CN106823847B - 水净化用陶瓷平板膜及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机膜领域，具体涉及一种水净化用陶瓷平板膜及其制备工艺。将陶瓷平板膜成品真空浸渍改性溶胶，经热处理得到产品；改性溶胶为将乙醇加热，加入无机铝盐搅拌，然后依次加入氨水、酸液、钛酸酯和聚乙二醇搅拌制备得到。真空浸渍时采用的真空度小于或等于500Pa。本发明可以用于污水处理净化，在保证陶瓷膜材料高通量、低阻力、高过滤性的同时，采用真空浸渍低浓度溶胶的方式覆于陶瓷平板膜表面，提高膜材料的污水净化效率和抗污染能力，水通量可以达到2‑3m3/h.m2(100KPa，25℃)。本发明还提供其制备工艺，将现有的陶瓷平板膜成品利用起来形成性能更优的产品，具有较高的经济效益。

Description

水净化用陶瓷平板膜及其制备工艺
技术领域
本发明属于无机膜领域，具体涉及一种水净化用陶瓷平板膜及其制备工艺。
背景技术
陶瓷平板膜是一种新型过滤材料，可用于污水处理领域，与有机膜相比具有机械强度高，耐高温、耐酸碱腐蚀等诸多优点，近几年来在水处理领域取得迅速发展和广泛应用。污水处理过程中存在的膜污染问题严重影响过滤膜的使用寿命，主要是有机污染物附着于膜表面，形成对膜孔道的堵塞，降低水通量，甚至完全使膜材料失去过滤功能。
通过对膜材料的导电性、亲水性和疏油性等性质进行表面处理可以有效的提高膜材料处理污水的能力。对于一般污水处理来讲，亲水性好的膜层往往通量大、不易被有机物粘附，所以对于污水处理用陶瓷过滤膜有必要进行亲水化膜层的处理。目前，形成亲水性膜层的方法主要有主要包括溶胶-凝胶法(Sol-gel法)、化学气相沉积法、液相沉积法、自组装制备法(SAMs法)、等离子喷涂等。
专利CN105906219A将喷雾喷涂法与浸渍法结合起来，形成以SiO2为基底，结合TiO2的膜层，用于日用防油污、抗菌自清洁、镜面防雾等领域；专利CN105801779A利用纳米SiO2粉体进行富亲水基团改性涂层的制备；专利CN105148609A利用纤维丝和棉籽壳为原料制备亲水性滤料，将钛的光催化作用与铝的亲水性能结合起来，制备改性溶胶形成亲水膜层，具有工艺简单、不需要复杂的专业设备、易操作，更具有工业化应用的潜力和价值。以上专利给出的工艺和方法难以在在污水处理用陶瓷平板膜中使用。
专利CN 104060228 A公开了一种种钢表面高硬铝钛陶瓷膜的制备方法，采用离子镀膜工艺对钢结构表面进行处理；专利CN200810155358公开了一种制备多孔陶瓷膜支撑体的方法，针对陶瓷原料进行预处理，通过一系列工艺形成包覆型的颗粒；专利CN201610154401公开了一种用于膜吸收过程的陶瓷膜制备方法，采用水热法和共沉淀在支撑体上成膜。以上专利是在将Al2O3、ZrO、TiO2等直接应用在原料的预处理和分离膜层的制备中，成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水净化用陶瓷平板膜，可以用于污水处理净化，在保证陶瓷膜材料高通量、低阻力、高过滤性的同时，提高膜材料的污水净化效率和抗污染能力；本发明还提供其制备工艺。
本发明所述的水净化用陶瓷平板膜，将陶瓷平板膜成品真空浸渍改性溶胶，经热处理得到产品；其中：改性溶胶为将乙醇加热，加入无机铝盐搅拌，然后依次加入氨水、酸液、钛酸酯和聚乙二醇搅拌制备得到。
其中：陶瓷平板膜成品为刚玉、莫来石、SiC、石英或堇青石中的一种的陶瓷平板膜成品，市售产品。
改性溶胶的制备方法为：
(1)将乙醇加热至45-65℃，加入无机铝盐搅拌0.2～0.5h后，加入氨水搅拌1-2h；
(2)加入酸液搅拌0.5～2h；
(3)加入钛酸酯搅拌0.5～2h；
(4)加入聚乙二醇搅拌20-40min，老化12～16h，制得改性溶胶。
本发明采用上述工艺制备改性溶胶，步骤(1)、(2)形成铝溶胶，步骤(3)使铝和钛复合，步骤(4)增加溶胶的粘附性。
无机铝盐为硝酸铝或氯化铝中的一种，无机铝盐溶于乙醇后摩尔浓度为1-5mol/L，优选2-4mol/L，氨水与无机铝盐的摩尔比为2-3:1，本发明加入氨水作为催化剂使其充分水解。
酸液为硝酸、盐酸或醋酸中的一种，酸液加入量为：无机铝盐中的铝原子与酸中的氢原子的摩尔比为1:3-5。
钛酸酯为钛酸正丁脂、钛酸四异丙脂或钛酸脂偶联剂中的一种，钛酸酯加入量为：Al原子与Ti原子的摩尔比为3:5。
钛酸酯与聚乙二醇的体积比为1-2，本发明聚乙二醇可以增强溶胶对于表面的粘附和成膜。
热处理的温度为400-550℃，时间为1-1.5h。
真空浸渍时采用的真空度小于或等于500Pa，陶瓷平板膜是过滤污水的多孔陶瓷，在该真空度下，有利于溶胶进入陶瓷的孔中。
本发明所述的水净化用陶瓷平板膜的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将乙醇加热至45-65℃，加入无机铝盐搅拌0.2～0.5h后，加入氨水搅拌1-2h；
(2)加入酸液搅拌0.5～2h；
(3)加入钛酸酯搅拌0.5～2h；
(4)加入聚乙二醇搅拌20-40min，老化12～16h，制得改性溶胶；
(5)将陶瓷平板膜成品浸入改性溶胶中真空浸渍6～8h；
(6)在400-550℃下热处理1-1.5h，获得覆有亲水膜的陶瓷膜产品，即为所述的水净化用陶瓷平板膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明所述的水净化用陶瓷平板膜，可以用于污水处理净化，本发明将陶瓷平板膜成品真空浸渍改性溶胶，在保证陶瓷膜材料高通量、低阻力、高过滤性的同时，采用真空浸渍低浓度溶胶的方式覆于陶瓷平板膜表面，经过低温煅烧形成纳米级Al2O3和TiO2粒子，粒子吸附在陶瓷平板膜及孔道表面，很好的将Al2O3的亲水性和TiO2的光催化效果结合起来，有利于提高膜材料的污水净化效率和抗污染能力，TiO2具有光催化效果，能促进有机物分解，达到抗污染效果。
(2)本发明陶瓷平板膜水通量达到2-3m3/h.m2(100KPa，25℃)，水通量大，说明阻力小，净化效率高。
(3)本发明对陶瓷平板膜成品进行进一步的处理，工艺简单，经济高效。
(4)本发明将现有的陶瓷平板膜成品利用起来形成更好的产品，具有较高的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种水净化用陶瓷平板膜的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将乙醇加热至45℃，加入硝酸铝搅拌0.5h后，加入氨水搅拌1h，氨水与无机铝盐的摩尔比为3:1；
(2)加入硝酸，无机铝盐中的铝原子与酸中的氢原子的摩尔比为1:3，搅拌2h；
(3)加入钛酸正丁脂，Al原子与Ti原子的摩尔比为3:5，搅拌2h；
(4)加入聚乙二醇搅拌40min，钛酸酯与聚乙二醇的体积比为2，老化12h，制得改性溶胶；
(5)将陶瓷平板膜成品浸入改性溶胶中真空浸渍6h；真空浸渍时采用的真空度为500Pa；
(6)在550℃下热处理1.5h，获得覆有亲水膜的陶瓷膜产品，即为所述的水净化用陶瓷平板膜。
得到的陶瓷膜产品性能指标为：纯水通量2m3/(m2.h)(100KPa,25℃)；
孔径：0.09um。
实施例2
一种水净化用陶瓷平板膜的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将乙醇加热至65℃，加入氯化铝搅拌0.5h后，加入氨水搅拌2h，氨水与无机铝盐的摩尔比为3:1；
(2)加入醋酸，无机铝盐中的铝原子与酸中的氢原子的摩尔比为1:5，搅拌2h；
(3)加入钛酸四异丙脂，Al原子与Ti原子的摩尔比为3:5，搅拌0.5h；
(4)加入聚乙二醇搅拌40min，钛酸酯与聚乙二醇的体积比为2，老化16h，制得改性溶胶；
(5)将陶瓷平板膜成品浸入改性溶胶中真空浸渍8h；真空浸渍时采用的真空度为300Pa；
(6)在400℃下热处理1.5h，获得覆有亲水膜的陶瓷膜产品，即为所述的水净化用陶瓷平板膜。
得到的陶瓷膜产品性能指标为：纯水通量2.6m3/(m2.h)(100KPa,25℃)；
孔径：0.1um。
实施例3
一种水净化用陶瓷平板膜的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将乙醇加热至50℃，加入硝酸铝搅拌0.4h后，加入氨水搅拌1.5h，氨水与无机铝盐的摩尔比为2.5:1；
(2)加入硝酸，无机铝盐中的铝原子与酸中的氢原子的摩尔比为1:4，搅拌1h；
(3)加入钛酸正丁脂，Al原子与Ti原子的摩尔比为3:5，搅拌1h；
(4)加入聚乙二醇搅拌30min，钛酸酯与聚乙二醇的体积比为1.5，老化15h，制得改性溶胶；
(5)将陶瓷平板膜成品浸入改性溶胶中真空浸渍7h；真空浸渍时采用的真空度为300Pa；
(6)在500℃下热处理1.5h，获得覆有亲水膜的陶瓷膜产品，即为所述的水净化用陶瓷平板膜。
得到的陶瓷膜产品性能指标为：纯水通量2.3m3/(m2.h)(100KPa,25℃)；
孔径：0.09um。

Claims (10)

1.一种水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：将陶瓷平板膜成品真空浸渍改性溶胶，经热处理得到产品；其中：改性溶胶为将乙醇加热，加入无机铝盐搅拌，然后依次加入氨水、酸液、钛酸酯和聚乙二醇搅拌制备得到。
2.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：陶瓷平板膜成品为刚玉、莫来石、SiC、石英或堇青石中的一种的陶瓷平板膜成品。
3.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：改性溶胶的制备方法为：
(1)将乙醇加热至45-65℃，加入无机铝盐搅拌0.2～0.5h后，加入氨水搅拌1-2h；
(2)加入酸液搅拌0.5～2h；
(3)加入钛酸酯搅拌0.5～2h；
(4)加入聚乙二醇搅拌20-40min，老化12～16h，制得改性溶胶。
4.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：无机铝盐为硝酸铝或氯化铝中的一种，无机铝盐溶于乙醇后摩尔浓度为1-5mol/L，氨水与无机铝盐的摩尔比为2-3:1。
5.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：酸液为硝酸、盐酸或醋酸中的一种，酸液加入量为：无机铝盐中的铝原子与酸中的氢原子的摩尔比为1:3-5。
6.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：钛酸酯为钛酸正丁脂、钛酸四异丙脂或钛酸脂偶联剂中的一种，钛酸酯加入量为：Al原子与Ti原子的摩尔比为3:5。
7.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：钛酸酯与聚乙二醇的体积比为1-2。
8.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：热处理的温度为400-550℃，时间为1-1.5h。
9.根据权利要求1所述的水净化用陶瓷平板膜，其特征在于：真空浸渍时采用的真空度小于或等于500Pa。
10.一种权利要求1-9任一所述的水净化用陶瓷平板膜的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将乙醇加热至45-65℃，加入无机铝盐搅拌0.2～0.5h后，加入氨水搅拌1-2h；
(2)加入酸液搅拌0.5～2h；
(3)加入钛酸酯搅拌0.5～2h；
(4)加入聚乙二醇搅拌20-40min，老化12～16h，制得改性溶胶；
(5)将陶瓷平板膜成品浸入改性溶胶中真空浸渍6～8h；
(6)在400-550℃下热处理1-1.5h，获得覆有亲水膜的陶瓷膜产品，即为所述的水净化用陶瓷平板膜。
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