申请日2014.04.16
公开(公告)日2016.02.24
IPC分类号B01D71/02; B01D69/02; B01D69/06
摘要
本发明涉及一种用于水处理的分离膜的制作方法，由此制作的分离膜，以及使用所述分离膜的水处理方法。更具体地，本发明涉及：一种用于水处理的分离膜的制作方法;由此制作的分离膜;以及使用所述分离膜的水处理方法;所述分离膜由导电金属或非金属材料制成，其通过减少水处理过程中的膜污染可以增强膜性能并且可以替代由聚合物材料制成的分离膜。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于水处理的分离膜的制作方法，包括：
(步骤1)将具有10μm～200μm的粒径的导电金属或非金属颗粒注入到模具内并施加压力，以得到压实体;和
(步骤2)在无氧条件下将所述压实体烧结以制作用于水处理的分离膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在上述步骤2之后还包括 (步骤3)在氧气条件下将所述用于水处理的分离膜烧结以氧化所述用于水处理的分离膜的表面。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述方法在上述步骤 2或步骤3之后还包括(步骤4)用选自氧化铱，氧化钛和氧化铌所组成的组中的至少一种催化剂涂覆所述用于水处理的分离膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电金属或非金属是选自由不锈钢，钛，铝，铁，和碳纳米管所组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤1中所施加的压力范围为 200Mpa至800MPa。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压实体是平板型。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在无氧的条件中使用的气体是选自由氩气，氮气和氢气组成的组中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2的烧结温度为400℃至 1400℃。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤3中的烧结温度为400℃至 600℃。
10.一种由根据权利要求1所述的方法制作的分离膜。
11.根据权利要求10所述的分离膜，其中，所述分离膜的孔径为0.05μm 至10μm。
12.一种水处理方法，包括：
(步骤a)使根据权利要求10所述的用于水处理的分离膜与要进行水处理的水接触;和
(步骤b)在向与水接触的所述用于水处理的分离膜施加电力的同时过滤水。
13.根据权利要求12所述的水处理方法，其中所述用于水处理的分离膜用作阳极。
说明书
用于水处理的导电分离膜的制作方法，由此制作的分离膜和使用所述分离膜的水处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于水处理的分离膜的制作方法，由此制作的分离膜，以及使用所述分离膜的水处理方法。更具体地，本发明涉及：一种用于水处理的分离膜的制作方法;由此制作的分离膜;以及使用所述分离膜的水处理方法;所述分离膜由导电金属或非金属材料制成，其通过减少水处理过程中的膜污染可以增强膜性能并且可以替代由聚合物材料制成的分离膜。
背景技术
近来，基于膜的水处理方法已被认为是一种广泛使用的方法，因为它保证了可靠的水质量，减少了所需的土地面积，提供了方便的操作和操作的自动化等。尽管有这些优点，基于膜的水处理的最大的问题是由于膜污染引起的膜渗透性降低，从而增加了操作成本。因此，已经提出了用于防止膜污染的各种可选方法，例如定期反冲洗，化学冲洗等。虽然传统上已经使用了具有改进的耐化学性和耐污染性的各种各样大多由聚合物制成的分离膜，但是即使在污染发生后通过恢复性洗涤也不能期望完全恢复。
电解是一种通过从外部向含有无机或有机污染物的废水施加电能而电化学氧化或还原水中的污染物的技术。此外，带负电荷的胶体材料，在电解过程中被电中和，引起材料的凝结反应。OH自由基从阳极形成，并且这些自由基起到氧化水中的有机物的作用，而阴极可以接受电子，可以通过还原质子形成氢。
同时，粉末冶金方法优越之处在于，粉状的原料被制成所希望的形状，然后使它们在等于或低于其熔点的温度下经过烧结热处理以得到产品，从而能够加工具有高熔点的金属材料，以及制作多孔材料或复合材料。此外，对于大规模生产，所述方法相比于其它冶金方法具有成本效益是公知的。根据施加的压力，加压时间，烧结温度和条件等可以控制材料的孔隙和孔隙率。
在这些情况下，本发明人已努力制作了由新材料制成的分离膜，其通过减少水处理过程中的膜污染可以增强膜性能并且可以替代由聚合物材料制成的分离膜，并且因此，将显示出导电性的由金属或非金属制成的粉末压实以形成一定形状，随后在无氧的条件下烧结以制作用于水处理的分离膜，其在水处理过程中施加电能的同时可以提高渗水性和有机物去除效率，从而完成了本发明。
发明内容
【技术问题】
本发明的一个目的是提供一种用于水处理的分离膜的制作方法，所述分离膜由导电金属或非金属材料制成，其通过减少水处理过程中的膜污染可以增强膜性能并且可以替代由聚合物材料制成的分离膜。
本发明的另一个目的是提供一种由上述方法制作的用于水处理的分离膜。
本发明的又一个目的是提供使用所述用于水处理的分离膜的水处理方法。
【技术方案】
为了达到上述目的，本发明提供一种用于水处理的分离膜的制作方法，包括：
(步骤1)将具有10μm～200μm的粒径的导电金属或非金属颗粒注入到模具内并施加压力，以得到压实体;和
(步骤2)在无氧条件下将所述压实体烧结以制作用于水处理的分离膜。
优选地，所述用于水处理的分离膜的制作方法在上述步骤2之后还可以包括(步骤3)在氧气条件下将所述用于水处理的分离膜烧结以氧化所述用于水处理的分离膜的表面。
优选地，所述用于水处理的分离膜的制作方法在上述步骤2或步骤3之后还可以包括(步骤4)用选自氧化铱，氧化钛和氧化铌所组成的组中的至少一种催化剂涂覆所述用于水处理的分离膜。
优选地，所述用于水处理的分离膜的制作方法在上述步骤2或步骤3之后或在其之间还可以包括(步骤2-1)将所烧结的所述用于水处理的分离膜冷却到室温。
上述步骤1是将具有10μm～200μm的粒径的导电金属或非金属颗粒注入到模具内并施加压力，以得到压实体的步骤，其中，将预定量的颗粒，金属粉末注入到模具内以保持一定形状，并施加高压力以制作所述压实体。
如本文所用的，术语“导电金属或非金属颗粒”是指表现出导电性的颗粒形式的金属或非金属。
在本发明中，可以使用如上所述的具有导电性的金属或非金属物质作为水系统中的电极，并且具有预定尺寸的颗粒形状的金属或非金属物质可以用于粉末冶金工艺。此外，也可以使用具有导电性的金属氧化物以耐腐蚀。具体地说，所述导电金属或非金属可以选自由不锈钢，钛，铝，铁，和碳纳米管所组成的组中的至少一个，但不限于此。
在本发明中，可以使用具有10μm至200μm的粒径的导电金属或非金属颗粒。如上所述，粒径被调整，以控制孔尺寸和孔隙率。
在本发明中，导电金属或非金属颗粒的注入量确定了所述分离膜的厚度，并且优选地，所述被注入的颗粒在被压实后具有0.2mm至0.6mm的厚度。
如本文所用，术语“模具”是指一种用于填充和按压导电金属或非金属颗粒的模板，以形成用于水处理的分离膜。
如本文所用，术语“压实体”是指通过压实获得的成型制品。
在本发明中，压力，保持压实体的形状并控制分离膜的孔径的因子，需要为300MPa或以上，优选地，所述压力可以是200MPa至800MPa，更优选地，所述压力可以是300MPa至650MPa，并且最优选地，所述压力可以是500MPa。另外，压实时间可以根据所施加的压力和所使用的金属颗粒的类型而改变，并且一般地，鉴于本发明中所施加的压力以及所使用的金属颗粒的类型，压实时间可以是3min至30min。在一实施方式中，可施加500MPa的压力5min。
在本发明中，鉴于其被用作分离膜，所述压实体可以优选是平板型。
上述步骤2是通过在无氧条件下烧结所述压实体而制备所述分离膜的步骤，其中，将所制作的压实体在不含氧气的还原气氛下在高温下烧结以保持纯金属态并且防止金属氧化。
如本文所用，术语“无氧条件”是指没有氧气的气体气氛。优选地，在本发明中，用于无氧条件的气体可以是选自氩气，氮气，和氢气中的至少一种。这些气体以10cc/min至1000cc/min的速度使用。如果速度低于10cc/min，外面的空气被部分地引入而引起氧化，而当速度超过1000cc/min时，因为气体消耗量显著增加，从而经济可行性降低。因此，所述气体优选在所述范围内使用。
在本发明中，步骤2的烧结温度可以是400℃至1400℃，更优选，800℃至 900℃。如果烧结温度低于400℃，烧结不充分，这使得物理性能弱，而如果烧结温度超过1400℃，可能会发生烧结太多，或金属粉末的某些部分可能熔化，这不能够形成孔，或导致非常低的孔隙率。
在本发明中，步骤2的烧结持续时间可以是30min至120min。
上述步骤3是在氧气条件下将所述分离膜烧结以氧化所述用于水处理的分离膜的表面的步骤，其中，通过在氧气条件下烧结所述分离膜将所述分离膜的表面氧化以提高渗水性。
在本发明中，步骤3的烧结温度可以是400℃至600℃。如果烧结温度低于 400℃，亲水性不会恰当地发生，而如果烧结温度超过600℃时，分离膜的形状可能变形。
在本发明中，步骤3的烧结持续时间可以是30min至120min。
以上步骤4是用选自由氧化铱，氧化钛和氧化铌所组成的组中的至少一种催化剂涂覆所述用于水处理的分离膜的步骤，其中，将所述用于水处理的分离膜用催化剂涂覆以提高其反应性和耐蚀性。
在本发明中，催化剂的涂覆可通过浸渍-干燥-煅烧来进行。
上述步骤2-1是将所烧结的分离膜冷却至室温的步骤，其中，将在高温下烧结的所述分离膜冷却。
在本发明中，在步骤2之后或在步骤2和步骤3之间进行步骤2-1的情况下，优选保持步骤2的气体注入量以防止冷却过程中的氧化。此外，在冷却步骤中，如果分离膜被迅速冷却，其形状可经历变形。因此，冷却速度可以优选为 10℃/min至30℃/min。
进一步地，本发明提供由上述的制作方法制作的用于水处理的分离膜。
在本发明中，如上述制作的分离膜的孔径可以是0.05μm至10μm。
在本发明中，如在所述制作方法中描述，所述分离膜的厚度可以为0.2mm 至0.6mm。
此外，本发明提供了一种水处理方法，包括：
a)(步骤a)使本发明的制作方法所制作的所述用于水处理的分离膜与要进行水处理的水接触;和
b)(步骤b)在向与水接触的所述用于水处理的分离膜施加电力的同时过滤水。
上述步骤a是将用本发明的制作方法制作的所述用于水处理的分离膜与要进行水处理的水接触的步骤，其中，将所述用于水处理的分离膜与用于进行水处理的水进行接触。
在本发明中，所述要进行水处理的水可以是各种废水，包括家庭废水，工业用水，农业废水等，但并不限于此。
在本发明中，用于水处理的分离膜可以用作阳极。
在本发明中，施加到用于水处理的分离膜的电可以在1伏至6伏(V)的条件下施加。
本发明的水处理方法使用用于水处理的分离膜作为阳极，在其上发生氧化以允许水渗透，从而显著地降低了形成于表面和孔上的膜污染，并且同时提高了污染物的降解。
在本发明中，可以通过膜的渗透性根据处理时间的变化而确定膜污染的减少。这样的观测可见图7，其中，与使用0V电压相比，当施加4伏电压时，膜的渗透性被高度地保持，因此，证明了膜污染被减小。
【有益效果】
与聚合物膜相比，本发明的用于水处理的导电分离膜表现出优良的化学稳定性，并且可以通过施加外部电力被用作电极。这随后可以电解水中的有机或无机物并通过导电分离膜除去微粒，从而提高了水处理效率。