[发明专利]一种非对称式固废基陶瓷催化膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种非对称式固废基陶瓷催化膜及其制备方法与应用。非对称式固废基陶瓷催化膜包括底部支撑体、中间高精分离膜层和顶部催化膜层；所述支撑体由包含高铝粉煤灰和/或气化渣与石材废料在内的原料通过挤压成型和烧结得到；所述高精分离膜层由包含高铝粉煤灰和石材废料在内的原料经过喷涂成型和烧结得到；所述催化膜层由包含高炉渣、拜耳法赤泥、钢渣和锰渣在内的原料经过喷涂成型和烧结得到，该陶瓷催化膜原料成本低，物理性能良好，且具备催化功能，可实现对印染废水中COD的有效去除。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷催化膜，具体涉及一种非对称式固废基陶瓷催化膜，还涉及其制备方法和陶瓷催化膜在降解有机废水中的应用，属于新材料技术领域。

背景技术

陶瓷膜作为解决“水问题”的重要途径之一，已逐渐成为膜法水处理行业的发展重点。目前，制备陶瓷平板膜原料多为氧化铝，但氧化铝本身价格高，导致原料成本高，另一方面以氧化铝烧成陶瓷平板膜需要的烧成温度高，导致烧成成本高。正是由于现有陶瓷平板膜有原料成本高及烧成能耗高等不足，所以产品价格高，市场竞争力不足，成本问题限制了陶瓷膜的进一步发展。

同时，陶瓷膜应用技术发展的另一大障碍是膜污染。研究表明，可溶性微生物产物(SMPs)、胞外聚合物(EPS)和一些微生物是造成膜污染的主要原因，微生物细胞粘附在膜表面形成菌落，最终形成生物膜，已形成的生物膜即使使用杀菌剂也很难去除。这些污染物在膜孔和膜表面的吸附、堵塞或积聚会降低膜过滤效率，增加运行成本。物理方法主要是去除可逆污垢，而化学清洗是去除不可逆污垢的有效方法。通过加入各种各样的氧化剂，产生羟基自由基和硫酸根自由基等活性氧组分可分解EPS和细菌细胞，释放/分解胞内物质，缓解膜污染。

膜催化技术是将膜技术应用于催化反应领域，结合了催化剂的膜分离和自由基对有机污染物的催化分解，利用表面催化剂的高催化活性和高亲水性去除污染物，有效地避免催化剂难以回收而引起的水体二次污染情况，是一种很有前景的用于处理水体中难降解有机物的方法。目前，针对水中难降解有机物催化膜的构建研究主要集中在光催化膜技术上，但是光催化技术完全依赖于光源，在实际废水处理中很难实现应用。高级氧化技术与光催化技术相比，不需要光源的刺激，在催化剂和氧化剂存在的条件下，就能实现对有机污染物有效地去除。

然而，大部分高级氧化-催化膜为对称式膜，其抗压强度往往很低，冲洗和反冲洗能力差，循环利用效果不理想。与对称型陶瓷膜相比，非对称型的陶瓷膜强度大，不易破裂。非对称型的担载膜通常由三层膜结构构成：第一层为多孔载体，即支撑体层，主要是为了保证陶瓷膜具有足够的机械强度，同时支撑体层有相对大的孔径和较高的孔隙率，减少流体输送的阻力，提高流体的渗透通量；第二层为过渡层，即中间层，中间过渡层是介于多孔支撑体层和分离层之间的结构，防止催化活性层制备过程中颗粒渗入到支撑体层，由于中间过渡层的存在，支撑体层的孔径应制备得较大，从而降低物质输运的阻力；第三层为催化层，可以通过多种方法负载于多孔支撑体或过渡层上。

。国内外利用固体废弃物的资源属性，制备了各种建筑材料，但是固废原料中含有丰富的过渡金属元素或催化成分，其作为建筑材料的原料不能得到最大价值的利用。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种非对称式固废基陶瓷催化膜，该陶瓷催化膜不但具有高级氧化催化功能，而且物理性能优良，弯曲强度可达32～35MPa，气孔率为30～35％，支撑体平均孔径为1.5～2μm，膜板平均孔径为80～100nm，满足有机废水的处理使用要求。

本发明的第二个目的是在于提供一种非对称式固废基陶瓷催化膜的制备方法，该方法以固废作为主要原料，成本低，且烧结温度较低，能耗低，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种非对称式固废基陶瓷催化膜在催化过氧化氢和柠檬酸降解有机废水方面的应用，该陶瓷催化膜能够催化过氧化氢和柠檬酸对有机废水进行高级氧化，对选矿废水、印染废水等都具有较好的催化氧化降解作用。