一种油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜的制备方法与流程

1.本发明属于微滤膜技术领域，具体涉及一种油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜的制备方法。


背景技术：

2.工业生产以及日常生活中都会产生大量的含油废水，含油废水成为一种常见的污染源，含油废水若不经过处理直接排放会破坏水资源，污染土壤，直接威胁人类的健康。随着人类对环境安全要求的不断提高，含油废水的分离获得越来越广泛的关注。含油废水分离技术分为化学法、生物法和物理法等。其中化学法包括絮凝法、氧化法、盐析法；生物法包括活性污泥法和生物膜法；物理法有浮选法、吸附法、膜分离法。在处理油水分离时，膜分离法由于无相变，不需添加任何试剂、能耗低和效率高等优势得到工业上的广泛推广。
3.陶瓷膜又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，是无机膜中的一种，属于膜分离技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。陶瓷膜具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄、分离效率高等优点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用，尤其在处理含油废水方面有许多优势，但是陶瓷膜在处理含油废水时容易受污染，从而降低了陶瓷膜性能，因此对陶瓷膜进行改性降低油污染成为研究者关注的热点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜的制备方法。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)将球形氧化铝和纳米烧结助剂置于ro水中，剪切分散，获得球形氧化铝分散液；纳米烧结助剂为纳米氧化钛、纳米氧化铈、纳米氧化镁或纳米氧化锆；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为9-11wt％，纳米烧结助剂的含量为1-3wt％；
8.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入增稠剂和致孔剂，充分混合后，再加入有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；增稠剂为纤维素、甲基纤维素或羟乙基纤维素，致孔剂为聚乙烯醇或甘油；涂膜液中，增稠剂的含量为3-5wt％，致孔剂的含量为1-3wt％，有机硅消泡剂kh550的含量为0.008-0.012wt％；
9.(3)在管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，再经干燥和煅烧后，制得氧化铝微滤膜；
10.(4)将氯氧化锆和尿素以1∶4-6的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液中，接着于175-185℃进行水热反应9-11h，然后用
清水冲洗，再经干燥和烧结后，制得油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
11.在本发明的一个优选实施方案中，所述球形氧化铝的粒径为0.5-1μm。
12.在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米烧结助剂为纳米氧化锆。
13.在本发明的一个优选实施方案中，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
14.在本发明的一个优选实施方案中，所述致孔剂为聚乙烯醇。
15.在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米烧结助剂为纳米氧化锆，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述致孔剂为聚乙烯醇。
16.在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中的干燥为：于室温以1-3℃/min的速度升温至80-120℃后保温干燥2-5h。
17.进一步优选的，所述步骤(3)的煅烧为：从所述保温干燥的温度以1-5℃/min的速度升温至1200-1300℃，保温煅烧2-5h后自然冷却。
18.在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中，氯氧化锆在混合溶液中的浓度为0.1-0.5mol/l。
19.在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的煅烧的温度为590-610℃。
20.本发明的有益效果是：
21.1、本发明选择特定球形氧化铝作为原料，再经过原位反应对陶瓷微滤膜进行改性，将纳米粒子均匀分散到陶瓷微滤膜层上，提高膜层的亲水性能，提高膜层的抗污染能力。
22.2、本发明将制备的膜层浸泡在氯氧化锆的碱性溶液中，通过水热反应在氧化铝粒子上覆盖一层氧化锆涂层，纳米涂层能够提高膜层的亲水性能，从而提高膜层的纯水通量。在处理2g/l的油水时，油水通量为160lhm，提高50％-70％。
附图说明
23.图1为本发明实施例1制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
24.以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
25.实施例1
26.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
27.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
28.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
29.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.1mol/l，尿素的浓度为0.4mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和
600℃烧结2h后，制得如图1所示的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
30.在0.1mpa和25℃条件下，本实施例制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜在处理浓度为2g/u的油水时，油水通量为160lhm，截留率超过99％。
31.实施例2
32.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
33.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
34.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
35.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.1mol/l，尿素的浓度为0.5mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
36.在0.1mpa和25℃条件下，本实施例制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为155lhm，截留率超过99％。
37.实施例3
38.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20m)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
39.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
40.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
41.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.1mol/l，尿素的浓度为0.6mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
42.在0.1mpa和25℃条件下，本实施例制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为158lhm，截留率超过99％。。
43.实施例4
44.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
45.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
46.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
47.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.3mol/l，尿素的浓度为1.2mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
48.在0.1mpa和25℃条件下，本实施例制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为170lhm，截留率超过99％。
49.实施例5
50.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
51.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
52.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
53.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.5mol/l，尿素的浓度为2mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜。
54.在0.1mpa和25℃条件下，本实施例制得的油水分离球形氧化铝陶瓷微滤膜在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为152lhm，截留率超过99％。
55.对比例1
56.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
57.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
58.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得对比膜1；
59.在0.1mpa和25℃条件下，本对比例制得的对比膜1在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为105lhm，截留率超过99％。
60.对比例2
61.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
62.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
63.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
64.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.6mol/l，尿素的浓度为2.4mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得对比膜2。
65.在0.1mpa和25℃条件下，本对比例制得的对比膜2在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为133lhm，截留率超过99％。
66.对比例3
67.(1)将粒径为0.8μm的球形氧化铝和纳米氧化锆(粒径20nm)置于ro水中，剪切分散15min，获得球形氧化铝分散液；球形氧化铝分散液中，球形氧化铝的含量为10wt％，纳米烧结助剂的含量为1wt％；
68.(2)在步骤(1)所得的球形氧化铝分散液中加入2wt％的聚乙烯醇和3wt％的羟乙基纤维素，充分混合后，再加入0.01wt％的有机硅消泡剂kh550，获得涂膜液；
69.(3)在平均孔径为3-5μm的管状多孔陶瓷膜支撑体上浸涂上述涂膜液，然后于室温以3℃/min的速度升温至120℃后保温干燥5h，再以3℃/min的速度升温至1250℃，保温烧结3h，自然冷却，制得氧化铝微滤膜管；
70.(4)将氯氧化锆和尿素的摩尔比溶解于水中，获得混合溶液(氯氧化锆的浓度为0.05mol/l，尿素的浓度为0.2mol/l)，将步骤(3)制得的氧化铝微滤膜浸泡在上述混合溶液(位于水热反应釜)中，接着置于180℃烘箱进行水热反应10h，然后用清水冲洗，再经干燥和600℃烧结2h后，制得对比膜3。
71.在0.1mpa和25℃条件下，本对比例制得的对比膜3在处理浓度为2g/l的油水时，油水通量为113lhm，截留率超过99％。
72.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。