温60min,炉内温度在300~1000℃时升温速率控制在6℃/min,当温度处于1000~1100℃时,控制升温速率在1~2℃/min,达到1100℃保温120min,制得片状微滤陶瓷膜。
将所制备的微滤陶瓷膜放入小试装置中,在0.06MPa的过滤压差下对含藻水体进行过滤试验,含藻水取自江苏某湖湖水,处理前水体的叶绿素a含量为24.01μg/L,在试验过程中发现,随过滤时间增加,通量减小,截留率升高,初始通量为12.57 m3/(m2·h),在试验过程中发现,随过滤时间的增加,微滤陶瓷膜通量迅速减小,15min后通量减少为0.61 m3/(m2·h)。过滤10min进行取样分析,对水体中叶绿素a去除率为95.7%。
实施例4
用于除藻的微滤陶瓷膜各原料组份按如下重量百分比:
硅藻土 天然沸石 可溶性淀粉
70 10 20
将上表中三种原料混和,与去离子水、玛瑙磨球一起加入玛瑙球磨罐中,磨球200份,去离子水100份,经玛瑙球磨罐在220转/min转速下混合湿磨5h,再陈化24h制成原料粉体。再用金属网筛对原料粉体进行造粒,反复过筛后使大多数原料均达到20目粒径,在105℃的干燥箱中干燥12h,至含水率为2~3%。然后将粒料加入到钢制模具中,在20MPa下正压和反压,将其压成片状,即陶瓷片状膜坯,并将片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h。最后将经压制和干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉内烧结,严格控制升温速率,控制100~300℃时升温速率在1℃/min,达到300℃时需要保温60min,炉内温度在300~1000℃时升温速率控制在6℃/min,当温度处于1000~1100℃时,控制升温速率在1~2℃/min,达到1100℃保温120min,制得片状微滤陶瓷膜。
将所制备的微滤陶瓷膜放入小试装置中,在0.07MPa的过滤压差下对含藻水体进行过滤试验,含藻水取自江苏某湖湖水,处理前水体的叶绿素a含量为24.01μg/L,在试验过程中发现,随过滤时间增加,通量减小,截留率升高,初始通量为4.23 m3/(m2·h),在试验过程中发现,随过滤时间的增加,微滤陶瓷膜通量迅速减小,15min后通量减少为0.86 m3/(m2·h)。过滤10min进行取样分析,对水体中叶绿素a去除率为98.2%。
实施例5
用于除藻的微滤陶瓷膜各原料组份按如下重量百分比:
硅藻土 天然沸石 可溶性淀粉
80 5 15
将上表中三种原料混和,与去离子水、玛瑙磨球一起加入玛瑙球磨罐中,磨球200份,去离子水100份,经玛瑙球磨罐在220转/min转速下混合湿磨6h,再陈化24h制成原料粉体。再用金属网筛对原料粉体进行造粒,反复过筛后使大多数原料均达到40目粒径,在105℃的干燥箱中干燥12h,至含水率为2~3%。然后将粒料加入到钢制模具中,在40MPa下正压和反压,将其压成片状,即陶瓷片状膜坯,并将片状膜坯放入105℃的干燥箱中干燥24h。最后将经压制和干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉内烧结,严格控制升温速率,控制100~300℃时升温速率在1℃/min,达到300℃时需要保温60min,炉内温度在300~1000℃时升温速率控制在6℃/min,当温度处于1000~1100℃时,控制升温速率在1~2℃/min,达到1100℃保温120min,制得片状微滤陶瓷膜。
将所制备的微滤陶瓷膜放入小试装置中,在0.09MPa的过滤压差下对含藻水体进行过滤试验,含藻水取自江苏某湖湖水,处理前水体的叶绿素a含量为24.01μg/L,在试验过程中发现,随过滤时间增加,通量减小,截留率升高,初始通量为1.15 m3/(m2·h),在试验过程中发现,随过滤时间的增加,微滤陶瓷膜通量迅速减小,15min后通量减少为0.11 m3/(m2·h)。过滤10min进行取样分析,对水体中叶绿素a去除率为98.8%。

Claims (2)

1.一种用于除藻的微滤陶瓷膜的制备方法,所述微滤陶瓷膜的原料组份是硅藻土、天然沸石、可溶性淀粉,各组份占总重量百分比为:硅藻土60%~93%,天然沸石2%~10%,淀粉5%~30%,其特征是依次采用如下步骤:
(1)制备原料粉体:将500目硅藻土颗粒、40目天然沸石颗粒和可溶性淀粉按所述重量百分比混合成原料,将该混合原料与玛瑙磨球、去离子水一起加入到玛瑙球磨罐中,混合原料、磨球、去离子水的重量比例为1:2:l,在220转/min转速下湿磨5~6h,陈化24h,制成原料粉体;
(2)造粒:将原料粉体用金属网筛造粒,反复过筛后使原料粉体粒料均达到20~60目,并将造好的粒料在105℃的干燥箱中干燥12h;
(3)模压成型:将干燥好的粒料加入到钢制模具中,在20~60Mpa压力下将其压成陶瓷片状膜坯,并将陶瓷片状膜坯放入105℃干燥箱中干燥24h;
(4)烧结:将干燥好的陶瓷片状膜坯放入电阻炉烧结,烧结时,当炉内温度是100~300℃时升温速率为1℃/min,达到300℃时保温60min;当炉内温度是300~1000℃时升温速率为6℃/min,当炉内温度是1000~1100℃时升温速率为1~2℃/min,达到1100℃时保温120min,制得平板状微滤陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是:步骤(3)中将干燥好的粒料通过正压和反压使粒料均匀受力。
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