[发明专利]一种粉煤灰-氧化铝双层复合微滤膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种粉煤灰‑氧化铝双层复合微滤膜的制备方法，首先通过调整粉煤灰载体的烧结温度、有机物的添加量来制备高性能的粉煤灰载体，为后续的陶瓷膜提供很好的机械强度；其次通过将高纯氧化铝粉体，分散剂和增稠剂配置成稳定的制膜液，涂覆在粉煤灰载体上，经过热处理过程，制备出了双层粉煤灰‑氧化铝双层复合膜，提供较高的分离精度。该工艺不仅合理利用了粉煤灰，保护了环境，降低了陶瓷膜的制备成本，在乳化含油废水中展现出很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰-氧化铝双层复合微滤膜的制备，属于膜材料制备领域和水处理领域。

背景技术

陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度大、抗微生物能力强、耐高温、孔径分布窄等一系列优点，应用领域已拓展至环境、生化、食品等方面，且发展极其迅速，其技术和产业逐步在膜领域中占据重要角色.

限制陶瓷膜应用的最大问题是成本问题,如何降低陶瓷膜的应用成本，提高应用过程的综合效益成为陶瓷膜领域关注的核心问题。陶瓷膜的成本主要来源于两个方面，一方面是原料成本，另一方面是烧结能耗，由于陶瓷膜是典型的非对称结构膜，这种结构的陶瓷膜需要经过重复的“涂膜-烘干-烧结”过程，这势必会增加陶瓷膜的烧结能耗。针对上述问题，部分研究者致力于选择便宜的陶瓷膜原料制备陶瓷膜。Zhu等[Water Res,2016,90:277-285]采用固体废弃物粉煤灰作为陶瓷膜载体，制备了低成本陶瓷载体，并在油水分离过程中得到了很好的应用，该工作大幅度降低了陶瓷膜的制备成本。选用低成本的原料制备陶瓷膜不仅可以降低陶瓷膜材料的原料成本，并且由于原料中成分复杂，比如粉煤灰中含有K₂O,Na₂O,CaO等物质，本身就可以作为烧结助剂，降低陶瓷膜的烧结温度。

CN 108178658 A公开了一种以工业废渣粉煤灰为主要原料，以粉煤灰、拟薄水铝石、二氧化钛为主要原料，烧结制备钛酸铝-莫来石复合多孔陶瓷材料。CN 107115768A公开了一种粉煤灰为主要原料的烟气脱水陶瓷膜制备方法，以粉煤灰、高岭土、环糊精为主要原料，制备了粉煤灰基载体。一般制备的粉煤灰载体由于其平均孔径分布宽，分离精度低，继续在载体上涂覆精度更高的微滤膜变得很困难。Zou(Ceram.Int.2018)通过采用纤维和氧化铝的混合浆料，在大孔径载体上制备了一层纤维膜，继而在纤维膜上制备了一层孔径更小的氧化铝微滤膜，该方法至少要通过涂覆2步浆料才能在大孔径载体上制备小孔径微滤膜。

发明内容

本发明的目的是提出一种粉煤灰-氧化铝双层复合微滤膜的制备方法，低成本的粉煤灰由于其很好的烧结性能，将其作为陶瓷载体；通过调整制膜液中氧化铝和增稠剂的固含量来控制制膜液的粘度，继而在陶瓷载体上涂覆一层完整氧化铝微滤膜，避免了严重的内渗现象，使得该微滤膜具有更高的分离精度。

本发明的技术方案为：一种低成本粉煤灰-氧化铝双层复合微滤膜的制备方法，其具体步骤如下：A.将分级后的粉煤灰中加入粘结剂，经过混料、炼泥、造粒后，挤出成型，然后将成型的陶瓷生坯热处理，制备得陶瓷载体；B.将一定粒径的氧化铝粉体、分散剂和增稠剂在超声作用下制备得微滤膜制膜液，将制膜液浸浆涂覆在步骤A制得的陶瓷载体上，经过干燥、烧结过程，得到粉煤灰-氧化铝双层复合膜。

优选所述的分级后的粉煤灰为过100-1000目筛的粉煤灰。优选所述的粘结剂为甘油、聚乙烯醇或甲基纤维素中的一种或者多种；其中粘结剂的添加质量占粉煤灰总质量的2％-10％。

优选挤出的生坯载体的外径为12-16mm，内径为8-10mm。

优选步骤A中陶瓷生坯的热处理过程是：在温度为70-120℃条件下进行烘干，烘干时间是12-36h；烧结温度控制在1050℃-1200℃，保温时间是0.5-5h，升温和降温速率控制在2-5℃/min。

优选氧化铝粉体的粒径在300-1000nm之间；增稠剂为甲基纤维素、聚乙烯醇或聚乙二醇中的一种或者多种；分散剂为硝酸、硫酸或盐酸中的一种。