CN115155334B - 煤基固废物涂膜液及其应用、煤基固废物陶瓷膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷膜技术领域，具体涉及一种煤基固废物涂膜液及其应用、一种煤基固废物陶瓷膜及其制备方法和应用。该涂膜液含有煤基固废物组合物、可选的结合剂组合物、可选的分散剂和水；其中，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为10‑60wt％，所述结合剂组合物的含量为0‑10wt％，所述分散剂的含量为0‑2wt％，所述水的含量为28‑90wt％。本发明提供的涂膜液能够实现对涂膜液的粘度和分散性的精制控制；同时，将所述涂膜液直接与陶瓷基体进行接触、烧结，得到煤基固废物陶瓷膜，克服了煤基固废物层与陶瓷基体无法直接形成煤基固废物陶瓷膜的技术瓶颈，并提高了煤基固废物陶瓷膜的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷膜技术领域，具体涉及一种煤基固废物涂膜液及其应用、一种煤基固废物陶瓷膜及其制备方法和应用。
背景技术
粉煤灰是一种储量丰富、廉价易得的工业废物，主要成分为二氧化硅和氧化铝，二者含量达到70％以上，与传统陶瓷的原料中粘土成分相近。此外，粉煤灰本身还具有大量的微孔和较高的比表面积。利用这种工业废物不仅能够减少环境污染，还可以开发生产高附加值的低成本陶瓷。
《粉煤灰在碳化硅支撑体上作为涂层材料的研究》(庄衢彬，田蒙奎，张云飞，张杰，硅酸盐学报，2016，35，2556-2560)，该研究以多孔管状陶瓷SiC为支撑体，通过自行开发的一种新型涂膜技术-扬射旋涂沉积法，在其上涂覆粉煤灰，形成非对称的SiC+Al2O3/SiO2陶瓷膜分离元件。该方法仅利用粉煤灰的堆积形成粉煤灰膜层，用于对PM2.5细颗粒物的高效截留，但无法形成精细控制的小孔径粉煤灰膜层。
CN109173748A公开一种粉煤灰陶瓷膜的制备方法，用球形颗粒粉煤灰(粒径3-50μm)配制稳定的涂膜液，在支撑体的内表面通过浸浆法制备，再经干燥、烧结，形成过渡层；用球形颗粒粉煤灰(粒径0.5-10μm)配制稳定的涂膜液，在过渡层的内表面通过浸浆法制备，再经干燥、烧结，得到粉煤灰陶瓷膜；其中，所述涂膜液的制备过程为将球形颗粒粉煤灰与水按比例加到研磨机中，按比例添加表面活性剂和粘结剂，调节体系pH为9-10，研磨分散6h，研磨强度为1000rpm，得涂膜液。但该方法并未涉及如何提高粉煤灰陶瓷膜的气孔率。
因此，亟需一种具有精细平均孔径、高气孔率和高摩氏硬度的煤基固废物陶瓷膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术采用粉煤灰制备的陶瓷膜存在无法精细控制平均孔径、气孔率、摩氏硬度，以及煤基固废物层和非煤基固废物陶瓷基体由于烧结温度不同，无法直接形成煤基固废物-非煤基固废物(基体)膜的问题，提供一种煤基固废物涂膜液及其应用、一种煤基固废物陶瓷膜及其制备方法和应用。采用本发明提供的涂膜液，能够直接形成煤基固废物-非煤基固废物(基体)/煤基固废物(基体)膜，且所述煤基固废物陶瓷膜具有较低的平均孔径，以及较高的气孔率和摩氏硬度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种煤基固废物涂膜液，该涂膜液含有煤基固废物组合物、可选的结合剂组合物、可选的分散剂和水；
其中，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为10-60wt％，所述结合剂组合物的含量为0-10wt％，所述分散剂的含量为0-2wt％，所述水的含量为28-90wt％。
优选地，所述涂膜液由煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水组成。
优选地，所述煤基固废物组合物包括：D50依次减小的第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的涂膜液在煤基固废物陶瓷膜中的应用。
本发明第三方面提供一种煤基固废物陶瓷膜的制备方法，该方法包括：将第一方面提供的涂膜液与陶瓷基体进行接触，以在所述陶瓷基体的表面形成煤基固废物层，烧结，得到煤基固废物陶瓷膜。
本发明第四方面提供一种第三方面提供的方法制得的煤基固废物陶瓷膜。
优选地，所述煤基固废物陶瓷膜的平均孔径≤2μm，优选为0.5-1.5μm；最大孔径≤10μm，优选为2.5-4μm；气孔率≥35％，优选为43-60％；摩氏硬度为2-5，优选为3-4。
本发明第五方面提供一种第四方法提供的煤基固废物陶瓷膜在污水处理和气体除尘中的应用。
通过上述技术方案，本发明提供的煤基固废物涂膜液含有特定含量的煤基固废物组合物和特定含量的辅料(结合剂组合物、分散剂和水)，尤其是结合特定粒度和组分的煤基固废物组合物，从而实现对涂膜液的粘度和分散性的精制控制；同时，将本发明提供的涂膜液直接与陶瓷基体进行接触、烧结，得到煤基固废物陶瓷膜，克服了煤基固废物层与陶瓷基体无法直接形成煤基固废物陶瓷膜的技术瓶颈。
同时，本发明提供的煤基固废物陶瓷膜具有较优的综合性能，即，具有精细的孔径分布(平均孔径和最大孔径)，较高的气孔率和摩氏硬度。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在没有明确说明的情况下，“第一”、“第二”和“第三”均不代表先后次序，也不对各个物料或者操作起到限定作用，仅是为了区分各个物料或者操作，例如，“第一煤基固废物”、“第二煤基固废物”和“第三煤基固废物”中的“第一”、“第二”和“第三”仅是为了区分以表示这不是同一煤基固废物。
本发明第一方面提供一种煤基固废物涂膜液，该涂膜液含有煤基固废物组合物、可选的结合剂组合物、可选的分散剂和水；
其中，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为10-60wt％，所述结合剂组合物的含量为0-10wt％，所述分散剂的含量为0-2wt％，所述水的含量为28-90wt％。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述煤基固废物涂膜液是含固体颗粒的浆液，其中，所述固体颗粒为所述煤基固废物组合物和可选的结合剂组合物。
在本发明中，没有特殊情况说明下，可以按照所述煤基固废物涂膜液中各组分的含量作为各组分的用量或投料量。
在本发明中，为了提高涂膜液的性能参数，即降低涂膜液的粘度和提高涂膜液的分散性。优选地，所述涂膜液含有煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水。
根据本发明的一种优选实施方式，所述涂膜液由煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水组成。
根据本发明，优选地，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为10-60wt％，所述结合剂组合物的含量为1-10wt％，所述分散剂的含量为0.1-2wt％，所述水的含量为28-88.9wt％。
进一步优选地，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为20-45wt％，所述结合剂组合物的含量为1-3wt％，所述分散剂的含量为0.5-1wt％，所述水的含量为51-78.5wt％。
在本发明中，对所述涂膜液的制备方法具有较宽的选择范围，只要将煤基固废物组合物、可选的结合剂组合物、可选的分散剂和水按上述重量比混合后，得到煤基固废物涂膜液。
根据本发明的一种优选实施方式，首先将可选的分散剂和水混合，再加入可选的结合剂组合物，最后加入煤基固废物组合物形成涂膜液。
在本发明中，所述煤基固废物组合物旨在形成煤基固废物膜，不仅使得其同时满足平均孔径和气孔率的要求，且与基体(煤基固废物基体或非煤基固废物基体)能够很好的结合。优选地，所述煤基固废物组合物包括：D50依次减小的第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物。
根据本发明，优选地，所述第一煤基固废物的D50为10-20μm，所述第二煤基固废物的D50为3-10μm，所述第三煤基固废物的D50为0.5-3μm。其中，煤基固废物的D50通过激光粒度仪(马尔文-MS-2000)测得。
在本发明中，需要强调说明的是：所述第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物的D50依次减小。例如，当所述第一煤基固废物的D50为10μm，则所述第二煤基固废物的D50≠10μm，且3μm≤所述第二煤基固废物的D50＜10μm，所述第三煤基固废物的D50≠3μm，且0.5μm≤所述第三煤基固废物的D50＜3μm；或，当所述第一煤基固废物的D50为10μm，则所述第二煤基固废物的D50≠10μm，且3μm＜所述第二煤基固废物的D50＜10μm，0.5μm≤所述第三煤基固废物的D50≤3μm。
根据本发明，优选地，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述第一煤基固废物的含量为5-15wt％，所述第二煤基固废物的含量为70-90wt％，所述第三煤基固废物的含量为5-15wt％。
在本发明中，所述第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物均指的是产生于整个煤的开采、加工、燃烧的过程的固体废弃物。例如，所述第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物各自独立地选自粉煤灰、煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种。
根据本发明的一种优选的实施方式，所述第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物均为粉煤灰。
在本发明的一些实施方式中，优选地，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量为20-70wt％，优选为30-60wt％；SiO2的含量为20-70wt％，优选为25-50wt％。发明的发明人研究发现，采用Al2O3含量高的煤基固废物组合物，特别是Al2O3的含量在30-60wt％的范围内时，能够使得制备得到的煤基固废物陶瓷膜的气孔率更进一步地提高。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述煤基固废物组合物还含有组分M，所述组分M选自TiO2、CaO和MgO中的至少一种，且以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，组分M的含量为1-15wt％。由此，煤基固废物组合物用于制备陶瓷膜时，能够使得制备得到的煤基固废物陶瓷膜和基体的结合强度进一步地提高。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述组分M选自TiO2、CaO和MgO中的至少两种，优选为TiO2和CaO，且TiO2和CaO的重量比为1：0.2-1.2，优选为1：0.5-1，能够使得煤基固废物组合物用于制备陶瓷膜时，使得制备得到的煤基固废物陶瓷膜中煤基固废物层和基体的结合强度进一步地提高，比如，煤基固废物陶瓷膜的摩氏硬度为2-5，优选为3-4。
在本发明的一些实施方式中，优选地，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量各自为30-70wt％，优选各自为30-60wt％；SiO2的含量各自为20-60wt％，优选各自为25-50wt％；组分M的含量各自为1-15wt％，优选各自为1-5wt％。
在本发明中，所述煤基固废物组合物中的TiO2、CaO、MgO、Al2O3和SiO2的含量各自通过X射线荧光光谱分析方法测得。
在本发明中，所述煤基固废物组合物中除了上述的成分以外，还含有其他不可避免的杂质，例如，K2O、Na2O和P2O5等，在此不做过多论述。
根据本发明，优选地，所述结合剂组合物的D50为0.5-5μm，优选为1-2μm。其中，所述结合剂组合物的D50通过激光粒度仪(马尔文-MS-2000)测得。
在本发明中，所述结合剂组合物一方面调控粉煤灰膜层的平均孔径，另一方面增加粉煤灰膜层和基体的结合强度。优选地，所述结合剂组合物选自Al2O3、SiO2、TiO2、CaO和MgO中的至少三种。
根据本发明的优选实施方式，以所述结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为74-85wt％，SiO2的含量为13.5-23wt％、TiO2的含量为1-2wt％，CaO和/或MgO的含量为0.5-1wt％。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述分散剂选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、柠檬酸钠和柠檬酸铵中的至少一种，其中，聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵的平均分子量为2000-20000g/mol。
根据本发明，优选地，所述涂膜液的粘度为3-100mPa·s，优选为10-30mPa·s。其中，所述涂膜液的粘度根据《GB-T 10247-2008粘度测量方法》，通过旋转粘度计测得。
根据本发明，优选地，所述涂膜液在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值≥20mV，优选为30-70mV。当Zeta电位绝对值越大，所述涂膜液的分散性越好。其中，所述涂膜液的Zeta电位根据电声法Zeta电位方法(ZetaProbe，美国Colloidal Dynamics，LLC公司)测得。
根据本发明一种特别优选的实施方式，所述煤基固废物涂膜液由煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水组成；其中，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为20-45wt％，所述结合剂组合物的含量为1-3wt％，所述分散剂的含量为0.5-1wt％，所述水的含量为51-78.5wt％；其中，所述煤基固废物组合物包括：D50依次减小的第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物；
其中，所述第一煤基固废物的D50为10-20μm，所述第二煤基固废物的D50为3-10μm，所述第三煤基固废物的D50为0.5-3μm。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的涂膜液在煤基固废物陶瓷膜中的应用。
本发明第三方面提供一种煤基固废物陶瓷膜的制备方法，该方法包括：将第一方面提供的涂膜液与陶瓷基体进行接触，以在所述陶瓷基体的表面形成煤基固废物层，烧结，得到煤基固废物陶瓷膜。
在本发明中，没有特殊情况说明下，对所述接触的方式没有具体限定，可以各自为提拉浸渍、等体积浸渍、涂覆和喷涂中的任意一种。具体地提拉浸渍、等体积浸渍、涂覆和喷涂操作可以按照本领域常规技术手段进行，本发明在此不再赘述。
在本发明中，所述陶瓷基体选自多孔陶瓷或多孔陶瓷膜支撑体，其中，所述多孔陶瓷和多孔陶瓷膜支撑体的主要成分各自独立地选自氧化铝、碳化硅、氮化硅、煤基固废物、堇青石、莫来石和氧化硅中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述煤基固废物层的厚度为5-300μm，优选为15-100μm。其中，所述煤基固废物层的厚度通过SEM电子扫描显微镜测定，具体测试方法：每个样品选取10张SEM照片(放大倍数1000倍)，测定煤基固废物层厚度，取平均值。
在本发明中，对所述烧结的条件具有较宽的选择范围。优选地，所述烧结的条件包括：温度为1000-1500℃，优选为1050-1300℃；时间为0.1-10h，优选为0.1-5h。采用优选的条件，更有利于调控煤基固废物膜的平均孔径和气孔率。在本发明中，所述烧结是指在1000-1500℃恒温烧结0.1-10h。
本发明第四方面提供一种第三方面提供的方法制得的煤基固废物陶瓷膜。
采用本发明提供的方法制得的煤基固废物陶瓷膜包括：陶瓷基体和排布在所述陶瓷基体上的煤基固废物层。
根据本发明，优选地，所述煤基固废物陶瓷膜的平均孔径≤2μm，优选为0.5-1.5μm；最大孔径≤10μm，优选为2.5-4μm；气孔率≥35％，优选为43-60％；摩氏硬度为2-5，优选为3-4。
在本发明中，所述煤基固废物陶瓷膜的平均孔径参数和最大孔径参数通过《GB/T32361-2015分离膜孔径测试方法泡点和平均流量法》测得；所述煤基固废物陶瓷膜的气孔率参数通过《GB/T 1966-1996多孔陶瓷容重、显气孔率测试方法》测得；所述煤基固废物陶瓷膜的摩氏硬度参数通过《DZ/T0276.6-2015岩石物理力学性质试验规程第6部分：岩石硬度试验规定的方法》测得。
本发明第五方面提供一种第四方面提供的煤基固废物陶瓷膜在污水处理和气体除尘中的应用。
本发明提供的煤基固废物陶瓷膜适用于多种类型污水的处理，例如可以为煤化工污水和电厂污水等。
本发明中，由于所述煤基固废物陶瓷膜具有较大的气孔率，因此，在处理污水或气体时，能够有效地提高污水或气体的通量，达到提高污水或气体的处理效率和处理效果的目的。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
涂膜液的粘度通过《GB-T 10247-2008粘度测量方法》测得；
涂膜液的Zeta电位通过电声法Zeta电位方法(ZetaProbe，美国ColloidalDynamics，LLC公司)测得；
煤基固废物层的厚度通过SEM电子扫描显微镜测得，具体测试方法：每个样品选取10张SEM照片(放大倍数1000倍)，测定煤基固废物层厚度，取平均值；
煤基固废物陶瓷膜的平均孔径参数和最大孔径参数通过《GB/T32361-2015分离膜孔径测试方法泡点和平均流量法》测得；
煤基固废物陶瓷膜的气孔率参数通过《GB/T 1966-1996多孔陶瓷容重、显气孔率测试方法》测得；
煤基固废物陶瓷膜的摩氏硬度参数通过《DZ/T 0276.6-2015岩石物理力学性质试验规程第6部分：岩石硬度试验规定的方法》测得。
实施例1
将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水按照40:3:1:56的重量比进行混合，得到煤基固废物涂膜液S1；
其中，以煤基固废物组合物的总重量为基准，第一煤基固废物的含量为15wt％(D50为20μm)，第二煤基固废物的含量为70wt％(D50为5μm)，第三煤基固废物的含量为15wt％(D50为0.5μm)；
以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量各自为40wt％，SiO2的含量各自为35wt％，TiO2含量为1wt％，CaO含量为1wt％；
结合剂组合物的D50为2μm，以结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为85wt％，SiO2的含量为13.5wt％、TiO2的含量为1wt％，MgO的含量为0.5wt％；
分散剂为柠檬酸钠。
测定所述煤基固废物涂膜液S1的粘度为30mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为40mV。
实施例2
将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水按照20:1:0.5:78.5的重量比进行混合，得到煤基固废物涂膜液S2；
其中，以煤基固废物组合物的总重量为基准，第一煤基固废物的含量为10wt％(D50为15μm)，第二煤基固废物的含量为80wt％(D50为10μm)，第三煤基固废物的含量为10wt％(D50为3μm)；
以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量各自为55wt％，SiO2的含量各自为30wt％，TiO2含量为1wt％，CaO含量为0.8wt％；
结合剂组合物的D50为1μm，以结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为80wt％，SiO2的含量为17wt％、TiO2的含量为2wt％，CaO的含量为1wt％；
分散剂为聚丙烯酸(平均分子量为8000g/mol)。
测定所述煤基固废物涂膜液S2的粘度为11mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为61mV。
实施例3
将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水按照36:2:1:61的重量比进行混合，得到煤基固废物涂膜液S3；
其中，以煤基固废物组合物的总重量为基准，第一煤基固废物的含量为5wt％(D50为10μm)，第二煤基固废物的含量为90wt％(D50为5μm)，第三煤基固废物的含量为5wt％(D50为1μm)；
以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量各自为50wt％，SiO2的含量各自为35wt％，TiO2含量为2wt％，CaO含量为2wt％；
结合剂组合物的D50为1μm，以结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为74wt％，SiO2的含量为23wt％、TiO2的含量为2wt％，CaO和MgO的含量为1wt％；
分散剂为柠檬酸铵。
测定所述煤基固废物涂膜液S3的粘度为28mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为55mV。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物的D50均为5μm，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S4；
测定所述煤基固废物涂膜液S4的粘度为40mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为25mV。
实施例5
按照实施例的方法，不同的是，将所述煤基固废物组合物中主要成分替换为Al2O3含量为47wt％，SiO2含量为30wt％，TiO2含量为6wt％，CaO含量为6wt％，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S5；
测定所述煤基固废物涂膜液S5的粘度为35mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为38mV。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，将所述煤基固废物组合物中主要成分替换为Al2O3含量为47wt％，SiO2含量为30wt％，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S6；
测定所述煤基固废物涂膜液S6的粘度为18mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为56mV。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，以煤基固废物组合物的总重量为基准，第一煤基固废物的含量为20wt％，第二煤基固废物的含量为60wt％，第三煤基固废物的含量为20wt％，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S7；
测定所述煤基固废物涂膜液S7的粘度为40mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为28mV。
实施例8
按照实施例1的方法，不同的是，将结合剂组合物的D50替换为10μm，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S8；
测定所述煤基固废物涂膜液S8的粘度为32mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为26mV。
实施例9
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水的重量比替换为45:5:2:48，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S9；
测定所述煤基固废物涂膜液S9的粘度为45mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为25mV。
实施例10
按照实施例1的方法，不同的是，不加入结合剂组合物，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S10；
测定所述煤基固废物涂膜液S10的粘度为14mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为58mV。
实施例11
按照实施例1的方法，不同的是，不加入分散剂组合物，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液S11；
测定所述煤基固废物涂膜液S11的粘度为40mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为20mV。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水的重量比替换为70:15:3:12，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液DS1；
测定所述煤基固废物涂膜液DS1的粘度为320mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为8mV。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水的重量比替换为5:15:3:77，其余步骤相同，得到煤基固废物涂膜液DS2；
测定所述煤基固废物涂膜液DS2的粘度为30mPa·s；在pH＝6-8范围内Zeta电位绝对值为15mV。
测试例
将实施例1-11和对比例1-2制得的煤基固废物涂膜液S1-S11和DS1-DS2分别与陶瓷基体接触后，以在所述陶瓷基体的表面形成煤基固废物层，在1300℃烧结2h，得到煤基固废物陶瓷膜P1-P11和DP1-DP2。
其中，测得煤基固废物层的厚度列于表1，煤基固废物陶瓷膜的性质参数均列于表1。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明提供的煤基固废物涂膜液制备得到的煤基固废物陶瓷膜具有较高的气孔率和摩氏硬度、以及较小的平均孔径和最大孔径，尤其是，通过调控涂膜液中各组分的重量比，以及煤基固废物组合物的组分和粒径，能够调控涂膜液的粘度和Zeta电位绝对值，从而进一步调控煤基固废物陶瓷膜的气孔率、平均孔径、最大孔径和摩氏硬度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种煤基固废物涂膜液，其特征在于，该涂膜液由煤基固废物组合物、结合剂组合物、分散剂和水组成；
其中，以所述涂膜液的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为20-45wt%，所述结合剂组合物的含量为1-3wt%，所述分散剂的含量为0.5-1wt%，所述水的含量为51-78.5wt%；
其中，所述煤基固废物组合物包括：D50依次减小的第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物；以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述第一煤基固废物的含量为5-15wt%，所述第二煤基固废物的含量为70-90wt%，所述第三煤基固废物的含量为5-15wt%；以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量为20-70wt%；SiO2的含量为20-70wt%；
所述第一煤基固废物的D50为10-20µm，所述第二煤基固废物的D50为3-10µm，所述第三煤基固废物的D50为0.5-3µm；
其中，所述涂膜液的粘度为3-100 mPa·s；所述涂膜液在pH=6-8范围内Zeta电位绝对值≥20 mV。
2.根据权利要求1所述的涂膜液，其中，所述第一煤基固废物、第二煤基固废物和第三煤基固废物各自独立地选自粉煤灰、煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种；
和/或，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量为30-60wt%；SiO2的含量为25-50wt%；
和/或，所述煤基固废物组合物还含有组分M，所述组分M选自TiO2、CaO和MgO中的至少一种，且以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，组分M的含量为1-15wt%。
3.根据权利要求2所述的涂膜液，其中，所述组分M选自TiO2、CaO和MgO中的至少两种；
和/或，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量为30-70wt%；SiO2的含量为20-60wt%；组分M的含量为1-15wt%。
4.根据权利要求3所述的涂膜液，其中，所述M组分选自TiO2和CaO，且TiO2和CaO的重量比为1：0.2-1.2。
5.根据权利要求3所述的涂膜液，其中，所述组分M选自TiO2和CaO，且TiO2和CaO的重量比为1：0.5-1；
和/或，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物中主要成分：Al2O3的含量为30-60wt%；SiO2的含量为25-50wt%；组分M的含量为1-5wt%。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的涂膜液，其中，所述结合剂组合物的D50为0.5-5μm；
和/或，所述结合剂组合物选自Al2O3、SiO2、TiO2、CaO和MgO中的至少三种；
和/或，以所述结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为74-85wt%，SiO2的含量为13.5-23wt%、TiO2的含量为1-2wt%，CaO和/或MgO的含量为0.5-1wt%；
和/或，所述分散剂选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、柠檬酸钠和柠檬酸铵中的至少一种，其中，聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵的平均分子量为2000-20000 g/mol。
7.根据权利要求6所述的涂膜液，其中，所述结合剂组合物的D50为1-2μm。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的涂膜液，其中，所述涂膜液的粘度为10-30mPa·s；
和/或，所述涂膜液在pH=6-8范围内Zeta电位绝对值为30-70 mV。
9.权利要求1-8中任意一项所述的涂膜液在煤基固废物陶瓷膜中的应用。
10.一种煤基固废物陶瓷膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1-8中任意一项所述的涂膜液与陶瓷基体进行接触，以在所述陶瓷基体的表面形成煤基固废物层，烧结，得到煤基固废物陶瓷膜。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述陶瓷基体选自多孔陶瓷或多孔陶瓷膜支撑体；
和/或，所述煤基固废物层的厚度为5-300μm；
和/或，所述烧结的条件包括：温度为1000-1500℃；时间为0.1-10h。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述煤基固废物层的厚度为15-100μm；
和/或，所述烧结的条件包括：温度为1050-1300℃；时间为0.1-5h。
13.权利要求10-12中任意一项所述的方法制得的煤基固废物陶瓷膜；所述煤基固废物陶瓷膜包括：陶瓷基体和排布在所述陶瓷基体上的煤基固废物层；
和/或，所述煤基固废物陶瓷膜的平均孔径≤2μm；最大孔径≤10μm；气孔率≥35%；摩氏硬度为2-5。
14.根据权利要求13所述的煤基固废物陶瓷膜，其中，所述煤基固废物陶瓷膜的平均孔径为0.5-1.5μm；最大孔径为2.5-4μm；气孔率为43-60%；摩氏硬度为3-4。
15.权利要求13或14所述的煤基固废物陶瓷膜在污水处理和气体除尘中的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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