[发明专利]一种硅藻土基片状陶瓷膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程类，具体涉及一种硅藻土基片状陶瓷膜的制备方法及参数确定，以及在富营养化水体中的应用。

背景技术

目前，用于制备微孔陶瓷膜的材料很多，如高硅质硅酸盐材料（主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其它耐酸的合成陶瓷颗粒为集料），具有耐水性、耐酸性，但受材质所限使用温度较低；铝硅酸盐材料（以耐火黏土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石质颗粒为集料），使用温度可达1000℃；堇青石、钛酸铝材料，因材质的热膨胀系数小，特别适用于抗热冲击的环境；硅藻土质材料（主要以精选硅藻土为原料），因硅藻土具有过滤及吸附性能，故以硅藻土为主要材料，制备处理水的微孔陶瓷膜具有好的工业前景。

公开号为CN102260068A、名称为“具有吸附和截留功能的陶瓷膜的制备方法”的专利文献公开了一种用凹凸棒土与去离子水混合为原料制备陶瓷膜的方法，其缺陷是：该膜的清水通量小，抗压强度低，工业应用价值低。公开号为CN102389719A、名称为“一种碳化硅陶瓷膜支撑体及其制备方法”的专利文献公开了一种用碳化硅粉体与溶剂、粘结剂、增塑剂、造孔剂等体混合制备陶瓷膜的方法，其缺陷是：混合材料复杂，生坯还需脱水脱脂煅烧，操作复杂。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提出一种清水通量大、分离性能好、孔隙率高、操作简单、价格低廉的硅藻土基片状陶瓷膜。

本发明的另一目的是提出硅藻土陶瓷膜的制备方法，以及陶瓷膜最佳参数的确定。

本发明的硅藻土基片状陶瓷膜是一种以硅藻土为主要原料的微滤陶瓷膜，通过添加沸石作助烧剂、淀粉作造孔剂从而制得高通量，高孔隙率的陶瓷膜；陶瓷膜的各组分比例按重量计分别为：硅藻土70％～94％，天然沸石0.5％～5％，淀粉5％～25％。

所述硅藻土基片状陶瓷膜的制备方法，是把配方量的硅藻精土、沸石和淀粉，与去离子水混合后，放入球磨罐中，控制球磨机转速为220r/min，运行6～7h；将混合物料烘干，干磨后的原料粉体中加入少许去离子水，粉体稍有粘性后过10～80目筛，陈化24h后，颗粒级配；再将粒状物料放入模具中，用压力机在模具中5～40MPa下加压成型；将成型后的模坯放入烘箱中，在105℃烘干去除其中水分；最后将模坯放入马弗炉中，进行烧结，烧结温度900～1200℃，制得平板状陶瓷膜。

硅藻土基片状陶瓷膜具体的制备步骤如下：

（1）混合粉体：将500目硅藻土，可溶性淀粉和20目沸石颗粒按重量比混合，放入玛瑙球磨罐中（其中磨球、原料、去离子水的体积比为1.5：1：l），球磨机内220r/min下湿磨6～7h；将湿磨后的原料放入烘箱中65℃烘干后，放入球磨机中干磨成粉体。

（2）造粒：将干磨后的原料粉体加入去离子水，去离子水：粉体=（1～3）：20（重量比），粉体稍有粘性后过10～80目筛；干燥陈化24h后，颗粒级配，得10～80目粉粒。

（3）模压成型：将粒料加入到自制钢制模具中，通过正压和反压使粉料受力相对均匀，在5~40MPa将其压成片状，并将片状膜坯放入105℃干燥箱中干燥24h。

（4）烧结：压制好的陶瓷膜坯体放入马弗炉烧结，严格控制升温速率，温度低于200℃时，升温速率控制在2～3℃/min；在200～300℃时，升温速率控制在1～2℃/min；当温度达到300℃时，需在将温度保温在300℃约2～3h；在300～900℃时，升温速率控制在3～6℃/min；在900～1100℃时升温速率控制在1～2℃/min；当温度达到1100℃时保温30min。

硅藻土基片状陶瓷膜最佳参数的确定是采用正交分析法，通过考察正交分析实验制得的片状陶瓷膜的清水通量、耐酸性、耐碱性和抗压强度确定最佳材料配比及工艺条件。

本发明所采用的硅藻土本身具有多孔结构，且具有大的比表面积，从而大大提高了微滤陶瓷膜的孔隙率，并且淀粉作为造孔剂效果也非常好。

本发明采用了来源广泛的工业级产品或天然产品，采用硅藻土、沸石、淀粉等常用的原料为制备原料，价格低廉，制备方式简单易行。

本发明采用的造料方法比湿磨后直接手工造粒的方法方便，且造粒更均匀，颗粒级配后压成的膜坯更平整，膜的通量也更高。

本发明制备的硅藻土微滤陶瓷膜在0.05~0.09MPa过滤压力下对富营化水体进行处理，通过筛分、架桥、吸附等作用将水体中的Chl-a去除，保障了水体的安全。

附图说明

图1是硅藻土基片状陶瓷膜水处理前的断面扫描电镜照片。