申请日2021.05.12
公开（公告）日2021.09.03
IPC分类号C04B35/18; C04B35/622; C04B38/06; B01D69/04; C02F1/44
摘要
本申请涉及陶瓷膜技术领域，具体公开了一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜及制备工艺。一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜包括如下的原料：黄泥、粉煤灰、造孔剂、甲基纤维素、分散剂、润滑剂、石墨烯粉和水；其制备方法为：S1：将原料分别混合得到第一混合料和第二混合料；S2：将第一混合料和第二混合料混合后水浴搅拌、陈化得到第三混合料；S3：将第三混合料浇注成型得到生坯；S4：将生坯进行烘干、烧结后得到管式陶瓷膜。本申请的用于工业污水处理的管式陶瓷膜其具有较强的耐酸碱腐蚀性，有效增强了管式陶瓷管的使用寿命；另外，本申请的制备方法具有降低烧结过程中的能耗的优点。
权利要求书
1.一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于，所述用于工业污水处理的管式陶瓷膜由包含以下重量份的原料制成：黄泥85-100份、粉煤灰20-30份、造孔剂25-33份、甲基纤维素2-4份、分散剂1-5份、润滑剂1-5份、石墨烯粉10-15份和水20-25份。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于：所述黄泥是经过筛网处理后的筛上物，所述筛网的目数为800-1340目。
3.根据权利要求1所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于：所述粉煤灰是经过筛网处理后的筛上物，所述筛网的目数为1000-1340目。
4.根据权利要求1所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于：所述造孔剂为甲基丙烯酸甲脂和淀粉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于：所述分散剂为十二烷基硫酸钠和纤维素乙酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，其特征在于：所述润滑剂为甘油、丙三醇和十八烷酸中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜的制备工艺，其特征在于：包括如下的制备步骤：
S1：将黄泥、粉煤灰、甲基纤维素、造孔剂混合后搅拌均匀，得到第一混合料；将分散剂、润滑剂和石墨烯粉混合后搅拌均匀，得到第二混合料；
S2：将S1中的第一混合料、第二混合料和配方量的水混合后搅拌均匀；得到混合均匀的原料液；然后对原料液进行水浴搅拌；然后将原料液放置在30-35℃的恒温箱中陈化后，得到第三混合料；
S3：将第三混合料注入制备管式陶瓷膜的模具中，使第三混合料成型，得到管式陶瓷膜的生坯；
S4：将生坯进行烘干、烧结后得到管式陶瓷膜。
8.根据权利要求7所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜的制备工艺，其特征在于：所述S4中烘干温度为80-90℃。
9.根据权利要求7所述的一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜的制备工艺，其特征在于：所述S4中烧结温度为1100-1150℃。
说明书
一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜及制备工艺
技术领域
本申请涉及陶瓷膜技术领域，更具体地说，它涉及一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜及制备工艺。
背景技术
陶瓷膜又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜分为管式陶瓷膜和平板陶瓷膜两种。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质或液体透过膜，大分子物质或固体被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。
目前，相关技术如申请号为201510177545.4的申请文件公开了一种旋转法制备管式陶瓷膜的工艺，包括以氧化铝粉为骨料，加入碳化硅晶须、造孔剂、助烧剂和水混合成浆料后研磨，再对浆料陈化、烘干，然后加入增塑剂和水再次研磨、管模模压成型、烘干、烧结、清洗，得到管式支撑体；将研磨好的异丙醇铝加入热的去离子水中进行磁力搅拌，再分批加入硝酸、分散剂和消泡剂搅拌均匀，得到溶胶，再陈化溶胶；再密封支撑体外表面，并涂覆、凝胶化、干燥、烧结。
针对上述中的相关技术，化肥行业是高耗水、高污染的行业，大量未经完全处理的化肥废水的排放导致水体中氮、磷含量的增加，使水体恶化。化肥厂废水中的主要超标污染物指标为氨氮、硫化物和总氰化物，水质氨氮含量高并含有有毒的总氰化物及硫化物，且此类污水具有较强的酸性或碱性，可生化性较差。发明人认为相关技术中的管式陶瓷膜在强酸或强碱的废液中容易被腐蚀，不能保持长效的抗折强度，导致管式陶瓷膜的使用寿命较低。
发明内容
为了增强管式陶瓷膜的使用寿命，本申请提供一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜及制备工艺。
第一方面，本申请提供一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，采用如下的技术方案：
一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜，所述用于工业污水处理的管式陶瓷膜由包含以下重量份的原料制成：黄泥85-100份、粉煤灰20-30份、造孔剂25-33份、甲基纤维素2-4份、分散剂1-5份、润滑剂1-5份、石墨烯粉10-15份和水20-25份。
通过采用上述技术方案，黄泥相比于商品化的陶瓷膜原料具有原料来源广泛、易烧结、成本低等优点，具有良好的经济效益，有利于推广陶瓷膜的工业化应用，黄泥的主要成分是Al2O3、Fe2O3和SiO2，并含有多种助熔剂(如Na2O、K2O等碱金属氧化物)，烧结过程中易形成固溶体及产生液相，可促进颗粒重排及烧结致密，从而使制得的管式陶瓷膜具有较高的机械强度。SiO2属于酸性氧化物，能够耐多种酸的腐蚀，并且SiO2与碱反应较为缓慢且不易进行，使得管式陶瓷膜具有较佳的耐酸碱腐蚀性能。
粉煤灰作为工业固体废弃物，排放量大且污染环境，粉煤灰的主要成分包括Fe2O3和SiO2等，以纯黄泥为原料时烧结温度范围较窄，使得烧结工艺难以控制，且不足以发挥陶瓷膜更优异的性能，以黄泥和粉煤灰为复合原料制备管式陶瓷膜时，烧结温度适中且温度范围广，能够有效简化陶瓷管的制作工艺，并且能够对粉煤灰进行资源化利用。
造孔剂有助于加强管式陶瓷膜烧结过程中的热传递作用，有利于管式陶瓷膜形成较多的大小均匀、分布均匀的孔隙，使得管式陶瓷膜具有分离效率高，效果稳定的优点。
石墨烯粉具有稳定的二维性质，不易于酸碱反应，使得制备得到的管式陶瓷膜具有较强的耐酸碱腐蚀性，并且石墨烯粉具有润滑的作用，能够减少黄泥的团聚，有助于管式陶瓷膜的成分均匀，使用效果稳定。
因此由上述组分相结合，制得的管式陶瓷膜分离效率高、效果稳定、机械强度较高，能很好的应用于工业污水处理过程中，且具有较强的耐酸碱腐蚀性，有效增强了管式陶瓷管的使用寿命。
优选的，所述黄泥是经过筛网处理后的筛上物，所述筛网的目数为800-1340目。
通过采用上述技术方案，黄泥自身具有较强的粘性，不易分散，将黄泥的粒径选择在上述范围内，能够使得黄泥之间保持一定粘聚力的同时，也能够使黄泥与其他原料分散均匀，制得的管式陶瓷膜的成分均匀、质量稳定、使用效果稳定。
优选的，所述粉煤灰是经过筛网处理后的筛上物，所述筛网的目数为1000-1340目。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的粒径略小于黄泥的粒径，加入原料中，可以填充黄泥之间的空隙，提高原料之间的密实度，使得管式陶瓷膜具有较高的机械强度。
优选的，所述造孔剂为甲基丙烯酸甲脂和淀粉中的至少一种。
通过采用上述技术方案，甲基丙烯酸甲脂不溶于水，其颗粒进入到黄泥基体颗粒之间，占据一定的点位，随后在烧结过程中烧失形成气体逸出，所占空间变为空隙形成连通的孔结构，从而降低过滤介质扩散阻力，提升管式陶瓷膜的渗透性能。淀粉的颗粒细腻，表面光滑，与甲基丙烯酸甲脂配合，起到润滑的作用，使甲基丙烯酸甲脂更易分散于其他组分中，有助于增强管式陶瓷膜孔隙的均匀程度。
优选的，所述分散剂为十二烷基硫酸钠和纤维素乙酸酯中的至少一种。
通过采用上述技术方案，在本申请中分散剂可以选择为十二烷基硫酸钠、纤维素乙酸酯或者二者的混合物，有助于增强原料分散体系的稳定性，进而有助于提高管式陶瓷膜的综合性能，十二烷基硫酸钠与黄泥配合，还有助于提高管式陶瓷膜的亲水性，有助于提高管式陶瓷膜的水通量。
优选的，所述润滑剂为甘油、丙三醇和十八烷酸中的至少一种。
通过采用上述技术方案，在原料中加入润滑剂，有助于改善管式陶瓷膜表面的湿润性，避免烧结过程中出现裂纹，提高管式陶瓷膜的成品质量。
第二方面，本申请提供一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜的制备方法，采用如下的技术方案：
一种用于工业污水处理的管式陶瓷膜的制备方法，包括如下的制备步骤：
S1：将黄泥、粉煤灰、甲基纤维素、造孔剂混合后搅拌均匀，得到第一混合料；将分散剂、润滑剂和石墨烯粉混合后搅拌均匀，得到第二混合料；
S2：将S1中的第一混合料、第二混合料和配方量的水混合后搅拌均匀；得到混合均匀的原料液；然后对原料液进行水浴搅拌；然后将原料液放置在30-35℃的恒温箱中陈化后，得到第三混合料；
S3：将第三混合料注入制备管式陶瓷膜的模具中，使第三混合料成型，得到管式陶瓷膜的生坯；
S4：将生坯进行烘干、烧结后得到管式陶瓷膜。
通过采用上述技术方案，采用将不同的原料分步混合的方法制备管式陶瓷膜有助于提高管式陶瓷膜中各组分的分布均匀性；对原料液进行水浴和陈化后再进行注模、烘干和烧结，有利于在管式陶瓷膜形成大小一致的孔洞，且管式陶瓷膜具有适宜的孔隙率，从而提升管式陶瓷膜的过滤性能。
优选的，所述S4中烘干温度为80-90℃。
通过采用上述技术方案，S4的烘干温度为80-90℃，而80-90℃接近于水的沸点，该温度的设置有助于加快水分的挥发、加快成型的生坯的烘干效率，并且起到预热生坯的作用；同时80-90℃的烘干温度不至使水分在生坯中太过剧烈的运动，从而避免剧烈的水分运动对管式陶瓷膜的孔隙造成影响。
优选的，所述S4中烧结温度为1100-1150℃。
通过采用上述技术方案，1100-1150℃的温度略低于一般的管式陶瓷管的烧结温度，有效降低了烧结过程中的能耗。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用黄泥代替商品化的陶瓷膜原料，黄泥相比于商品化的陶瓷膜原料具有原料来源广泛、易烧结、成本低等优点，具有良好的经济效益，由于黄泥的主要成分是Al2O3、Fe2O3和SiO2，并含有多种助熔剂，烧结过程中易形成固溶体及产生液相，可促进颗粒重排及烧结致密，从而使制得的管式陶瓷膜具有较高的机械强度，能很好的应用于工业污水处理过程中，SiO2属于酸性氧化物，能够耐多种酸的腐蚀，并且SiO2与碱反应较为缓慢且不易进行，使得管式陶瓷膜具有较佳的耐酸碱腐蚀性能，有效增强了管式陶瓷管的使用寿命。
2、本申请中优选采用甲基丙烯酸甲脂和淀粉中的至少一种作为造孔剂，由于甲基丙烯酸甲脂不溶于水，其颗粒进入到黄泥基体颗粒之间，占据一定的点位，随后在烧结过程中烧失后形成气体逸出，所占空间变为空隙形成连通的孔结构，淀粉使甲基丙烯酸甲脂更易分散于其他组分中，有利于管式陶瓷膜形成较多的大小均匀、分布均匀的孔隙，使得管式陶瓷膜具有分离效率高，效果稳定的优点。
3、本申请的方法，通过将不同的原料分步混合的方法有助于提高管式陶瓷膜中各组分的均匀程度，对原料液进行水浴和陈化后再进行注模、烘干和烧结，有利于在管式陶瓷膜形成大小一致的孔洞，且管式陶瓷膜具有适宜的孔隙率，从而提升管式陶瓷膜的过滤性能。
（发明人：周华东）