过滤结构件的制作方法

本实用新型涉及过滤膜技术领域，尤其涉及一种过滤结构件。

背景技术：

在水处理领域中，采用过滤膜对水进行过滤是一种常见的过滤方式。常见的过滤膜通常分为有机膜和无机膜，有机膜的成本较低，无机膜的耐高温性能和耐腐蚀性能均相对较好，且机械强度高，且无机膜在废乳化液等领域的过滤能力比有机膜好，因此，在对污染物较为复杂的废水的处理过程中，通常需要同时使用无机膜和有机膜同时进行过滤，以将水中含有的油性物质和有机物过滤掉，但是，目前，将无机膜除油设备和有机膜除有机物设备串联安装时的基础建设成本和设备成本均相对较高。

技术实现要素：

本实用新型公开一种过滤结构件，以解决目前在无机膜除油设备和有机膜除有机物设备串联安装时的基础建设成本和设备成本均相对较高的问题。

为了解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型实施例公开一种过滤结构件，其包括无机过滤基体和有机耦合层，所述无机过滤基体具有多个第一过滤孔，所述第一过滤孔的孔径均小于或等于60nm，所述无机过滤基体包括支撑体和膜层，所述支撑体的材质为α-al2o3，所述膜层的材质为zro2，所述有机耦合层包括磺化聚砜和二甲基乙酰胺，各所述第一过滤孔的孔壁均设置有所述有机耦合层，形成多个第二过滤孔，所述第二过滤孔的孔径的值为所述第一过滤孔的孔径的值的0.8~0.95倍。

本实用新型采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本实用新型公开一种过滤结构件，其包括无机过滤基体和有机耦合复层，其中，无机过滤基体具有多个第一过滤孔，第一过滤孔的孔径小于或等于60nm，无机过滤基体的支撑体的材质为α-al2o3，膜层的材质为zro2，通过在无机过滤基体的第一过滤孔内均形成有机耦合层的方式，进一步缩小第一过滤孔的尺寸，形成尺寸更小的第二过滤孔，且使第二过滤孔的孔径的值为第一过滤孔的孔径的值的0.8~0.95倍，从而提升过滤结构件的过滤性能，并且，上述在无机过滤基体上附着有机耦合层形成的过滤结构件，能够同时去除被处理的水中的有机污染物和油类污染物。

另外，在有机耦合层和无机过滤基体复合的过程中，一方面，磺化聚砜和二甲基乙酰胺可以直接沉积在第一过滤孔的孔壁上，另一方面，也会有新的化学件形成，详细地，作为磺化聚砜的溶剂的二甲基乙酰胺可以与无机过滤基体表层非溶剂发生双扩散和静电吸附过程；同时，在复合过程中，磺化聚砜还会与无机过滤基体中第一过滤孔孔壁上的羟基等官能团以新的化学键形式连接，同时，有机耦合层还会螯合无机过滤基体表面的锆金属基团，生成psf-dma-zro2复合材料。

本实用新型实施例公开的过滤结构件主要通过孔道拦截、物理吸附及部分官能团的选择性结合的方式提供过滤作用，且相比常规的无机膜，本实用新型公开的过滤结构件通过结合有机耦合层，使得材料的亲水性得到显著增强，也使分离过程中过滤结构件的抗污染能力得到增强。另外，过滤结构件表面的官能团的数量还会明显增多，螯合的金属基团可通过质子化或去质子化作用形成荷电因子，改善膜表面电性，进一步提升过滤结构件的过滤性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例公开的过滤结构件中无机过滤基体的化学结构图；

图2是本实用新型实施例公开的过滤结构件中第一中间产物的化学示意图；

图3是本实用新型实施例公开的过滤结构件中第一中间产物的化学示意图；

图4是本实用新型实施例公开的过滤结构件的化学结构图；

图5是本实用新型实施例公开的过滤结构件的制备方法的流程图。

附图标记说明：

100-无机过滤基体、110-第一过滤孔、120-第二过滤孔、310-有机耦合溶胶、320-有机耦合凝胶、330-有机耦合层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。

如图4所示，本实用新型实施例公开一种过滤结构件，其包括无机过滤基体100和有机耦合层330。

如图1所示，无机过滤基体100具有多个第一过滤孔110，且第一过滤孔110的孔径均小于或等于60nm，无机过滤基体100包括支撑体和膜层，支撑体的材质为α-al2o3，膜层的材质为zro2，膜层支撑在支撑体上，形成无机过滤基体100。具体地，无机过滤基体100可以为平板状结构件，支撑体和膜层上均形成有多个第一过滤孔110。在实用新型的另一实施例中，无机过滤基体100为管状无机陶瓷膜，更具体地，第一过滤孔110的孔径在30nm~50nm之间，无机过滤基体100的通道孔径可以在3.2~3.6mm之间，另外，无机过滤基体100的外径和长度等参数可以根据实际需求选定。

有机耦合层330为磺化聚砜-二甲基乙酰胺有机耦合层，磺化聚砜-二甲基乙酰胺有机耦合层包括磺化聚砜和二甲基乙酰胺，磺化聚砜是一种新型的纳滤材料和反渗透有机膜材料，具有良好的耐化学性和抗细菌分解的能力，因此，作为有机耦合层330的形成材料，可以使过滤结构件的整体过滤能力较好。二甲基乙酰胺的热稳定性好，具有不易水解，腐蚀性低，毒性小，因此，采用二甲基乙酰胺作为磺化聚砜的溶剂材料，可以防止过滤过程中出现二次污染的问题。

在形成有机耦合层330的过程中，可以先将磺化聚砜溶解至二甲基乙酰胺中，形成液态的有机耦合层330，二者之间的配比可以根据实际需求确定，之后，借助喷涂或刷涂等方式，可以将有机耦合层330形成在无机过滤基体100上，从而使各第一过滤孔110的孔壁上均设置有有机耦合层330，在有机耦合层330封堵了第一过滤孔110的一部分之后，可以形成孔径更小的多个第二过滤孔120，且可以使所形成的第二过滤孔120的孔径的值为第一过滤孔110的孔径的值的0.8~0.95倍。

本实用新型实施例公开一种过滤结构件，其包括无机过滤基体100和有机耦合层330，其中，无机过滤基体100具有多个第一过滤孔110，第一过滤孔110的孔径小于或等于60nm，无机过滤基体100的支撑体的材质为α-al2o3，膜层的材质为zro2，通过在无机过滤基体100的第一过滤孔110内均形成有机耦合层330的方式，可以进一步缩小第一过滤孔110的尺寸，形成尺寸更小的第二过滤孔120，且使第二过滤孔120的孔径的值为第一过滤孔110的孔径的值的0.8~0.95倍，从而提升过滤结构件的过滤性能，并且，通过在无机过滤基体100上附着有机耦合层330形成的过滤结构件，能够同时去除被处理的水中的有机污染物和油类污染物。

另外，在有机耦合层330和无机过滤基体100复合的过程中，一方面，磺化聚砜（psf）和二甲基乙酰胺（dma）可以直接沉积在第一过滤孔110的孔壁上，另一方面，复合过程中也会有新的化学件形成。详细地，作为磺化聚砜的溶剂的二甲基乙酰胺可以与无机过滤基体100的表层非溶剂发生双扩散（如图2中粗箭头和细箭头所示）和静电吸附作用（如图2中区域i所示），从而使有机耦合层330与无机过滤基体100之间的结合关系更牢固；同时，在复合过程中，磺化聚砜还会与无机过滤基体100中第一过滤孔110孔壁上的羟基等官能团以新的化学键形式连接（如图2中区域ii所示），同时，有机耦合层330还会螯合无机过滤基体100表面的锆金属基团，生成psf-dma-zro2复合材料。可选地，磺化聚砜与二甲基乙酰胺之间的配比为20：80，在这种情况下，可以使无机过滤基体100与有机耦合层330之间的结合关系更稳定。

本实用新型实施例公开的过滤结构件主要通过孔道拦截、物理吸附及部分官能团的选择性结合的方式提供过滤作用，且相比常规的无机膜，本实用新型公开的过滤结构件通过结合有机耦合层330，使得材料的亲水性得到显著增强，也使分离过程中过滤结构件的抗污染能力得到增强。另外，过滤结构件表面的官能团的数量还会明显增多，螯合的金属基团可通过质子化或去质子化作用形成荷电因子，改善膜表面电性，进一步提升过滤结构件的过滤性能。

可选地，本实用新型实施例公开的过滤结构件中，有机耦合层330的磺化聚砜的磺化度为35%，在这种情况下，磺化聚砜这种聚合物含有的磷酸基团的数量能够满足需求，且磺化物的结构较为稳定，性能相对较高，另外，采用上述技术方案的情况下，还可以保证流体经过过滤结构件时的速率相对较高，保证过滤结构件具有较高的过滤效率。

基于上述实施例公开的过滤结构件，如图1-图5所示，本实用新型还公开一种制备方法，用于制备上述任一实施例公开的过滤结构件，制备方法包括步骤s1~s4所述的内容。

s1、获取无机过滤基体100，其中，无机过滤基体100具有多个第一过滤孔110，第一过滤孔110的孔径均小于或等于60nm，无机过滤基体100包括支撑体和膜层，支撑体的材质为α-al2o3，膜层的材质为zro2。

具体地，无机过滤基体100中，膜层支撑在支撑体上，形成无机过滤基体100，支撑体和膜层上均形成有多个第一过滤孔110。可选地，无机过滤基体100为管状无机陶瓷膜。

s2、获取有机耦合溶胶310，其中，有机耦合溶胶310包括磺化聚砜和二甲基乙酰胺。具体地，通过将磺化聚砜溶解至二甲基乙酰胺中，即可形成有机耦合溶胶310。可选地，在制备有机耦合溶胶310的过程中，可以使磺化聚砜与二甲基乙酰胺的配比为20：80，以保证有机耦合溶胶310与无机过滤基体100之间的结合关系更稳定。需要说明的是，步骤s1和步骤s2之间并无顺序关系，二者的实施过程可以存在先后顺序，也可以同时进行，可选地，可以先实施步骤s1，之后在进行步骤s2，以防止步骤s2中所获取的有机耦合溶胶310因长时间放置产生物理或化学变化，而影响制备方法后续过程的正常进行，且保证所形成过滤结构件具有较好的过滤性能。

s3、采用浸渍法将无机过滤基体100浸入至有机耦合溶胶310中，保持预设时间后取出，获得第一中间产物。如上，可以采用喷涂或刷涂等方式使有机耦合层330形成于无机过滤基体100上。在本实施例中，采用浸渍法使有机耦合溶胶310结合至无机过滤基体100上的方式，一方面可以保证无机过滤基体100上的各第一过滤孔110的孔壁上均可以覆盖有有机耦合溶胶310，另一方面还可以增大有机耦合溶胶310与无机过滤基体100之间的结合时间，从而保证无机过滤基体100上的各第一过滤孔110内均可以被有机耦合溶胶310更好地覆盖，提升良品率。其中，预设时间可以根据有机耦合溶胶310内磺化聚砜和二甲基乙酰胺的配比关系，以及有机耦合溶胶310的温度等实际参数确定，更具体地，预设时间可以为10min，这基本可以保证有机耦合溶胶310能够较好地覆盖在各第一过滤孔110的孔壁上，且可以保证加工效率相对较高。

s4、干燥第一中间产物，以获得过滤结构件，过滤结构件具有多个第二过滤孔120，第二过滤孔120的孔径的值为第一过滤孔110的孔径的值的0.8~0.95倍。

具体地，可以采用自然干燥或烘干等方式，使有机耦合溶胶310干燥，形成有机耦合层330，有机耦合层330粘附固定在第一过滤孔110的孔壁，从而使第一过滤孔110的孔径减小，形成多个孔径更小的第二过滤孔120。

进一步地，上述步骤s2包括：

s21、在加热条件下，获取有机耦合溶胶310，其中，有机耦合溶胶310包括磺化聚砜和二甲基乙酰胺。具体地，在将磺化聚砜和二甲基乙酰胺以预设配比投入至配料釜内之后，可以采用直接加热或水浴加热等方式对配料釜进行加热，从而提升磺化聚砜的溶解速率，从而缩短有机耦合溶胶310的制备时间。进一步地，在制备有机耦合溶胶310的过程中，还可以通过搅拌的方式，进一步提升有机耦合溶胶310的制备效率。

进一步地，上述步骤s21包括：

s22、在温度为80℃~110℃的导热油的加热条件下，获取有机耦合溶胶310，其中，有机耦合溶胶310包括磺化聚砜和二甲基乙酰胺。也就是说，借助导热油加热的方式对配料釜进行加热，一方面，导热油的热传递效率相对较高，另一方面，相较于水而言，导热油的被加热温度上限也相对较高，通过使有机耦合溶胶310的被加热温度更高，可以进一步提升磺化聚砜的溶解速率，进一步缩短有机耦合溶胶310的制备时间。更具体地，导热油的温度可以设定在90~100℃之间。

可选地，步骤s22与步骤s3之间还包括：

s5、降低有机耦合溶胶310的温度至50℃，一方面防止温度过低出现磺化聚砜自二甲基乙酰胺中析出的情况，另一方面，防止有机耦合溶胶310的温度过高而对无机过滤基体100的结构强度或化学性质产生影响。具体地，在有机耦合溶胶310制备完成之后，可以采用自然降温的方式使有机耦合溶胶310的温度下降，并且，可以借助导热油加热保温的方式，使有机耦合溶胶310的温度可以保持在50℃。

可选地，步骤s2和步骤s3之间还包括：

s6、对有机耦合溶胶310进行真空脱泡操作，也就是说，采用真空脱泡的方式，将制备有机耦合溶胶310过程中混入至有机耦合溶胶310内的气泡分离出，这可以防止因有机耦合溶胶310内存在气泡，导致在有机耦合溶胶310与无机过滤基体100相互结合的过程中，出现气泡附着在无机过滤基体100上，造成无机过滤基体100中气泡所对应的位置处无法被有机耦合溶胶310所覆盖，进而使所形成的过滤结构件上存在某些第一过滤孔110的孔壁内未附着有有机耦合层330，出现过滤结构件的过滤性能不够的情况。

可选地，上述步骤s4包括：

s41、烘干第一中间产物，以使有机耦合溶胶310凝固为有机耦合凝胶320，形成第二中间产物；

s42、焙烧第二中间产物，以获得过滤结构件，过滤结构件具有多个第二过滤孔120，第二过滤孔120的孔径的值为第一过滤孔110的孔径的值的0.8~0.95倍。

通过采用上述技术方案，可以使第一中间产物的干燥速度得到明显提升，提升生产效率，并且，在干燥时间缩短的情况下，还可以进一步防止在干燥过程中结合在各第一过滤孔110的孔壁内的有机耦合层330的量发生减少的情况。

具体地，在获取第一中间产物之后，可以将第一中间产物放置在150℃的烘箱中保持20min，从而使有机耦合溶胶310凝固，形成有机耦合凝胶320。然后，通过将第二中间产物放置在500℃的马弗炉中，在空气氛中焙烧10min，形成过滤结构件，由于焙烧后形成的过滤结构件的温度相对较高，因此，在将过滤结构件自马弗炉中取出之后，可以采用自然降温的方式使过滤结构件冷却。

本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。