一种微孔膜膜孔径的表征方法技术

本发明专利技术涉及一种微孔膜膜孔径的表征方法，该方法包括的步骤如下：(1)人工调制正态粒径分布的球形SiO2微球，将其配置成10wt％悬浊液；(2)微孔膜过滤此悬浊液，模拟原水实验；(3)采用激光粒度仪对过滤前后滤液中粒子分布进行测试；(4)对过滤后SiO2粒径分布数据进行拟合换算；(5)最后对滤液进行干燥处理，过滤前后粉末质量变化来辅助的表征。本发明专利技术不同于常规的泡点法、压汞法和电镜照片法，具有更接近实际使用性能评价、使用耗材成本低、对环境和测试者良好、测试速度简洁快速和实验结果形象科学等优点，非常适合大批量多种类膜测试，有利于膜产品的推广。

【技术实现步骤摘要】
一种微孔膜膜孔径的表征方法
本专利技术涉及水处理领域，具体而言是一种微孔膜膜孔径的表征方法。
技术介绍
随着我国工业化，人口城市化和人民生活水平的快速提高，用水量不断增加，与之相伴的污水排放量也与日俱增，未经处理的污水未达标排放和水资源的粗犷使用导致各类水资源的短缺，一旦发生水资源危机可能严重制约我国社会和经济的可持续发展。积极开展各类污水处理和水再生利用是解决水资源危机的技术和经济对策之一。污水治理过程中由于各类污染源的不同，导致其处理方式千差万别。其中膜分离技术由于具有高效稳定、过程简单、易于控制等特点，在水处理中的应用受到广泛关注。膜分离技术应用于给水领域能够保证出水水质稳定，出水生物稳定性好，减少混凝剂和消毒剂投入量，具体可以采取直接过滤和膜组合工艺。比如采用在线混凝-超滤组合工艺处理微污染地表水，CODMn的平均去除率达到33％，水质优于直接超滤工艺(崔俊华等，《基于在线混凝-超滤组合工艺的微污染地表水处理》，《河北工程大学学报(自然科学版)》，2011，28(1)：52-56)；采用曝气生物滤塔、超滤膜组件和调节池系统，即曝气生物滤池-超滤组合工艺处理含嗅味物质的原水，可以同时去除水中天然有机物、致嗅物质2-甲基异冰片和土臭素(Geosmin)，出水水质良好，而且消毒剂的投加量明显减少，降低了消毒副产物的生成(文湘华，杨宁宁，刘文君等，《一种去除微污染水中天然有机物和致嗅物质的系统及方法》ZL201010608630.9)。应用于废水的膜工艺诸如膜与生物处理组合、二级处理出水膜过滤工艺、膜与物化方法组合三大类。依托膜分离技术本质是精密过滤技术。目前比较常见的是微孔膜，用特种纤维素或高分子聚合物及无机材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水能够过滤微米级(μm)或纳米级(nm)的微粒和细菌。微滤膜的规格目前多达十多种，孔径0.025-14μm，膜的种类有：混合纤维素酯微孔滤膜，硝酸纤维素滤膜，聚偏氟乙烯滤膜，醋酸纤维素滤膜，再生纤维素滤膜，聚酰滤膜，聚四氟乙烯滤膜以及聚氯乙烯滤膜等(金熙等《工业水处理技术问答》第四版，P89)。微孔膜使用过程中出现的问题主要是膜污染导致寿命的降低和膜分离的效果，同时这两者往往是相互联系制约的，其中膜孔堵塞(指污染物结晶、沉淀、吸附于膜孔内部，造成膜孔不同程度的堵塞)通常比较难以去除，一般认为是不可逆的。因此，膜材料的表征方法中膜孔径的表征是非常重要的指标。膜的孔径是有一定的范围的，膜的分离效果不仅与孔径有关还与压力、膜材料、分离物质、介质有关。微滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同，通过电镜观察认为，微孔滤膜的截留作用大体可分为：1)机械截留作用；2)物理作用或吸附截留作用；3)架桥作用；4)网络内部截留作用。由此可见，对超滤-微滤膜的截留作用来说，机械作用固然重要，但微粒等杂质与孔壁之间的相互作用有时较其孔径的大小显得更为重要。这些的性能机械截留作用，物理作用或吸附截留作用是属于在膜的使用中最常用到的性能，一旦工业化工程上这些膜，必然要求对膜分离(过滤)性能掌握明确(许振良等，《超滤-微滤膜过滤传质理论的研究进展》，《膜科学与技术》，2008，28(4)：1-8)，有利于后期膜组件的优选搭配。此外提高微滤膜材料的抗污染性，对微滤膜进行改性是目前研究的热点。改性方法较多，包括在原有的膜材料上进行共混改性、表面化学改性、辐照接枝和新型无机-有机膜杂化改性等。膜材料对膜的物化结构、机械强度和分离性能有重要的影响。制造膜的材料种类较多，每种材料所要制造的膜的孔径及膜的性能都需要进行测量。目前膜孔径的测定方法有许多如直接测定法--如用扫描电镜和透射电镜。电子显微镜表征膜的孔径，孔径分布及膜的形态结构，制样至关重要。湿膜样品要经过脱水、蒸镀、复型等处理，这种方法可能会使膜造成一定的破坏。还有的方法是间接测量法，如泡点法(美国材料与实验协会ASTM，F316-03(2011))它则需要假设膜孔截面为圆形，其原理为当气体充满液体的空膜时，若气体的的压力与膜孔内液体的界面张力相等，则孔内的气体逸出，即可得泡点压力与膜孔径之间的关系。其的不好之处在于泡点压力对应膜的最大孔径，实测时若膜未被液体完全湿润则就会产生误差。还有一种间接测量的方法为汞注入法，该方法是把汞注入干膜中，并在不同的压力下测定汞的体积，压力和孔径的关系满足Laplace方程，该方法的不足之处在于设备造价比较高，测定的压力也比较的高，而且由于所需测试的压力大，会引起试样变形而使得结果不真实，并且实验中使用液态汞，相对不够安全环保。
技术实现思路
为了克服现有的孔径分析仪与实践结果偏移较大，其他如电镜等测试方法设备昂贵复杂或者压汞仪的相对不够安全环保，我们提出了一种微孔膜膜孔径的表征方法，该方法具有更接近实际使用性能评价、使用耗材成本低、对环境和测试者良好、测试速度简洁快速、实验结果形象科学等优点。为了实现上述的目的，本专利技术的制备思路：首先配置一定浓度的含球型SiO2微米球的悬浊液，其中SiO2的粒径分布进行人工调制，然后选取测试的微孔膜或者复合微孔膜甚至膜组件进行常压(或者加压)过滤，接着对过滤前后的悬浊液进行激光粒度测试，对过滤后SiO2粒径分布数据进行拟合换算，从而了解SiO2粒径分布前后对比来表征微孔膜的性能，最后对滤液进行干燥处理，过滤前后粉末质量变化来辅助的表征。本专利技术使用的耗材均是对环境相对友好的自来水和SiO2微球，而SiO2作为常见的浊度测试对象和自然界污水中常见的矿物质，来模拟污水(原水)中各类无机盐类对于微孔膜的堵塞作用，比以往的泡点法和压汞法更接近工程实践。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种微孔膜膜孔径的表征方法，该方法包括的步骤如下：(1)人工调制正态粒径分布的球形SiO2微球，将其配置成10wt％悬浊液；(2)微孔膜过滤此悬浊液，模拟原水实验；(3)采用激光粒度仪对过滤前后滤液中粒子分布进行测试；(4)对过滤后SiO2粒径分布数据进行拟合换算并绘图；(5)最后对滤液进行干燥处理，过滤前后粉末质量变化来辅助的表征。上述的SiO2微球来自于市购，采购的粒径d50有10、15、20、25、30、35、40、45和50μm，并且具有相应的球形度要求，Wadell球形度≥0.92；采购的商家有湖州华飞硅微粉有限公司，苏州知益微球科技有限公司，西安瑞禧生物科技有限公司，中科雷鸣(北京)科技有限公司和南京捷纳思新材料有限公司等。作为优选，SiO2微球必须进行抗硅酸胶体化处理及热处理，将特定中位粒径的SiO2放入马弗炉中，从常温经过60分钟升到500℃，在经过30分钟升到600℃，维持600℃2小时，最后自然降温。作为选优，人工调制粒径分布的方法是采用正态分数函数，分别取不同中位粒径和质量的SiO2：10μm的SiO21份、15μm的SiO24份、20μm的SiO220份、25μm的SiO260份、30μm的SiO280份、35μm的SiO260份、40μm的SiO220份、45μm的SiO24份和50μm的SiO21份。作为优选，模拟原水测试微孔膜过滤实验中，可以进行加压过滤，1.5-2个大气压。作为优选，过滤粒径分布数据进行拟合换算并绘图，具体做法：(1)横坐标X列为粒径尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微孔膜膜孔径的表征方法，该方法包括的步骤如下：(1)人工调制正态粒径分布的球形SiO2微球，将其配置成10wt％悬浊液；(2)微孔膜过滤此悬浊液，模拟原水实验；(3)采用激光粒度仪对过滤前后滤液中粒子分布进行测试；(4)对过滤后SiO2粒径分布数据进行拟合换算并绘图；(5)最后对滤液进行干燥处理，过滤前后粉末质量变化来辅助的表征。

【技术特征摘要】
1.一种微孔膜膜孔径的表征方法，该方法包括的步骤如下：(1)人工调制正态粒径分布的球形SiO2微球，将其配置成10wt％悬浊液；(2)微孔膜过滤此悬浊液，模拟原水实验；(3)采用激光粒度仪对过滤前后滤液中粒子分布进行测试；(4)对过滤后SiO2粒径分布数据进行拟合换算并绘图；(5)最后对滤液进行干燥处理，过滤前后粉末质量变化来辅助的表征。2.如权利要求1所述的SiO2微球，具有相应的球形度要求，Wadell球形度≥0.92，SiO2微球必须进行抗硅酸胶体化处理及热处理，从常温经过60分钟升到500℃，在经过30分钟升到600℃，维持600℃2小时，最后自然降温。3.如权利要求2所述的SiO2微球粒径分布进行了人工调制，采用正态分数函数，分别取不同中位粒径和质量比例的SiO2：10μm的SiO21份、15μm的SiO24份、20μm的SiO220份、25μm的SiO260份、30μm的SiO280份、35μm的SiO260份、40μm的SiO220份、45μm的SiO24份和50μm的SiO21份。4.如权利要求1所述的粒径分布数据进行拟合换算并绘图，具体做法：(1)横坐标X列为粒径尺寸数据，纵坐标Y列为粒径尺寸所对应的微粒所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海锋，揭余晨，王贝贝，刘明亮，蔡争怡，
申请(专利权)人：湖州师范学院求真学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33