[发明专利]一种低成本高渗透性的晶须状陶瓷膜制备及其应用

说明书

一种低成本高渗透性的晶须状陶瓷膜制备及其应用，其属于高渗透性膜制备的技术领域。该方法中添加氧化钨形成晶须结构陶瓷膜，它具有更低的莫来石形成温度，极大降低了烧结成本；具有更高的孔隙率而机械强度和较好的机械强度，提高了渗透性能；具有更粗糙的表面，有效地增强了膜的浸润性，在油水分离过程中具有更大的抗油污染能力。制备过程中通过采用相转化法或挤出成型法，可以分别得到中空纤维状、管状或中空平板状，大尺寸管状或平板状的晶须结构莫来石陶瓷膜，可用于大规模的工业应用。对于油水分离（如高浓度、高酸碱环境及复杂的含油废水等）晶须状莫来石陶瓷膜均表现出稳定的高渗透通量及高油截留率，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种低成本高渗透通量晶须状的陶瓷膜的制备及其水处理应用技术，特别提供了降低膜制备成本的同时，增加渗透性及抗污染性的膜制备方法。通过相转化/挤出成型-高温烧结法一步成型制备各种结构的晶须状莫来石陶瓷膜，包括中空纤维状、管状或中空平板状晶须状莫来石陶瓷膜，大尺寸管状或平板状的晶须结构莫来石陶瓷膜，可进一步用于大规模的工业应用。在较低的烧结温度下形成了稳定的莫来石相，极大地降低了膜制备成本。同时，由于形成的晶须互锁结构及增大的粗糙度，该膜具有更高的渗透性及抗油污染能力，在各种条件的油水分离过程中均表现出良好的渗透性及抗污染性，膜应用策略也可以扩展至其他水处理或更多先进的微滤膜分离应用。

背景技术

随着工业化进程的加快，含油废水产生于各种生活和工业过程，如石油和天然气、食品和饮料、金属加工等，一旦排放到土壤和水体时，对我们的生态环境构成重大威胁。现有的传统分离技术如重力或离心分离、混凝、吸附、浮选等，更适合于处理常见的悬浮油或分散油。膜分离技术由于其高效的分离性能、条件温和以及无污染等优点，已经被用来处理具有挑战性的稳定的油水乳化液的分离，尤其对于一些高浓度、极端酸碱性和成分复杂的含油废水。目前用于油水分离的一些先进无机陶瓷膜，大多存在成本高昂、不充分的渗透性及膜污染等问题。因此，一些低成本的原材料替代品逐步被提出；同时，很多研究通过引入造孔剂等方法增强水渗透性，但也往往不可避免地造成膜的其它性能如机械强度、油截留率等的衰减；另外，通过在膜表面引入一些超亲水性的纳米层来增强陶瓷膜的表面亲水性，可以进一步提高膜的抗油污染能力，但其也存在制备过程复杂繁冗、纳米层的脱落等问题。

目前大多数制备晶须状莫来石陶瓷膜会考虑AlF₃、MoO₃、V₂O₅和Al(OH)₃等粉末作为添加剂，但是AlF₃在高温烧结过程中会生成有害气体（AlF₃、AlOF和F），在使用时要格外小心，需要采用密闭的烧结环境以避免其渗出，不适合制作大尺寸的样品，因此有必要采取一种更加经济环保的制膜方法。

发明内容

综合考虑以上问题，在传统颗粒堆积的陶瓷膜结构基础上，进行合理巧妙的设计制备得到具有独特晶须状结构的莫来石陶瓷膜，表现出高度多孔的晶须互锁结构，实现了渗透性能的提高。尤其是其表面粗糙度的增加，大大提升了其亲水能力以及水下疏油能力，在油水分离过程中有望展现出抗油污染的性能。

本发明目的是提供一种具有低制备成本、高渗透性及高抗油污染能力的新型晶须状莫来石陶瓷膜的制备方法，并探索其在各种具有挑战性的油水分离应用性能。通过采用相转化/挤出成型-高温烧结的方法一步成型制备具有各种结构的晶须状莫来石陶瓷膜，如中空纤维状、管状或中空平板状，大尺寸管状或平板状等，实现了在较低的烧结温度下具有高渗透性和抗油污染的能力，对于众多有挑战性的含油废水类型的处理（如高浓度、高酸碱环境及复杂的实际含油废水等），可以实现较高的分离性能（高通量、高截留、低能耗）和膜再生能力。这种新颖结构的膜制备方法期望被扩展到其他大规模微滤水处理分离应用，尤其是对于一些极端环境的废水处理。

本发明的技术方案：

相转化-高温烧结制备低成本高渗透通量晶须状的陶瓷膜的制备方法，步骤如下：

（1）原材料的处理