[发明专利]一种压电陶瓷滤膜及使用装置

说明书

本发明公开了一种压电陶瓷滤膜及使用装置，其在陶瓷膜表面涂覆压电材料和添加剂的混合物经烧结制得带有压电层的压电陶瓷滤膜；或者在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂，制得含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜；将该膜用于流体分离过程中，在外接电源或在超声协同作用下，利用压电材料的压电效应和逆压电效应，迫使微粒和带电体远离陶瓷滤膜，从而达到防治陶瓷滤膜过滤孔道堵塞，实现自清洗功能以及抑制陶瓷滤膜污染的作用，显著提高陶瓷膜使用寿命；本发明制备的压电陶瓷滤膜抗污染能力强，污染物截留率高，适用面广，压电陶瓷滤膜运行装置设计合理，操作简便。

技术领域

本发明属于功能陶瓷滤膜分离技术领域，具体涉及到一种压电陶瓷滤膜及使用装置。

背景技术

陶瓷膜分离技术作为近年来一项十分先进的分离浓缩技术，陶瓷膜广泛用于环境保护、生物医药、化工制造以及能源保护等各个领域。由于陶瓷膜具有耐酸碱腐蚀、耐高温、结构稳定、孔径分布均匀、化学稳定性好、分离效率高、机械强度大等诸多优点。使得其在液体以及气体分离浓缩领域有无可替代的地位。

陶瓷膜是包含支撑体层及中间过渡层、分离层及改性分离层的两层及以上结构构成的层状复合膜，其分离层具有良好的分离截留性能，在过滤过程中起主要作用。有关无机陶瓷膜用于水处理的研究工作已广泛开展，但仍然处于工业试验阶段，难以大规模工业应用，这主要是因为陶瓷膜应用于物质分离浓缩时其分离层容易受到污染，孔道被堵塞，而分离层在过滤过程中起主要作用，被污染的陶瓷膜通量衰减、膜压差增大、截留率下降、大大缩减陶瓷膜的使用寿命。

目前，针对陶瓷膜孔道堵塞，易受污染的问题，主要是通过对分离的物质进行预处理，优化操作条件以及对陶瓷膜进行清洗来延缓陶瓷膜的污染，虽然这些措施能够起到一定的作用，但是无形中就增加了运行成本，若操作不当甚至还会降低分离浓缩效率，甚至造成二次污染。因此，通过对陶瓷膜分离层进行改性，提高陶瓷膜的抗污染性能，这也被公认为攻克膜污染的治本之法。

中国专利申请CN104128101A中提出通过掺杂适量银来对陶瓷膜分离层进行改性，制备得到具有金属-陶瓷复合结构的分离膜材料，由于水处理时，具有一定的抗菌性，尤其当基质是TiO₂时，还具有一定的光催化性和自清洗功能，从而实现抗污染性能，但是银相对昂贵，使用不当还会造成银中毒，且该陶瓷膜抗污染性能单一，实现条件苛刻，自清洗效率低下，普遍适用性不高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种自清洗压电陶瓷滤膜，该膜是在陶瓷膜表面涂覆压电材料和添加剂混合物经烧结在陶瓷膜表面形成压电层而制得带有压电层的压电陶瓷滤膜，其中上述陶瓷膜为市售膜或按常规工艺制得的陶瓷膜；

或者该膜是在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂，制得含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜；即制得在分离层和过渡层含压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜，或者制得在整个膜中含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜。

该压电陶瓷滤膜用于流体分离纯化过程中，在脉冲电流、或脉冲电流与超声共同作用下，利用压电材料的压电效应和逆压电效应，迫使微粒和带电体远离陶瓷滤膜，从而达到防止陶瓷滤膜过滤孔道堵塞，实现自清洗功能以及抑制陶瓷滤膜污染的作用。

所述在涂覆制备时，压电材料和添加剂的混合物是压电材料和添加剂按质量比4～6:1的比例混合制得，涂覆厚度为10 ～80μm，所述烧结温度为1000℃-1500℃。

所述在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂时，压电材料添加量为无机陶瓷原料质量的25～60%，添加剂添加量为无机陶瓷原料质量的5～20%。

所述压电材料为氧化锌、钛酸钡、锆钛酸铅、掺杂改性的氧化锌导电材料、掺杂改性的钛酸钡导电材料中的一种。

优选的，压电材料为纳米材料，制备得到的压电陶瓷滤膜，用于液体分离浓缩时，压电陶瓷滤膜具有抗菌效果，抗生物污染能力大大加强。