CN115430297B - 一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜及其生产方法，属于碳化硅陶瓷膜领域。所述用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，由以下步骤依次组成：制备支撑膜层、制备中间体、制备碳化硅陶瓷膜。本发明的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜能够在保证良好抗折强度及过滤性能的同时，有效提高过滤膜层在支撑膜层外表面的成膜完整性及均匀性，碳化硅陶瓷膜不同位置的过滤压降、单位膜面积的水通量均匀，能够保持良好的长期过滤性能。

Description

一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜及其生产方法
技术领域
本发明涉及碳化硅陶瓷膜领域，尤其涉及一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜及其生产方法。
背景技术
碳化硅陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，属于国家重点发展的新兴战略产业。碳化硅陶瓷膜相比于传统的有机膜过滤材料，具有耐高温、耐化学腐蚀、渗透通量大、孔径分布窄、强度高、可清洗性强等优点，因此在化工、制药等领域的污水处理中具有较好的应用前景。
现有技术中，碳化硅陶瓷膜针对污水的处理是通过错流过滤实现的：即待处理液的流动方向与膜面相切，待处理液在高速流动条件下，在压力驱动下，过滤渗透液沿垂直方向通过碳化硅陶瓷膜，含重金属、大分子等组分的混浊浓缩液被碳化硅陶瓷膜截留，从而实现对污水中重金属、胶体、大分子的分离、浓缩、纯化。同时，在错流过滤的工作过程中，待处理液切向冲击碳化硅陶瓷膜表面，膜表面上暂时性的沉积物会被待处理液冲刷带走，从而恢复其原有的过滤性能，保证过滤、分离过程的持续、稳定进行。
发明人经研究发现，现有技术中的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜，为能够在保证碳化硅陶瓷膜具有足够抗折强度的同时，提高碳化硅陶瓷过滤膜的过滤性能，通常采用非对称的膜结构形式，即通过将微孔过滤膜层与大孔高强度支撑膜层相结合，克服前述的技术缺陷。但是，在非对称碳化硅陶瓷过滤膜的制备中，在将过滤膜层的原料浆喷涂至支撑膜层的过程中，过滤膜层的原料浆易于渗入至支撑膜层的大孔内，而导致过滤膜层在支撑膜层外表面的成膜均匀性、完整性差，最终导致制得的非对称碳化硅陶瓷膜不同位置的过滤压降、单位膜面积的通量不均匀，存在有受力薄弱点，在长时间的高温、带压过滤工作条件下，非对称碳化硅陶瓷膜会出现裂纹、破碎等现象，导致水处理效果的大幅下降，无法长期保持理想的过滤性能，碳化硅陶瓷膜的有效工作寿命有待进一步提高。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜及其生产方法，能够在保证碳化硅陶瓷膜具有良好抗折强度及过滤性能的同时，能够有效提高过滤膜层在支撑膜层外表面的成膜均匀性、完整性，制得的非对称碳化硅陶瓷膜过滤压降、单位膜面积的通量均匀，有效消除受力薄弱点，陶瓷膜的有效工作寿命长，能够保持良好的长期过滤性能。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，由以下步骤依次组成：制备支撑膜层、制备中间体、制备碳化硅陶瓷膜。
所述制备支撑膜层，将炭黑、SiC粉投入至1.5-2.5倍体积的溶剂中，混合均匀后，置于球磨机内，控制球磨转速为100-150rpm，球磨5-8h；然后继续投入预定量的硅粉，继续球磨2-3h，制得预混浆；然后将预混浆置于热风干燥箱内，100-110℃干燥10-16h，制得预混料；将预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水投入至高速混料机内，300-500rpm混料30-60min，制得混合料；混合料经练泥、陈腐后，通过挤出机真空挤出成型为坯体；坯体在热风干燥箱内40-50℃保温4-6h后，100-120℃保温1-2h后，转入至煅烧炉内，采用氩气置换三次后，1500-1700℃煅烧2-3h，自然冷却至500-700℃，保温1-2h后，自然冷却至常温，制得支撑膜层。
所述制备支撑膜层中，炭黑、SiC粉、硅粉的重量份比值为7-10:15-22:80-90。
所述溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，无水乙醇与去离子水的重量份比值为1:4-6。
所述预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水的重量份比值为100-110:5-7:2-3:6-8:20-30。
所述制备支撑膜层，SiC粉的粒径为5-8μm；炭黑的粒径为25-35nm；硅粉的粒径为30-40nm。
所采用的改性蓖麻油，通过以下方法制得：将蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷投入至高温反应釜内，搅拌均匀后，抽真空至真空度为0.05-0.08MPa，80-90℃搅拌蒸发20-40min；然后加入氯铂酸，采用氮气置换三次后，升温至95-105℃，保温3-5h，制得改性蓖麻油。
所述蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷、氯铂酸的重量份比值为50-60:20-30:10-13:0.3-0.8。
所述含氢硅油的牌号为MH-30。
所述制备中间体，将碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇投入至去离子水中，升温至50-70℃，保温搅拌均匀后，投入至球磨机内，控制球磨转速为150-200rpm，球磨40-70min，制得纤维层浆料；采用空气喷涂的方式，将纤维层浆料喷涂至支撑膜层的一侧外表面，控制纤维层浆料在支撑膜层外表面的喷涂厚度为40-60μm；喷涂完成后，300-400℃热处理1-2h，制得中间体。
所述碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水的重量份比值为4-6:0.3-0.5:1-1.2:50-60。
所述碳纤维的直径为5-7μm，长径比为8-10:1。
所述制备碳化硅陶瓷膜，将聚碳硅烷投入至正己烷中，升温至50-60℃，保温搅拌至聚碳硅烷完全溶解；然后投入预定量的SiC粉，继续搅拌1-2h；然后升温至75-85℃，保温至正己烷完全蒸发，然后在200-300rpm研磨转速条件下，研磨20-40min，制得改性碳化硅粉；然后将改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇投入至球磨机内，控制球磨转速为150-200rpm，球磨2-3h，制得过滤膜层浆；采用喷涂法将过滤膜层浆涂膜至中间体外表面，控制涂膜厚度为80-120μm；然后在120-130℃温度下，保温干燥1-2h后；升温至1200-1400℃，保温煅烧1-2h后；继续升温至1600-1700℃，保温煅烧1-2h，自然冷却至常温，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
所述聚碳硅烷、SiC粉、正己烷的重量份比值为30-40:20-30:70-90。
所述改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇的重量份比值为20-25:5-8:90-100。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，采用大颗粒碳化硅作为骨料，并先将小颗粒炭黑、硅粉均匀包覆于大颗粒碳化硅外表面，再经高温反应生成碳化硅从而包覆大颗粒碳化硅骨料；同时配合改性蓖麻油对于碳化硅颗粒的粘结、润滑作用，实现对支撑膜层物理强度、孔隙率的提升；进一步的，采用碳纤维在支撑膜层和过滤膜层之间形成纤维过渡层，在保证碳化硅陶瓷膜整体物理强度、过滤性能、膜通量的同时，提升过滤膜层在其表面的成膜完整性及均匀性，增强碳化硅过滤膜各膜层之间的结合强度；进一步的，采用聚碳硅烷对过滤膜层的碳化硅原料粉进行包覆改性，并将特定过滤膜层浆涂膜至纤维过渡层，经干燥、煅烧后，碳化硅原料粉与聚碳硅烷裂解生成的无定型碳化硅共同形成过滤膜层，进一步提升过滤膜层物理强度、成膜完整性及均匀性；能够使制得的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜不同位置的过滤压降、单位膜面积的通量均匀，有效消除受力薄弱点，避免在长时间的高温、带压水处理过程中，碳化硅陶瓷膜可能出现的裂纹、破碎现象，有效保持碳化硅陶瓷膜的长期过滤性能，获得长的有效工作寿命。
（2）本发明的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，制得的支撑膜层的抗折强度为27.4-28.5MPa，支撑膜层的孔隙率为53.9-55.1%，支撑膜层水通量为122.5-126.4m3/m2·h，支撑膜层的平均孔径为2.50-2.73μm。
（3）本发明的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜，过滤膜层的成膜完整性好，过滤膜层厚度均匀，碳化硅陶瓷膜的平均孔径为0.39-0.45μm。
（4）本发明的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜，对重金属废水进行处理后，Pb2+浓度由242.7mg/L降低至0.84-0.90mg/L，Ni2+浓度由36.1mg/L降低至0.73-0.77mg/L，Zn2+浓度由4.8mg/L降低至0.70-0.71mg/L，CODcr值由206mg/L降低至15.4-16.6mg/L，CODcr去除率为93.2-93.7%，中水回用率为90-93%。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
将炭黑、SiC粉投入至1.5倍体积的溶剂中，混合均匀后，置于球磨机内，控制球磨转速为100rpm，球磨5h；然后继续投入预定量的硅粉，继续球磨2h，制得预混浆；然后将预混浆置于热风干燥箱内，100℃干燥10h，制得预混料；将预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水投入至高速混料机内，300rpm混料30min，制得混合料；混合料经练泥、陈腐后，通过挤出机真空挤出成型为坯体；坯体在热风干燥箱内40℃保温4h后，100℃保温1h后，转入至煅烧炉内，采用氩气置换三次后，1500℃煅烧2h，自然冷却至500℃，保温1h后，自然冷却至常温，制得支撑膜层。
其中，炭黑、SiC粉、硅粉的重量份比值为7:15:80。
溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，无水乙醇与去离子水的重量份比值为1:4。
预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水的重量份比值为100:5:2:6:20。
SiC粉的粒径为5μm。
炭黑的粒径为25nm。
硅粉的粒径为30nm。
所采用的改性蓖麻油，通过以下方法制得：将蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷投入至高温反应釜内，搅拌均匀后，抽真空至真空度为0.05MPa，90℃搅拌蒸发20min；然后加入氯铂酸，采用氮气置换三次后，升温至95℃，保温3h，制得改性蓖麻油。
其中，蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷、氯铂酸的重量份比值为50:20:10:0.3。
含氢硅油的牌号为MH-30。
2、制备中间体
将碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇投入至去离子水中，升温至50℃，保温搅拌均匀后，投入至球磨机内，控制球磨转速为150rpm，球磨40min，制得纤维层浆料；采用空气喷涂的方式，将纤维层浆料喷涂至支撑膜层的一侧外表面，控制纤维层浆料在支撑膜层外表面的喷涂厚度为40μm；喷涂完成后，300℃热处理1h，制得中间体。
其中，碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水的重量份比值为4:0.3:1:50。
所采用的碳纤维的直径为5μm，长径比为8:1。
3、制备碳化硅陶瓷膜
将聚碳硅烷投入至正己烷中，升温至50℃，保温搅拌至聚碳硅烷完全溶解；然后投入预定量的SiC粉，继续搅拌1h；然后升温至75℃，保温至正己烷完全蒸发，然后在200rpm研磨转速条件下，研磨20min，制得改性碳化硅粉；然后将改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇投入至球磨机内，控制球磨转速为150rpm，球磨2h，制得过滤膜层浆；采用喷涂法将过滤膜层浆涂膜至中间体外表面，控制涂膜厚度为80μm；然后在120℃温度下，保温干燥1h后；升温至1200℃，保温煅烧1h后；继续升温至1600℃，保温煅烧1h，自然冷却至常温，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
其中，聚碳硅烷、SiC粉、正己烷的重量份比值为30:20:70。
改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇的重量份比值为20:5:90。
实施例2
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
将炭黑、SiC粉投入至2倍体积的溶剂中，混合均匀后，置于球磨机内，控制球磨转速为120rpm，球磨7h；然后继续投入预定量的硅粉，继续球磨2.5h，制得预混浆；然后将预混浆置于热风干燥箱内，105℃干燥14h，制得预混料；将预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水投入至高速混料机内，400rpm混料40min，制得混合料；混合料经练泥、陈腐后，通过挤出机真空挤出成型为坯体；坯体在热风干燥箱内45℃保温5h后，110℃保温1.5h后，转入至煅烧炉内，采用氩气置换三次后，1600℃煅烧2.5h，自然冷却至600℃，保温1.5h后，自然冷却至常温，制得支撑膜层。
其中，炭黑、SiC粉、硅粉的重量份比值为8:19:85。
溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，无水乙醇与去离子水的重量份比值为1:5。
预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水的重量份比值为105:6:2.5:7:25。
SiC粉的粒径为6μm。
炭黑的粒径为30nm。
硅粉的粒径为35nm。
所采用的改性蓖麻油，通过以下方法制得：将蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷投入至高温反应釜内，搅拌均匀后，抽真空至真空度为0.07MPa，85℃搅拌蒸发30min；然后加入氯铂酸，采用氮气置换三次后，升温至100℃，保温4h，制得改性蓖麻油。
其中，蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷、氯铂酸的重量份比值为55:25:12:0.6。
含氢硅油的牌号为MH-30。
2、制备中间体
将碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇投入至去离子水中，升温至60℃，保温搅拌均匀后，投入至球磨机内，控制球磨转速为180rpm，球磨50min，制得纤维层浆料；采用空气喷涂的方式，将纤维层浆料喷涂至支撑膜层的一侧外表面，控制纤维层浆料在支撑膜层外表面的喷涂厚度为50μm；喷涂完成后，350℃热处理1.5h，制得中间体。
其中，碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水的重量份比值为5:0.4:1.1:55。
所采用的碳纤维的直径为6μm，长径比为9:1。
3、制备碳化硅陶瓷膜
将聚碳硅烷投入至正己烷中，升温至55℃，保温搅拌至聚碳硅烷完全溶解；然后投入预定量的SiC粉，继续搅拌1.5h；然后升温至80℃，保温至正己烷完全蒸发，然后在250rpm研磨转速条件下，研磨30min，制得改性碳化硅粉；然后将改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇投入至球磨机内，控制球磨转速为180rpm，球磨2.5h，制得过滤膜层浆；采用喷涂法将过滤膜层浆涂膜至中间体外表面，控制涂膜厚度为100μm；然后在125℃温度下，保温干燥1.5h后；升温至1300℃，保温煅烧1.5h后；继续升温至1650℃，保温煅烧1.5h，自然冷却至常温，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
其中，聚碳硅烷、SiC粉、正己烷的重量份比值为35:25:80。
改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇的重量份比值为22:6:95。
实施例3
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
将炭黑、SiC粉投入至2.5倍体积的溶剂中，混合均匀后，置于球磨机内，控制球磨转速为150rpm，球磨8h；然后继续投入预定量的硅粉，继续球磨3h，制得预混浆；然后将预混浆置于热风干燥箱内，110℃干燥16h，制得预混料；将预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水投入至高速混料机内，500rpm混料60min，制得混合料；混合料经练泥、陈腐后，通过挤出机真空挤出成型为坯体；坯体在热风干燥箱内50℃保温6h后，120℃保温2h后，转入至煅烧炉内，采用氩气置换三次后，1700℃煅烧3h，自然冷却至700℃，保温2h后，自然冷却至常温，制得支撑膜层。
其中，炭黑、SiC粉、硅粉的重量份比值为10:22:90。
溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，无水乙醇与去离子水的重量份比值为1:6。
预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水的重量份比值为110:7:3:8:30。
SiC粉的粒径为8μm。
炭黑的粒径为35nm。
硅粉的粒径为40nm。
所采用的改性蓖麻油，通过以下方法制得：将蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷投入至高温反应釜内，搅拌均匀后，抽真空至真空度为0.08MPa，90℃搅拌蒸发40min；然后加入氯铂酸，采用氮气置换三次后，升温至105℃，保温5h，制得改性蓖麻油。
其中，蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷、氯铂酸的重量份比值为60:30:13:0.8。
含氢硅油的牌号为MH-30。
2、制备中间体
将碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇投入至去离子水中，升温至70℃，保温搅拌均匀后，投入至球磨机内，控制球磨转速为200rpm，球磨70min，制得纤维层浆料；采用空气喷涂的方式，将纤维层浆料喷涂至支撑膜层的一侧外表面，控制纤维层浆料在支撑膜层外表面的喷涂厚度为60μm；喷涂完成后，400℃热处理2h，制得中间体。
其中，碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水的重量份比值为6:0.5:1.2:60。
所采用的碳纤维的直径为7μm，长径比为10:1。
3、制备碳化硅陶瓷膜
将聚碳硅烷投入至正己烷中，升温至60℃，保温搅拌至聚碳硅烷完全溶解；然后投入预定量的SiC粉，继续搅拌2h；然后升温至85℃，保温至正己烷完全蒸发，然后在300rpm研磨转速条件下，研磨40min，制得改性碳化硅粉；然后将改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇投入至球磨机内，控制球磨转速为200rpm，球磨3h，制得过滤膜层浆；采用喷涂法将过滤膜层浆涂膜至中间体外表面，控制涂膜厚度为120μm；然后在130℃温度下，保温干燥2h后；升温至1400℃，保温煅烧2h后；继续升温至1700℃，保温煅烧2h，自然冷却至常温，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
其中，聚碳硅烷、SiC粉、正己烷的重量份比值为40:30:90。
改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇的重量份比值为25:8:100。
对比例1
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
对比例1在该步骤中，与实施例2的主要区别是，采用同等质量份的聚乙烯醇替代改性蓖麻油。同时，将对坯体的煅烧过程修改为以下操作：坯体在热风干燥箱内45℃保温5h后，110℃保温1.5h后，转入至煅烧炉内，采用氩气置换三次后，1600℃煅烧2.5h，自然冷却至常温，制得支撑膜层；即省略煅烧后自然冷却至600℃的保温过程。从而与实施例2的技术方案形成对比。
2、制备中间体
对比例1中该步骤的操作与实施例2的技术方案相同。
3、制备碳化硅陶瓷膜
对比例1中该步骤的操作与实施例2的技术方案相同。
对比例2
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
对比例2在该步骤中，与实施例2的主要区别是，所采用的改性蓖麻油的制备过程中，省略十六烷基二甲基氢硅烷的加入，同时采用含氢硅油补足十六烷基二甲基氢硅烷的重量份数。从而与实施例2的技术方案形成对比。
2、制备中间体
对比例2在该步骤中，与实施例2的主要区别是，采用相同直径、长径比规格的莫来石纤维替代碳纤维，用于制备纤维层浆料。从而与实施例2的技术方案形成对比。
3、制备碳化硅陶瓷膜
对比例2中该步骤的操作与实施例2的技术方案相同。
对比例3
一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，具体为：
1、制备支撑膜层
对比例3在该步骤中，与实施例2的主要区别是，省略硅粉的加入，同时采用炭黑补足硅粉的重量份数。从而与实施例2的技术方案形成对比。
2、制备碳化硅陶瓷膜
对比例3在该步骤中，与实施例2的主要区别是，不采用聚碳硅烷对SiC粉进行改性，直接采用SiC粉与聚乙二醇4000、无水乙醇混合球磨后，制得过滤膜层浆，并采用该过滤膜层浆对支撑膜层进行涂膜、煅烧处理。
对实施例1-3、对比例1-3中制得的支撑膜层、用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的相关指标进行检测，具体的，检测支撑膜层的抗折强度、孔隙率、水通量、平均孔径；检测碳化硅陶瓷膜的整体纯水通量、平均孔径、过滤膜层厚度均匀性及完整性进行检测。其中，抗折强度的检测方法参考《GB/T 1965-1996 多孔陶瓷弯曲强度试验方法》。具体如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
进一步的，采用实施例1-3、对比例1-3中制得的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜进行重金属废水处理试验。具体的，分别将实施例1-3、对比例1-3中制得的碳化硅陶瓷膜安装至反渗透废水处理设备内，将山东省潍坊市某化工企业的重金属废水作为试验用水，控制反渗透废水处理设备的日均处理量为60m3，反渗透压力为0.6MPa，反渗透温度为45℃，对试验用水进行反渗透废水处理。
其中，试验用水中，Pb2+浓度为242.7mg/L，Ni2+浓度为36.1mg/L，Zn2+浓度为4.8mg/L，CODcr值为206mg/L。
对反渗透处理后获得的中水各项指标进行检测，具体如下：
Figure 824810DEST_PATH_IMAGE002
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述生产方法由以下步骤依次组成：制备支撑膜层、制备中间体、制备碳化硅陶瓷膜；
所述制备支撑膜层，将炭黑、SiC粉投入至溶剂中，混合均匀后，球磨5-8h；然后继续投入预定量的硅粉，继续球磨2-3h，制得预混浆；预混浆经干燥制得预混料；将预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水混合均匀制得混合料，混合料挤出成型为坯体，坯体经热风干燥、煅烧，制得支撑膜层；
所述改性蓖麻油的制备方法为，将蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷搅拌均匀后，搅拌条件下，80-90℃真空蒸发20-40min；然后加入氯铂酸，在氮气气氛环境下，95-105℃保温3-5h，制得改性蓖麻油；
所述制备中间体，碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水经混料、球磨制得纤维层浆料；然后将纤维层浆料喷涂至支撑膜层的一侧外表面，经300-400℃热处理，制得中间体；
所述制备碳化硅陶瓷膜，SiC粉投入至溶解有聚碳硅烷的正己烷中，搅拌一段时间后，升温蒸发溶剂，研磨制得改性碳化硅粉；改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇经球磨制得过滤膜层浆；将过滤膜层浆涂膜至中间体外表面，经干燥、煅烧，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备支撑膜层中，坯体经40-50℃热风干燥4-6h后，100-120℃保温1-2h后；在氩气气氛环境下，1500-1700℃煅烧2-3h，自然冷却至500-700℃，保温1-2h，制得支撑膜层。
3.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备支撑膜层中，炭黑、SiC粉、硅粉的重量份比值为7-10:15-22:80-90；
所述制备支撑膜层中，溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，无水乙醇与去离子水的重量份比值为1:4-6；
所述制备支撑膜层中，预混料、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇4000、改性蓖麻油、去离子水的重量份比值为100-110:5-7:2-3:6-8:20-30。
4.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备支撑膜层中，SiC粉的粒径为5-8μm；炭黑的粒径为25-35nm；硅粉的粒径为30-40nm。
5.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述改性蓖麻油的制备中，蓖麻油、含氢硅油、十六烷基二甲基氢硅烷、氯铂酸的重量份比值为50-60:20-30:10-13:0.3-0.8。
6.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备中间体中，控制纤维层浆料在支撑膜层外表面的喷涂厚度为40-60μm；
所述制备中间体中，碳纤维、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、去离子水的重量份比值为4-6:0.3-0.5:1-1.2:50-60；
所述制备中间体中，碳纤维的直径为5-7μm，长径比为8-10:1。
7.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备碳化硅陶瓷膜中，控制过滤膜层浆在中间体外表面的涂膜厚度为80-120μm；
所述制备碳化硅陶瓷膜中，聚碳硅烷、SiC粉、正己烷的重量份比值为30-40:20-30:70-90；
所述制备碳化硅陶瓷膜中，改性碳化硅粉、聚乙二醇4000、无水乙醇的重量份比值为20-25:5-8:90-100。
8.根据权利要求1所述的用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜的生产方法，其特征在于，所述制备碳化硅陶瓷膜中，过滤膜层浆涂膜至中间体外表面后，120-130℃保温干燥1-2h；1200-1400℃保温煅烧1-2h；1600-1700℃保温煅烧1-2h，自然冷却至常温，制得用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜。
9.一种用于重金属废水处理的碳化硅陶瓷膜，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的生产方法制得。
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