一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜及其制备方法技术

一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜及其制备方法，该分离膜以核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液以及制铝工业提取氧化铝时排出的污染性赤泥废渣制备成多孔陶瓷，同时利用氟硅烷进行修饰得到多孔陶瓷油水分离膜。以分离膜质量为基准，赤泥废渣的质量百分含量为55％～65％，核桃壳粉料的质量百分含量为15％～20％，秸秆纤维的质量百分含量为5％～10％，氧化锌的质量百分含量为5％～10％，成型剂溶液的质量百分含量为10％，氟硅烷的质量百分含量为1％～3％。将赤泥废渣、核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料和成型剂溶液经粉碎、配料、造粒、成型、煅烧等工艺制备成多孔陶瓷，同时利用氟硅烷进行修饰得到一种绿色低成本的油水分离膜。本发明专利技术分离膜不仅能够实现赤泥、核桃壳和秸秆纤维三种废弃物的资源化利用，彻底解决赤泥废渣中的重金属污染，而且具有单向水渗透功能，对重油的分离效率达到99％以上，具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜及其制备方法
本专利技术提供一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜及其制备方法，属废弃产品资源化利用和环境新材料领域。
技术介绍
中国作为世界第一大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达上亿吨。赤泥的露天堆放作为目前氧化铝生产企业的主要处置方式，其处置成本约占氧化铝产品产值的5％，同时赤泥也没有得到任何有效的利用。赤泥主要化学元素有钙、硅、铝、铁、钠、钛和少量的镁、钾、硫，也有极微量的锰、锌、铜、铬、铅重金属元素，堆存过程中如产生渗漏进入地下水、地表水等水体，可形成沉淀物、悬浮物、可溶物，造成重金属污染，水体的pH值上升等不良生态影响。目前，堆存量不断增大的赤泥所造成的经济和环境问题，已使赤泥综合利用成为铝工产业发展过程中一项亟需解决的难题。专利CN201810204108.0公开的以赤泥作为一种矿物原料，将其应用于砂土地层注浆加固等领域。这种处置方式虽然能够解决赤泥的批量应用问题，但经济价值较低，同时并不能解决注浆材料遇水渗透出重金属污染的问题。专利CN201310407079.5公开的以赤泥为原料制备赤泥基聚合物光分离膜，进行光催化分解水制氢。虽然能够解决赤泥原料的完全利用，但分离膜每次使用后都需再次分离，且制氢速率较低。专利CN201510802366.5公开的以赤泥为原料制备得到一种赤泥基铁系分离膜，并将其应用于甲烷裂解制氢。此种方法虽然能够充分利用赤泥中具有催化及助催化功能的矿物组成，但制备分离膜时不仅需要对赤泥进行酸溶处理，会造成二次污染，因此无法解决赤泥的规模化应用问题。因此，赤泥废渣的处置不仅需要提高规模化利用的经济价值，同时还需要考虑到赤泥废渣中的重金属污染以及制备分离膜时的二次污染问题。与此同时，我国作为农业大国，每年可生成7亿多吨秸秆，成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”，而农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。因此，提高稻和麦等农作物秸秆的综合开发利用及其利用率对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展具有重要意义。另外，核桃壳粉料作为水质净化过滤材料，目前广泛应用于油田、化工、制革等工业污水处理及城市给水排水工程。但核桃壳粉料作为过滤材料使用次数有限，其过滤性能降低后依然会产生大量的固体废弃物。因此，提高核桃壳粉料的资源利用价值和彻底解决其固体废弃物污染成为一项具有重要研究意义的课题。日趋紧张的地球自然资源以及越来越恶劣的环境给人们敲响了警钟。水环境体系作为地球的重要组成部分，现如今正被频发的石油泄漏和随意排放的生产生活污水所破坏。为了有效的处理已经发生的污染以及合理处置油水废液，人们做了大量的工作，随着膜技术的不断发展人们现在更加倾向于采用油水分离膜过滤的方式来处理这一类环境问题。特殊浸润性的膜材料在油水分离领域，具有分离效率高、分离过程中膜通量高的优点。随着膜技术，人们将特殊浸润性的膜材应用到了油水分离中，进一步提高了油水分离的效率。并且，人们已经将特殊浸润性的油水分离膜的适用范围扩展到了不同种类的油水乳状液的破乳分离中。目前，大多数的油水分离膜材料只能单向的截油滤水或者截水滤油，部分可以实现双向分离的膜也都操作复杂，制备成本较高，因此，一种新的简单的高效无障碍油水分离膜的制备技术显得尤为重要。鉴于国内具有大量赤泥废渣、秸秆和核桃壳粉料，同时缺乏先进的安全处置和高附加值资源化技术问题，本专利技术创新性地提出利用核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液、赤泥废渣以及氟硅烷制备成油水分离膜，从根本上解决大批量赤泥废渣、秸秆和核桃壳粉料的处置问题，并实现其高附加值资源化利用。主要依据是：赤泥废渣中多数氧化物表面含有羟基，具有超强的亲水性，添加适量氧化锌粉料，利用赤泥废渣中活性组分与氧化锌的协同作用，提高分离膜性能。而赤泥废渣制备成多孔陶瓷后，重金属离子会被固定于陶瓷分离膜内部，使用过程中不会造成重金属二次污染问题，同时加入秸秆纤维和核桃壳粉料改善多孔陶瓷内部的孔道结构，提高陶瓷孔隙率，从而提高分离效率，氟硅烷对多孔陶瓷表面的修饰可以阻止重油通过。本专利技术的成功应用不仅会彻底解决赤泥废渣、秸秆和核桃壳粉料的安全处置问题，同时作为分离膜也能解决重油与水的分离问题，从而带来巨大的经济、环保和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜，本专利技术的另一目的是提供上述分离膜的制备方法。本专利技术将赤泥废渣、核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液以及氟硅烷制备成油水分离膜，核桃壳粉料和秸秆纤维的加入主要是改善多孔陶瓷内部的孔道结构，提高陶瓷孔隙率，从而提高多孔陶瓷分离膜的分离效率；另一方面，赤泥废渣中多数氧化物具有亲水性，添加适量氧化锌粉料，利用赤泥废渣中活性组分与氧化锌的协同作用，提高分离膜性能。以赤泥废渣为主要原料，添加核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料和成型剂溶液，同时利用氟硅烷进行修饰得到多孔陶瓷油水分离膜，目的是彻底实效地解决赤泥废渣、秸秆和核桃壳粉料的处理和高附加值资源化利用，同时解决重油和水的分离问题。根据本专利技术的一方面，提供一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜，以核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液以及赤泥废渣制备成多孔陶瓷，同时利用氟硅烷进行修饰得到多孔陶瓷油水分离膜；以分离膜质量为基准，赤泥废渣的质量百分含量为55％～65％，核桃壳粉料的质量百分含量为15％～20％，秸秆纤维的质量百分含量为5％～10％，氧化锌的质量百分含量为5％～10％，成型剂溶液的质量百分含量为10％，氟硅烷的质量百分含量为1％～3％。优选的，所述成型剂溶液为质量分数为7％的聚乙烯醇溶液；所述赤泥废渣为制铝工业提取氧化铝时排出的污染性赤泥，粒度为0.106-0.150mm，所述的氟硅烷为十七氟癸基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一种。优选的，所述核桃壳粉料的粒度为0.250-0.425mm；所述氧化锌粉料的粒度为0.106-0.150mm；所述秸秆纤维为稻或麦秸秆，长度为5mm以下。上述的赤泥废渣对所有厂商产生的赤泥废渣都适用。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述分离膜的制备方法，其具体步骤为：(1)原料粉碎将赤泥废渣和氧化锌粉料分别经球磨机粉碎后，过100～140目标准筛(0.106-0.150mm)均化备用；将核桃壳粉料经破碎机粉碎，过40～60目标准筛(0.250-0.425mm)均化备用；将稻或麦的秸秆经破碎机粉碎，得到长度为5mm以下的秸秆纤维；(2)配料与造粒依次称取步骤(1)过筛后的原料粉体搅拌均匀，然后称取成型剂溶液和适量去离子水，混合研磨造粒，其中成型剂溶液与去离子水的质量比为1：1；(3)成型与煅烧将造粒后的泥料挤出成型，制得陶瓷坯体后置于马弗炉中煅烧，得到多孔陶瓷；(4)表面修饰将氟硅烷加入到敞口的玻璃容器中，再将步骤(3)得到的多孔陶瓷的单面浸渍于玻璃容器中，室温下浸渍5min～10min后取出，得到具有单向水渗透功能的油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜，其特征在于：该分离膜以核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液以及赤泥废渣制备成多孔陶瓷，同时利用氟硅烷进行修饰得到多孔陶瓷油水分离膜；/n其中：赤泥：核桃壳粉料：秸秆纤维：氧化锌粉料：成型剂溶液：氟硅烷之间的质量比为55～65：15～20：5～10：5～10：10：1～3；/n所述成型剂溶液为质量分数为7％的聚乙烯醇溶液；所述赤泥废渣为制铝工业提取氧化铝时排出的污染性赤泥，粒度为0.106-0.150mm，所述氟硅烷为十七氟癸基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种以赤泥废渣为原料的多孔陶瓷油水分离膜，其特征在于：该分离膜以核桃壳粉料、秸秆纤维、氧化锌粉料、成型剂溶液以及赤泥废渣制备成多孔陶瓷，同时利用氟硅烷进行修饰得到多孔陶瓷油水分离膜；
其中：赤泥：核桃壳粉料：秸秆纤维：氧化锌粉料：成型剂溶液：氟硅烷之间的质量比为55～65：15～20：5～10：5～10：10：1～3；
所述成型剂溶液为质量分数为7％的聚乙烯醇溶液；所述赤泥废渣为制铝工业提取氧化铝时排出的污染性赤泥，粒度为0.106-0.150mm，所述氟硅烷为十七氟癸基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一种。


2.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于：所述核桃壳粉料的粒度为0.250-0.425mm；所述氧化锌粉料的粒度为0.106-0.150mm；所述秸秆纤维为稻或麦秸秆，长度为5mm以下。


3.根据权利要求1至2任意权利要求所述的分离膜的制备方法，该分离膜是通过如下方法制备得到：
(1)原料粉碎
将赤泥废渣和氧化锌粉料分别经球磨机粉碎后，过100～140目标准筛均化备用；将核桃壳粉料经破碎机粉碎，过40～60目标准筛均化备用；将稻或麦的秸秆经破碎机粉碎，得到长度为5mm以下的秸秆纤维；
(2)配料与造粒
依次称取步骤(1)过筛后的原料粉体搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学涛，刘俊逸，
申请(专利权)人：湖北第二师范学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42