CN109530688B - 一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 - Google Patents
一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109530688B CN109530688B CN201811307159.2A CN201811307159A CN109530688B CN 109530688 B CN109530688 B CN 109530688B CN 201811307159 A CN201811307159 A CN 201811307159A CN 109530688 B CN109530688 B CN 109530688B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous ceramic
- ceramic membrane
- powder
- seawater desalination
- foam plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 14
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 12
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 8
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 229910003705 H2Ti3O7 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 5
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 5
- 239000012221 photothermal agent Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3,5-tricarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC(C(Cl)=O)=CC(C(Cl)=O)=C1 UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002384 drinking water standard Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 description 1
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
- B01D61/364—Membrane distillation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
- B01D67/0044—Inorganic membrane manufacture by chemical reaction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
- B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用,它是以多孔陶瓷膜泡沫板为载体,通过水热方法在载体上合成纳米异质结构层,经进一步煅烧得到表面含有TiO2的多孔陶瓷异质结构膜;所述的多孔陶瓷膜泡沫板孔径为0.1~4.0μm、孔隙率为30%~75%。该发明将等离子束加热控制与化学合成相结合,制备孔结构可控的多孔陶瓷膜/纳米氧化物TiO2异质结构薄膜,改变造孔剂的配比和等离子束扫描加热的工艺参数,可以获得不同孔隙率、孔径的陶瓷泡沫板,以便根据实际需要组合成梯度结构,实现光热转化及海水淡化多功能应用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料合成领域,具体涉及一种光热海水淡化用的多孔材料及制备方法。
背景技术
随着全球淡水资源短缺,海水淡化已成为获得淡水资源的重要手段之一。常规的海水淡化能耗高、成本高、效率低,同时也加剧了能源紧缺的情况。因此,利用太阳能等可再生清洁能源进行海水淡化将成为重要的发展方向。
海水淡化膜材料技术大致有以下几类:
一是,在成膜载体上通过聚合反应或者直接涂覆上成膜材料。比如中国专利申请号201710983784.8公开的一种海水淡化膜及其制备方法,它是将包括碳纳米管、纳米级导电黑粒、纳米级二氧化锰、纳米级活性炭、丁二烯苯乙烯聚合物成膜剂等组分,涂布于尼龙、聚酯纤维、超细纤维、碳纤维、竹纤维等骨架上,最终形成多孔膜,经该淡化膜处理的海水,达到国际饮用水标准,生产难度低,便于推广。中国专利申请号:201711104102.8公开了一种新型海水淡化反渗透膜及其制备方法,将带有取代基的间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺单体与均苯三甲酰氯单体,通过界面聚合反应,制备出具有新结构和新功能化的海水淡化膜。这两个文献中记载的成膜材料均为高分子聚合物,热稳定性差,容易老化,耐溶剂性能较差,膜的使用寿命不长等,而且在制备过程中容易污染环境。
二是,在成膜载体上均匀负载上无机膜材料,比如中国专利申请号201610791214.4公开的一种用于海水淡化材料的制备方法及应用,它就是将光热剂均匀负载在光热剂载体上,所述的光热剂是由TiO2(P25)和NaBH4在一定条件下煅烧得到H-TiO2,负载采取的措施是将光热剂均匀涂抹在载体上烘干。该发明所用方法虽然简单高效,合成条件温和可控,不造成二次污染,易于规模化制备。但是还存在以下缺陷:将光热剂涂在载体表面,结合力较差,时间长了容易脱落,循环稳定性较差。
中国专利申请号971044821公开了一种用于海水淡化的超滤二氧化硅薄膜的制备方法,它是以多孔陶瓷为载体,以硅酸甲酯或硅酸乙酯为原料制得SiO2溶胶,将载体溶于SiO2溶胶中得到SiO2薄膜。该技术在制备过程中采用了具有毒性的硅酸甲酯或硅酸乙酯,在实际中仅限于实验室使用,是不能应用在产业中的,所以该文献公开的技术在现实中是无法推广使用的。
因此,迫切需要开发新型、高效、稳定的陶瓷膜材料以及制备方法,同时膜材料还需要具备亲水性、高的太阳光吸收和转化效率等。
发明内容
为了解决现有海水淡化膜材料热稳定性差,容易老化,耐溶剂性能较差,膜的使用寿命不长以及制备工艺污染环境的缺陷,本发明提供一种环保的纯无机材料制备而成的光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料。具体来讲就是公开了一种利用等离子扫描加热方法制备多孔陶瓷膜材料,然后利用水热合成方法将TiO2光热转化、催化净化层制备于多孔膜上,将多孔膜置于海水表面后,通过光热转化、催化净化层的升温作用使膜表面海水蒸发、并使有机物分解,从而达到淡化、净化海水的目的。也可以获得梯度结构的孔结构。该发明将等离子束加热控制与化学合成相结合,制备孔结构可控的多孔陶瓷膜/纳米氧化物TiO2异质结构薄膜,改变造孔剂的配比和等离子束扫描加热的工艺参数,可以获得不同孔隙率、孔径的陶瓷泡沫板,以便根据实际需要组合成梯度结构,实现光热转化及海水淡化多功能应用。
本发明同时提供这种材料的制备方法。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料,它是以多孔陶瓷膜泡沫板为载体,通过水热方法在载体上合成纳米异质结构层,经进一步煅烧得到表面含有TiO2的多孔陶瓷异质结构膜;所述的多孔陶瓷膜泡沫板孔径为0.1~4.0μm、孔隙率为30%~75%。
进一步,所述的多孔陶瓷膜泡沫板主要物相组成为:TiAl+TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+TiB2+Al2O3,孔结构为三维连通的通孔。
本发明多孔陶瓷膜材料制备方法分:
第一步:多孔陶瓷膜泡沫板制备
第1.1步:粉体准备:
获得以Ti粉、Al粉、TiO2粉、B2O3粉、B4C粉、TiH2粉等混合粉体为原料,摩尔比为:4:11:3:3:3:(0.2~1.0),将粉体装入球磨机中混合4小时;
第1.2步:等离子加热准备:
在等离子工作台上铺设一层混合好的粉体,形成坯体;
第1.3步:多孔陶瓷膜泡沫板合成:
开启常压直流等离子束电源,等离子束电流50A~100A,电压50V,扫描速度10~20mm/s,用等离子束流扫描加热粉末坯体,在等离子热的作用下,混合粉末坯体发生反应:Ti+B4C+TiH2+Al+TiO2+B2O3→TiAl+TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+TiB2+Al2O3+H2,反应后获得多孔陶瓷膜泡沫板,其中TiH2既是反应剂参与反应,又通过分解出H2起到造孔剂,同时与等离子束流的电离气体Ar气共同对反应成膜过程进行保护,避免反应过程中Ti的氧化,多孔陶瓷膜泡沫板主要物相组成为:TiAl+TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+TiB2+Al2O3,孔结构为三维连通的通孔。
第二步:水热合成形成纳米异质结构层
将上述得到的多孔陶瓷膜泡沫板置于装有1mol/LNaOH溶液的反应釜中反应,反应完成后在多孔陶瓷膜泡沫板表面形成一层Na2Ti3O7纳米带,接着用1mol/LHCl溶液进行离子交换反应得到H2Ti3O7,水洗,干燥;
进一步,多孔陶瓷膜泡沫板与NaOH溶液220℃下保温反应24h,与HCl溶液反应24h。
第三步;煅烧
将上一步得到的产物置于500℃马弗炉中进行煅烧,得到表面含有TiO2的多孔陶瓷异质结构膜。煅烧时间优选3h。
本发明使用时,将多孔陶瓷异质结构膜,置于待处理海水表面,通过光热转化、催化净化层的光吸收和光催化作用使海水蒸发、有机物分解,从而达到淡化、净化海水的目的,为了提高强度和光吸收效率,还可以设计孔结构和孔隙率呈梯度分布的多孔陶瓷异质结构膜。
本发明的优点是:
1、本发明以Ti粉、Al粉、TiO2粉、B2O3粉、B4C粉、TiH2粉的混合粉体为原料,混合后压制成薄片,通过常压等离子扫描加热反应合成制备多孔陶瓷膜—陶瓷泡沫板;然后通过水热合成方法在多孔陶瓷膜—陶瓷泡沫板表面生长纳米氧化物TiO2等,形成多孔陶瓷异质结构膜,增强光热转化、催化净化效果;改变造孔剂的配比和等离子束扫描加热的工艺参数,可以获得不同孔隙率、孔径的陶瓷泡沫板,以便根据实际需要组合成梯度结构。将多孔陶瓷膜泡沫板置于海水表面后,通过光热转化、催化净化层的光吸收和光催化作用使海水蒸发、有机物分解,从而达到淡化、净化海水的目的。
2、本发明通过常压等离子扫描加热反应合成制备多孔陶瓷膜—陶瓷泡沫板,来源广泛,泡沫板物相组成调控范围大。通过原材料配比,例如Ti粉、TiH2粉等设计,以及等离子加热时扫描速度、功率等工艺参数的调整,获得孔径可控、高孔隙率的系列化陶瓷多孔膜,孔径为0.1~4.0μm、孔隙率达到30%~75%,调控范围大。
3、与高分子膜相比,这种陶瓷膜机械强度高,并且具有更好的热稳定性和化学稳定性;同时制备过程采用等离子扫描加热,制备效率高,并且可以获得多层的,孔结构和孔隙率呈梯度分布的多孔陶瓷膜。
4、本发明在多孔陶瓷泡沫表面形成纳米TiO2异质层,合成并构建光热材料及结构,工艺方法简单,适合于推广应用。也可以获得不同孔径、孔隙率的陶瓷泡沫板,以便根据实际需要组合成梯度结构。
5、本发明以多孔陶瓷膜泡沫板为载体,通过水热方法在多孔陶瓷膜泡沫板载体上合成纳米氧化物TiO2异质结构层,多孔陶瓷膜作为载体和吸水物质,TiO2作为吸光物质,二者合二为一,稳定性较好。
6、本发明整个工艺中选用的原料均是无机材料,无毒无害,不会污染环境以及伤害人体;整体工艺参数要求不苛刻,比如煅烧工艺中煅烧温度才500度,等离子加热粉末工序中,等离子束电流50A~100A,电压50V等,这些工艺参数在实际中是很容易实现的,所以本发明制备的陶瓷多孔膜价格低廉、环保,便于产业化,具有实用价值,可以大面积推广。
附图说明
图1本发明多孔陶瓷膜放大倍数为3000的SEM图。
图2本发明多孔陶膜孔径在分布曲线图;
图3a-3d依次为本发明多孔陶瓷膜放大倍数为5000,15000,50000,80000的SEM图。
具体实施方式
下面根据附图结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
第一步:粉体准备
获得以Ti粉、Al粉、TiO2粉、B2O3粉、B4C粉、TiH2粉等混合粉体为原料,摩尔比为:4:11:3:3:3:0.2;将粉体装入球磨机中混合4小时;
第二步:等离子加热准备
在等离子工作台上铺设一层混合好的粉体,厚度为10um,直径Φ100mm的坯体;
第三步:多孔陶瓷膜泡沫板合成
开启常压直流等离子束电源,等离子束电流100A,电压50V,扫描速度10mm/s,用等离子束流扫描加热粉末坯体,在等离子热的作用下,混合粉末坯体发生反应:Ti+B4C+TiH2+Al+TiO2+B2O3→TiAl+TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+TiB2+Al2O3+H2,反应后获得多孔陶瓷膜泡沫板,其中TiH2既是反应剂参与反应,又通过分解出H2起到造孔剂的作用,同时与等离子束流的电离气体Ar气共同对反应成膜过程进行保护,避免反应过程中Ti的氧化,多孔陶瓷膜泡沫板主要物相组成为:TiAl+TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+TiB2+Al2O3,孔结构为如图1所示的三维连通的通孔,孔径分布如图2;最终获得孔径0.1~2μm、孔隙率30%的多孔膜;
第四步:水热合成形成纳米异质结构层
将上述得到的多孔陶瓷膜泡沫板置于50ml反应釜中,加入40ml1mol/L NaOH溶液,放入恒温鼓风干燥箱中220℃下保温24h,反应完成后在多孔陶瓷膜泡沫板表面形成一层Na2Ti3O7纳米带,接着用1mol/L HCl溶液进行离子交换充分反应,24h后反应完全得到H2Ti3O7,水洗,干燥;
第五步:煅烧
将上一步得到的产物置于马弗炉中,500℃煅烧3h,得到如图3a-3d所示的表面含有TiO2的多孔陶瓷异质结构膜;
第六步:应用
将多孔陶瓷异质结构膜,置于待处理海水表面,通过光热转化、催化净化层的光吸收和光催化作用使海水蒸发、有机物分解,从而达到淡化、净化海水的目的,为了提高强度和光吸收效率,可以设计孔结构和孔隙率呈梯度分布的多孔陶瓷异质结构膜。
实施例二
实施例二除第一步粉体准备中将TiH2的摩尔比由0.2变为1.0、又将第三步多孔陶瓷膜泡沫板合成中,等离子束电流变为50A,扫描速度20mm/s。除了上述两个步骤参数变化之外,其余其他工艺及参数同实施例一。
最终获得孔径2.0~4μm、孔隙率75%的多孔陶瓷膜泡沫板,经过水热合成和煅烧以后成为多孔陶瓷异质结构膜。
实施例三
除第一步粉体准备中将TiH2的摩尔比由0.2变为0.6、又将第三步多孔陶瓷膜泡沫板合成中,等离子束电流变为70A,扫描速度15mm/s。除了上述两个步骤参数变化之外,其余其他工艺及参数同实施例一。
最终获得孔径1.0~3μm、孔隙率55%的多孔膜,经过水热合成和煅烧以后成为多孔陶瓷异质结构膜。
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 (4)
1.一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:多孔陶瓷膜泡沫板制备
第1.1步: 粉体准备:
获得以Ti粉、Al粉、TiO2粉、B2O3粉、B4C粉、TiH2粉混合粉体为原料,摩尔比为: 4:11:3:3:3:(0.2~1.0),将粉体装入球磨机中混合4小时;
第1.2步: 等离子加热准备:
在等离子工作台上铺设一层混合好的粉体,形成坯体;
第1.3步:多孔陶瓷膜泡沫板合成:
开启常压直流等离子束电源,等离子束电流50A~100A,电压50V,扫描速度10~20mm/s,用等离子束流扫描加热粉末坯体,在等离子热的作用下,混合粉末坯体发生反应:Ti+B4C + TiH2 + Al + TiO2 + B2O3 →TiAl + TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+ TiB2 +Al2O3 +H2 ,反应后获得多孔陶瓷膜泡沫板,所述的多孔陶瓷膜泡沫板孔径为0.1~4.0 μm、孔隙率为30%~75%;
第二步:水热合成形成纳米异质结构层
将上述得到的多孔陶瓷膜泡沫板置于装有1mol/LNaOH溶液的反应釜中反应,反应完成后在多孔陶瓷膜泡沫板表面形成一层Na2Ti3O7纳米带,接着用1mol/LHCl溶液进行离子交换反应得到H2Ti3O7,水洗,干燥;
第三步;煅烧
将上一步得到的产物置于500℃马弗炉中进行煅烧,得到表面含有TiO2的多孔陶瓷异质结构膜,所述的多孔陶瓷膜泡沫板孔径为0.1~4.0 μm、孔隙率为30%~75%。
2.如权利要求1所述的光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料的制备方法,其特征在于,所述的多孔陶瓷膜泡沫板主要物相组成为:TiAl +TiB+TiB2+Ti3B4+TiC+ TiB2 +Al2O3,孔结构为三维连通的通孔。
3.如权利要求1所述的光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料的制备方法,其特征在于,多孔陶瓷膜泡沫板与NaOH溶液220℃下保温反应24h,与HCl溶液反应24h。
4.如权利要求1所述的光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料的制备方法,其特征在于,第三步的煅烧时间为3h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811307159.2A CN109530688B (zh) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | 一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811307159.2A CN109530688B (zh) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | 一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109530688A CN109530688A (zh) | 2019-03-29 |
CN109530688B true CN109530688B (zh) | 2020-10-20 |
Family
ID=65846186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811307159.2A Active CN109530688B (zh) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | 一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109530688B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110885103B (zh) * | 2019-10-25 | 2022-05-31 | 深圳大学 | 海水淡化系统及海砂循环淡化方法 |
DE102019217388A1 (de) * | 2019-11-11 | 2021-05-12 | Aktiebolaget Skf | Reibungsfolie |
CN110917898B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-02-12 | 西安理工大学 | 光热转化陶瓷膜制备方法及用于处理难降解废水的方法 |
CN111186952B (zh) * | 2020-01-16 | 2022-08-19 | 西安理工大学 | 一种高效光热蒸发浓缩及电催化污水处理装置 |
CN113149116B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-08-12 | 中国海洋大学 | 具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜及制备法 |
CN113522061B (zh) * | 2021-07-21 | 2022-06-21 | 昆明理工大学 | 一种高吸附量的锂离子印迹纳米复合膜的制备方法 |
CN113816455B (zh) * | 2021-10-19 | 2022-12-20 | 华东理工大学 | 一种基于二维二碳化三钛/二氧化钛异质结薄膜及其制备方法和应用 |
CN113975978B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-05-26 | 江苏巨之澜科技有限公司 | 一种石墨烯增强光热蒸发膜、膜组件及污水浓缩处理装置 |
CN114558462B (zh) * | 2022-03-23 | 2023-04-25 | 常州大学 | 一种光热转化纤维膜的制备方法及其应用方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61253365A (ja) * | 1985-05-02 | 1986-11-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面被覆体 |
WO2009028530A1 (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-05 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | チタン酸化合物及びその製造方法並びに該チタン酸化合物を含む電極活物質、該電極活物質を用いてなる蓄電デバイス |
CN101301630B (zh) * | 2008-07-08 | 2010-09-15 | 山东科技大学 | 多孔金属间化合物-陶瓷催化剂载体及其制备方法 |
CN102249726B (zh) * | 2011-04-17 | 2012-11-28 | 山东科技大学 | NiAl-TiB2-TiC-Al2O3多孔膜及等离子加热反应合成方法 |
US9040144B2 (en) * | 2012-09-04 | 2015-05-26 | National Tsing Hua University | Filtering film structure |
CN104888746A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-09 | 湖北工业大学 | 一种高比表面积、高光催化性能二氧化钛纳米带薄膜的制备方法 |
CN106365235A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-01 | 武汉大学 | 一种低温低压太阳能局域热法海水淡化系统 |
CN108695476A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-10-23 | 湖南人文科技学院 | 陶瓷隔膜及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-11-05 CN CN201811307159.2A patent/CN109530688B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109530688A (zh) | 2019-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109530688B (zh) | 一种光热海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及制备方法和应用 | |
CN111298665B (zh) | 一种uio-66-nh2掺杂的有机硅高盐废水处理膜及其制备方法 | |
Yang et al. | Cyano and potassium-rich gC 3 N 4 hollow tubes for efficient visible-light-driven hydrogen evolution | |
CN110510689B (zh) | 一种多级结构的光热海水淡化材料及其制备方法和用途 | |
Zhang et al. | Ferric tannate photothermal material for efficient water distillation | |
Fung et al. | Nickel aluminate spinel reinforced ceramic hollow fibre membrane | |
CN113149116B (zh) | 具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜及制备法 | |
Huang et al. | PH-driven phase separation: Simple routes for fabricating porous TiO2 film with superhydrophilic and anti-fog properties | |
CN106045487A (zh) | 一种Al2O3、SiO2多孔陶瓷膜支撑体的制备方法 | |
CN106552651B (zh) | 一种Bi12O17Br2光催化剂的合成及应用方法 | |
Qiu et al. | Interface engineering of a Ti4O7 nanofibrous membrane for efficient solar-driven evaporation | |
CN109046450B (zh) | 一种BiOCl/(BiO)2CO3负载的醋酸纤维素/丝素杂化膜的制备方法和应用 | |
CN105693506A (zh) | 一种多孔钛晶金属有机骨架材料的合成方法 | |
CN114733367B (zh) | 一种凹凸棒土基复合纳滤膜的制备方法 | |
CN111204829B (zh) | 基于废纸和石墨的太阳能污水净化气凝胶及其制备方法 | |
CN107879759A (zh) | 一种三氧化二铝/二氧化锡复合陶瓷膜的制备方法 | |
Wang et al. | Sustainable synthesis of highly water-selective ZSM-5 membrane by wet gel conversion | |
Yu et al. | SiC mesoporous membranes for sulfuric acid decomposition at high temperatures in the iodine–sulfur process | |
CN112007684B (zh) | g-C3N4/C/Fe2O3复合光催化剂及其制备方法 | |
CN107081132B (zh) | 一种胺基功能化γ-三氧化二铝薄膜的制备方法 | |
Ahmad et al. | Sol–gel synthesized of nanocomposite palladium–alumina ceramic membrane for H2 permeability: preparation and characterization | |
CN1509805A (zh) | 一种水处理用纳米多微孔陶瓷复合膜的制备方法 | |
CN113019158A (zh) | 一种以高炉渣为主要原料干压成型制备膜蒸馏脱盐用多孔硅灰石陶瓷膜的方法 | |
Li et al. | Characterization of La0· 6Sr0· 4CoO3-δ oxygen selective hollow fiber made from acetate precursor-derived powder | |
Rui et al. | Fabrication of boron-doped hybrid silica membranes for pervaporation desalination |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |