水處理用管式膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理用膜領(lǐng)域，具體說(shuō)是水處理用管式膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜技術(shù)是當(dāng)代新型高效分離技術(shù)，是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，它具有高效、節(jié)能、過(guò)程易控制、操作方便、環(huán)境友好、易與其他技術(shù)集成等優(yōu)點(diǎn)。膜技術(shù)已廣泛而有效的應(yīng)用于能源、電子、石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、生化、環(huán)境、食品等領(lǐng)域，形成了新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前，應(yīng)用在膜技術(shù)中比較廣泛的是無(wú)機(jī)膜，其相對(duì)于有機(jī)膜具有耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。管式無(wú)機(jī)膜一般采用支撐體增加膜的機(jī)械強(qiáng)度，而分離層則是膜技術(shù)的核心部分。在分離層采用溶膠-凝膠法制備時(shí)溶膠是分離層的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)。現(xiàn)有的管式膜由于工藝不夠合理，且溶膠很不穩(wěn)定，致使成膜不夠均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供工藝簡(jiǎn)單、成膜均勻的水處理用管式膜的制備方法。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:水處理用管式膜的制備方法，其包括以下步驟:
(1)制備支撐體:以氧化鋁粉為骨料，加入碳化硅晶須、造孔劑、助燒劑和水混合成漿料后研磨，再對(duì)漿料陳化、烘干，然后加入增塑劑和水再次研磨，接著通過(guò)管模成型、烘干，然后燒結(jié)、清洗，得到管式支撐體；
(2)制備溶膠:將研磨好的異丙醇鋁加入熱的去離子水中進(jìn)行磁力攪拌，再分批加入硝酸，攪拌至溶液澄清透明，然后加入分散劑和消泡劑攪拌均勻，得到溶膠，再陳化溶膠；
(3)涂覆:將支撐體外表面粘貼一層密封膜，再將支撐體浸入陳化的溶膠中，然后向上提拉出溶膠液面，使支撐體內(nèi)表面涂覆一層液態(tài)膜；
(4)凝膠化:除去密封膜，再將涂有液態(tài)膜的支撐體放置于含有水蒸氣的氣氛中繼續(xù)成膜，使液態(tài)膜轉(zhuǎn)變成凝膠膜；
(5)清洗、干燥:清洗管式支撐體的外表面，然后采用分級(jí)干燥法對(duì)凝膠膜干燥；
(6)燒結(jié):對(duì)干燥的凝膠膜燒結(jié)。
[0005]作為優(yōu)選，所述碳化硅晶須通過(guò)預(yù)處理后再混合，預(yù)處理過(guò)程為:首先將晶須氧化除碳處理，再用氫氟酸和鹽酸的混合物進(jìn)行酸處理，然后用去離子水清洗，最后烘干。
[0006]作為優(yōu)選，所述造孔劑為淀粉，助燒劑為高嶺土；氧化鋁粉與碳化硅晶須的質(zhì)量比為1: (0.5-0.7);所述淀粉占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的8% -12% ;所述高嶺土占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的15% —25%。
[0007]作為優(yōu)選，陳化是在自然條件下放置24h，然后放入烘箱進(jìn)行烘干；所述增塑劑為羥丙基甲基纖維素，加入量占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的1% —2 %。作為優(yōu)選，成型壓力為8MPa—12 MPa，燒結(jié)時(shí)首先在200°C —800°C的溫度下進(jìn)行，升溫速率為(6— 7)°C /min ;然后在800°C —1250°C的溫度下進(jìn)行，升溫速率為(3 — 4) V /min ;最后在1250°C下恒溫2ho
[0008]作為優(yōu)選，異丙醇鋁與去離子水的摩爾比為1: (95-105)，去離子水的溫度為80°C -90°C，硝酸濃度為1.65mol/L,其與異丙醇鋁的摩爾比為(0.15-0.3):1，硝酸均分三次加入，每次間隔時(shí)間為lh。
[0009]作為優(yōu)選，所述分散劑為Disponer_W511，加入量為溶液質(zhì)量的0.15%—0.3% ;所述消泡劑為DeformW-0506，加入量為溶液質(zhì)量的0.02%—0.04%。
[0010]作為優(yōu)選，涂覆時(shí)的提拉速度為5—15cm/ min。
[0011]作為優(yōu)選，干燥時(shí)先在80°C溫度下初步干燥lOmin，然后降溫至50°C干燥20min，再降至室溫干燥lOmin。
[0012]作為優(yōu)選，燒結(jié)時(shí)以2—3°C /min的升溫速率升至600°C，燒結(jié)時(shí)間3 — 4h。
[0013]從上可知，由于碳化硅晶須具有高強(qiáng)度、高硬度、高模量等優(yōu)點(diǎn)，其添加至氧化鋁的骨料中，不僅可增加支撐體的韌性，而且使得支撐體的孔徑分布更加均勻，從而提高支撐體的性能；本方法通過(guò)控制水解溫度和去離子水的用量，可使得制備較為穩(wěn)定的溶膠；同時(shí)，在溶膠中加入適當(dāng)?shù)姆稚┖拖輨┯兄诟纳迫苣z與支撐體表面的潤(rùn)濕性，提高成膜質(zhì)量，可避免出現(xiàn)裂紋；加之采用分級(jí)干燥法可獲得均勻透明的且無(wú)裂紋的干凝膠膜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明的水處理用管式膜的制備方法:
首先，以氧化鋁粉為骨料，加入碳化硅晶須、造孔劑、助燒劑和水混合成漿料后研磨；碳化硅晶須通過(guò)預(yù)處理后再混合，其預(yù)處理過(guò)程為:首先將晶須氧化除碳處理，防止碳化硅晶須被大量氧化，氧化溫度一般在600°C左右，時(shí)間約5h，這樣可完全脫除晶須中所含的碳；由于氧化脫碳后產(chǎn)物中的雜質(zhì)主要是二氧化硅，其屬于酸性氧化物，與一般酸類不起反應(yīng)，但是能夠與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，而氫氟酸對(duì)碳化硅卻沒(méi)有影響，另外晶須中還含有少量其他金屬氧化物，因此用氫氟酸和鹽酸的混合物進(jìn)行酸處理，氫氟酸與鹽酸的體積比宜采用3:1，可靜置24小時(shí)，期間多次用塑料棒攪拌以使反應(yīng)進(jìn)行完全；由于采用氫氟酸和鹽酸混合物進(jìn)行浸泡，所以要用漏斗和濾紙進(jìn)行過(guò)濾或者自然沉淀的方法進(jìn)行晶須和水的分離，并用去離子水多次清洗，直至清洗水的pH值接近中性；處理后的晶須應(yīng)在烘箱內(nèi)烘干后再加入氧化鋁粉中。
[0015]實(shí)施過(guò)程中氧化鋁粉與碳化硅晶須的質(zhì)量比宜采用1:(0.5 — 0.7)，其中造孔劑為淀粉，助燒劑為高嶺土，淀粉占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的8% —12%，高嶺土占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的15% —25%。陳化是在自然條件下放置24h，然后放入烘箱進(jìn)行烘干，隨后加入增塑劑和水再次研磨，增塑劑為羥丙基甲基纖維素，加入量占氧化鋁粉與碳化硅晶須總質(zhì)量的1% —2%。
[0016]利用管模模壓成型的操作簡(jiǎn)單，成型壓力以8MPa-12 MPa為宜，成型后用電烘箱干燥，其優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)置干燥溫度，升溫均勻，效果好。采用馬弗爐燒結(jié)，為了防止低溫煅燒時(shí)水分脫除過(guò)快可能產(chǎn)生的開(kāi)裂和變形，同時(shí)使得坯體內(nèi)部發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)在2000C -800°C的溫度下進(jìn)行，升溫速率采用(6 — 7) V /min ;為了防止收縮過(guò)快而開(kāi)裂，爾后應(yīng)在800°C —1250°C的溫度下進(jìn)行，升溫速率為(3 — 4) V /min，再在1250°C下恒溫約2h，然后關(guān)閉電源，使其自然冷卻后取出支撐體。由于燒結(jié)過(guò)程會(huì)在表面產(chǎn)生一些粉狀物質(zhì)，必須對(duì)其進(jìn)行清洗，通常是采用酸洗對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)處理，然后干燥，即得管式支撐體。
[0017]接著，將異丙醇鋁用研磨機(jī)磨細(xì)，再將異丙醇鋁加入熱的去離子水中進(jìn)行磁力攪拌；異丙醇鋁與去離子水的摩爾比為1:(95—105);去離子水的溫度為80°C--90°C，可以利用水浴加熱的方法維持去離子水的溫度然后，用硝酸作為膠溶劑，均分三批加入硝酸，每次間隔時(shí)間約lh，再攪拌至溶液澄清透明。用硝酸作膠溶劑時(shí)生成的溶膠透明度高，且不易析出沉淀。由于硝酸的加入量不同，將導(dǎo)致溶液的pH值不同，從而對(duì)Sol-Gel過(guò)程和最終形成的氧化鋁溶膠產(chǎn)生影響。硝酸的加入量過(guò)低或過(guò)高，會(huì)造成粒子的沉淀，造成粒子團(tuán)聚。本方法采用的硝酸濃度為1.65mol/L,其與異丙醇鋁的摩爾比為(0.15 —0.3): 1，這樣生成的氧化鋁溶膠穩(wěn)定、透明；再加入0.15%—0.3%的Disponer-W511分散劑和0.02%—0.04%的DeformW-0506消泡劑，并攪拌均勻，待用。只有支撐體表面與溶膠有較好的潤(rùn)濕性，才能確保涂膜的均勻性和干燥過(guò)程的穩(wěn)定性。否則，溶膠在支撐體表面難于鋪展，或在凝膠膜的干燥過(guò)程中形成局部缺陷。因此，在溶膠中加入適當(dāng)?shù)姆稚┯兄诟纳迫苣z與支撐體表面的潤(rùn)濕性。同時(shí)，由于攪拌回流會(huì)產(chǎn)生很多氣泡，在涂膜時(shí)，氣泡阻礙溶膠和支撐體的濕潤(rùn)，通過(guò)添加消泡劑抑制氣泡的產(chǎn)生。制備的溶膠須經(jīng)2— 3個(gè)月的老化處理，易于在支撐體上成膜。老化過(guò)程使溶膠的理化性能更趨均勻穩(wěn)定，從而提高成膜質(zhì)量。
[0018]將支撐體的外表面粘貼一層密封膜，包括管體的外徑表面及兩端面，只有管體內(nèi)徑不粘密封膜，這樣一方面可保證管式支撐體內(nèi)表面可涂覆分離層，另一方面可避免外表涂覆分離層。在實(shí)施過(guò)程中，將包覆有密封膜的支撐體浸入上述溶膠中，再將支撐體以5—15cm/min的速度向上提拉出溶膠液面，這時(shí)支撐體上內(nèi)表面就會(huì)覆蓋一層均勻的液態(tài)膜。除去支撐體外表面的密封膜，將涂有液態(tài)膜的支撐體放置于含有水蒸氣的氣氛中，繼續(xù)進(jìn)行成膜過(guò)程中的水解和聚合反應(yīng)從而轉(zhuǎn)變成凝膠膜。
[0019]然后清洗除去密封膜時(shí)留下的殘余物質(zhì)，再分級(jí)干燥。干燥過(guò)程就是除去濕凝膠中的殘余水分、有機(jī)基團(tuán)和有機(jī)溶劑。干凝膠膜的最終結(jié)構(gòu)取決于溶膠開(kāi)始形成濕凝膠膜的結(jié)構(gòu)，干凝膠膜實(shí)質(zhì)是收縮了的或形狀改變了的濕凝膠膜。而先在80°C溫度下初步干燥lOmin，然后降溫至50°C干燥20min，再降至室溫干燥1min的分級(jí)干燥法則可獲得均勾透明的且無(wú)裂紋的干凝膠膜。如一直在80°C或50°C進(jìn)行干燥，雖然避免了大的結(jié)晶物生成，但因干燥過(guò)快，膜表面與內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生不均勻收縮，易使薄膜開(kāi)裂。
[0020]最后，對(duì)干燥的