CN114315250B - 一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，包括以下步骤：（1）制备碱激发剂溶液；（2）制备碱激发活性粉体；（3）将碱激发活性粉体装入搅拌器，加入水和碱激发剂溶液搅拌，搅拌结束后，浆体注入模具，再放上振动台进行振动，制得试块；（4）将试块放入蒸养箱中带模蒸养后脱模，再放入标养箱中标准养护后取出用清水洗涤试块表面干燥备用；（5）将制备完成的试块放入四氟乙烯反应釜中，加入NaOH溶液浸没整个试块，放入烘箱中；反应完成后，取出试块用清水洗涤，干燥完成。本发明提高了膜材料的强度，减弱界面分层现象，稳定可靠。

Description

一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法

技术领域

本发明涉及水处理膜技术领域，特别是涉及一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法。

背景技术

我国是世界上用水量最多的国家，但人均水资源仅为世界平均水平的1/4。随着城市化和工业化进程的不断推进，水污染问题越来越严重。水污染问题不但破坏了生态系统，还影响了人类的生活质量甚至威胁到人类的生命健康。合理利用水资源，科学净化水资源是解决此类问题的最有效途径。膜分离水处理技术是目前最先进且应用最为广泛的水处理技术。

膜材料是污水、废水处理的关键性材料。当前常用膜材料为有机膜、无机陶瓷膜和沸石分子筛膜。有机膜存在稳定性差、机械强度低等缺点；陶瓷膜虽有耐高温、稳定性好、强度高的优势，但仍有微观结构难调控、品质不稳定、难回收再利用等问题；沸石分子筛膜是在Al₂O₃等无机多孔载体上预涂沸石晶种，再提供原料使沸石在支撑体上生长，其存在工艺流程较复杂，支撑体与沸石晶体的界面稳定性差，成本高的问题。

碱激发胶凝材料是一种新型绿色胶凝材料，具有以[SiO₄] 、[AlO₄]四面体通过顶角氧原子连接形成的无定形三维网状结构，兼具矿物和高分子材料的特性。其化学组成和内部结构都与沸石相似，在一定条件下可以转化成沸石。因此可以利用碱激发材料为前驱体，以水热合成法使其直接转化为沸石分子筛，形成稳定的膜材料膜。例如专利CN102583428A公开了一种以凝胶转化法制备碱激发材料转化NaA沸石分子筛的方法，能够通过渗透汽化脱离海水中的盐分；

例如专利CN103303940A公开了一种以偏高岭土为原料制备碱激发材料转化八面沸石分子筛的方法，能够通过渗透汽化分离醇水体系；

例如专利CN111001307A公开了一种以碱激发材料为多孔无机膜载体的复合膜材料，能够处理有机废水，但复合膜材料存在界面结合力差的问题。

在上述的已有公开的专利中，均是以Si、Al元素纯度较高的偏高岭土或以化学方式合成的硅铝酸盐粉体为原料制备碱激发材料，其优点是通透性和分离能力较强，但自支撑膜的强度较低且利用化学试剂来制备原料成本较高，无法大规模应用于工业生产。

综上述所，针对当前碱激发材料制备无机水处理膜材料存在的问题或不足，需开发一种新的材料体系和制备方式。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种方便加工，提高强度的碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法。

本发明的技术方案为：包括以下步骤：

（1）制备碱激发剂溶液

将固体分析纯NaOH颗粒添加到钠水玻璃溶液中；或将固体KOH添加到钾水玻璃溶液中；搅拌，陈放12-24小时，得到组成均匀的碱激发剂溶液；

（2）制备碱激发活性粉体

将偏高岭土与矿渣混合，其中，矿渣掺量为偏高岭土质量的5%~20%，混合均匀后，得到碱激发活性粉体；

（3）将碱激发活性粉体装入搅拌器，加入水和碱激发剂溶液搅拌，其中，碱激发剂溶液中固体与碱激发活性粉体质量比为35%~45%，水灰比为0.4~0.5；

搅拌结束后，浆体注入模具，再放上振动台进行振动，制得试块；

（4）将试块放入50-60℃蒸养箱中带模蒸养18-24h后脱模，再放入标养箱中标准养护40-48h后取出用清水洗涤试块表面干燥备用；

（5）将制备完成的试块放入四氟乙烯反应釜中，加入50~100mL 的0.5~2.5MNaOH溶液浸没整个试块，放入烘箱中于110~150℃下水热反应24~48h；反应完成后，取出试块用清水洗涤至洗涤液pH小于9，100-105℃干燥30min~1h，完成。

在固体分析纯NaOH颗粒添加到钠水玻璃溶液后；或在固体KOH添加到钾水玻璃溶液后；

调节模数至1.0~1.5，固含量40%~55%。

所述偏高岭土为：将细度为300目以上的高岭土在600~900℃空气中煅烧2h，制得；

或使用比表面积1100m²/kg以上的偏高岭土。

所述偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃质量分数之和98%以上，活性指数大于115%。

所述矿渣的比表面积在300m²/kg以上，活性指数在95%以上。

所述矿渣的活性指数大于105%，其中，CaO质量分数35%以上，SiO₂、Al₂O₃、CaO质量分数之和大于90%。

所述搅拌器为水泥胶砂搅拌锅，先慢搅2-3min，再快搅6-8min，其中,慢搅速度为150-200r/min，快搅速度350-400r/min。

所述搅拌器为恒速搅拌器，搅拌速度为1500r/min，搅拌10min。

所述振动台为混凝土振实台或水泥胶砂振动台。

本发明具有以下优点：

1、本发明简单易行、可操作性强、原材料获取便利、无复杂外加剂。不再使用化学试剂以凝胶转化法制备碱激发活性粉体，而是直接使用偏高岭土、矿渣这种常见的原料。主要发生的物理化学反应只有两部分：碱激发反应和水热合成反应；并且未添加外加剂，工业生产可自行调整；适合大规模工业生产。

2、本发明有效结合了矿渣和偏高岭土的各自优点，改进了此前类似水处理膜机械强度较低的缺点，在提高膜强度的同时也保留其通透性和分离能力。

3、本发明制备的自支撑水处理膜，其既为支撑体，又拥有膜的过滤功能。没有使用碱激发材料作为支撑体或以多孔Al₂O₃等无机载体支撑沸石膜，避免这类复合膜存在的界面结合力弱的问题。而偏高岭土-矿渣的复合碱激发材料体系比之纯偏高岭土或化学制备的粉体体系没有碱激发材料-沸石分子筛界面分层现象，更容易生成完整的自支撑无机膜。

4、本发明添加的矿渣促进了水热反应的发生，降低了反应所需温度和时间，节能高效。对比此前的纯偏高岭土体系，矿渣的加入明显促进了水热反应，提前了发生反应所需温度，并且达到相同效果所需温度下降了20℃左右。所需水热时间也有明显缩短。在工业生成过程中可以节约大量能源，绿色环保。

附图说明

图1 是本发明的加工流程图；

图2 是本发明制备所得自支撑水处理膜的扫描电镜照片，左图为表面，右图为断面；

图3 是本发明制备所得矿渣-偏高岭土复合碱激发材料在不同水热温度下的水热产物的XRD图谱分析；

图4 是本发明制备所得矿渣-偏高岭土复合碱激发材料在不同水热时间下的水热产物的XRD图谱分析；

图5 是本发明制备所得自支撑水处理膜中各种沸石分子晶体形貌的扫描电镜照片；(a)为NaA型沸石；(b)为NaP型沸石；(c)为方沸石；(d)为凝胶表面存在的部分排列分散的NaA型沸石；

图6 是本发明制备所得自支撑水处理膜不同矿渣掺量下，材料水热前后的强度变化；

图7 是本发明制备所得自支撑水处理膜不同矿渣掺量下，膜水通量的变化；

图8是本发明制备所得自支撑水处理膜的数码照片。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的碱激发材料制备自支撑水处理膜的实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

本发明提出的一种利用碱激发胶凝材料作为前驱体通过水热反应制备水处理膜的方法，如图1所示，其步骤包括：

（1）将固体分析纯NaOH颗粒添加到钠水玻璃（Na₂SiO₃）溶液中；或将固体KOH添加到钾水玻璃溶液中；

调节模数至1.0~1.5，市售水玻璃为了便于保存和运输，其模数都较高，模数反映了碱激发剂的碱度，模数越高，碱度越低，碱激发反应所需的碱度较高，因此需要添加NaOH于工业水玻璃中降低其模数，提高碱度，使其能顺利激发碱激发反应。固含量40%~55%，搅拌，陈放12-24小时，得到组成均匀的碱激发剂溶液。

碱激发剂溶液的作用为激发具有碱激发活性粉体的化学反应，使膜片能够凝结硬化并产生足够高的强度。

（2）将细度为300目以上的市售高岭土在600~900℃空气中煅烧2h得到偏高岭土，添加比表面积300m²/kg以上，活性指数（28d）95%以上的矿渣，矿渣掺量为偏高岭土质量的5%~20%，混合均匀后作为碱激发活性粉体。

优选的，直接使用市售比表面积1100m²/kg以上的偏高岭土。

进一步优选的，偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃质量分数之和98%以上，活性指数（28d）大于115%。

优选的，矿渣活性指数（28d）大于105%，CaO质量分数35%以上，SiO₂、Al₂O₃、CaO质量分数之和大于90%。

（3）称取混合好的碱激发活性粉体装入水泥胶砂搅拌锅，加入适量的水和已制备好的碱激发剂溶液，碱激发剂中固体与碱激发活性粉体质量比为35%~45%，外掺水量与碱激发剂中含水量与碱激发活性粉体质量比为0.4~0.5。进行搅拌，先慢搅2-3min，再快搅6-8min，其中,慢搅速度为150-200r/min，快搅速度350-400r/min；先慢搅使其物料充分混合均匀，直接快搅容易使浆料洒出。

结束后浆体注入圆柱体模具（直径40mm、高10mm）和立方体模具（20×20×20mm），放上水泥胶砂振动台振动消泡120次。

优选的，用恒速搅拌器代替水泥胶砂搅拌锅，搅拌速度为1500r/min，搅拌10min。

优选的，用混凝土振实台代替水泥胶砂振动台，振动消泡10min。

（4）试块放入60℃蒸养箱中带模蒸养18-24h后脱模，再放入标养箱中标准养护40-48h后取出用清水洗涤试块表面干燥备用。

优选的，利用超声波清洗仪洗涤试块5min。

（5）将制备完成的碱激发材料圆片或立方块放入四氟乙烯反应釜中，底部垫上支架使其底面不接触反应釜内衬，加入50~100mL的 0.5~2.5MNaOH溶液浸没整个试块，放入烘箱中于110~150℃下水热反应24~48h。反应完成后取出试块用清水洗涤至洗涤液pH小于9，100-105℃干燥30min~1h即可得到沸石分子筛膜片或立方块。如图8 所示为本发明制备所得自支撑水处理膜的数码照片，其为直径40mm的圆片。

优选的，利用超声波清洗仪洗涤试块5min。

本发明在工作中，提供一种利用碱激发胶凝材料作为前驱体材料通过水热反应制备自支撑水处理膜的新方法，原材料使用市面常见的偏高岭土和矿渣，在偏高岭土体系中添加少量矿渣，促进其水热反应并提高膜材料的强度，减弱界面分层现象，使最终膜材料形成一块整体，满足高稳定性高强自支撑水处理膜的要求。

本发明的原理如下：

碱激发活性粉体在碱激发剂溶液的作用下，偏高岭土和无定形二氧化硅首先发生Si-O和Al-O共价键断裂；在碱性条件下，正硅铝酸分子上的羟基很不稳定，形成氢键后进一步脱水缩合，形成聚合物单体；聚合物单体再通过缩聚反应连接成高分子聚合物。矿渣在碱激发剂作用下释放Ca²⁺，在强碱条件下沉淀为Ca(OH)₂作为成核基体，并在初始阶段生成C-S-H凝胶，从而促进凝结、提升早期强度。

在常温常压下，碱激发材料难以向沸石分子筛转变，即使其内部存在纳米沸石结构。而在一定的水热条件下，碱激发材料会由外到内地向沸石分子筛进行转化。

传统的沸石分子筛主要是以Si、Al含量较高的偏高岭土或以化学方法制备这两种元素氧化物的粉体为原料，在晶化生成沸石分子筛后，由于孔道结构的改变，相较于前驱体，沸石分子筛的强度有大幅度下降。

本发明在引入矿渣后，加入了Ca与少量Mg，Ca在碱激发作用下生成C-A-S-H凝胶，其不容易发生水热反应，体系中保留了部分凝胶相来支撑其强度，并且Ca²⁺能够促进NaP型沸石和NaA型沸石的生成，将其水热反应的温度降低。表1为矿渣掺量与水热产物各物相质量分数关系。

表1 矿渣掺量与水热产物各物相质量分数关系

沸石分子筛表面为固体骨架，内部的孔穴能起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔道的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子。因此，沸石分子筛拥有较稳定的吸附或分离性能，用以处理污水、离子吸附、药物载体和化工添加剂。

图2 是本发明制备所得自支撑水处理膜的扫描电镜照片，左图为表面，右图为断面。其表面有较多的晶体并且存在一些孔隙可以为过滤污水提供通道，保证其水处理能力；其断面增加了较多的非晶体凝胶相，强度进一步提高，保证其膜的机械强度，能适应不同的外界环境。

图3 是本发明制备所得矿渣-偏高岭土复合碱激发材料在不同水热温度下的水热产物的XRD图谱分析。其水热反应生成NaA沸石的温度（90℃）和NaP沸石的温度（110℃）对比纯偏高岭土基材料都有所降低（分别为110℃和130℃）。在110℃~150℃生成的沸石晶体较好且杂质少。

图4 是本发明制备所得矿渣-偏高岭土复合碱激发材料在不同水热时间下的水热产物的XRD图谱分析。随着水热反应时间的增加，沸石分子筛逐步转变为非晶体，晶体含量越来越少。加入矿渣后，对比纯偏高岭土体系，其反应所需水热时间明显缩短，从24h以上减少到20h以下。

图5 是本发明制备所得自支撑水处理膜中各种沸石分子晶体形貌的扫描电镜照片。(a)为NaA型沸石；(b)为NaP型沸石；(c)为方沸石；(d)为凝胶表面存在的部分排列分散的NaA型沸石。NaA型沸石形貌为形状规则的立方体且排列紧密；NaP型沸石为球体；方沸石为形状规则的多面体且排列紧密。其中方沸石所需生成温度较高，在生产过程中会消耗较多能量。这三种沸石晶体中均有均匀的纳米级孔道，可以用作分离水分子与杂质。

图6 是本发明制备所得自支撑水处理膜不同矿渣掺量下，材料水热前后的强度变化。在不加入矿渣的前提下，所生产的沸石分子筛膜的强度非常低，对比水热前仅有其强度的1/10左右，因为其整体结构疏松多孔，所以强度无法保证。在加入少量矿渣后，沸石分子筛的强度有了大幅度提高，对比其前驱体仅有少量降低，少量矿渣形成的凝胶在体系中起到了支撑的作用，但由于其量少也不会过多影响整体的过滤性能。而随着矿渣的增加，碱激发材料中碱含量相应减少，强度降低，并且凝胶相增加与晶体相减少也会降低其过滤性能。

图7 是本发明制备所得自支撑水处理膜不同矿渣掺量下，膜水通量的变化。随着矿渣含量增加，水处理膜的通水量逐渐降低，在矿渣掺量不大于20%掺量时，水通量可以保证大于100kg·m^-2·h^-1。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

以模数2.4、固含量45.69%的市售钠水玻璃为碱激发溶液，加入适量分析纯NaOH固体，调节其模数至1.1，固含量51.20%，封上塑料薄膜静置24h备用。

以180份偏高岭土M1为原料，向其中掺入20份矿渣微粉B1，混合均匀，得到碱激发活性粉体。二者化学组成，比表面积，活性指数如表2所示。

称取200份碱激发活性粉体，170份碱激发剂溶液（水玻璃掺量43.5%），17份水（水灰比0.5），分别将其加入水泥胶砂搅拌锅中，慢搅2min后快搅6min，搅拌结束后将碱激发材料浆体注入直径40mm，高10mm圆柱型模具和立方体模具（20×20×20mm），放至水泥胶砂振动台振动消泡120次。将试块放入60℃蒸养箱中带模蒸养24h后脱模，再放入标养箱中标准养护48h后取出，用清水冲洗试块表面至洗涤液呈中性，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h。

将干燥好的碱激发材料试块装入四氟乙烯水热反应釜中，并垫上小支架防止其底部与反应釜接触，加入1.5MNaOH溶液50mL浸没试块，随后密封好水热反应釜，将其放入130℃烘箱，待其水热反应24h后取出。将反应釜置于水中，并辅以风扇降温，使其快速冷却至室温，完全冷却后取出。随后将反应完成的膜片用清水冲洗，洗涤表面的NaOH母液至洗涤液pH＜9，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h，制得自支撑水处理膜M1以及该材料的立方体试块F1。

用抗折抗压试验机测试立方块抗压强度，加载速率2.4kN/s,测量F1的平均抗压强度为62.2MPa。使用定制水通量测试装置，膜片上下用硅胶垫圈密封处理，泵提供压力作为推动力，大小可在0.1~0.9MPa调节（以具体读数为准），记录单位时间出水质量，计算水处理膜的水通量为135.75kg·m^-2·h^-1。利用水处理膜在0.1MPa压力下过滤100NTU的标准浊度液，按GB 13200-1991测量其滤液浊度为0.5NTU，自支撑水处理膜合格。

表2偏高岭土和矿渣的化学组成、比表面积和活性指数

实施例2

以模数2.4、固含量45.69%的市售钠水玻璃为碱激发溶液，加入适量分析纯NaOH固体，调节其模数至1.1，固含量51.20%，封上塑料薄膜静置24h备用。

以200份偏高岭土M1为原料，向其中掺入30份矿渣微粉B1，混合均匀，得到碱激发活性粉体。二者化学组成，比表面积，活性指数如表2所示。

称取230份碱激发活性粉体，188份碱激发剂溶液（水玻璃掺量41.8%），12份水（水灰比0.45），分别将其加入水泥胶砂搅拌锅中，慢搅2min后快搅6min，搅拌结束后将碱激发材料浆体注入直径40mm，高10mm圆柱型模具和立方体模具（20×20×20mm），放至水泥胶砂振动台振动消泡120次。将试块放入60℃蒸养箱中带模蒸养24h后脱模，再放入标养箱中标准养护48h后取出，用清水冲洗试块表面至洗涤液呈中性，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h。

将干燥好的碱激发材料试块装入四氟乙烯水热反应釜中，并垫上小支架防止其底部与反应釜接触，加入2MNaOH溶液50mL浸没试块，随后密封好水热反应釜，将其放入120℃烘箱，待其水热反应36h后取出。将反应釜置于水中，并辅以风扇降温，使其快速冷却至室温，完全冷却后取出。随后将反应完成的膜片用清水冲洗，洗涤表面的NaOH母液至洗涤液pH＜9，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h，制得自支撑水处理膜M2以及该材料的立方体试块F2。

用抗折抗压试验机测试立方块抗压强度，加载速率2.4kN/s,测量F1的平均抗压强度为65.4MPa。使用定制水通量测试装置，膜片上下用硅胶垫圈密封处理，泵提供压力作为推动力，大小可在0.1~0.9MPa调节（以具体读数为准），记录单位时间出水质量，计算水处理膜的水通量为121.37kg·m^-2·h^-1。利用水处理膜在0.1MPa压力下过滤100NTU的标准浊度液，按GB 13200-1991测量其滤液浊度为0.7NTU，自支撑水处理膜合格。

实施例3

以市售钾水玻璃为碱激发溶液，加入适量分析纯KOH固体，调节其模数至1.3，固含量49.84%，封上塑料薄膜静置24h备用。

以200份偏高岭土M2为原料，向其中掺入20份矿渣微粉B2，混合均匀，得到碱激发活性粉体。二者化学组成，比表面积，活性指数如表2所示。

称取220份碱激发活性粉体，190份碱激发剂溶液（水玻璃掺量44.2%），17份水（水灰比0.50），分别将其加入水泥胶砂搅拌锅中，慢搅2min后快搅6min，搅拌结束后将碱激发材料浆体注入直径40mm，高10mm圆柱型模具和立方体模具（20×20×20mm），放至水泥胶砂振动台振动消泡120次。将试块放入60℃蒸养箱中带模蒸养24h后脱模，再放入标养箱中标准养护48h后取出，用清水冲洗试块表面至洗涤液呈中性，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h。

将干燥好的碱激发材料试块装入四氟乙烯水热反应釜中，并垫上小支架防止其底部与反应釜接触，加入1.5MNaOH溶液50mL浸没试块，随后密封好水热反应釜，将其放入110℃烘箱，待其水热反应36h后取出。将反应釜置于水中，并辅以风扇降温，使其快速冷却至室温，完全冷却后取出。随后将反应完成的膜片用清水冲洗，洗涤表面的NaOH母液至洗涤液pH＜9，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h，制得自支撑水处理膜M3以及该材料的立方体试块F3。

用抗折抗压试验机测试立方块抗压强度，加载速率2.4kN/s,测量F3的平均抗压强度为67.9MPa。使用定制水通量测试装置，膜片上下用硅胶垫圈密封处理，泵提供压力作为推动力，大小可在0.1~0.9MPa调节（以具体读数为准），记录单位时间出水质量，计算水处理膜的水通量为139.63kg·m^-2·h^-1。利用水处理膜在0.1MPa压力下过滤100NTU的标准浊度液，按GB 13200-1991测量其滤液浊度为0.4NTU，自支撑水处理膜合格。

实施例4

以市售钾水玻璃为碱激发溶液，加入适量分析纯KOH固体，调节其模数至1.3，固含量49.84%，封上塑料薄膜静置24h备用。

以185份偏高岭土M2为原料，向其中掺入15份矿渣微粉B2，混合均匀，得到碱激发活性粉体。二者化学组成，比表面积，活性指数如表2所示。

称取200份碱激发活性粉体，176份碱激发剂溶液（水玻璃掺量43.86%），10份水（水灰比0.49），分别将其加入水泥胶砂搅拌锅中，慢搅2min后快搅6min，搅拌结束后将碱激发材料浆体注入直径40mm，高10mm圆柱型模具和立方体模具（20×20×20mm），放至水泥胶砂振动台振动消泡120次。将试块放入60℃蒸养箱中带模蒸养24h后脱模，再放入标养箱中标准养护48h后取出，用清水冲洗试块表面至洗涤液呈中性，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h。

将干燥好的碱激发材料试块装入四氟乙烯水热反应釜中，并垫上小支架防止其底部与反应釜接触，加入1MNaOH溶液50mL浸没试块，随后密封好水热反应釜，将其放入150℃烘箱，待其水热反应24h后取出。将反应釜置于水中，并辅以风扇降温，使其快速冷却至室温，完全冷却后取出。随后将反应完成的膜片用清水冲洗，洗涤表面的NaOH母液至洗涤液pH＜9，放入鼓风干燥箱105℃干燥1h，制得自支撑水处理膜M4以及该材料的立方体试块F4。

用抗折抗压试验机测试立方块抗压强度，加载速率2.4kN/s,测量F4的平均抗压强度为69.5MPa。使用定制水通量测试装置，膜片上下用硅胶垫圈密封处理，泵提供压力作为推动力，大小可在0.1~0.9MPa调节（以具体读数为准），记录单位时间出水质量，计算水处理膜的水通量为142.35kg·m^-2·h^-1。利用水处理膜在0.1MPa压力下过滤100NTU的标准浊度液，按GB 13200-1991测量其滤液浊度为0.6NTU，自支撑水处理膜合格。

本发明为偏高岭土提供了新的应用领域和方向。我国的高岭土储量丰富，有不少煅烧高岭土工厂，但偏高岭土的应用领域并不广阔，一般仅仅是以其极强的火山灰活性用来作为水泥的掺合料，发挥其活性来替代部分水泥。本发明为偏高岭土的资源化利用提供了新途径，提高了偏高岭土的利用率，可积极促进煅烧高岭土工业的发展。

Claims (7)

1.一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备碱激发剂溶液，

将固体分析纯NaOH颗粒添加到钠水玻璃溶液中，或将固体KOH添加到钾水玻璃溶液中；搅拌，陈放12-24小时，得到组成均匀的碱激发剂溶液；

2）制备碱激发活性粉体，

将偏高岭土与矿渣混合，其中，矿渣掺量为偏高岭土质量的5%~20%，混合均匀后，得到碱激发活性粉体；

所述矿渣的比表面积在300m²/kg以上，活性指数在95%以上；

所述矿渣的活性指数大于105%，其中，CaO质量分数35%以上，SiO₂、Al₂O₃、CaO质量分数之和大于90%；

促进其水热反应并提高膜材料的强度，减弱界面分层现象，使最终膜材料形成一块整体；

3）将碱激发活性粉体装入搅拌器，加入水和碱激发剂溶液搅拌，其中，碱激发剂溶液中固体与碱激发活性粉体质量比为35%~45%，水灰比为0.4~0.5；

搅拌结束后，浆体注入模具，再放上振动台进行振动，制得试块；

4）将试块放入50-60℃蒸养箱中带模蒸养18-24h后脱模，再放入标养箱中标准养护40-48h后取出用清水洗涤试块表面干燥备用；

5）将制备完成的试块放入四氟乙烯反应釜中，加入50~100mL 的0.5~2.5MNaOH溶液浸没整个试块，放入烘箱中于110~150℃下水热反应24~48h；反应完成后，取出试块用清水洗涤至洗涤液pH小于9，100-105℃干燥30min~1h，完成。

2.根据权利要求1所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，

在固体分析纯NaOH颗粒添加到钠水玻璃溶液后；或在固体KOH添加到钾水玻璃溶液后；

调节模数至1.0~1.5，固含量40%~55%。

3.根据权利要求1所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，所述偏高岭土为：将细度为300目以上的高岭土在600~900℃空气中煅烧2h，制得；

或使用比表面积1100m²/kg以上的偏高岭土。

4.根据权利要求3所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，所述偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃质量分数之和98%以上，活性指数大于115%。

5.根据权利要求1所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，所述搅拌器为水泥胶砂搅拌锅，先慢搅2-3min，再快搅6-8min，其中,慢搅速度为150-200r/min，快搅速度350-400r/min。

6.根据权利要求1所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，所述搅拌器为恒速搅拌器，搅拌速度为1500r/min，搅拌10min。

7.根据权利要求1所述的一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法，其特征在于，所述振动台为混凝土振实台或水泥胶砂振动台。

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