一種壓濾法制備的C/SiO₂/陶瓷復合過濾膜的制作方法

一種壓濾法制備的C/SiO₂/陶瓷復合過濾膜的制作方法
【專利摘要】本發明屬于過濾薄膜制備技術領域，具體涉及一種C/SiO2/陶瓷復合過濾膜的制備方法。將正硅酸乙酯、糖、表面活性劑（F127、P123）、乙醇、水混合制成混合溶液；用壓濾的方法滲入到陶瓷膜里；在高溫、惰性氣氛條件下脫除表面活性劑并使糖碳化，得到多孔結構的C/SiO2/陶瓷復合過濾膜。本發明所得到的C/SiO2/陶瓷復合過濾膜在作為過濾膜使用時，過濾分離效果好、具有抗酸堿性及耐有機溶的特點，并且可以循環使用。該復合膜制作工藝簡單，易于工業化生產。作為催化劑載體使用時，由于陶瓷膜的多孔結構與C/SiO2復合物的介孔結構相結合，使載體的比表面積得以大幅度提高。
【專利說明】
一種壓濾法制備的C/s i 02/陶瓷復合過濾膜
技術領域
[0001]本發明涉及一種C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，屬于過濾薄膜制備技術領域。
【背景技術】
[0002]水資源的不斷減少是人類面對的重大問題之一。目前，用于水處理方面的膜材料多為有機膜，有機膜的化學穩定性差、機械強度低、耐腐蝕性較差、不易再生，容易給過濾后的水帶來新的污染。
[0003]多孔陶瓷耐化學腐蝕，清洗再生性能好，但是孔隙較大，不能有效過濾離子，細菌類污染物。活性炭具有強大的吸附能力和化學穩定性;多孔陶瓷和活性炭復合在一起，可以充分發揮二者的優點。尤其在涉及高溫高壓和腐蝕的環境中，具有其它膜材料無可比擬的優勢。
[0004]目前，使用陶瓷管與其他材料復合制備膜的方法如反復浸漬涂膜，存在著工藝復雜繁瑣等問題，且需要復合的材料只能停留在陶瓷管表面(中國專利文獻CN 102908908)，無法滲透到陶瓷管內部，制備出的膜層與支撐體只靠分子間作用力相結合，結合力較弱，在過濾水時，水對陶瓷濾膜不斷施加一定的沖擊力，膜層不可避免地容易脫落，且負載量相對較低。

【發明內容】

[0005]因此，本發明所要解決的技術問題在于克服陶瓷膜空隙較大，不能有效過濾離子、細菌類污染物和浸漬法只能使溶質停留在陶瓷管表面的缺點，采用壓濾方法將膠束溶液壓進瓷管內部，從而提高膠束溶液負載量，將陶瓷膜的大孔隙變為小孔，最終形成具有介孔結構的活性炭/S12/陶瓷復合膜，使其既具有介孔結構的高比表面積的優點，又能充分發揮出活性炭吸附能力。
[0006]為此，本發明提供一種C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，包括以下步驟:
以正硅酸乙酯、糖、表面活性劑(Fl 27、P123 )為原料，加入溶劑配置成膠束溶液；
將膠束溶液用壓濾的方法填充到陶瓷膜內部的微孔間隙內，形成膠束/陶瓷復合膜；在惰性氣氛條件保護下通過高溫處理得到C/Si02/陶瓷復合過濾膜，C和S12均勻復合，得到具有介孔結構的復合膜；
上述C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述的用于配制膠束溶液的溶液可以是蒸餾水、超純水以及水-乙醇混合溶劑;所述糖類可以為葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖等中的任意一種或某幾種混合；。
[0007]上述C/Si02陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述配置糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液的濃度為0.01-lg/ml。
[0008]上述C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述用壓濾的方法將膠束溶液滲入進陶瓷膜內部，其壓濾循環時間為2分鐘到I小時。
[0009]上述C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述用壓濾的方法將膠束溶液滲入進陶瓷膜內部，其壓濾所用的壓力為0.1Mpa—5Mpa。
[0010]上述C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述高溫處理制備C/Si02/陶瓷膜的惰性氣氛為氮氣、氬氣、氖氣中的任意一種;所述的溫度為400?800 °C，分解時間為30分鐘?12小時。
[0011]上述C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述的介孔孔道的尺寸大小為5?50nmo
[0012]本發明的一種C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法具有以下優點:
1.本發明中的表面活性劑可以形成介孔尺寸的膠束，為以后形成介孔結構復合材料打下基礎;通過壓濾的方法，將糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液壓濾進陶瓷膜中，并形成具有糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液填充的陶瓷過濾膜，避免現有技術中浸漬方式不能在陶瓷膜微孔中有效均勻的填充膠束溶液的缺陷，從而降低了陶瓷膜內孔徑尺寸，有效提高陶瓷過濾薄膜的過濾分離效率。
[0013]2.本發明的一種C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，通過將填充在陶瓷膜內部微孔間的糖類分子在惰性氣氛保護下高溫碳化成為C。由于糖類分子是均勻分布于正硅酸乙酯水解后的S12網狀結構中，因此熱處理后的S1dPC也是均勻復合的。由于陶瓷管的主要成分為S12,這種C/Si02復合結構可以很好的與陶瓷管結合，最終形成分布均勻的C/S12/陶瓷復合過濾膜。高溫處理后的C為活性炭，具有高比表面積和很強的吸附性，并且無毒，惰性，不溶于一般溶劑，可有效提高C/Si02/陶瓷復合膜的過濾安全性和使用壽命。因此，本發明提供的C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，制備出的C/Si02/陶瓷復合過濾膜過濾分離效果較普通陶瓷膜相比顯著提高，并可從納米級別上對污水中離子，細菌進行有效過濾、吸附；其制備方法簡單及易于工業化生產，可廣泛應用于水處理技術領域。
【附圖說明】
[0014]圖1是壓濾法制備C/Si02/陶瓷復合過濾膜的流程圖。
[0015]圖2是實施例1提供的陶瓷原樣(左)，壓濾蔗糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液后制備成的膠束/陶瓷過濾膜(中)和高溫分解后得到C/Si02/陶瓷復合過濾膜(右)實物圖。
[0016]圖3是實施例1中C/Si02/陶瓷復合膜的高分辨TEM照片。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
(1)取正硅酸乙酯8.32g，蔗糖5.6g，表面活性劑F1276.4g，加入到體積比為I: I的水/乙醇溶液中，制成0.05g/mL的膠束溶液；
(2)用壓濾法制備復合膜:將陶瓷膜放入壓濾裝置內部，然后將出水口和進水口同時插入配置好的0.05g/ml的膠束溶液中，接通電源，利用機械栗提供的動力將膠束溶液由進水口流入壓濾裝置內部，然后由陶瓷膜外部向內部壓濾，壓濾過后的溶液由出水口重新回到容器中，如此循環往復5分鐘，將膠束溶液全部壓濾到陶瓷膜微孔之間，通過控制壓濾壓力和循環時間來調節膠束溶液填充的密度，自然干燥后得到蔗糖/膠束/陶瓷復合過濾膜。
[0018](3)C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備:將上述填充有蔗糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液的陶瓷膜放入到管式爐中，管式爐中石英管內通入流速為lmL/min氮氣，在升溫速率為rC/min將石英管內溫度升至400°C，保持該溫度條件8h，最后得到C/Si02/陶瓷復合過濾膜。
[0019]對最終得到的C/Si02/陶瓷復合過濾膜進行純水通量和截留率測試，得到的結果為純水通量580L/bar.m2.h，牛血清蛋白截留率14%，作為對比的空白陶瓷膜的純水通量和牛血清蛋白截留率分別為6000L/bar.m2.h和0，說明陶瓷管上負載的C/Si02復合結構有效果。
[0020]本實施例空白陶瓷實物(圖2左)，壓濾膠束溶液經高溫處理后制備成的C/Si02/陶瓷復合過濾膜實物(圖2右)如圖1所示，并對C/Si02/陶瓷復合過濾膜進行TEM(透射電子顯微鏡)分析，其結果如圖3所示。可以清楚的看到復合膜中的C/Si02具有介孔結構。
[0021]實施例2
(1)取正硅酸乙酯8.328，葡萄糖5.58，表面活性劑(？123)6.28，加入到蒸餾水中，制成
0.1g/mL的膠束溶液；
(2)用壓濾法制備:將陶瓷膜放入壓濾裝置內部，然后將出水口和進水口同時插入配置好的葡萄糖膠束溶液中，接通電源，利用機械栗提供的動力將膠束溶液由進水口流入壓濾裝置內部，然后由陶瓷膜外部向內部壓濾，壓濾過后的溶液由出水口重新回到容器中，如此循環往復15分鐘，將膠束溶液全部壓濾到陶瓷膜微孔之間，自然干燥后得到糖/膠束/陶瓷復合過濾膜。
[0022](3)C/Si02/陶瓷復合過濾膜:將上述填充有葡萄糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液的陶瓷膜放入到管式爐中，管式爐中石英管內通入流速為lmL/min氬氣，在升溫速率為3°C/min將石英管內溫度升至600°C，保持該溫度條件12h，最后得到C/Si02/陶瓷復合過濾膜。
[0023]對最終得到的C/Si02/陶瓷復合過濾膜進行純水通量和截留率測試，得到的結果為純水通量335L/bar.m2.h，牛血清蛋白截留率36%，作為對比的空白陶瓷膜的的純水通量和牛血清蛋白截留率分別為6000L/bar.m2.h和0，說明陶瓷管上負載的C/Si02復合結構有效果。
[0024]通過上述可知，根據本發明的C/Si02/陶瓷復合膜，具有過濾分離效果好、抗酸堿性及有機溶劑腐蝕性的特點，并且可以循環使用。作為催化劑載體使用時，由于陶瓷膜的多孔結構與C/Si02復合物的介孔結構相結合，使載體的比表面積得以大幅度提高。
[0025]上述具體的實施方式，只是對本發明的優先實施的描述，并不能構成本發明保護范圍的限制。本領域技術人員對本發明的技術方案做出的各種變化、修改、替換和變型，均應落入發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，包括以下步驟: (1)將正硅酸乙酯、糖、表面活性劑(Fl27、Pl23)，均勻分散在溶劑中，制備成溶液;表面活性劑作為模板劑，在溶液中形成介孔尺寸的膠束，正硅酸乙酯圍繞膠束發生水解反應，生成S12網狀結構，糖類分子被包裹在S12網狀結構中； (2)將原料溶液通過壓濾的方法滲入進陶瓷膜內部，形成糖/膠束/陶瓷復合膜； (3)在高溫、惰性氣氛條件下，表面活性劑被脫除，生成具有介孔結構的S12,糖類分子發生高溫碳化，生成活性炭，得到C/Si02/陶瓷復合過濾膜。2.根據權利要求1所述的C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，所述的溶劑可以是蒸餾水，超純水以及水-乙醇混合溶液;所述糖類可以為葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖等中的任意一種或某幾種混合。3.根據權利要求1所述的C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述配置糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液的濃度為0.01-lg/ml。4.根據權利要求1所述的C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，其特征在于步驟⑵中所述用壓濾的方法將膠束溶液壓入陶瓷膜內部，使膠束溶液能夠在陶瓷管的內部孔隙和表面均勻滲透，其壓濾循環時間為2分鐘到I小時。5.根據權利要求1所述的C/Si02/陶瓷復合過濾膜的制備方法，其特征在于步驟⑵中所述用壓濾的方法將糖-正硅酸乙酯-表面活性劑膠束溶液滲入進陶瓷膜內部，其壓濾所用的壓力為0.IMpa一5Mpa。
【文檔編號】B01D39/20GK106076002SQ201610469202
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】彭莉, 于有海, 閔永剛, 孟冰露, 苑春秋
【申請人】于有海