利用工业废渣制备多孔滤膜.pdf

本发明提供了一种简单实用的低成本多孔滤膜的制备方法，即将工业废渣进行破碎或分选，加入添加剂匀化、成型，成型物干燥后在烧结炉中烧结，冷却后得到孔径分布窄，孔隙率高的对称多孔滤膜。此产品用于微滤分离或用作非对称多孔膜的支撑体。利用工业废渣添加添加剂配制的涂膜液在对称膜上涂覆，涂覆后进行干燥和烧结，制备非对称多孔滤膜。

1.  一种利用工业废渣制造多孔滤膜的方法，其由下述步骤组成：
a)在工业废渣中加入添加剂，匀化、成型；
b)将成型物干燥；
c)将干燥后的成型物置于烧结炉中烧结；和
d)冷却。

2.  根据权利要求1的方法，其中，工业废渣选自下述的一种或多种：
a)燃煤热电厂产生的、经过破碎或分选的燃煤飞灰或炉底渣。
b)冶金高炉产生的、经过破碎或分选的高炉渣。
c)经过破碎或分选的煤矸石。
d)经过破碎或分选的高岭石尾矿。
e)经过破碎或分选的钒土矿尾矿。

3.  根据权利要求1的方法，其中，添加剂选自下述的一种或多种：
a)粘结剂：选自酚醛树脂类粘结剂、纤维素及其衍生物类粘结剂、淀粉、聚乙烯醇；
b)塑化剂：甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇；
c)润滑剂：乙二醇；

4.  根据权利要求1或3的方法，其中，总的添加剂用量是工业废渣重量的0.01～30％。

5.  根据权利要求1的方法，其中，用等静压法、挤出法或浇铸法进行成型。

6.  利用权利要求1的产品制备非对称多孔滤膜，其由下述步骤组成：
a)将权利要求1的产品用涂膜液进行涂覆；
b)将涂覆后的产品干燥；
c)将干燥后的产品置于烧结炉中进行烧结；和
d)冷却。

7.  根据权利要求6的方法，其中，涂膜液是利用权利要求2中的工业废渣添加添加剂配制的浆液。

8.  根据权利要求6或7的方法，其中，添加剂选自下述的一种或多种：
a)粘结剂：选自酚醛树脂类粘结剂、纤维素及其衍生物类粘结剂、淀粉、聚乙烯醇；
b)分散剂：选自聚羧酸盐、聚亚羧酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基聚乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚。

9.  根据权利要求6或7或8的方法，其中，添加剂用量为：粘结剂0.1-30％，分散剂0.01-10％。

10.  根据权利要求6或7的方法，其中，涂覆方法是喷涂法、刮涂法或浸涂法。

11.  根据权利要求1或6的方法，其中，干燥条件为：自然干燥或加热烘干。

12.  根据权利要求1或6的方法，其中，烧结条件为：烧结温度600～1600℃，升温速率每分钟0.1～30℃，恒温时间0～500分钟。

13.  根据权利要求1或6的方法，其中，冷却是自然冷却。

利用工业废渣制备多孔滤膜
发明领域
本发明涉及膜分离技术领域中的膜制备方法。提出一种利用工业废渣制备多孔滤膜的方法。
发明背景
现有的多孔膜包括有机高分子膜和无机膜。无机膜由于具有良好的化学稳定性和耐高温性能得到迅速发展。无机膜主要包括金属膜、陶瓷膜和炭膜，其中陶瓷膜生产工艺一般采用陶瓷粉粘结成型，然后进行高温烧结得到。由于陶瓷粉硬度高，磨细成本很高，并且消耗大量的天然矿物资源，烧结温度高，能耗高。工业废渣是矿业、冶金和电力等行业产生的固体废弃物，我国堆存量已超过亿吨，由于利用率较低，堆存量每年还在增加，以其为原料，制备多孔滤膜，可大幅降低膜成本同时减少废渣堆存量。
发明内容
本发明的目的是提供一种以廉价的工业废渣为原料，采用简单的工艺，即将工业废渣中加入适量的水和添加剂，成型，成型物干燥后，置烧结炉中烧结，制造孔径分布窄，成本低的微滤膜的方法。
实现本发明的构思基于：采用和陶瓷原料性质相似、来源丰富的工业废渣灰为原料，经成型、干燥、烧结形成多孔滤膜，原料成本大幅降低。
实施本发明的具体方法是：
首先将工业废渣进行磨细和分选或直接分选，得到不同粒径的原料，向分选后的工业废渣中加入水和添加剂0.01-30％，添加剂是粘结剂或塑化剂或润滑剂的一种或几种。粘结剂选自酚醛树脂类粘结剂、纤维素及其衍生物类粘结剂、淀粉和聚乙烯醇中的一种或几种；塑化剂使用甘油或聚乙二醇或聚乙烯醇；润滑剂使用乙二醇。加入添加剂后将原料搅拌均匀，采用浇注法、挤出法或等静压法成型，根据所采用的成型方法不同，加入不同量的水和添加剂，使之适合不同的成型工艺，然后进行成型、干燥，将干燥成型物置于烧结炉中烧结、冷却。烧结温度根据不同原料的烧结特性而不同，以0.1～30℃/min的升温速度升至烧结温度(500-1600℃)，恒温0-500分钟，然后自然冷却，得到对称膜(支撑体)，该对称膜可直接应用，也可用作非对称多孔滤膜的支撑体。
制备非对称多孔滤膜则以对称膜为支撑体，以粒度更小的工业废渣浆液为涂膜液进行涂覆、干燥和二次烧结，其中涂膜浆液中固体粉料含量10-80％，粘结剂用量0.1-30％，分散剂用量0.01-10％。将涂膜浆液搅拌均匀后利用喷涂法、浸涂法或刮涂法进行涂膜，然后进行自然干燥或烘干。干燥后进行烧结，烧结温度为500～1600℃，升温速度0.1～30℃/min，恒温时间0～500分钟，冷却后得到非对称多孔滤膜。
本发明以工业废渣为原料，通过简单的烧结法制得低成本的多孔滤膜。该发明投资小，是工业废渣高附加值利用的好方法，经济效益和环境效益显著。
下面介绍本发明的实施例：
实施例1
采用经过分离得到地平均粒径10微米的粉煤灰微珠，加入适量的水和1％的甲基纤维素，搅拌捏和均匀，采用等静压法在直径2cm的模具中成型，成型压力6MPa，得到厚度2mm的对称膜素坯，室温干燥24小时或110摄氏度干燥1小时，然后置入马弗炉中，以每分钟3摄氏度的升温速度升至1100摄氏度，恒温1小时，自然冷却到室温，得到平均孔径2.0微米的多孔膜。
实施例2
采用平均粒径2微米的粉煤灰微珠，工艺条件同实施例1，可得到平均孔径0.38微米的多孔膜。
实施例3
以平均粒径为2微米的粉煤灰粒子制备浆液，浆液中含粉煤灰粒子40％，粘结剂甲基纤维素5％，分散剂聚丙烯酸钠盐0.02％，水54.95％，搅拌均匀后，以实施例1制备的多孔膜为支撑体，经浸涂法涂膜。自然干燥48小时，以和实施例1相同的烧结条件烧结，得到分离层平均孔径为0.4微米的非对称多孔滤膜。