CN103272489A

CN103272489A - 一种制备凹凸棒土膜的方法

Info

Publication number: CN103272489A
Application number: CN2013101949495A
Authority: CN
Inventors: 魏刚; 赵紫娟; 乔宁; 樊保民; 徐珊珊; 周华汉
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103272489B

Abstract

本发明公开了一种制备凹凸棒土膜的方法，在分散剂存在的条件下，选用一定粒径的凹凸棒土粉体，与去离子水按照一定比例混合均匀，形成质量分数为4%～6%的悬浮液；将经过预处理的陶瓷基体单面浸渍在悬浮液中20～40s，恒温恒湿2～3天，取出，待其完全干燥后送入马弗炉中焙烧，即可在陶瓷基体表面制得厚度均匀，表面光滑无裂痕的凹凸棒土膜。本发明简化了无机膜传统制备工艺，便于控制，所制得凹凸棒土膜对PO₄ ^3-、Ca²⁺等无机离子具有良好的截留性能。

Description

一种制备凹凸棒土膜的方法

技术领域

本发明属于无机膜制备领域，具体涉一种固态粒子烧结法在陶瓷基体表面制备凹凸棒土膜的工艺。其制成品适用于含无机离子的废水处理。

背景技术

近来，无机陶瓷膜成为人们研究的热点，其凭借自身具有耐强酸强碱、耐高温、耐有机溶剂和氧化剂、抗微生物腐蚀、刚性和机械强度好、再生性能好、不老化、使用寿命长等特点，得到了广泛的工业化应用。

制备陶瓷膜的基本方法有溶胶-凝胶法（sol-gel）法和固态粒子烧结法。因为溶胶-凝胶法制备的无机膜具有孔径分布均匀，孔隙率大等优点，所以商品化的膜基本都采用溶胶凝胶法。但是其工艺周期较长，工艺复杂等因素使得制作成本高，因而限制了它的发展与推广。

固态粒子烧结法可以通过调节粒子的大小、烧结温度等参数制备不同孔径和孔隙率的多孔膜，具有结构可调的优点，此外，其设备简单，容易操作。固态粒子烧结法多用于Al₂O₃膜的制备或基体的预处理，文献南京理工大学学报，2002, 26(4) ：406-409中，刘晓东等人采用固态粒子烧结法制备了管状氧化铝膜；文献山东陶瓷，2007，30(1)：15-18中，张英等人采用固态粒子烧结法和溶胶-凝胶法制备出氧化铝非对称陶瓷膜微滤管；申请专利 CN200910084821.7描述了应用此法来处理陶瓷基体表面。

一直以来凹凸棒土主要应用于制备复合材料和废水处理方面。用其粉体充当填料或者是复合物中的分散相，来改进材料性能；用粉体直接做成滤料来处理工业废水。文献材料工程，2011（11）：9-14，79中，赵国璋等人制备了天然橡胶(NR)基凹凸棒土(AT)纳米复合材料；文献非金属矿，2010,33（1）：58-60，63中，李瑜等人用改性凹凸棒土处理含油废水；文献材料开发与应用，2009,24(5)：44-48中，沈涛等人以凹凸棒土为主要原料合成凹凸棒复合滤料,并测试了其对亚甲基蓝的静态吸附性能；申请专利CN201010186193.6发明了一种以凹凸棒土为原料制备陶瓷基体的方法。由于凹凸棒土具有一定的吸附性能，它可以用于废水脱色，除油，离子交换等方面。以凹凸棒土为原料制备无机陶瓷膜用于废水处理却未见报道。而直接用凹凸棒土或改性凹凸棒土为原料处理废水主要去除废水中的分子级别的污染物；以凹凸棒土制成膜后不仅能去除水中分子级别的污染物，还可部分去除水中的以离子形式存在的污染物。此外，当凹凸棒土的吸附达到饱和后，凹凸棒土滤料就失效而被废弃；在使用凹凸棒土膜处理废水过程中，虽然膜在使用过程中因膜孔堵塞等原因而引起通量下降，但是经过清洗后，膜可以基本恢复之前的性能，可重复使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简化的无机膜制备工艺，实现操作条件便于控制，解决溶胶-凝胶法制备薄膜过程中成膜工艺繁琐，效率低等缺点。

提供一种应用固态粒子烧结法在陶瓷基体上制备凹凸棒土膜的方法，并用制成的凹凸棒土膜来处理含无机离子的废水。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一方面涉及一种固态粒子烧结法在陶瓷基体上制备无机膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

原料包括凹凸棒土粉体、去离子水和分散剂，将所有的原料混合均匀形成悬浮液；

将经过经砂纸打磨的陶瓷基体面浸渍在悬浮液中20～40秒，室温放置2～3天，再置于空气中，待其完全干燥后，送入马弗炉中进行烧结；

任选的，包括重复浸渍、干燥、烧结过程1-3次的步骤。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征是，凹凸棒土粉体粒径在23～38μm之间，控制凹凸棒土：去离子水：分散剂的质量比为（21～32）：500：（1～2），形成4%～6%的悬浮液。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征是，分散剂为六偏磷酸钠，焦磷酸钠或正磷酸钠中的一种或者多种，其在悬浊液中的质量浓度为2~4g/L。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征是，陶瓷基体在悬浊液中浸渍时间为20~40s。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征是，涂膜后的陶瓷基体恒温恒湿2～3天，室温完全干燥后，送入马弗炉中，以0.5～1.5℃/min升温速率在800～850℃烧结1～2h，自然降温。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于所述的室温是指温度介于25～30℃之间，相对湿度介于65%～70%之间。

在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于所制备的凹凸棒土膜的结构大部分为针状，交叉均匀的陈铺在基体表面，凹凸棒土膜厚度在15～25μm之间。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）以凹凸棒土粉体为原料，控制其粒径在23~38μm之间。分散剂可使用六偏磷酸钠，焦磷酸钠，正磷酸钠，其在悬浊液中的质量浓度为2~4g/L。

（2）按凹凸棒土：去离子水：分散剂=（21～32）：500：（1～2）的配比制成质量分数为4%~6%的悬浮液，搅拌30min使其充分混合均匀。

（3）陶瓷基体的预处理：依次用240#、320#、600#的砂纸逐级打磨基体表面，去离子水冲洗干净，用超声清洗30min，置于室温空气中待其干燥。

（4）把经过处理的陶瓷基体单面浸涂在混合均匀的悬浮液中20~40s，恒温恒湿2～3天，取出，待其完全干燥后，放入马弗炉中以烧结，以1℃/min升温速率在800~850℃烧结1~2h。重复浸涂、干燥和烧结过程一次。

SEM表征证明了凹凸棒土膜的结构基本都为针状，交叉均匀的陈铺在基体表面。凹凸棒土膜厚度均匀，约在20μm。膜对0.2 g/L Na₃PO₄模拟废水的截留率在31%以上，对3g/L CaCl₂模拟废水的截留率在11%以上。

本发明简化了无机膜的传统制备工艺，使操作条件便于控制。制成的无机膜能处理含PO₄ ^3-、Ca²⁺的等无机离子的锅炉排污废水和工业废水。

附图说明

图1：凹凸棒土膜表面的SEM图；

图2：凹凸棒土膜厚度的SEM图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步具体描述，但并不局限这些实施例。

实施例1

将140～400目的凹凸棒土与2g/L的六偏磷酸钠溶液配置成质量分数为4%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中20s，在恒温恒湿（25℃，65%RH）环境中放置2天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到1号凹凸棒土膜。处理pH=6～8的磷酸三钠溶液和氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例2

将140～400目的凹凸棒土与2g/L的六偏磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中20s，在恒温恒湿（26℃，65%RH）环境中放置2天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结1h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到2号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例3

将140～400目的凹凸棒土与4g/L的六偏磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中30s，在恒温恒湿（25℃，65%RH）环境中放置2天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到3号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例4

将140～400目的凹凸棒土与4g/L的六偏磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中40s，在恒温恒湿（27℃，66%RH）环境中放置2天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到4号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例5

将140～400目的凹凸棒土与2g/L的六偏磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中20s，在恒温恒湿（29℃，65%RH）环境中放置3天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在850℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到5号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例6

将140～400目的凹凸棒土与2g/L的焦磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中20s，在恒温恒湿（25℃，70%RH）环境中放置3天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到6号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

实施例7

将140～400目的凹凸棒土与2g/L的正磷酸钠溶液配置成质量分数为6%的悬浮液，将陶瓷基体浸入其中20s，在恒温恒湿（25℃，68%RH）环境中放置3天，再置于室温空气中，待其完全干燥后，放入马弗炉中在800℃下烧结2h，冷却后取出，重复上述步骤一次，即得到7号凹凸棒土膜。用于处理pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液和 3g/L的氯化钙溶液，离子截留率分别见表1和表2。

表1 凹凸棒土膜对pH=6～8的0.2g/L的磷酸三钠溶液的截留率

Figure 2013101949495100002DEST_PATH_IMAGE001

表2 凹凸棒土膜对pH=6～8的3g/L的氯化钙溶液的截留率

Figure 2013101949495100002DEST_PATH_IMAGE002

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种固态粒子烧结法在陶瓷基体上制备无机膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

将经过经砂纸打磨的陶瓷基体面浸渍在悬浮液中20～40s，在室温下放置2-3天，再置于空气中，待其完全干燥后，送入马弗炉中进行烧结；

任选的，包括重复浸渍、干燥、烧结过程1～3次的步骤。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，凹凸棒土粉体粒径在23～38μm之间，控制凹凸棒土：去离子水：分散剂的质量比为（21～32）：500：（1～2），形成4%～6%的悬浮液。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，分散剂为六偏磷酸钠，焦磷酸钠或正磷酸钠中的一种或者多种，其在悬浊液中的质量浓度为2～4g/L。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，陶瓷基体在悬浊液中浸渍时间为20～40s。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，涂膜后的陶瓷基体恒温恒湿2～3天，室温完全干燥后，送入马弗炉中，以1℃/min升温速率在800～850℃烧结1～2h，自然降温。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的室温是指温度介25～30℃之间，相对湿度介于65%～70%之间。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所制备的凹凸棒土膜的结构大部分为针状，交叉均匀的陈铺在基体表面，凹凸棒土膜厚度在15-25μm之间。