陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法.pdf

本发明公开了一种陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，包括步骤：（1）原矿加水混合搅拌酸化得浆体溶液；（2）沉降浆体溶液，过滤并将滤后的悬浮液离心分离提纯；（3）将提纯后的清液在60-900C下烧干，研磨，过400目筛；（4）向过筛后的粉末中加水碱化；（5）加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，在40～500C搅拌反应，抽滤，水洗，再用乙醇洗，离心分离；（6）离心后的滤饼在800C下烘干，研磨，过400目筛包装。在乳化油废水错流微滤时添加本发明的有机矿物质助滤剂能够有效提高陶瓷膜膜通量，稳定通量可从直接微滤的约180L/(m2·h)增加到采用有机矿物质助滤剂的约235L/(m2·h)，可提高30%。

权利要求书一种陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）向粘土原矿中加水混合搅拌均匀再向其中加入原矿质量4%‑8%的盐酸，继续搅拌20‑60分钟得浆体溶液；所述盐酸质量浓度为10%‑20%；
（2）沉降上述所得浆体溶液，过滤，再将过滤后的悬浮液离心分离；
（3）将离心分离后的清液在60‑900C下烧干，研磨烧干后的固体，过400目筛；
（4）向过筛后的粉末中加水搅匀，再加入原矿质量4%‑8%的碳酸钠溶液搅拌均匀；所述碳酸钠溶液质量浓度为10%‑30%；
（5）向步骤（4）所得溶液中加入原矿质量0.5‑1.5倍的十六烷基三甲基溴化铵溶液，在40～500C搅拌反应1‑3小时，抽滤，水洗，再用乙醇洗，离心分离；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液质量浓度为8%‑12%；
（6）离心后的滤饼烘干，研磨，过400目筛。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，向原矿加水的质量为原矿质量的5‑8倍。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，加入的盐酸质量浓度为15%，加量为原矿质量的5%。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，沉降所得浆体溶液至少20分钟。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，提纯后的清液在800C下烧干。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，向过筛后的粉末中加入原矿质量4‑6倍的水。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，加入的碳酸钠溶液质量浓度为20%，加量为原矿质量的5%。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，加入与原矿质量等量的质量浓度为10%的十六烷基三甲基溴化铵溶液。
如权利要求1所述的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，抽滤后水洗至少两次。

说明书陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法
技术领域
 本发明涉及一种陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法。
背景技术
乳化油（油水乳浊液）在金属机械加工过程中被广泛用于工具和工件的润滑和冷却，在使用过程中易混入金属碎屑、菌体等，因此使用周期非常短。此类废水主要有金属切削液、金属清洗液、冷轧液等，特点是油处于乳化状态，粒子直径通常低于3μm，pH呈碱性，油的浓度很高，需要定期的处理。尤其是切削油，一般方法不易处理，采用陶瓷微滤膜虽有很好的截留效果，但对高浓度的油水，仍难以达到理想的处理效果。
粘土矿物是土壤的重要成分，广泛存在于各类土壤环境中，硅、铝、氧等是其最重要的元素。矿物组成中常见的阳离子有钠、钾、钙、镁等，它们存在于层间，对矿物的层状结构和表面性质有很大的影响。当矿物成分处于润湿状态，尤其是在水溶液中，由于阳离子的强烈水合作用，矿物表面覆盖有一层水膜并具有强烈的亲水性，不能有效地吸附有机污染物。通过阳离子交换反应，把矿物成分中原有的无机阳离子交换成有机阳离子，因有机阳离子的水合作用很微弱，生成的有机矿物成分具有疏水性，可大大增强粘土矿物从水中去除疏水性有机污染物的能力。
粘土原矿主要包括凹凸棒石粘土、高岭土、膨润土、海泡石粘土等，其含有SiO2， Fe2O3，MgO，Al2O3，TiO2，MnO, K2O等，其是一种含水的镁铝碳酸盐粘土矿物，它的理想结构式为：[(CH2)4 (Mg, Al,Fe)5Si8O20 (OH)2]·mH2O，其晶体结构为硅酸盐的双链结构（角闪石类）和层状结构（云母类）的过渡类型，为2:1型粘土矿物。因晶体结构中存在晶体孔道，内表面积较大，因而具有较强的吸附性能。
在实际的过滤应用中，为了提高微滤过程的膜通量和膜的截留效果，有时需要向体系中添加助滤剂，例如在用陶瓷膜错流微滤处理油田采出水时，通过向体系中加入膨润土使水中的小油滴和固体悬浮物形成絮凝状的大颗粒，进而在膜表面形成一个亲水的动态层，阻止细小油滴和悬浮颗粒进入膜孔引起污染，从而提高了膜通量；Jeffrey Mueller等在错流微滤处理含油废水时，也发现在进料中加入悬浮固体将使稳定通量值提高，并在干燥的过程中随着水蒸气进入空气中，造成二次污染，使用受到局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高陶瓷微滤膜膜通量的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法。
本发明的陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法，包括下述步骤：
（1）向粘土原矿中加水混合搅拌均匀再向其中加入原矿质量4%‑8%的盐酸，继续搅拌20‑60分钟得浆体溶液；所述盐酸质量浓度为10%‑20%；
（2）沉降上述所得浆体溶液，过滤，再将过滤后的悬浮液离心分离；
（3）将离心分离后的清液在60‑900C下烧干，研磨烧干后的固体，过400目筛；
（4）向过筛后的粉末中加水搅匀，再加入原矿质量4%‑8%的碳酸钠溶液搅拌均匀；所述碳酸钠溶液质量浓度为10%‑30%；
（5）向步骤（4）所得溶液中加入原矿质量0.5‑1.5倍的十六烷基三甲基溴化铵溶液，在40～500C搅拌反应1‑3小时，抽滤，水洗，再用乙醇洗，离心分离；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液质量浓度为8%‑12%；
（6）离心后的滤饼烘干，研磨，过400目筛。
所述步骤（1）中，向原矿加水的质量优选为原矿质量的5‑8倍。
所述步骤（1）中，加入的盐酸质量浓度优选为15%，加量优选为原矿质量的5%。
所述步骤（2）中，沉降所得浆体溶液至少20分钟为佳。
所述步骤（3）中，提纯后的清液在800C下烧干为佳。
所述步骤（4）中，向过筛后的粉末中加入原矿质量4‑6倍的水为佳。
所述步骤（4）中，加入的碳酸钠溶液质量浓度优选为20%，加量优选为原矿质量的5%。
优选的，所述步骤（5）中，加入与原矿质量等量的质量浓度为10%的十六烷基三甲基溴化铵溶液。
所述步骤（5）中，抽滤后水洗至少两次为佳。
在乳化油废水错流微滤时添加本发明的有机矿物质助滤剂能够使陶瓷膜膜通量提高，稳定通量可从直接微滤的约180L/(m2·h)增加到采用有机矿物质助滤剂的约235L/(m2·h)，可提高30%。本发明的有机矿物质助滤剂使微滤膜通量提高的原因可能为：1）有机矿物质助滤剂对废水中油粒的吸附降低了主体乳化液中的油浓度，使得膜表面沉积层、凝胶层中颗粒明显减少；2）有机矿物质助滤剂加入后使水中的细分散油和乳化油迅速凝聚、粒径增大，使得膜表面沉积层的比饼阻减小，颗粒进入膜孔的几率降低，膜孔堵塞污染减轻，渗透通量提高；3）有机矿物质助滤剂颗粒与膜表面沉积层的摩擦、冲刷，使沉积层部分腐蚀，导致沉积层孔隙率增大，过滤阻力降低，因而提高渗透通量。
 
附图说明
    图1为直接微滤乳化油废水和添加本发明有机矿物质助滤剂后微滤乳化油废水的通量衰减曲线。
具体实施方式
实施例1
（1）称取平均粒径约1μm的膨润土100kg，加入600kg水，在搅拌器中搅拌（转速600r/min）5分钟，然后加入5kg质量浓度为15%的盐酸，继续搅拌30分钟。
（2）将上述浆体沉降40分钟，然后过滤除去块状杂质，再将过滤后的悬浮液用离心机（转速2200r/min）分离提纯。
（3）经过离心机提纯后的清液在800C下烧干，烧干后的矿物固含物质研磨，过400目筛。
（4）然后向生成的粉末中加入500kg的水，再加入5kg、质量浓度20%的碳酸钠溶液继续搅拌（转速600r/min）1小时。
（5）然后加入100kg、质量浓度为10%的十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）溶液，在40～500C搅拌（转速600r/min）反应2小时，抽滤，用水洗3次，再用乙醇洗，然后用离心机离心（转速2400r/min）。
（6）离心后的滤饼在800C下烘干，研磨，过400目筛，然后分级包装。
 
实施例2
（1）称取平均粒径约1μm的高岭土100kg，加入800kg水，在搅拌器中搅拌（转速600r/min）10分钟，然后加入8kg质量浓度为20%的盐酸，继续搅拌50分钟。
（2）将上述浆体沉降30分钟，然后过滤除去块状杂质，再将过滤后的悬浮液用离心机（转速2200r/min）提纯。
（3）经过离心机提纯后的清液在700C下烧干，烧干后的矿物固含物质研磨，过400目筛。
（4）然后在生成的粉末中加入500kg的水，再加入8kg、质量浓度10%的碳酸钠溶液继续搅拌（转速600r/min）1小时。
（5）然后加入120kg、质量浓度为8%的十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）溶液，在40～500C搅拌（转速600r/min）反应2小时，抽滤，用水洗2次，再用乙醇洗，然后用离心机离心（转速2400r/min）。
（6）离心后的滤饼在800C下烘干，研磨，过400目筛，然后分级包装。
 
实施例3
（1）称取平均粒径约1μm的凹凸棒石粘土100kg，加入500kg水，再搅拌器中搅拌（转速600r/min）5分钟，然后加入4kg质量浓度为10%的盐酸，继续搅拌20分钟。
（2）将上述浆体沉降60分钟，然后过滤除去块状杂质，再将过滤后的悬浮液用离心机（转速2200r/min）提纯。
（3）经过离心机提纯后的清液在800C下烧干，烧干后的矿物固含物质研磨，过400目筛。
（4）然后在生成的粉末中加入500kg的水，再加入4kg、质量浓度30%的碳酸钠溶液继续搅拌（转速600r/min）1小时。
（5）然后加入80kg、质量浓度为12%的十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）溶液，在40～500C搅拌（转速600r/min）反应2小时，抽滤，用水洗3次，再用乙醇洗，然后用离心机离心（转速2400r/min）。
（6）离心后的滤饼在800C下烘干，研磨，过400目筛，然后分级包装。
采用本发明所得陶瓷膜有机矿物质助滤剂用于乳化油废水的处理，实验取含油浓度为3720.9mg/L、CODcr约2000mg/L的铝镁合金压延、拉伸生成过程中的乳化油废水（机械加工过程废水）20L，称取20g本发明实施例1所得有机矿物质助滤剂投入其中，高速搅拌60min后注入料液槽，其中乳化油废水中油滴的平均粒径为0.72μm、本发明实施例1所得有机矿物质助滤剂的平均粒径为0.77μm。选用氧化锆微滤膜，孔径0.2μm，在温度30℃，压力0.1MPa，错流速度为2m/s的条件下错流过滤120min，作出通量衰减曲线，并与不加助滤剂的结果相比较，实验结果见图1，从图1可知，乳化油废水错流微滤时添加本发明的有机矿物质助滤剂能够使氧化锆微滤膜膜通量提高，稳定通量从直接微滤的约180L/(m2·h)增加到有机矿物质助滤剂的约235L/(m2·h)，提高了30%。采用同样方法，称取20g本发明实施例2和实施例3所得有机矿物质助滤剂分别对上述实验中所用的铝镁合金压延、拉伸生成过程中的乳化油废水进行处理，稳定通量可从直接微滤的约180L/(m2·h)分别增加到有机矿物质助滤剂的约220L/(m2·h)和230L/(m2·h)。