[实用新型]一种改变催化剂负载状态的平板催化陶瓷膜的成型设备

说明书

本实用新型公开了一种改变催化剂负载状态的平板催化陶瓷膜的成型设备，其包括实心不锈钢方柱，所述实心不锈钢方柱的上下两侧围有中间不锈钢隔层，所述实心不锈钢方柱与所述中间不锈钢隔层之间形成支撑层成型区；所述中间不锈钢隔层的上下两侧围有不锈钢外壳，所述不锈钢外壳与中间不锈钢隔层之间形成分离层成型区；所述分离层成型区的一侧设置有分离层材料进口，所述支撑层成型区的一侧设置有支撑层材料进口；所述支撑层成型区的另一侧设置有平板膜坯体出口。本实用新型的成型装置，将承担主要分离和催化功能的膜层与承担辅助催化功能的支撑体一次成型，然后通过烧结工艺，将两者一次烧制成型，保证了催化剂的机械稳定性。

技术领域

本实用新型涉及一种改变催化剂负载状态的平板催化陶瓷膜的成型设备。

背景技术

陶瓷膜在水处理中的研究越来越多，随着国产化进程的加快和成本的降低，其在水处理中的应用前景非常广阔。与当前广泛使用的有机膜相比，陶瓷膜具有很高的机械强度和化学稳定性，因此运行过程中可采用较高的通量，但是较高的通量下容易导致严重的膜污染，特别是有机物造成的膜污染，常规的反冲洗工艺难以完全将其控制。因此控制膜污染成为陶瓷膜推广应用的主要障碍之一。当前常见的做法为：基于陶瓷膜优良的化学稳定性，与臭氧等氧化剂直接接触，组成臭氧陶瓷膜集成工艺，既可改善污染物去除效果，又能减少膜污染，增加膜通量(郭建宁，陶瓷膜及其集成工艺处理微污染饮用水的研究，清华大学，2013；范小江，臭氧/陶瓷膜集成工艺处理微污染原水研究，清华大学，2015)。集成工艺的特点在与将臭氧氧化与膜过滤组合，但是目前的陶瓷膜大多为α-氧化铝材质，其臭氧的催化氧化效果较弱，未能充分发挥臭氧的催化氧化功能。

为了发挥臭氧的催化氧化功能，提高膜工艺对有机物的去除效率和控制膜污染，有研究将陶瓷膜改性，使其具有催化功能。通过臭氧分解生成的羟基自由基氧化有机物。不仅能减少原水中的消毒副产物前体物，还可降低膜出水中有机物的可生化性，抑制微生物繁殖等。目前对陶瓷膜的催化功能改性主要通过在陶瓷膜上负载具有催化功能的材料，如铁氧化物、锰氧化物和钛氧化物等。改性工艺通常是将钛、钯、铂、镍等活性组分通过表面浸渍、离子交换和化学沉积等方法负载在膜的表面上或浸入膜孔内，膜与催化活性组分一起构成催化剂，膜起到分离和催化剂载体的作用。改性后的催化陶瓷膜与常规催化剂相比具有如下特点：催化剂固定化，实现非均相催化氧化；催化剂成为膜的一部分，在起到分离作用的同时，通过微孔效应，强迫臭氧与催化剂和污染物接触，增加了反应速率；催化剂的固定化使工艺的运行和维护成本降低，工艺更加紧凑，节约了空间成本。

针对目前陶瓷膜材料催化功能较弱的问题，出现了将锰、钛、钯、铁、铷、锌、铈等金属负载到氧化铝陶瓷膜表面的改性研究，同时也出现了此方面的诸多专利。经调研整理，发现关于催化陶瓷膜制备和成型的相关专利有：

1)一种制备催化膜的装置及方法(申请公布号CN102274757A)，属于膜设备领域，其核心是将催化剂的盐溶液通过负压抽吸浸渍的方法，使催化剂负载到膜孔内和膜表面，还原后获得均匀的催化膜，问题是催化剂未经烧结，其机械稳定性很可能存在问题；

2)MnO2-TiO2石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法(申请公布号CN102728348A)，属于气体脱硝领域，其核心是制备无机陶瓷膜体后，采用浸渍法将 MnO2-TiO2石墨烯负载于膜表面，然后进行烧结。制备的陶瓷膜从化学稳定性和机械稳定性方面均不适合水处理领域；

3)一种用于水处理无机催化膜的改性方法(申请公布号CN103495345A)，属于水处理领域，其核心是采用浸渍法或激光沉积法将催化剂负载于膜表面，未经烧结工艺；

4)一种臭氧催化功能陶瓷膜及其制备方法和循环涂覆装置(申请公布号CN104841292A)，属于膜材料制备技术领域，其核心是，通过逐层浸渍涂膜的方法在膜面制备催化涂层，然后经烧结工艺将催化剂负载于膜面。此方法所形成的催化剂与膜仍分为两个部分，在水处理的反冲洗和化学清洗工艺中，催化剂可能存在不稳定性，而且需要两次烧结工艺，能耗较高；