申请日2017.02.08
公开(公告)日2017.05.17
IPC分类号C04B38/06; C04B35/10; C02F1/28
摘要
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：活性氧化铝：35～45份;煅烧高岭土：25～35份;锐钛矿型二氧化钛：25～30份;玻璃纤维：4～6份;蛭石：1～3份;所述外层的各原料平均粒径为50～80微米;内层由以下重量份数的原料组成：普通氧化铝：45～55份;普通高岭土：25～35份;金红石型二氧化钛：15～20份;石英：3～8份;预处理后的石墨烯：2～4份;所述内层的各原料平均粒径为10～30微米;本发明制备得到的陶瓷颗粒具有双层构造，既容易正向吸附废水杂质，也容易反洗脱附，且脱附压力小，脱附效果好，大大提高了过滤水的效率。
权利要求书
1.一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，其特征在于由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：
活性氧化铝：35～45份;煅烧高岭土：25～35份;锐钛矿型二氧化钛：25～30份;玻璃纤维：4～6份;蛭石：1～3份;所述外层的各原料平均粒径为50～80微米;
内层由以下重量份数的原料组成：
普通氧化铝：45～55份;普通高岭土：25～35份;金红石型二氧化钛：15～20份;石英：3～8份;预处理后的石墨烯：2～4份;所述内层的各原料平均粒径为10～30微米;
所述预处理石墨烯的方法为：将质量为石墨烯6～8%的羟乙基六氢均三嗪与石墨烯一起加入浓度为3～5wt%的丙酮溶液，在搅拌的情况下超声分散40～60分钟，然后干燥成粉末。
2.根据权利要求所述的吸附废水杂质的陶瓷颗粒，其特征在于具体的制备方法为：
(1)将内层原料混合，然后加入表面活性剂、粘结剂、造孔剂以及去离子水混合均匀;以内层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1～2%，粘结剂为这个整体质量的2～5%，造孔剂为这个整体质量的20～25%;去离子水为这个整体质量的20～35%;
(2)将步骤(1)所得的混合材料进行喷雾干燥，制备成平均粒径为50～80微米的微球;
(3)将外层原料混合，然后加入表面活性剂、粘结剂、造孔剂以及去离子水混合均匀;以过外层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1～3%，粘结剂为这个整体质量的20～30%，造孔剂为这个整体质量的15～18%;去离子水为这个整体质量的25～35%;
(4)将步骤(3)得到的混合材料与步骤(2)得到的微球混合均匀，使步骤(3)得到的混合材料在步骤(2)得到的微球上包裹100～150微米;
(5)将步骤(4)得到的颗粒高温烧结，烧结温度为1360～1420℃，保温时间为2～5小时。
3.根据权利要求2所述的吸附废水杂质的陶瓷颗粒，其特征在于所述表面活性剂为油酸、硬脂酸、硬脂酸钠的一种。
4.根据权利要求2所述的陶瓷基废水过滤器，其特征在于所述粘结剂为甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
5.根据权利要求2所述的陶瓷基废水过滤器，其特征在于所述造孔剂为碳粉、苯甲酸、酚醛树脂球或其他常规造孔剂，所述造孔剂的粒径为10～20微米。
说明书
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒。
背景技术
多孔陶瓷是水处理中常用的过滤材料。一般的运行过程是：在压力作用下让废水通过过滤材料，过滤得到净水;运行一段时间之后，要通过反洗来净化过滤器。反洗就是对过滤器施加与废水来的方向相反的压力，让净水反向通过过滤器，将积累在过滤器中的杂质冲洗掉。
过滤用的陶瓷一般做成多孔结构，这样可以更多的吸附废水中的杂质。但是多孔结构的陶瓷在吸附杂质时比较容易，在反洗脱附时却比较难，这不仅是因为大量孔洞难以全部均匀受到反向压力冲击使杂质脱附，而且还是因为多孔陶瓷的孔洞内部本身有大量的活性表面基团，与杂质通过氢键或者范德华力结合后很难脱开。想要脱开孔洞表面和杂质之间的结合力，必须加大反向压力，压力过大容易直接破坏多孔陶瓷的内部结构，使其开裂坍塌，无法继续使用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒。本发明制备得到的陶瓷颗粒具有双层构造，既容易正向吸附废水杂质，也容易反洗脱附，且脱附压力小，脱附效果好，大大提高了过滤水的效率。
本发明的技术方案如下：
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：
活性氧化铝：35～45份;煅烧高岭土：25～35份;锐钛矿型二氧化钛：25～30份;玻璃纤维：4～6份;蛭石：1～3份;所述外层的各原料平均粒径为50～80微米;
内层由以下重量份数的原料组成：
普通氧化铝：45～55份;普通高岭土：25～35份;金红石型二氧化钛：15～20份;石英：3～8份;预处理后的石墨烯：2～4份;所述内层的各原料平均粒径为10～30微米;
所述预处理石墨烯的方法为：将质量为石墨烯6～8%的羟乙基六氢均三嗪与石墨烯一起加入浓度为3～5wt%的丙酮溶液，在搅拌的情况下超声分散40～60分钟，然后干燥成粉末。
具体的制备方法为：
(1)将内层原料混合，然后加入表面活性剂、粘结剂、造孔剂以及去离子水混合均匀;以内层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1～2%，粘结剂为这个整体质量的2～5%，造孔剂为这个整体质量的20～25%;去离子水为这个整体质量的20～35%;
(2)将步骤(1)所得的混合材料进行喷雾干燥，制备成平均粒径为50～80微米的微球;
(3)将外层原料混合，然后加入表面活性剂、粘结剂、造孔剂以及去离子水混合均匀;以过外层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1～3%，粘结剂为这个整体质量的20～30%，造孔剂为这个整体质量的15～18%;去离子水为这个整体质量的25～35%;
(4)将步骤(3)得到的混合材料与步骤(2)得到的微球混合均匀，使步骤(3)得到的混合材料在步骤(2)得到的微球上包裹100～150微米;
(5)将步骤(4)得到的颗粒高温烧结，烧结温度为1360～1420℃，保温时间为2～5小时。
所述表面活性剂为油酸、硬脂酸、硬脂酸钠的一种。
所述粘结剂为甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
所述造孔剂为碳粉、苯甲酸、酚醛树脂球或其他常规造孔剂，所述造孔剂的粒径为10～20微米。
本发明有益的技术效果在于：
本发明的外层是常规的容易吸附杂质的多孔陶瓷结构，而内层则是在与外层保持基本一致的化学组成的基础上，进行了降活性处理。内层的第一个特点是微孔尺寸比外层小，可以进一步阻止更小尺寸的杂质通过过滤颗粒，提高了净水能力。
第二个特点是活性低，即使有杂质进入内层的微孔，也无法产生氢键或者范德华力的结合作用;特别是添加了预处理过的石墨烯，大大降低了其活性，在反洗过程中杂质在小压力作用下即可脱附，被反洗水冲到外层的微孔中;高速流动的杂质冲击外层的微孔，起到了物理冲刷的作用，与反洗水的压力结合起来，相当于两份力量作用于吸附在外层的微孔中的杂质，使它们更快、更彻底的被反洗出去。
第三个特点是与外层的晶体结构基本相似，与外层的结合自然而紧密，不会因为晶型突然改变导致在两层结合处产生堵塞现象。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：
活性氧化铝：35份;煅烧高岭土：25份;锐钛矿型二氧化钛：25份;玻璃纤维：4份;蛭石：1份;所述外层的各原料平均粒径为50微米;
内层由以下重量份数的原料组成：
普通氧化铝：45份;普通高岭土：25份;金红石型二氧化钛：15份;石英：3份;预处理后的石墨烯：2份;所述内层的各原料平均粒径为10微米;
所述预处理石墨烯的方法为：将质量为石墨烯6%的羟乙基六氢均三嗪与石墨烯一起加入浓度为3wt%的丙酮溶液，在搅拌的情况下超声分散40分钟，然后干燥成粉末。
具体的制备方法为：
(1)将内层原料混合，然后加入表面活性剂油酸、粘结剂羟丙基甲基纤维素、造孔剂苯甲酸，所述造孔剂的粒径为10微米，以及去离子水混合均匀;以内层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1%，粘结剂为这个整体质量的2%，造孔剂为这个整体质量的20%;去离子水为这个整体质量的20%;
(2)将步骤(1)所得的混合材料进行喷雾干燥，制备成平均粒径为50微米的微球;
(3)将外层原料混合，然后加入表面活性剂硬脂酸、粘结剂甲基纤维素、造孔剂酚醛树脂球，所述造孔剂的粒径为10微米，以及去离子水混合均匀;以过外层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1%，粘结剂为这个整体质量的20%，造孔剂为这个整体质量的15%;去离子水为这个整体质量的25%;
(4)将步骤(3)得到的混合材料与步骤(2)得到的微球混合均匀，使步骤(3)得到的混合材料在步骤(2)得到的微球上包裹100微米;
(5)将步骤(4)得到的颗粒高温烧结，烧结温度为1360℃，保温时间为5小时。
实施例2
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：
活性氧化铝：40份;煅烧高岭土：30份;锐钛矿型二氧化钛：28份;玻璃纤维：5份;蛭石：2份;所述外层的各原料平均粒径为60微米;
内层由以下重量份数的原料组成：
普通氧化铝：50份;普通高岭土：30份;金红石型二氧化钛：17份;石英：6份;预处理后的石墨烯：3份;所述内层的各原料平均粒径为20微米;
所述预处理石墨烯的方法为：将质量为石墨烯7%的羟乙基六氢均三嗪与石墨烯一起加入浓度为4wt%的丙酮溶液，在搅拌的情况下超声分散50分钟，然后干燥成粉末。
具体的制备方法为：
(1)将内层原料混合，然后加入表面活性剂硬脂酸、粘结剂甲基纤维素、造孔剂碳粉，所述造孔剂的粒径为15微米，以及去离子水混合均匀;以内层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的1.5%，粘结剂为这个整体质量的3%，造孔剂为这个整体质量的23%;去离子水为这个整体质量的30%;
(2)将步骤(1)所得的混合材料进行喷雾干燥，制备成平均粒径为60微米的微球;
(3)将外层原料混合，然后加入表面活性剂硬脂酸、粘结剂甲基纤维素、造孔剂苯甲酸，所述造孔剂的粒径为15微米，以及去离子水混合均匀;以过外层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的2%，粘结剂为这个整体质量的25%，造孔剂为这个整体质量的17%;去离子水为这个整体质量的30%;
(4)将步骤(3)得到的混合材料与步骤(2)得到的微球混合均匀，使步骤(3)得到的混合材料在步骤(2)得到的微球上包裹120微米;
(5)将步骤(4)得到的颗粒高温烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为4小时。
实施例3
一种吸附废水杂质的陶瓷颗粒，由内外两层组成，其中外层由以下重量份数的原料组成：
活性氧化铝：45份;煅烧高岭土：35份;锐钛矿型二氧化钛：30份;玻璃纤维：6份;蛭石：3份;所述外层的各原料平均粒径为80微米;
内层由以下重量份数的原料组成：
普通氧化铝：55份;普通高岭土：35份;金红石型二氧化钛：20份;石英：8份;预处理后的石墨烯：4份;所述内层的各原料平均粒径为30微米;
所述预处理石墨烯的方法为：将质量为石墨烯8%的羟乙基六氢均三嗪与石墨烯一起加入浓度为5wt%的丙酮溶液，在搅拌的情况下超声分散60分钟，然后干燥成粉末。
具体的制备方法为：
(1)将内层原料混合，然后加入表面活性剂硬脂酸、粘结剂甲基纤维素、造孔剂酚醛树脂球，所述造孔剂的粒径为20微米，以及去离子水混合均匀;以内层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的2%，粘结剂为这个整体质量的5%，造孔剂为这个整体质量的25%;去离子水为这个整体质量的35%;
(2)将步骤(1)所得的混合材料进行喷雾干燥，制备成平均粒径为80微米的微球;
(3)将外层原料混合，然后加入表面活性剂油酸、粘结剂甲基纤维素、造孔剂酚醛树脂球，所述造孔剂的粒径为20微米，以及去离子水混合均匀;以过外层原料重量和为一个整体，所述表面活性剂为这个整体质量的3%，粘结剂为这个整体质量的30%，造孔剂为这个整体质量的18%;去离子水为这个整体质量的35%;
(4)将步骤(3)得到的混合材料与步骤(2)得到的微球混合均匀，使步骤(3)得到的混合材料在步骤(2)得到的微球上包裹150微米;
(5)将步骤(4)得到的颗粒高温烧结，烧结温度为1420℃，保温时间为5小时。
测试例1：对实施例2制备得到的陶瓷颗粒进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
测试例2：本发明制备得到的废水过滤器，可以作为废水处理装置中的中级过滤环节。先对废水进行絮凝处理和粗过滤，将其中的杂质变为絮状，并将其中粒度大于100微米的杂质过滤掉，剩下粒径小于100微米的杂质，然后采用本过滤器进行二级过滤。
采用实施例2制备得到的过滤器对涂装废水和生活污水进行二级过滤，过滤前后的水指标如表2所示。