一种陶瓷膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷膜，包括重量百分比的原料：粉煤灰50‑80％；河道底泥：15‑40％；成孔剂5‑10％。制备方法：将粉煤灰、河道底泥和成孔剂按重量比混合；然后将混合物研磨均匀，用压片机压成薄片后在马弗炉中高温烧结一段时间，即形成孔径在0.01μm到10μm之间的陶瓷膜。本发明专利技术可一次烧结完成，其选择废料粉煤灰作为主要原料，大大节约了陶瓷膜的制造成本；组分中的河道底泥亦为廉价易得的废料，同时还可以作为粘合剂有利于粉煤灰与成孔剂相互粘合，可提高陶瓷膜的柔韧性能，烧结后还可以形成陶瓷膜需要的孔隙结构，其制得的陶瓷膜力学强度可与金属氧化物陶瓷膜相媲美，除油率均高于99％，具有较佳的分离和过滤效果。

Ceramic membrane and preparation method thereof

The present invention provides a ceramic membrane, including raw materials of weight percentage: fly ash 50 80%; river sediment 15 40%; pore forming agent 5 10%. Preparation method: fly ash, river sediment and pore-forming agent are mixed according to weight ratio; then the mixture is grinded evenly, pressed into thin sheets by tablet press and sintered at high temperature in muffle furnace for a period of time, that is, ceramic film with pore size between 0.01 and 10 micron is formed. The invention can be sintered in one time, and the waste fly ash is selected as the main raw material, which greatly saves the manufacturing cost of the ceramic membrane; the river sediment in the composition is also a cheap and easy-to-get waste, and it can also be used as an adhesive to facilitate the adhesion between fly ash and pore forming agent, thereby improving the flexibility of the ceramic membrane and returning after sintering. The mechanical strength of the ceramic membrane is comparable to that of the metal oxide ceramic membrane, and the oil removal rate is higher than 99%. It has better separation and filtration effect.

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷膜及其制备方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种用于分离、过滤处理的陶瓷膜及其制备方法。
技术介绍
目前，已经工业化的陶瓷膜产品主要为SiO2，Al2O3，TiO2和ZrO2陶瓷膜，是以不同规格的SiO2，Al2O3，TiO2和ZrO2等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。现有技术中商品化的陶瓷膜通常具有三层结构，分别为分离层、过渡层和支撑层，分离层起筛分作用，过渡层的存在是为了避免分离层的颗粒被水冲入支撑层，而支撑层在使用过程中为分离层提供机械强度。因此，陶瓷膜的制备过程通常要进行三次烧结，复杂的制备过程使陶瓷膜制备成本较高。陶瓷膜可根据孔径尺寸分为微滤陶瓷膜和超滤陶瓷膜。其缺点为原材料价格昂贵，烧结温度高(通常为1300度以上)，不适用于强酸强碱等苛刻环境。现有研究集中于以廉价矿物和工业废物如莫来石，高岭土，矾土矿等为原材料代替原始氧化物材料来降低制备成本。但以传统金属氧化物为原料的陶瓷膜的力学强度为大于50MPa，而以固废或者矿物为原料制备的陶瓷膜的力学强度却通常低于30MPa，难以达到目前分离过滤过程中环境条件的要求和处理效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种以粉煤灰为主要原料，制备过程简单、成本低廉且分离、力学强度好和过滤性能较佳的陶瓷膜。本专利技术提供的陶瓷膜，包括下述重量百分比的原料：粉煤灰50-80％；河道底泥：15-40％；成孔剂5-10％。作为上述原料的优选，所述成孔剂选用CaCO3、淀粉、石墨或尼龙，进一步优选为CaCO3。作为上述原料配比的优选，所述粉煤灰为60-70％；所述河道底泥为20-30％；所述成孔剂为5-10％。进一步优选所述粉煤灰为67％；所述河道底泥为26％；所述成孔剂为7％。本专利技术选择粉煤灰作为主要原料，是以工厂加工时的废料为原料，既价格低廉，又达到了废物回收利用的目的，可大大节约陶瓷膜的制造成本。组分中配比适量的河道底泥和成孔剂辅佐，既有利于陶瓷膜的构建成型，同时，引入的河道底泥也是非常廉价易得的废料，既具有许多与粉煤灰可共同构建陶瓷膜的主要成分，不会向陶瓷膜中引入其他杂质，同时还可以作为粘合剂有利于粉煤灰与成孔剂相互粘合，可提高陶瓷膜的柔韧性能，而且河道底泥中的有机成分在高温烧结后可转变为水蒸气和二氧化碳，易于形成陶瓷膜所需的孔隙结构。本专利技术可最大限度地在废物再利用的基础之上进一步降低制备成本，其制得的陶瓷膜力学强度在50MPa到65MPa之间，最高可达71.46MPa，除油率在99％以上，具有较佳的分离和过滤效果。本专利技术还提供了上述陶瓷膜的制备方法，包括下述步骤：将粉煤灰、河道底泥和成孔剂按重量比混合；将粉煤灰、河道底泥和成孔剂混合物研磨均匀，然后用压片机压成薄片；将薄片在马弗炉中以1000-1200℃的高温烧结一段时间，形成孔径在0.01μm到10μm之间的陶瓷膜。上述陶瓷膜的制备步骤中，可在所述粉煤灰、河道底泥和成孔剂混合物中加入乙醇，然后研磨至均匀。上述陶瓷膜的制备步骤中，将所述薄片在马弗炉中以4-6℃/min的升温速率高温烧结2-4小时。本专利技术提供的上述陶瓷膜的制备方法，只需一次烧结即可制得孔径在0.01μm到10μm之间的陶瓷膜的陶瓷膜，较之于现有技术的三层结构及三次烧结工艺，本专利技术工艺步骤非常简单，且烧结温度低于现有技术的烧结温度，成本低廉，易于实现，其制备的陶瓷膜具有较好的分离过滤性能，在石油、化学及食品工业领域具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的陶瓷膜的SEM照片；图2为市售的陶瓷膜的SEM照片。为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的陶瓷膜，包括下述重量百分比的原料：粉煤灰50-80％；河道底泥：15-40％；成孔剂5-10％。上述原料的配比中，较优的配比可选择为：所述粉煤灰为60-70％；所述河道底泥为20-30％；所述成孔剂为5-10％。最优配比可选择为：所述粉煤灰为67％；所述河道底泥为26％；所述成孔剂为7％。本专利技术提供的陶瓷膜原料中，所述的粉煤灰为工厂加工时的废物，但其中的主要成分SiO2和Al2O3(约70％)是制备陶瓷膜的主要原料，且粉煤灰具有疏松多孔的特性，可增大陶瓷膜的渗透通量，而粉煤灰原料中的其他成分CaO、Fe2O3、MgO、TiO2等金属氧化物，可在高温烧结过程中与SiO2和Al2O3反应生成多种矿物，留存在陶瓷膜中，可加强陶瓷膜的密度和抗弯强度。如CaO，其反应式为：Al2O3+2SiO2+CaO→CaO·Al2O3·2SiO2另外，粉煤灰中还有少量有机物，可在高温烧结中分解成水蒸气和二氧化碳挥发，自动形成少量孔隙结构(见表一粉煤灰烧失量指标)。本专利技术提供的陶瓷膜原料中，所述的成孔剂选用的CaCO3、淀粉、聚合物微球或尼龙，在陶瓷膜体系中分散性好，可使制备的陶瓷膜获得尺寸较小且均匀的孔隙，具有较佳的分离过滤性能，且较之于其他用于成孔的化合物成本更低。其中优选的CaCO3为无机物，在陶瓷膜的无机体系中，不仅可保证制备后的陶瓷膜具有形态和尺寸非常均匀的孔洞结构，还能保证陶瓷膜表面致密平滑，分离过滤性能更好，可进一步提高陶瓷膜品质。本专利技术提供的陶瓷膜原料中，所述的河道底泥采用河道清淤处理的底泥，主要成分为SiO2和Al2O3，具有与粉煤灰相同的主要成分，亦为制备传统陶瓷膜的材料组分，可参与陶瓷膜的构建成型。同时，河道底泥还可以作为粘合剂，其水溶性好，能有效将粉煤灰和成孔剂有效结合在一起，具有较佳的分散性性能，结合粉煤灰可使制备的陶瓷膜厚度均匀，耐磨性好，成本也更低。进一步地，河道底泥中还含有很多在高温下可以被分解成H2O和CO2的有机物，其高温时会自动分解成气体，从而形成陶瓷膜需要的孔隙结构，即河道底泥还可以参与陶瓷膜孔隙的构建(见表一河道底泥的成分及烧失量)，综合性能较高。因此，本专利技术选用河道底泥还可以有效利用污泥资源，变废为宝，既降低了制造成本，又为解决河道底泥处置、保护环境做出了积极的贡献。表一：原材料的主要成分及烧失量(LOI)上述表一提供的数据展示了粉煤灰和河道底泥的主要成分及在105-110℃干燥后失去的重量百分比。原料烧失量(LOI)表征原料受热而进行物理蒸发或化学分解释放出来的气态产物(如H2O，CO2等)和有机质含量的多少。从表一可以看到，本申请中，粉煤灰和河道底泥具有较多相同的组分，这些都是构建陶瓷膜的主要原料。同时，河道底泥具有一定的烧失量(LOI:14.91wt％)，而烧失量是其在陶瓷膜的制备中具有大量孔隙结构的决定因素。因此，本申请组分中河道底泥还具有一定的成孔性能，结合成孔剂的加入，能够满足陶瓷膜孔隙条件，使之具有较好的分离过滤的性能。进一步地，由于河道底泥也为废料，较之于其他用于粘合的化合物成本更低，是对河道底泥处置利用的一项重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷膜，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：粉煤灰50‑80％；河道底泥：15‑40％；成孔剂5‑10％。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷膜，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：粉煤灰50-80％；河道底泥：15-40％；成孔剂5-10％。2.如权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述成孔剂选用CaCO3、淀粉、石墨或尼龙。3.如权利要求2所述的一种陶瓷膜，其特征在于，所述成孔剂优选为CaCO3。4.如权利要求1-3任一项所述的一种陶瓷膜，其特征在于，所述粉煤灰为60-70％；所述河道底泥为20-30％；所述成孔剂为5-10％。5.如权利要求4所述的一种陶瓷膜，其特征在于，所述粉煤灰为67％；所述河道底泥为26％；所述成孔剂为7％。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐圆圆，王子铱，梁琨，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44