[发明专利]陶瓷过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及用于饮用水的原水、污水和各种废水的过滤的陶瓷过滤器。

背景技术

通过如下方法陶瓷过滤器具有大比表面积的多孔结构：将陶瓷材料例如氧化铝的颗粒与粘合剂等混合，使陶瓷颗粒混合物成型，并且随后在高温下在大气压下烧结经成型的产物。该多孔结构由板状形状或柱管状形状的由粗颗粒制成的多孔支撑体和该多孔支撑体上的由细颗粒制成的一个或多个膜层。该陶瓷过滤器具有坚硬度、对物理/化学应力的耐久性和亲水性的优点，并且因此用于各种废水。

聚合物膜由聚合物材料例如聚砜树脂制成。这样的聚合物材料是疏水的并且具有与疏水性物质例如蛋白质、脂肪和油脂的亲和性，这引起膜堵塞。因此，该聚合物膜容易堵塞。通常采用表面活性剂向该聚合物膜施加表面处理以使得该膜为表面亲水的。

相比之下，由于陶瓷材料具有高的亲水性从而不容易被污物塞入，陶瓷过滤器具有可避免堵塞的优点。陶瓷过滤器的膜表面平滑并且可容易清洁。

然而，由于在水中存在污物，难以完全抑制堵塞。仍然需要改进、例如膜清洁工艺的改进。

在使用陶瓷膜的膜生物反应器(MBR)的情况下，通过在停止过滤期间进行空气冲洗和化学清洁来抑制堵塞。

做了各种尝试来抑制膜堵塞。特别地，使膜的表面电荷与污物的表面电荷相同是有效的。这导致堵塞的抑制和能量消耗的减少等等(例如参见专利文献1和2)。

例如，专利文献1公开了：在使用过滤器从水性悬浮液移除细颗粒的情况下，考虑到表面电荷，通过将二氧化钛涂层施加到该过滤器的多孔支撑体来抑制堵塞。

专利文献2公开了：在加压型PVDF(聚偏氟乙烯)超过滤膜模块的操作期间，通过根据ζ电势的测量值控制该膜的带负电荷的表面来抑制堵塞。

专利文献3至5公开了施加二氧化硅、二氧化钛和氧化锆等，已知它们对于抑制陶瓷过滤器的堵塞是有效的。

专利文献3公开了一种陶瓷过滤器，其具有基材(多孔支撑体)、中间层和膜层。该膜层包含陶瓷粉末和5-25质量％的无机粘合剂例如粘土、高岭石、二氧化钛溶胶和二氧化硅溶胶或玻璃料(颗粒尺寸小于1μm)。二氧化钛溶胶或二氧化硅溶胶是二氧化钛(TiO₂)或二氧化硅(SiO₂)纳米尺寸颗粒在水中的分散液。

专利文献4公开了一种具有多层结构的陶瓷过滤器，其中通过使用二氧化硅溶胶在多孔基材(多孔支撑体)上形成膜层。使用MF(微过滤)膜或UF(超过滤)膜作为多孔支撑体。

专利文献5公开了一种陶瓷过滤器，其具有在多孔基材(多孔支撑体)上形成的多孔陶瓷膜层。该膜层由氧化锆颗粒形成并且具有1μm或更小的表面粗糙度Ra。

当使用可抑制堵塞的金属氧化物作为用于在多孔陶瓷基材(多孔支撑体)上形成膜层的浆料的主成分时，由于该膜层和多孔支撑体之间的收缩量和收缩速率的差异，在烧结期间容易产生裂纹和针孔。这样的膜缺陷随着膜层厚度的增加而更容易产生。

金属氧化物可为二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、氧化铁、氧化钨等、这些化合物的混合物、或金属氧化物复合物例如铝硅酸盐或钛硅酸盐(处于溶胶或粉末形式)。

鉴于上述背景做出本发明。本发明提供了陶瓷过滤器，其具有表面改性的膜层，而在该膜层中不产生裂纹和针孔。

参考文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开号2002-136969

专利文献2:日本专利公开号2010-227836

专利文献3:日本专利公开号2001-260117

专利文献4:日本专利公开号2012-40549

专利文献5:日本专利公开号2007-254222

专利文献6:日本专利公开号S63-274407

专利文献7:日本专利公开号H07-41318

专利文献8:日本专利公开号H06-329412

专利文献9:日本专利公开号H06-316407

专利文献10:日本专利公开号2000-290015

专利文献11:国际专利公开号WO 2007/000916

专利文献12:日本专利公开号2006-335635

专利文献13:日本专利公开号2006-182604

专利文献14:日本专利公开号2004-131346

发明内容