CN106588097A - 一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体，所述陶瓷支撑体呈平板状；所述陶瓷支撑体包含多条微通道，所述微通道是由高温烧成过程中完全烧失的造孔材料调控形成的高连通孔结构；所述陶瓷支撑体包含至少一个贯穿所述陶瓷支撑体的滤液腔，所述滤液腔的一侧通过第一密封体密封，另一侧通过第二密封体密封，所述第二密封体设有出水口。本发明还提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法。本发明的有益效果是：作为陶瓷支撑体用于水处理时，具有强度高，气孔分布均匀的特点，可以直接用作陶瓷膜用于水处理。

Description

一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法
技术领域
本发明涉及支撑体，尤其涉及一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法。
背景技术
膜生物反应器（MBR）是近年来发展起来并广泛应用于工程实践的一种高效污水处理工艺设备。自 80 年代以来，已有多家企业开发出不同类型的商业化商品。而目前常用的膜生物反应器大都采用有机中空纤维膜，如聚乙烯中空纤维膜，但是有机膜存在机械、化学和热稳定性低的缺点，其不能化学冲洗及反冲洗，使其在苛刻体系中的应用受到限制。
陶瓷膜是无机膜中的一种，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成，依支撑体构型不同而分为平板、管式和多通道；中空平板陶瓷膜为MBR的核心部件，具有过滤精度高、使用寿命长、出水水质好、运行稳定等优点，可用于钢厂循环水处理、含油废水处理、印染废水处理、电厂冷凝水处理以及城市污水处理等领域。
但目前生产的陶瓷支撑体一是烧成温度较高，能耗高；二是其中的孔径分布不均匀，孔径尺寸未能满足水处理系统的使用要求。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法，所制得的支撑体气孔分布均匀、强度高，且烧成温度低。
本发明提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体，所述陶瓷支撑体呈平板状；所述陶瓷支撑体包含多条微通道，所述微通道是由高温烧成过程中完全烧失的造孔材料调控形成的高连通孔结构；所述陶瓷支撑体包含至少一个贯穿所述陶瓷支撑体的滤液腔，所述滤液腔的一侧通过第一密封体密封，另一侧通过第二密封体密封，所述第二密封体设有出水口。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷支撑体包含至少二个滤液腔，所述滤液腔在所述陶瓷支撑体内呈平行分布。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷支撑体的宽度为46.50～47.50mm，厚度为4.45～4.50mm。
作为本发明的进一步改进，所述滤液腔为椭圆孔。
作为本发明的进一步改进，所述滤液腔有11个并且并排设置。
作为本发明的进一步改进，所述第一密封体、第二密封体均为高分子材料制成。
本发明还提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体，包括重量百分比：氧化铝粉80%～95%、氧化钛粉1%～8%、高岭土3%～16%、淀粉1%～12%、羧甲基纤维素1%～12%、甘油1%～12%、油酸1%～12%、硅油1%～12%和水5%～25%。
本发明还提供了一种用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化铝粉、氧化钛粉、高岭土、淀粉和羧甲基纤维素加入混料机中干混，多次调整混料方向，混后过筛制得混合均匀的干粉混合物；
2）将步骤1）得到的干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物初步混合后，置于混料机中捏合，再加入水继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；
3）将步骤2）得到的湿态混合物在真空练泥机中经多次捏合成泥段，陈腐，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂后抽真空成所需的致密泥段；
4）将步骤3）所得致密泥段置于挤出机，调整挤出压力6～30MPa和挤出角度60°～90°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；
5）先将步骤4）所得的陶瓷支撑体坯体自然干燥，然后置于鼓风干燥箱烘干；
6）将步骤5）所得的干燥后陶瓷支撑体坯体置入高温炉，在1300-1400 ℃烧成，时间15～20h，然后冷却，即得陶瓷支撑体。
作为本发明的进一步改进，氧化铝粉的重量百分比为80%-95%，氧化钛粉的重量百分比为1%-8%，高岭土的重量百分比为3%-16%，淀粉1%-12%的重量百分比为，羧甲基纤维素的重量百分比为1%-12%，甘油的重量百分比为1%-12%，油酸的重量百分比为1%-12%，硅油的重量百分比为1%-12%，水的重量百分比为5%-25%，所述氧化铝粉的粒度为800目。
本发明的有益效果是：作为陶瓷支撑体用于水处理时，具有强度高，气孔分布均匀的特点，可以直接用作陶瓷膜用于水处理。
附图说明
图1是本发明一种用于水处理的陶瓷支撑体的结构示意图。
图2是本发明一种用于水处理的陶瓷支撑体的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，一种用于水处理的陶瓷支撑体1，所述陶瓷支撑体1呈平板状；所述陶瓷支撑体1包含多条微通道，所述微通道是由高温烧成过程中完全烧失的造孔材料调控形成的高连通孔结构；所述陶瓷支撑体1包含至少一个贯穿所述陶瓷支撑体1的滤液腔11，所述滤液腔11的一侧通过第一密封体密封，另一侧通过第二密封体密封，所述第二密封体设有出水口。
如图1至图2所示，所述陶瓷支撑体1包含至少二个滤液腔11，所述滤液腔11在所述陶瓷支撑体1内呈平行分布。
如图1至图2所示，所述陶瓷支撑体1的宽度为46.50～47.50mm，厚度为4.45～4.50mm。
如图1至图2所示，所述滤液腔11为椭圆孔。
如图1至图2所示，所述滤液腔11有11个并且并排设置。
如图1至图2所示，所述第一密封体、第二密封体均由高分子材料制成。
一种用于水处理的陶瓷支撑体，包括重量百分比：氧化铝粉80%～95%、氧化钛粉1%～8%、高岭土3%～16%、淀粉1%～12%、羧甲基纤维素1%～12%、甘油1%～12%、油酸1%～12%、硅油1%～12%和水5%～25%。
一种用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化铝粉、氧化钛粉、高岭土、淀粉和羧甲基纤维素加入混料机中干混，多次调整混料方向，混后过筛制得混合均匀的干粉混合物；
2）将步骤1）得到的干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物初步混合后，置于混料机中捏合，再加入水继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；
3）将步骤2）得到的湿态混合物在真空练泥机中经多次捏合成泥段，陈腐，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂后抽真空成所需的致密泥段；
4）将步骤3）所得致密泥段置于挤出机，调整挤出压力6～30MPa和挤出角度60°～90°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；
5）先将步骤4）所得的陶瓷支撑体坯体自然干燥，然后置于鼓风干燥箱烘干；
6）将步骤5）所得的干燥后陶瓷支撑体坯体置入高温炉，在1300-1400 ℃烧成，时间15～20h，然后冷却，即得陶瓷支撑体。
氧化铝粉的重量百分比为80%-95%，氧化钛粉的重量百分比为1%-8%，高岭土的重量百分比为3%-16%，淀粉1%-12%的重量百分比为，羧甲基纤维素的重量百分比为1%-12%，甘油的重量百分比为1%-12%，油酸的重量百分比为1%-12%，硅油的重量百分比为1%-12%，水的重量百分比为5%-25%。
实施例 1：
将氧化铝粉、氧化钛、高岭土（93:2:5），淀粉、羧甲基纤维素（10%，外加）入混料机中干混，三次调整混料方向，时间间隔为0.5h，混后过40目筛子即所需的干粉混合物；将干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物（13%，外加）初步混合后，置于混料机中捏合0.5h，再加入水（15%，外加）继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；随后将湿态混合物在真空练泥机中多次捏合成泥段，陈腐12h，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂，抽真空，真空度在95%练泥三次成所需的致密泥段；将致密泥段放于陶瓷挤管机，调整挤出压力10MPa，挤出角度70°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；自然干燥后置于鼓风干燥箱80℃烘干12h；以1℃/min的速率升温至350℃，后以2℃/min的速率升至600℃保温1h，继续升温1000℃，降低烧成速率，以1.5℃/min升至1350℃保温2h，以2.5℃/min的速率降温至1000℃后自然冷却，即可得到宽度为46.4mm，厚度为4.47mm，截面含有11个椭圆孔的平板陶瓷支撑体，平均孔径为10μm，孔隙率为43.8%，抗压强度为19.83MPa，纯水通水量为2.19m3/（m2*h）。
实施例2：
将氧化铝粉、氧化钛、高岭土（91:2:7），淀粉、羧甲基纤维素（10%，外加）入混料机中干混，三次调整混料方向，时间间隔为0.5h，混后过40目筛子即所需的干粉混合物；将干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物（13%，外加）初步混合后，置于混料机中捏合0.5h，再加入水（15%，外加）继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；随后将湿态混合物在真空练泥机中多次捏合成泥段，陈腐12h，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂，抽真空，真空度95%练泥三次成所需的致密泥段；将致密泥段放于挤出机，调整挤出压力10MPa，挤出角度70°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；自然干燥后置于鼓风干燥箱80℃烘干12h；以1℃/min的速率升温至350℃，后以2℃/min的速率升至600℃保温1h，继续升温1000℃，降低烧成速率，以1.5℃/min升至1350℃保温2h，以2.5℃/min的速率降温至1000℃后自然冷却，即可得到宽度为47.5mm，厚度为4.49mm，截面含有11个椭圆孔的平板陶瓷支撑体，平均孔径为9μm，孔隙率为44.7%，抗压强度为21.69MPa，纯水通水量为2.03m3/（m2*h）。
实施例3：
将氧化铝粉、氧化钛、高岭土（87:3:10），淀粉、羧甲基纤维素（8%，外加）入混料机中干混，三次调整混料方向，时间间隔为0.5h，混后过40目筛子即所需的干粉混合物；将干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物（13%，外加）初步混合后，置于混料机中捏合0.5h，再加入水（15%，外加）继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；随后将湿态混合物在真空练泥机中多次捏合成泥段，陈腐12h，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂，抽真空，真空度95%练泥三次成所需的致密泥段；将致密泥段放于陶瓷挤管机，调整挤出压力10MPa，挤出角度70°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；自然干燥后置于鼓风干燥箱80℃烘干12h；以1℃/min的速率升温至350℃，后以2℃/min的速率升至600℃保温1h，继续升温1000℃，降低烧成速率，以1.5℃/min升至1350℃保温2h，以2.5℃/min的速率降温至1000℃后自然冷却，即可得到宽度为47.6mm，厚度为4.49mm，截面含有11个椭圆孔的平板陶瓷支撑体，平均孔径为6μm，孔隙率为41.9%，抗压强度为32.38MPa，纯水通水量为1.85m3/（m2*h）。
实施例4：
将氧化铝、氧化钛、高岭土、钾长石，淀粉、羧甲基纤维素（8%，外加）入混料机中干混，三次调整混料方向，时间间隔为0.5h，混后过40目筛子即所需的干粉混合物；将干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物（13%，外加）初步混合后，置于混料机中捏合0.5h，再加入水（15%，外加）继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；随后将湿态混合物在真空练泥机中多次捏合成泥段，陈腐12h，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂，抽真空，真空度95%练泥三次成所需的致密泥段；将致密泥段放于挤出机，调整挤出压力10MPa，挤出角度70°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；自然干燥后置于鼓风干燥箱80℃烘干12h；以1℃/min的速率升温至350℃，后以2℃/min的速率升至600℃保温1h，继续升温1000℃，降低烧成速率，以1.5℃/min升至1350℃保温2h，以2.5℃/min的速率降温至1000℃后自然冷却，即可得到宽度为46.1mm，厚度为4.37mm，截面含有11个椭圆孔的平板陶瓷支撑体，平均孔径为8μm，孔隙率为39.9%，抗压强度为35.69MPa，纯水通水量为2.69m3/（m2*h）。
本发明提供的一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法，在氧化铝粉主剂、氧化钛、高岭土和水经典陶瓷配料基础上添加淀粉、羧甲基纤维素、甘油、硅油和油酸，采用挤出方式成型。羧甲基纤维素为无毒无味的白色絮状粉末，性能稳定，易溶于水，其水溶液为中性或碱性透明粘稠液体，用于陶瓷工业中可做毛坯的胶粘剂、可塑剂，高岭土的存在初步保证泥料的可塑性，但整体可塑料较差，加入羧甲基纤维素增加泥料可塑性，提高泥料的成型强度和半成品干燥强度；甘油易溶于水，支撑体中加入甘油一方面作为坯体的保湿剂，保证干燥过程中的坯体形状，另一方面提高羧甲基纤维素的溶解速度，增加泥料的塑形；硅油是一种聚合度链状结构的聚有机硅氧烷，具有卓越的耐热性、点绝缘性、耐候性、疏水性，常用作润滑剂、脱模剂等，在支撑体中加入硅油一方面提高了泥料的润滑性，挤出过程中不粘模、不开裂，保证了泥料的成型稳定性，另一方面在烧成过程中形成玻璃相，促进坯体烧结，降低烧成温度；淀粉的加入可以大幅度改善烧成成品的气孔率及其分布，形成均匀的微孔；又可改善泥料塑料；油酸是活性物质，它的添加有益于泥料的挤出成型。
本发明提供的一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法，所述陶瓷膜支撑体呈多通道平板状，具有高表面积、多通道结构，克服了滤液过滤阻力较大的缺点，提高了分离渗透效率。该陶瓷支撑体的陶瓷骨料采用氧化铝、氧化钛、滑石、二氧化硅、莫来石或高岭土的一种或几种，造孔剂采用淀粉、石墨粉、酚醛树脂球、PS微球、秸秆等，粘结剂采用羧甲基纤维素、甘油、桐油、硅油、乙二醇等。所制备的多通道平板结构多孔陶瓷膜的孔隙率可达25%-60%，孔径尺寸在1-100μm，抗压强度可达30-50MPa之间，可替代有机纤维膜反应器，在水处理领域有很大的潜在应用。该陶瓷支撑体还具有原料来源广、制备工艺简单，生产成本低等特点。
本发明的陶瓷支撑体泥料具有塑形好、强度好、挤出性能良好的特点，本发明的陶瓷支撑体孔隙率可达25%-60%，孔径分布为1-100μm，且分布均匀，0.01MPa压力下，水通量为1.8-4.5*10-3 m3/(h*m2)，抗压强度可达30-50MPa，烧成温度仅1300-1400℃的特点，作为陶瓷支撑体用于水处理时，具有强度高，气孔分布均匀的特点。
本发明的陶瓷支撑体与现有的陶瓷支撑体相比，由于气孔分布均匀度显著改善，可以直接用作陶瓷膜用于水处理。
本发明提供的一种用于水处理的陶瓷支撑体及其制备方法，在原理不变的情况下，实施方案、生产细节和产品尺寸可在一定的范围内变化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于水处理的陶瓷支撑体，其特征在于：所述陶瓷支撑体呈平板状；所述陶瓷支撑体包含多条微通道，所述微通道是由高温烧成过程中完全烧失的造孔材料调控形成的高连通孔结构；所述陶瓷支撑体包含至少一个贯穿所述陶瓷支撑体的滤液腔，所述滤液腔的一侧通过第一密封体密封，另一侧通过第二密封体密封，所述第二密封体设有出水口。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的陶瓷支撑体，其特征在于：所述陶瓷支撑体包含至少二个滤液腔，所述滤液腔在所述陶瓷支撑体内呈平行分布。
3.根据权利要求1所述的用于水处理的陶瓷支撑体，其特征在于：所述第一密封体、第二密封体均为高分子材料制成。
4.一种用于水处理的陶瓷支撑体，其特征在于，包括重量百分比：氧化铝粉80%～95%、氧化钛粉1%～8%、高岭土3%～16%、淀粉1%～12%、羧甲基纤维素1%～12%、甘油1%～12%、油酸1%～12%、硅油1%～12%和水5%～25%。
5.一种用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧化铝粉、氧化钛粉、高岭土、淀粉和羧甲基纤维素加入混料机中干混，多次调整混料方向，混后过筛制得混合均匀的干粉混合物；
2）将步骤1）得到的干粉混合物和甘油、油酸和硅油的液体混合物初步混合后，置于混料机中捏合，再加入水继续捏合，直至物料混合均匀，得到所需的湿态混合物；
3）将步骤2）得到的湿态混合物在真空练泥机中经多次捏合成泥段，陈腐，继续捏合陈腐，如此反复直到泥段表面不开裂后抽真空成所需的致密泥段；
4）将步骤3）所得致密泥段置于挤出机，调整挤出压力6～30MPa和挤出角度60°～90°，即可得到所需的陶瓷支撑体坯体；
5）先将步骤4）所得的陶瓷支撑体坯体自然干燥，然后置于鼓风干燥箱烘干；
6）将步骤5）所得的干燥后陶瓷支撑体坯体置入高温炉，高温烧成，然后冷却，即得陶瓷支撑体。
6.根据权利要求5所述的用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法，其特征在于：所述氧化铝粉的重量百分比为80%-95%，所述氧化钛粉的重量百分比为1%-8%，所述高岭土的重量百分比为3%-16%，所述淀粉1%-12%的重量百分比为，所述羧甲基纤维素的重量百分比为1%-12%，所述甘油的重量百分比为1%-12%，所述油酸的重量百分比为1%-12%，所述硅油的重量百分比为1%-12%，所述水的重量百分比为5%-25%，所述氧化铝粉的粒度为800目。
7.根据权利要求5所述的用于水处理的陶瓷支撑体的制备方法，其特征在于，步骤6）为：将步骤5）所得的干燥后陶瓷支撑体坯体置入高温炉，在1300-1400 ℃烧成，时间15～20h，然后冷却，即得陶瓷支撑体。
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