本发明属于火力发电行业节水、节能技术领域涉及一种用于火电厂烟气脱水的非对称无机陶瓷膜以及相关制备方法。
背景技术：
我国水资源含量27266.9亿立方米占全球水资源6%，但是人均水资源只占世界人均水资源的四分之一，况且水资源的不均衡分布使得中西部富煤缺水地区的电力发展受到很大的挑战。从2005年到2014年发电总量翻了一番多，其中火电占比近年来略有下降但是也稳定在73%以上。因此在将来很长一段时间我国的电力行业还是以消费煤炭为主的火力发电。研究表明火电的用水量占全国工业用水量的40%，国内装机耗水率比国际先进水平高出40%-50%。所以水资源成为火力发电的一个主要矛盾。
目前我国不同容量的火电机组在利用不同煤种燃烧时产生的烟气组分中，水蒸气占比在5-15%。1000MW火电机组采用褐煤的年烟气排水量可达121万吨。如果能够回收20%的烟气水量，就能够实现机组的补水自足。如果能够采用有效的措施从烟气中进行水分回收就能保证锅炉给水，将极大的降低火电耗水成为火电节能领域的重要一部分。
目前火电厂用于烟气捕水研究的方法主要有复合膜和无机膜，由于其装置简单，操作易于控制，而且环境友好等特点受到广泛应用。但是有机陶瓷膜机械性能较差，寿命较短，体积较小某些应用受限。相比复合膜无机膜具有极好的化学，热力学和机械稳定性，而且可以在极端条件下持续工作，同时具有较大的体积，适合工业化生产应用从而备受关注。2000年，美国燃气技术研究院在美国能源部资助下研究通过纳米多孔陶瓷膜的捕水技术，并取得成功，继而拉开了无机陶瓷膜在烟气脱水方面研究的序幕。国外许多学者和机构也进行了研究。国内在利用无机陶瓷膜研究烟气脱水方面起步比较晚，相关的技术不是很成熟，只有零零散散的研究和综述报告。尤其在制备无机膜的工艺方面。
氧化铝陶瓷是最早进行商业化生产应用的陶瓷材料，氧化铝陶瓷基膜具有良好的机械性能而且成本低廉，化学稳定性优良，制备工艺成熟，而且可以制成各种形状，应用方便。所以本课题采用氧化铝基膜。相比氧化锆，氧化钛等氧化铝涂层更容易制取，成本低廉，工艺成熟，适合大量，工业化生产。因此本文采用铝基溶胶进行涂膜。
技术实现要素：
为了对火电厂烟气中的水分进行回收，节约电厂用水，本发明提供一种用于捕集烟气中水蒸气的的无机陶瓷膜制备方法。该陶瓷膜不仅制备工艺简单而且分离性能优良。
本发明采用的技术方案是：采用抽滤涂膜的方法，即在氧化铝陶瓷的表面涂覆铝基涂层。制备方法包括以下工艺流程：一，铝基溶胶制备：1、取分析纯的Al(NO3)3•9H2O固体75g，溶于200mL去离子水中。2、充分搅拌，静置24h留用。3、取分析纯氨水，配置1mol/L的氨水留作备用。4、将硝酸铝溶液逐滴加入到氨水中，得到絮状勃姆石。5、通过过滤，去离子水洗涤三次，恒温保温箱干燥得到勃姆石。6、取750mL去离子水加热到85℃，加入勃姆石30g、进行搅拌水解5h。7、加入1mol/L的硝酸65mL。8、在87℃水浴锅中保温15h得到勃姆石溶胶。9、取50mL勃姆石溶胶，加入500mL去离子水在85℃水浴锅中搅拌1h得到溶胶稀释液；二、氧化铝基膜预处理：1、取氧化铝陶瓷基膜（内径8mm，外径12mm）截取100mm样品留作备用。2、采用蒸馏水超声清洗10min。3、用去离子水超声清洗10min。4、用无水丙酮超声清洗10min。5、用异丙醇超声清洗10min。6、用乙醇超声清洗10min。7、100℃恒温干燥箱中进行干燥1h得到氧化铝基膜备用；三、抽滤法制备陶瓷膜：本发明在氧化铝基膜内表面进行涂覆制备非对称陶瓷膜。1、取洗涤干净的氧化铝陶瓷膜，一端堵死加入溶胶稀溶液，另一端接泵 2、用泵将稀溶液加压使得稀溶液通过陶瓷基膜。3、重复上述操作三次。4、室温干燥48h。四、浸渍涂膜法制备陶瓷膜：1、采用浸渍涂膜法，将勃姆石溶胶注入干燥后的氧化铝陶瓷中，静置10s后室温干燥48h。2、80℃恒温干燥箱中进行干燥4h。3、以1℃/min的加热速率，加热到530℃保温3h随炉冷却，得到非对称陶瓷膜；五、对以上方法得到的陶瓷膜进行全自动比表面以及孔径分析、扫面电镜分析。分析实验结果表明该陶瓷膜分离性能优良，非常适用于火电厂烟气脱水。
本发明的有益效果为：本发明涉及到的氧化铝非对称陶瓷膜具有良好的机械和力学性能，良好的结构稳定性，耐酸、耐碱，抗热冲击性良好。适用于燃煤电厂锅炉炉膛尾部各种烟气工况，而且分离效果显著，使用年限较长。通过加压抽滤制得的分离膜孔径变化梯度平缓，孔容更小，大孔缺陷率更低，分离性能更优。经过全自动比表面孔径测试仪器得到平均孔径在9nm左右，对氮气吸附量较低，由于表面扩散和毛细管冷凝作用使得对水蒸气有较高的吸附量。将此类陶瓷膜应用到模拟烟气实验中，通过改变集气侧的温度压力条件，可以回收到品质较高的水，一定条件下，水回收速率可达0.5Kg/（m2•h），水回收率达20-30%。本发明涉及的一种用于火电厂烟气捕水的非对称多孔陶瓷膜能够有效的捕集烟气中的水分，这将给我过火电行业提供了一个新的节水方向和减排思路。