专利名称：具有吸附和截留功能的陶瓷膜的制备方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种新型陶瓷膜的制备，该新型陶瓷膜同时具有吸附性能和截留功能，适用于印染等难降解有机废水的处理，还适用于处理经电催化后的高温凝结水。
背景技术：
当前水资源正日益枯竭和遭受污染，合理开发和保护水资源十分必要和迫切。印染、制药、农药等行业有机废水难以被细菌降解，是当前废水处理的难题，陶瓷膜具有一系列优点使其在水处理工艺上得到应用。中国发明专利“梯度陶瓷膜管及其制备方法”(00117221. 2)将基料和水溶性粘结剂搅拌制成浆料，注入到刚性管膜内制成生还，经脱模、烧结、冷却得到陶瓷膜管，膜孔径为0.05-20μπι。“海水淡化中陶瓷膜预处理方法”(申请号200510041360. 7)，用孔径为 IO-IOOnm的陶瓷膜对海水进行预处理，加压至0. 1-0. 8MPa，海水进入陶瓷膜过滤单元，未被过滤的物质被截留在进料一侧，实现分离过滤。“一种提取大豆分离蛋白的方法”(申请号200510019452. 5)用孔径为20-40nm的陶瓷膜过滤蛋白乳液交膜系统，截留其中的低聚糖等产品，滤液为蛋白乳清水。上述陶瓷膜都只是应用其截留作用，缺乏吸附功能，分离性能主要取决于膜的孔径，孔径越小，膜截留粒子的粒径也越小，相应的膜阻力也越大，膜通量也越小，能耗也越大。凹凸棒土由于其特殊结构而具有良好的吸附性能和粘结性能，在国外已开发出千余种以上用途的产品。中国专利“凹凸棒污水处理剂及生产方法” O00410041493.X)以凹凸棒为原料，酸化处理后烘干，添加明矾和改性淀粉共同磨粉制成污水处理剂。“一种凹凸棒石粘土制备活性漂白土的工艺”(94117432.8)以凹凸棒土为主原料，与适量稀酸溶液混合，室温下活化，干燥粉碎后制成活性漂白土。目前凹凸棒土的应用研究还只是局限于粉末状，制成陶瓷膜的研究还未见报道。本发明将现代吸附技术和膜技术结合，利用凹凸棒土制备一种具有吸附和截留双重功能的陶瓷膜。这种膜与现有膜技术的本质区别是，不仅具有截留功能，而且具有吸附功能，能以较大孔径处理较小粒子，从而获得减少膜阻力、增大膜通量和节能效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有吸附性能和截留功能的新型陶瓷膜的制备方法， 该新型陶瓷膜特别适用于处理高色度、高COD难降解废水，还适用于处理经电催化后的高温凝结水中的铁离子和油，使处理后的废水达到国家排放标准。将现代吸附技术和膜技术结合，达到节能降耗的目的。本发明提供的一种具有吸附性能和截留功能的新型陶瓷膜的制备方法，以凹凸棒土为原料，经制浆成型、高温煅烧、打磨、后处理和干燥制得，具体步骤和方法如下
A 将100 300目的凹凸棒土与去离子水混合，在机械搅拌下混合均勻至糊状，缓慢倒入成型模具压制成型，脱模后制成1 2cm厚度的圆形片状陶瓷。B 预制成的陶瓷片先在恒湿环境中陈化3 7天，取出在自然环境下干燥2 5 天，干燥温度为10 40°C，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全，送至马弗炉煅烧，煅烧温度为200 600°C，保温时间为0. 5 6h，升温速度为0. 5 6°C /min,降温速度为1 3°C / min0冷却后用砂纸将表面打磨光滑。用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。C:配置PH值2 6的硫酸溶液。将陶瓷膜浸入该溶液中8 对小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡8 M小时，除尘环境下干燥6 9天，制成陶瓷膜。本发明制备的新型陶瓷膜具有以下独特的优点(1)本发明通过控制凹凸棒土和去离子水的比例和干燥制度等制备了具有吸附性能和截留功能的新型陶瓷膜。并且通过控制煅烧温度、升温速率以及保温时间，高温处理新型陶瓷膜，优化陶瓷膜的内部结构，调整其孔径分布，增强吸附性能和截留功能，制备出的新型陶瓷膜孔径分布比较窄，在10 70nm之间，空隙率为35 % 65 %，水通量为150 300L/m2*h，该新型陶瓷膜为陶瓷超滤膜。(2)本发明制备的具有吸附和截留功能的新型陶瓷膜处理印染废水，采用膜过滤方法，出水COD值降到100mg/L以下，达到国家一级排放标准。同时该发明材料可重复多次使用，无二次污染问题。(3)处理经电催化后的高温凝结水中的铁离子和油，处理前水中铁离子含量为 1 ang/L，含油量为4 6mg/L，实验温度在50 90°C之间，经新型陶瓷膜处理后，铁的含量在0. 3mg/L以下；含油量小于ang/L，均达到锅炉给水水质要求。铁离子粒径为0. 134
0.164nm，小于膜的孔径，说明除去水中铁离子是因为膜的吸附作用。该新型陶瓷膜除能吸附截留有机大分子外，对小分子有机物和金属离子也具有良好的吸附效果。(4)本发明的具有吸附和截留功能的新型陶瓷膜处理废水的方法效率高，使用条件宽松，适应性强，应用范围广，占地面积小，可重复利用。适用于印染废水等高色度、高COD 废水的处理，还适用于经电催化后的高温凝结水中的铁离子和油的处理。(5)本发明将现代吸附技术和膜技术结合，制备一种具有吸附和截留双重功能的陶瓷膜，达到节能降耗的目的。所采用的制备方法简单，可控性强，能用于工业化生产。
图1是实施例1所述具有吸附和截留功能的新型陶瓷膜的孔径分布具体实施例方式实施例1(1)将8. 345g的凹凸棒土与IOml去离子水混合，在室温下机械搅拌，混合均勻至糊状，缓慢倒入模具压制成型，脱模后预制成直径2. 9cm，厚度为1. 3cm的圆形片状陶瓷。(2)预制陶瓷片在恒湿环境中陈化5天，取出在自然环境下干燥3天，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全。(3)送至马弗炉高温煅烧，初始温度为50°C，煅烧最终温度为350°C，升温速度为
1.50C /min，保温时间为2h，降温速度为1°C /min。
(4)冷却后用120# 360#砂纸将表面打磨光滑。用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。(5)配置pH值为4的硫酸溶液，将陶瓷膜浸入该溶液12小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡12小时，除尘环境下干燥7天，制成陶瓷膜。制得的新型陶瓷膜孔径分布在10 70nm，空隙率为35% 65%，水通量为150 300L/m2*h，为陶瓷超滤膜。采用膜过滤方法处理COD为250 450mol/L，色度为80 120PCU的印染废水，实验温度为室温，出水COD < 90mol/L，色度< 36P⑶。采用膜过滤方法处理铁离子含量为1. lmg/L，含油量为4. 5mg/L的高温凝结水，实验温度在50 90°C之间，出水铁的含量为0. ang/L，含油量为1. %ig/L，达到锅炉给水水质要求。实施例2(1)将8. 297g的凹凸棒土与IOml去离子水混合，在室温下机械搅拌，混合均勻至糊状，缓慢倒入模具压制成型，脱模后预制成直径2. 9cm，厚度为1. 3cm的圆形片状陶瓷。(2)预制成的陶瓷片先在恒湿环境中陈化7天，取出在自然环境下干燥5天，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全。(3)送至马弗炉高温煅烧，初始温度为50°C，煅烧最终温度为450°C，升温速度为 rc /min，保温时间为2h，降温速度为1°C /min。煅烧过程中不需要惰性保护气体。(4)冷却后用120# 360#砂纸将表面打磨光滑。用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。(5)配置pH值为4的硫酸溶液，将陶瓷膜浸入该溶液12小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡12小时，除尘环境下干燥9天，制成陶瓷膜。采用膜过滤方法处理COD为250 450mol/L，色度为80 120P⑶的印染废水，实验温度为室温，出水COD < 150mol/L，色度< 50P⑶。实施例3(1)将8. 009g的凹凸棒土与9ml去离子水混合，在室温下机械搅拌，混合均勻至糊状，缓慢倒入模具压制成型，脱模后预制成直径2. 9cm，厚度为1. 2cm的圆形片状陶瓷。(2)预制陶瓷片在恒湿环境中陈化5天，取出在自然环境下干燥3天，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全。(3)送至马弗炉高温煅烧，初始温度为50°C，煅烧最终温度为250°C，升温速度为 2. 50C /min，保温时间为2h，降温速度为1°C /min。(4)冷却后用120# 360#砂纸将表面打磨光滑。用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。(5)配置pH值为4的硫酸溶液，将陶瓷膜浸入该溶液12小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡12小时，除尘环境下干燥7天，制成陶瓷膜。采用膜过滤方法处理COD为250 450mol/L，色度为80 120PCU的印染废水，实验温度为室温，出水COD < 120mol/L，色度< 42P⑶。实施例4(1)将8. 104g的凹凸棒土与9ml去离子水混合，在室温下机械搅拌，混合均勻至糊状，缓慢倒入模具压制成型，脱模后预制成直径2. 9cm，厚度为1. 2cm的圆形片状陶瓷。(2)预制陶瓷片在恒湿环境中陈化6天，取出在自然环境下干燥4天，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全。(3)送至马弗炉高温煅烧，初始温度为50°C，煅烧最终温度为550°C，升温速度为 50C /min，保温时间为2h，降温速度为1°C /min。(4)冷却后用120# 360#砂纸将表面打磨光滑。用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。(5)配置pH值为4的硫酸溶液，将陶瓷膜浸入该溶液12小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡12小时，除尘环境下干燥8天，制成陶瓷膜。采用膜过滤方法处理COD为250 450mol/L，色度为80 120PCU的印染废水，实验温度为室温，出水COD < 125mol/L，色度< 43P⑶。
权利要求
1.一种具有吸附和截留双重功能的新型陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤A 将100 300目的凹凸棒土与去离子水混合，在机械搅拌下混合均勻至糊状，缓慢倒入成型模具压制成型，脱模后预制成1 2cm厚度的圆形片状陶瓷。B 预制成的陶瓷片先在恒湿环境中陈化3 7天，取出在自然环境下干燥2 5天， 干燥温度为10 40°C，使陶瓷片的内外水分均勻干燥至完全，送至马弗炉煅烧，煅烧温度为200 600°C，升温速度为0. 5 6°C /min,保温时间为0. 5 6h，降温速度为1 3°C / min0冷却后用砂纸将表面打磨光滑，用柔软毛笔除去陶瓷片表面灰尘和残留的粉末。C 配置pH值2 6的硫酸溶液。将陶瓷膜浸入该溶液中8 M小时后取出，经去离子水反复冲洗，再用去离子水浸泡8 M小时，除尘环境下干燥6 9天，制成陶瓷膜。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于使用具有良好吸附性能的凹凸棒土为原料制备陶瓷膜。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于先陈化再干燥，煅烧后经后处理的简单工艺制备陶瓷膜。
全文摘要
本发明提供了一种具有吸附和截留功能的新型陶瓷膜的制备方法。将现代吸附技术和膜技术结合，选用凹凸棒土制备新型陶瓷膜。使凹凸棒土与去离子水混合均匀至糊状，倒入模具压制成圆形陶瓷片。先在恒湿环境中陈化3～7天，取出在实验室自然环境下干燥2～5天，送至马弗炉煅烧，冷却后用砂纸将表面打磨光滑。配置。将陶瓷片浸入pH值为2～6的硫酸溶液中8～24小时后取出，经过清洗，再用去离子水浸泡8～24小时，除尘环境下干燥制成陶瓷膜。该陶瓷膜的孔径为10～70nm，同时具有吸附性能和截留功能，除能吸附截留有机大分子外，对小分子有机物和金属离子也具有良好的吸附效果，具有工业推广的价值。
文档编号C02F1/28GK102260068SQ20101018619
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者乔宁, 李华芳, 陈晓晓, 魏刚 申请人:北京化工大学