陶瓷膜及其制备方法

1.本发明涉及陶瓷膜制备技术领域，尤其涉及一种陶瓷膜及其制备方法。

背景技术：

2.陶瓷膜具有出色的凝聚、沉淀和截留能力，且具有易于清洁、性能稳定、机械强度高、耐酸碱腐蚀、耐热性强等优点，被广泛应用于食品、饮料行业以及工业过滤。

3.相关技术中，采用纯化学或者工业试剂作为陶瓷膜制备的原料，但是纯物质的成本高且烧结活性低，一般需要烧结温度大于1500℃，烧结温度较高，这就导致陶瓷膜的制备耗能高且生产成本高。

技术实现要素：

4.本发明实施例公开了一种陶瓷膜及其制备方法，该陶瓷膜的制备成本低、耗能低。

5.为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

6.混合：将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合并研磨，以形成混合物；

7.压制：将所述混合物压成薄片；

8.烧结：将所述薄片在900℃～1050℃下进行烧结，以得到陶瓷膜。

9.本发明实施例提供的陶瓷膜的制备方法，通过将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合和研磨，经过压制形成薄片从而便于烧结，在900℃～1050℃的温度下烧结的过程中，有机溶剂、粘合剂以及成孔剂都会发生分解，产生气体，使得烧结成的陶瓷膜的表面和内部产生密集的孔，从而在应用于废水过滤时，能够将离子拦截于陶瓷膜的表面，同时由于陶瓷膜表面电荷的作用，陶瓷膜对金属离子具有一定的吸附作用，进一步提高对金属离子的拦截效果。由于使用生活垃圾焚烧底渣作为原料，陶瓷膜的制备成本较低。此外，相较于采用纯物质(纯物质可以包括：氧化铝、氧化硅)作为原料，使用生活垃圾焚烧底渣作为原料制备陶瓷膜时，烧结的温度更低，在1050℃以下的温度即可烧结形成陶瓷膜，实现在制备陶瓷膜的过程中节能。

10.由于生活焚烧底渣中一般硅的含量较多、铝的含量较少，若铝的含量较少则会导致制备得到的陶瓷膜的孔径过小，导致陶瓷膜的过滤效率较低的情况，而本实施例通过加入al2o3平衡硅和铝的含量，这样，制备得到的陶瓷膜的孔径更佳适当，具有较高的过滤效率。

11.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，在所述混合的步骤之前，所述制备方法还包括以下步骤：

12.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣进行成分分析，得到所述生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

13.称取al2o3：称取al2o3，以使所述生活垃圾焚烧底渣中硅的摩尔量与所述生活垃圾

焚烧底渣和所述al2o3中铝的摩尔量之和的比值为1:1～3:1。

14.通过对生活垃圾焚烧底渣进行成分分析以得到生活垃圾焚烧底渣中硅和铝的摩尔量，这样，可以通过计算得出加入的al2o3的量，使得硅的摩尔量与铝的摩尔量之和的比值为1:1～3:1。通过控制硅的摩尔量和铝的摩尔量之比控制在1:1～3:1，将硅和铝的比例控制在合理的范围内，制备而成的陶瓷膜能够具有合适的孔径。当硅的摩尔量与铝的摩尔量之和的比值小于1:1，即硅的摩尔量过少、铝的摩尔量过多时，制备而成的陶瓷膜的孔径较小，纯水通量较小，过滤效率低。当硅的摩尔量与铝的摩尔量之和的比值大于3:1，即硅的摩尔量过多、铝的摩尔量过少时，制备而成的陶瓷膜的孔径过大，对于一些离子无法有效截留，过滤效果差。

15.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，在所述混合的步骤之前，所述制备方法还包括以下步骤：

16.研磨：将生活垃圾焚烧底渣进行研磨，至所述生活垃圾焚烧底渣的颗粒的粒径小于325目。

17.通过对生活垃圾焚烧底渣进行研磨至生活垃圾焚烧底渣的颗粒的粒径小于325目，因此，生活垃圾焚烧底渣颗粒细小，在混合步骤时，能够与其他成分混合均匀，有利于提高烧结成的陶瓷膜的结构均匀性。

18.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述al2o3为γ-al2o3，所述混合步骤前还包括以下步骤：

19.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中在600℃～650℃下烧结以形成γ-al2o3。

20.由于γ-al2o3具有多孔性、表面积大、吸附性能好、热稳定性好等优点,这样，利用γ-al2o3制备得到的陶瓷膜也具有多孔性，过滤性能较佳的优点。

21.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、甲醛、乙醛中的至少一种；或者，

22.所述粘合剂包括聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素溶液、聚乙二醇溶液中的至少一种；或者，

23.所述成孔剂为碳酸钙。

24.通过有机溶剂能够提高各组分的溶解，通过粘合剂实现粘合作用，通过成孔剂使得制备而成的陶瓷膜具有多孔性，以实现过滤作用。

25.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述粘合剂包括聚乙烯醇溶液时，所述混合步骤前还包括：

26.制备聚乙烯醇溶液：在聚乙烯醇颗粒中加入去离子水，在80℃～100℃下搅拌至所述聚乙烯醇颗粒溶解，以制备成聚乙烯醇溶液，其中，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分比为5wt％～10wt％。

27.通过将聚乙烯醇颗粒在80℃～100℃下溶解以形成聚乙烯醇溶液，通过限制聚乙烯醇在聚乙烯醇溶液中的质量百分比为5wt％～10wt％，能够保证该聚乙烯醇溶液具有合适的粘度。

28.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述聚乙烯醇溶液质量大于所述生活垃圾焚烧底渣和所述al2o3的质量之和的10wt％。

29.通过限制聚乙烯醇溶液质量大于生活垃圾焚烧底渣和al2o3的质量之和的10wt％，

能够充分实现聚乙烯醇溶液的粘接作用。示例性地，聚乙烯醇溶液质量为生活垃圾焚烧底渣和al2o3的质量之和的10wt％、20wt％、30wt％等。

30.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，在所述压制的步骤前，所述制备方法包括以下步骤：

31.干燥：将所述混合物在60℃～70℃下干燥。

32.在压制的步骤前对混合物在较低的温度下进行干燥，能够去除混合物中的有机溶剂，在烧结时避免有机溶剂蒸发过快而影响陶瓷膜的成型和影响陶瓷膜的孔径。

33.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，在所述压制的步骤中，压制的压力为20mpa～30mpa，保压的时间为1min～3min。通过控制压制的压力为20mpa～30mpa，能够保证压制成薄片且薄片不会开裂。当压力大于30mpa时，压力过大，容易导致薄片开裂，当压力小于20mpa时，压力过小，难以压制成型。通过控制保压时间为1min～3min，能够保证压制成薄片且薄片不会开裂。

34.第二方面，本发明还公开了一种陶瓷膜，采用如上述第一方面所述的陶瓷膜的制备方法制备而成。该陶瓷膜成本低，且具有优异的过滤效果。

35.相较于现有技术，本发明实施例的有益效果是：

36.采用本实施例提供的一种陶瓷膜及其制备方法，通过将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合和研磨，经过压制形成薄片从而便于烧结，在900℃～1050℃的温度下烧结的过程中，有机溶剂、粘合剂以及成孔剂都会发生分解，产生气体，使得烧结成的陶瓷膜的表面和内部产生密集的孔，从而在应用于废水过滤时，能够将离子拦截于陶瓷膜的表面，同时由于陶瓷膜表面电荷的作用，陶瓷膜对金属离子具有一定的吸附作用，进一步提高对金属离子的拦截效果。由于使用生活垃圾焚烧底渣作为原料，陶瓷膜的制备成本较低。此外，相较于采用纯物质(纯物质可以包括：氧化铝、氧化硅)作为原料，使用生活垃圾焚烧底渣作为原料制备陶瓷膜时，烧结的温度更低，在1050℃以下的温度即可烧结形成陶瓷膜，实现在制备陶瓷膜的过程中节能。

37.由于生活焚烧底渣中一般硅的含量较多、铝的含量较少，若铝的含量较少则会导致制备得到的陶瓷膜的孔径过小，导致陶瓷膜的过滤效率较低的情况，而本实施例通过加入al2o3平衡硅和铝的含量，这样，制备得到的陶瓷膜的孔径更佳适当，具有较高的过滤效率。

附图说明

38.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

39.图1是本实施例一提供的陶瓷膜的扫描电镜图；

40.图2是本实施例二提供的陶瓷膜的扫描电镜图；

41.图3是本实施例二提供的陶瓷膜的对单一金属组分溶液中的金属离子的分离效果图；

42.图4是本实施例二提供的陶瓷膜的对混合金属组分溶液中的金属离子的分离效果

图；

43.图5是本实施例二提供的陶瓷膜的六轮循环过滤的渗透通量和对cr

3+

的分离效果图；

44.图6是本实施例三提供的陶瓷膜的扫描电镜图；

45.图7是本实施例四提供的陶瓷膜的扫描电镜图；

46.图8是本对比例一提供的陶瓷膜的扫描电镜图；

47.图9是本实施例一至实施例四以及对比例一提供的陶瓷膜的对cr

3+

分离结果图；

48.图10是本实施例一至实施例四以及对比例一提供的陶瓷膜的对cu

2+

分离结果图；

49.图11是本实施例二和对比例一的陶瓷膜的纯水通量对比图。

具体实施方式

50.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

51.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

52.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

53.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

54.当前迅速的工业化和城市化以及某些违规的排放，导致含有大量重金属(比如，铅、铬、镍、铜等)的废水排放到环境中，对生态系统和人类健康产生威胁。

55.比如，制革工业每年会产生大约3

×

108吨的含cr

3+

的废水，低浓度的cr

3+

会导致糖尿病或者冠状动脉疾病，高浓度的cr

3+

会导致体重降低、贫血、肾功能衰竭、肝功能障碍等疾病。如果cr

3+

被氧化成cr

6+

，就会造成更严重的后果。

56.在电池、油漆、化肥、汽车部件等制造业会产生含铜、铅、镍等重金属的废水，尤其是含有大量的cu

2+

的废水，铜是一种神经毒性物质，过多的cu

2+

通过生物积累作用进入到鱼类和水产品中，进而会摄入到人体，若摄入过多的cu

2+

则会导致阿尔兹海默病、阅读障碍或是恶心等病症。而铅、镍在非常低的浓度下也具有高毒性。因此，亟需对工业废水进行过滤以分离废水中的重金属离子。

57.发明人在研究对工业废水进行过滤分离的技术时，以氧化硅、氧化铝作为原料合成陶瓷膜，以实现对工业废水中的重金属离子的分离，然而，采用纯物质合成陶瓷膜，纯物质价格非常高，难以在过滤分离工业废水时同时满足经济效益，基于此，发明人进一步考虑如何在满足经济效益的同时过滤分离工业废水，即，同时兼顾经济效益和环境保护。发明人

发现，生活垃圾主要通过焚烧进行处理，随着生活垃圾焚烧量逐渐增大，堆积了大量的生活垃圾焚烧底渣，而发明人发现，生活垃圾焚烧底渣中含有大量的硅和铝。因此，发明人探究出一种利用生活垃圾焚烧底渣制备陶瓷膜的方法，以通过该陶瓷膜分离工业废水中的重金属，实现兼顾经济效益和环境保护。

58.本发明实施例提供一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

59.混合：将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合并研磨，以形成混合物；

60.压制：将混合物压成薄片；

61.烧结：将薄片在900℃～1050℃下进行烧结，以得到陶瓷膜。

62.本发明实施例提供的陶瓷膜的制备方法，通过将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合和研磨，经过压制形成薄片从而便于烧结，在900℃～1050℃的温度下烧结的过程中，有机溶剂、粘合剂以及成孔剂都会发生分解，产生气体，使得烧结成的陶瓷膜的表面和内部产生密集的孔，从而在应用于废水过滤时，能够高效过滤废水中的离子，尤其是重金属离子，因此，本发明实施例利用生活垃圾焚烧底渣制备陶瓷膜，从而过滤废水中的重金属离子，实现环境保护的同时兼顾了经济效益。此外，该陶瓷膜在过滤废水时，金属离子在该陶瓷膜的孔的入口处发生架桥效应，从而可以有效分离小于孔径的金属离子，提高分离率。并且在经过一段时间的过滤后，陶瓷膜的表面会因为浓差极化造成膜污染，使颗粒堆积在陶瓷膜的表面，这样也会提升分离率。

63.由于生活焚烧底渣的主要组成成分是sio2和al2o3，在经过烧结后会形成硅酸盐和硅铝酸盐，由于其晶体结构的特殊性，需要阳离子对晶体进行中和，所以就会在过滤金属阳离子时发生离子交换，稳定晶体结构，同时也提高了陶瓷膜对重金属的分离率。

64.此外，该陶瓷膜表面呈现负电性，所以对金属阳离子有吸附作用，同时，一些废水中的溶质会因静电吸附沉积在孔隙中，进一步提高了对金属离子的分离率。

65.相较于采用纯物质(纯物质可以包括：氧化铝、氧化硅)作为原料，使用生活垃圾焚烧底渣作为原料制备陶瓷膜时，生活垃圾焚烧底渣中还包括多种金属氧化物等物质，因此，生活垃圾焚烧底渣为多种成分的混合体系，使得烧结的温度更低，在1050℃以下的温度即可烧结形成陶瓷膜，实现在制备陶瓷膜的过程中节能。

66.由于生活焚烧底渣中一般硅的含量较多、铝的含量较少，若铝的含量较少则会导致制备得到的陶瓷膜的孔径过小，导致陶瓷膜的过滤效率较低的情况，而本实施例通过加入al2o3平衡硅和铝的含量，这样，制备得到的陶瓷膜的孔径更佳适当，具有较高的过滤效率。

67.可选地，在混合的步骤之前，该制备方法还包括以下步骤：

68.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣进行成分分析，得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

69.称取al2o3：称取al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣中的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和al2o3中铝的摩尔量之和的比值为1:1～3:1。

70.通过对生活垃圾焚烧底渣进行成分分析以得到生活垃圾焚烧底渣中硅和铝的摩尔量，这样，可以通过计算得出加入的al2o3的量，使得硅的摩尔量与铝的摩尔量的比值为1:1～3:1。通过控制硅的摩尔量和铝的摩尔量之比控制在1:1～3:1，将硅和铝的比例控制在

合理的范围内，制备而成的陶瓷膜能够具有合适的孔径。当硅的摩尔量与铝的摩尔量的比值小于1:1，即硅的摩尔量过少、铝的摩尔量过多时，制备而成的陶瓷膜的孔径较小，纯水通量较小，过滤效率低。当硅的摩尔量与铝的摩尔量的比值大于3:1，即硅的摩尔量过多、铝的摩尔量过少时，制备而成的陶瓷膜的孔径过大，对于一些离子无法有效截留，过滤效果差。此外，通过试验得出，当混合物中硅和铝的摩尔量之比为2:1时，生活焚烧垃圾底渣在整个陶瓷膜的质量中的占比可达81％，生活垃圾焚烧底渣的利用率较高，能够有效解决生活垃圾焚烧底渣资源化的问题且大大降低陶瓷膜的生产成本。

71.可选地，可以采用x射线荧光光谱对生活垃圾焚烧底渣的成分进行分析，当然，也可采用其他的成分分析方法对生活垃圾焚烧底渣的成分进行分析。

72.需要说明的是，硅的摩尔量与铝的摩尔量的比值为1:1～3:1包括该比值范围内的任意点值，示例性地，硅的摩尔量与铝的摩尔量的比值为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3等。

73.可选地，在混合的步骤之前，制备方法还包括以下步骤：

74.研磨：将生活垃圾焚烧底渣进行研磨，至生活垃圾焚烧底渣颗粒的粒径小于325目。

75.通过对生活垃圾焚烧底渣进行研磨至生活垃圾焚烧底渣颗粒的粒径小于325目，生活垃圾焚烧底渣的颗粒细小，在混合步骤时，能够与其他成分混合均匀，有利于提高烧结成的陶瓷膜的结构均匀性。

76.可选地，al2o3为γ-al2o3，混合步骤前还包括以下步骤：

77.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中在600℃～650℃下烧结以形成γ-al2o3。由于γ-al2o3具有多孔性、表面积大、吸附性能好、热稳定性好等优点,这样，利用γ-al2o3制备得到的陶瓷膜也具有多孔性，过滤性能较佳的优点。

78.在制备γ-al2o3的步骤中，勃姆石在马弗炉中烧结的升温速率可以为5℃/min～10℃/min，烧结的时间可以为2h～3h。需要说明的是，勃姆石在马弗炉中烧结的升温速率为5℃/min～10℃/min，包括该升温速率范围内的任意点值，比如，升温速率可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min等，烧结的时间为2h～3h包括该时间范围内的任意点值，比如，烧结的时间为2h、2.5h、3h等。

79.可选地，有机溶剂包括甲醇、乙醇、甲醛、乙醛中的至少一种；或者，粘合剂包括聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素溶液、聚乙二醇溶液中的至少一种；或者，成孔剂为碳酸钙。通过有机溶剂能够提高各组分的溶解，通过粘合剂实现粘合作用，通过成孔剂使得制备而成的陶瓷膜具有多孔性，以实现过滤作用。当采用碳酸钙作为成孔剂时，碳酸钙与生活垃圾焚烧底渣中的sio2和al2o3发生化学反应，反应式如下：

80.2caco3+al2o3+sio2→

ca2al2o7+2co281.其中，碳酸钙中的钙能够起到嫁接作用，相较于采用淀粉作为成孔剂而言，制备而成的陶瓷膜不易开裂、成型效果更佳。而且，caco3、al2o3、sio2发生化学反应时会产生co2气体，从而使得陶瓷膜具有多孔性，以形成较佳的过滤效果。可选地，粘合剂包括聚乙烯醇溶液时，混合步骤前还包括：

82.制备聚乙烯醇溶液：在聚乙烯醇颗粒中加入去离子水，在80℃～100℃下搅拌至聚乙烯醇颗粒溶解，以制备成聚乙烯醇溶液，其中，聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分比为5wt％～10wt％。

83.通过将聚乙烯醇颗粒在80℃～100℃下溶解以形成聚乙烯醇溶液，通过限制聚乙烯醇在聚乙烯醇溶液中的质量百分比为5wt％～10wt％，能够保证该聚乙烯醇溶液具有合适的粘度。

84.需要说明的是，聚乙烯醇颗粒的溶解温度可以为80℃～100℃中的任意点值，比如，聚乙烯醇颗粒的溶解温度为80℃、90℃、100℃等，聚乙烯醇在聚乙烯醇溶液中的质量百分比为5wt％～10wt％包括该质量百分比范围内的任意点值，比如，聚乙烯醇在聚乙烯醇溶液中的质量百分比为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等。

85.可选地，聚乙烯醇溶液质量大于生活垃圾焚烧底渣和al2o3的质量之和的10wt％。通过限制聚乙烯醇溶液质量大于生活垃圾焚烧底渣和al2o3的质量之和的10wt％，能够充分实现聚乙烯醇溶液的粘接作用。示例性地，聚乙烯醇溶液质量为生活垃圾焚烧底渣和al2o3的质量之和的10wt％、20wt％、30wt％等。

86.可选地，在压制的步骤前，制备方法包括以下步骤：

87.干燥：将混合物在60℃～70℃下干燥。

88.在压制的步骤前对混合物在较低的温度下进行干燥，能够去除混合物中的有机溶剂，在烧结时避免有机溶剂蒸发过快而影响陶瓷膜的成型和影响陶瓷膜的孔径。

89.需要说明的是，混合物在60℃～70℃下干燥包括该干燥温度内的任意点值，示例性地，干燥温度为60℃、65℃、70℃等。

90.可选地，在压制的步骤中，压制的压力为20mpa～30mpa，保压的时间为1min～3min。通过控制压制的压力为20mpa～30mpa，能够保证压制成薄片且薄片不会开裂。当压力大于30mpa时，压力过大，容易导致薄片开裂，当压力小于20mpa时，压力过小，难以压制成型。通过控制保压时间为1min～3min，能够保证压制成薄片且薄片不会开裂。

91.需要说明的是，压制的压力为20mpa～30mpa包括该压力范围内的任意点值，示例性地，压制的压力为20mpa、23mpa、25mpa、28mpa、30mpa等。保压的时间为1min～3min包括该时间范围内的任意点值，示例性地，保压的时间为1min、2min、3min等。

92.可选地，烧结的步骤包括：

93.将薄片放入至马弗炉中以小于10℃/min的升温速率、在900℃～1050℃下烧结2h～4h，以得到陶瓷膜。通过控制在在小于10℃/min的升温速率下烧结，能够避免由于升温速率过快而导致陶瓷膜开裂的情况。通过控制烧结时间为2h～4h，能够使有机溶剂、粘合剂、成孔剂充分挥发，使得陶瓷膜具有均匀且密集的孔，以提高过滤性能，同时，能够保证陶瓷膜的成型效果。当烧结时间大于4h时，烧结时间过长，容易导致陶瓷膜开裂，当烧结时间小于2h时，陶瓷膜成型效果不佳。

94.需要说明的是，烧结时间2h～4h包括该时间范围内的任意点值，比如，烧结时间为2h、3h、4h等。

95.本发明实施例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用如上述的陶瓷膜的制备方法制备而成。该陶瓷膜成本低，且具有优异的过滤效果。

96.下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

97.实施例一

98.本发明实施例一公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括：

99.研磨：将生活垃圾焚烧底渣经粉碎机破碎以及行星式研磨机研磨后，使用325目过

滤筛进行筛分，得到均匀细腻的生活垃圾焚烧底渣颗粒。

100.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣采用x射线荧光光谱分析，以得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

101.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中以5℃/min的烧结速率在650℃下烧结3h，以得到γ-al2o3。

102.称取γ-al2o3：称取一定量的γ-al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3中的铝的摩尔量之和的比值为2:1。

103.制备聚乙烯醇溶液：将5g 1788型聚乙烯醇颗粒加入到95g去离子水中，在80℃下磁力搅拌1h，得到质量百分比为5wt％的聚乙烯醇溶液。

104.混合：将研磨后的生活垃圾焚烧底渣、γ-al2o3加入到研钵中，并加入无水乙醇、5wt％的聚乙烯醇溶液、碳酸钙，进行研磨混合均匀，以得到混合物。其中，加入的5wt％的聚乙烯醇溶液的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％，加入的碳酸钙的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％。

105.干燥：将上述混合物在60℃～70℃下干燥。

106.压制：将干燥后的混合物使用直径22mm的模具在电动压片机中进行压片，压力为20mpa，保压时间为1min，以得到薄片。

107.烧结：将薄片在马弗炉中以5℃/min的升温速率、在900℃下烧结3h，得到陶瓷膜。

108.如图1所示，本实施例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用上述陶瓷膜的制备方法制备而成。

109.实施例二

110.本发明实施例二公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括：

111.研磨：将生活垃圾焚烧底渣经粉碎机破碎以及行星式研磨机研磨后，使用325目过滤筛进行筛分，得到均匀细腻的生活垃圾焚烧底渣颗粒。

112.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣采用x射线荧光光谱分析，以得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

113.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中以5℃/min的烧结速率在650℃下烧结3h，以得到γ-al2o3。

114.称取γ-al2o3：称取一定量的γ-al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3中的铝的摩尔量之和的比值为2:1。

115.制备聚乙烯醇溶液：将5g 1788型聚乙烯醇颗粒加入到95g去离子水中，在80℃下磁力搅拌1h，得到质量百分比为5wt％的聚乙烯醇溶液。

116.混合：将研磨后的生活垃圾焚烧底渣、γ-al2o3加入到研钵中，并加入无水乙醇、5wt％的聚乙烯醇溶液、碳酸钙，进行研磨混合均匀，以得到混合物。其中，加入的5wt％的聚乙烯醇溶液的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％，加入的碳酸钙的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％。

117.干燥：将上述混合物在60℃～70℃下干燥。

118.压制：将干燥后的混合物使用直径22mm的模具在电动压片机中进行压片，压力为20mpa，保压时间为1min，以得到薄片。

119.烧结：将薄片在马弗炉中以5℃/min的升温速率、在950℃下烧结3h，得到陶瓷膜。

120.如图2所示，本实施例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用上述陶瓷膜的制备方法制备而成。

121.经测试，该陶瓷膜的孔径为0.5μm～1.5μm，孔隙率为40％～50％，0.3bar的压力下，纯水通量为215～322kg/m2·

h。由此可知，该陶瓷膜的孔径较小，可以应用于过滤废水中的重金属离子，且该陶瓷膜具有较大的孔隙率，从而能够在实现较佳的分离率的同时还具有较佳的过滤效率。

122.采用该陶瓷膜对单一组分金属离子溶液中的金属离子的分离率进行测试，具体地，采用该陶瓷膜对初始浓度为100mg/l的cu

2+

溶液、初始浓度为100mg/l的pb

2+

溶液、初始浓度为100mg/l的cr

3+

溶液、初始浓度为100mg/l的ni

2+

溶进行过滤，压力为0.3bar，cu

2+

、pb

2+

、cr

3+

、ni

2+

的分离率测试结果如图3所示，由图3可知，该陶瓷膜对cu

2+

、pb

2+

、cr

3+

均具有较佳的分离率，尤其是对pb

2+

的分离率可以达到99％。

123.采用该陶瓷膜对多种组分的金属离子溶液中的金属离子的分离率进行测试，具体地，采用陶瓷膜对初始浓度为100mg/l的含有cu

2+

、pb

2+

、cr

3+

、ni

2+

的的混合溶液进行过滤，压力为0.3bar，cu

2+

、pb

2+

、cr

3+

、ni

2+

的分离率测试结果如图4所示，由图4可知，该陶瓷膜对cu

2+

、pb

2+

的分离率可达100％，对cr

3+

的分离率可达87.94％，可见，该陶瓷膜对cu

2+

、pb

2+

、cr

3+

均具有非常好的分离效果，对ni

2+

的分离率也可以达到67.93％。此外，该陶瓷膜对多种组分的金属离子溶液中的金属离子的分离率大于对单一组分的金属离子溶液的分离率，这是由于，多种金属离子在过滤时会存在竞争或是竞争吸附，金属离子之间的竞争为分离带来了协同作用，从而提高了分离率。

124.为了测试该陶瓷膜的重复利用性，通过该陶瓷膜对100mg/l的cr

3+

溶液进行六轮循环过滤，其中，每一次过滤后均采用盐酸和超纯水对陶瓷膜进行清洗，对六轮循环过滤的cr

3+

分离率以及纯水通量进行测试，测试结果如图5所示。

125.由图5可知，经过六轮循环过滤后，对cr

3+

分离率可达97.31％，渗透通量仍可达到200l/m2·

h，因此，该陶瓷膜重复使用6次后仍然具有较佳的分离效果和渗透通量。

126.实施例三

127.本发明实施例三公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括：

128.研磨：将生活垃圾焚烧底渣经粉碎机破碎以及行星式研磨机研磨后，使用325目过滤筛进行筛分，得到均匀细腻的生活垃圾焚烧底渣颗粒。

129.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣采用x射线荧光光谱分析，以得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

130.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中以5℃/min的烧结速率在650℃下烧结3h，以得到γ-al2o3。

131.称取γ-al2o3：称取一定量的γ-al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3中的铝的摩尔量之和的比值为2:1。

132.制备聚乙烯醇溶液：将5g 1788型聚乙烯醇颗粒加入到95g去离子水中，在80℃下磁力搅拌1h，得到质量百分比为5wt％的聚乙烯醇溶液。

133.混合：将研磨后的生活垃圾焚烧底渣、γ-al2o3加入到研钵中，并加入无水乙醇、5wt％的聚乙烯醇溶液、碳酸钙，进行研磨混合均匀，以得到混合物。其中，加入的5wt％的聚乙烯醇溶液的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％，加入的碳酸钙的

质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％。

134.干燥：将上述混合物在60℃～70℃下干燥。

135.压制：将干燥后的混合物使用直径22mm的模具在电动压片机中进行压片，压力为20mpa，保压时间为1min，以得到薄片。

136.烧结：将薄片在马弗炉中以5℃/min的升温速率、在1000℃下烧结3h，得到陶瓷膜。

137.如图6所示，本实施例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用上述陶瓷膜的制备方法制备而成。

138.实施例四

139.本发明实施例四公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括：

140.研磨：将生活垃圾焚烧底渣经粉碎机破碎以及行星式研磨机研磨后，使用325目过滤筛进行筛分，得到均匀细腻的生活垃圾焚烧底渣颗粒。

141.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣采用x射线荧光光谱分析，以得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

142.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中以5℃/min的烧结速率在650℃下烧结3h，以得到γ-al2o3。

143.称取γ-al2o3：称取一定量的γ-al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3中的铝的摩尔量之和的比值为2:1。

144.制备聚乙烯醇溶液：将5g 1788型聚乙烯醇颗粒加入到95g去离子水中，在80℃下磁力搅拌1h，得到质量百分比为5wt％的聚乙烯醇溶液。

145.混合：将研磨后的生活垃圾焚烧底渣、γ-al2o3加入到研钵中，并加入无水乙醇、5wt％的聚乙烯醇溶液、碳酸钙，进行研磨混合均匀，以得到混合物。其中，加入的5wt％的聚乙烯醇溶液的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％，加入的碳酸钙的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％。

146.干燥：将上述混合物在60℃～70℃下干燥。

147.压制：将干燥后的混合物使用直径22mm的模具在电动压片机中进行压片，压力为20mpa，保压时间为1min，以得到薄片。

148.烧结：将薄片在马弗炉中以5℃/min的升温速率、在1050℃下烧结3h，得到陶瓷膜。

149.如图7所示，本实施例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用上述陶瓷膜的制备方法制备而成。

150.对比例一

151.本发明对比例一公开了一种陶瓷膜的制备方法，包括：

152.研磨：将生活垃圾焚烧底渣经粉碎机破碎以及行星式研磨机研磨后，使用325目过滤筛进行筛分，得到均匀细腻的生活垃圾焚烧底渣颗粒。

153.成分分析：对生活垃圾焚烧底渣采用x射线荧光光谱分析，以得到生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；

154.制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中以5℃/min的烧结速率在650℃下烧结3h，以得到γ-al2o3。

155.称取γ-al2o3：称取一定量的γ-al2o3，以使生活垃圾焚烧底渣的硅的摩尔量与生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3中的铝的摩尔量之和的比值为2:1。

156.制备聚乙烯醇溶液：将5g 1788型聚乙烯醇颗粒加入到95g去离子水中，在80℃下磁力搅拌1h，得到质量百分比为5wt％的聚乙烯醇溶液。

157.混合：将研磨后的生活垃圾焚烧底渣、γ-al2o3加入到研钵中，并加入无水乙醇、5wt％的聚乙烯醇溶液、碳酸钙，进行研磨混合均匀，以得到混合物。其中，加入的5wt％的聚乙烯醇溶液的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％，加入的碳酸钙的质量为生活垃圾焚烧底渣和γ-al2o3的质量之和的10wt％。

158.干燥：将上述混合物在60℃～70℃下干燥。

159.压制：将干燥后的混合物使用直径22mm的模具在电动压片机中进行压片，压力为20mpa，保压时间为1min，以得到薄片。

160.烧结：将薄片在马弗炉中以5℃/min的升温速率、在1100℃下烧结3h，得到陶瓷膜。

161.如图7所示，本对比例还公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜采用上述陶瓷膜的制备方法制备而成。

162.如图1、图2、图6至图8所示，分别示出了实施例一至实施例四以及对比例1的陶瓷膜的扫描电镜图，实施例一至实施例四烧结温度由900℃逐渐提升至1050℃，所制备的陶瓷膜的表面的孔的孔径逐渐增大，孔的数量也逐渐增多，即，随着烧结温度的升高，制备而成的陶瓷膜的孔径越大、孔的数量越多。其中，图2中所示的陶瓷膜的表面的孔的孔径较为均匀且孔的数量合理，即，在950℃下烧结形成的陶瓷膜表面的孔的孔径较为均匀且孔的数量合理。由图6可以看出，对比例一制备而成的陶瓷膜出现熔融的孔洞，即，当烧结温度达到1100℃时，陶瓷膜内部开始熔化。

163.采用上述实施例一至实施例四的陶瓷膜对初始浓度为100mg/l的cr

3+

溶液和初始浓度为100mg/l的cu

2+

溶液进行过滤，以测试实施例一至实施例四的陶瓷膜对cr

3+

和cu

2+

的分离率，cr

3+

和cu

2+

的分离率测试结果分别如图9和图10所示。由图9和图10示，实施例二的陶瓷膜对cr

3+

的分离率达到了84.22％，实施例一的陶瓷膜对cu

2+

的分离率达到了98.5％。

164.对上述实施例一至对比例一中的陶瓷膜进行机械强度测试，测试结果如下表2所示。

165.表2实施例一至实施例五的陶瓷膜机械强度测试结果

[0166][0167][0168]

由表2可知，实施例一至实施例四的陶瓷膜具有较佳的机械强度，尤其是实施例二中采用950℃烧结得到的陶瓷膜的机械强度可以达到9.9mpa。而对比例一的陶瓷膜的机械强度较小。

[0169]

对比例二

[0170]

对比例二公开了一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0171]

以天然磷酸盐为原料，经过研磨筛分后，使用40mm的模具进行压制制备陶瓷膜，控制烧结温度为1000℃，烧结速率为5℃/min，烧结时间为3h。

[0172]

对比例三

[0173]

对比例三公开了一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0174]

以矿物粉煤灰为原料，向其中加入羧甲基纤维素和淀粉分别作为粘合剂和成孔剂。通过挤压工艺制备管状陶瓷膜，烧结温度为1125℃，烧结速率为5℃/min，烧结时间为2h。

[0175]

对比例四

[0176]

对比例四公开了一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0177]

以黄土和粉煤灰为原料，向其中加入羧甲基纤维素和甲基丙烯酸甲脂分别作为粘合剂和成孔剂。通过滚压成型制备陶瓷膜，烧结温度为1130℃，烧结速率为7℃/min，烧结时间为2.5h。

[0178]

对比例五

[0179]

对比例五公开了一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0180]

以α-al2o3为原料，向其中加入羧甲基纤维素和丙三醇作为粘合剂和增塑剂。使用挤压成型法制备陶瓷膜，烧结温度为1300℃，烧结速率为10℃/min，烧结时间为2h。

[0181]

对比例六

[0182]

对比例六公开了一种陶瓷膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0183]

以粉煤灰为原料，向其中加入聚乙烯醇溶液作为粘合剂。使用注浆法制备陶瓷膜，烧结温度为800℃，烧结速率为2℃/min，烧结时间为2h。

[0184]

对上述实施例以及对比例的陶瓷膜在0.3bar的压力下进行纯水通量测试，测试结果如下表3所示。

[0185]

表3上述实施例以及对比例的陶瓷膜的纯水通量测试结果

[0186][0187]

由该表3可知，本实施例制备而成的陶瓷膜的纯水通量在220kg/m2·

h到600kg/m2·

h之间，由该纯水通量范围可知，该陶瓷膜既具有较快的过滤效率又能够实现较佳的分离率。而对比例一的陶瓷膜的纯水通量过大，虽然过滤效率较快，但是分离率较低，而对比例二、对比例三、对比例四、对比例五、对比例六的纯水通量均较小，过滤效率较慢，难以满足工业废水过滤效率的需求。

[0188]

对比例七

[0189]

对比例七公开了一种陶瓷膜的制备方法，与实施例二的不同之处在于，该陶瓷膜制备时未采用碳酸钙作为成孔剂。

[0190]

对实施例二和该对比例七的陶瓷膜的纯水通量进行测试，测试结构如图11所示。

由图11可知，实施例二的陶瓷膜的纯水通量明显大于对比例七的陶瓷膜的纯水通量。由此可知，加入碳酸钙作为成孔剂能够显著提高陶瓷膜的过滤效率，其原因在于，通过加入碳酸钙，在烧结时能够产生大量的气体以增加陶瓷膜的孔的量以及孔径，从而提高了陶瓷膜的过滤效率。

[0191]

以上对本发明实施例公开的陶瓷膜及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的陶瓷膜及其制备方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。技术特征：

1.一种陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：混合：将生活垃圾焚烧底渣、al2o3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合并研磨，以形成混合物；压制：将所述混合物压成薄片；烧结：将所述薄片在900℃～1050℃下进行烧结，以得到陶瓷膜。2.根据权利要求1所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述混合的步骤之前，所述制备方法还包括以下步骤：成分分析：对生活垃圾焚烧底渣进行成分分析，得到所述生活垃圾焚烧底渣中的硅和铝的摩尔量；称取al2o3：称取al2o3，以使所述生活垃圾焚烧底渣中硅的摩尔量与所述生活垃圾焚烧底渣和所述al2o3中铝的摩尔量之和的比值为1:1～3:1。3.根据权利要求2所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述混合的步骤之前，所述制备方法还包括以下步骤：研磨：将生活垃圾焚烧底渣进行研磨，至所述生活垃圾焚烧底渣的颗粒的粒径小于325目。4.根据权利要求1所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述al2o3为γ-al2o3，所述混合步骤前还包括以下步骤：制备γ-al2o3：将勃姆石在马弗炉中在600℃～650℃下烧结以形成γ-al2o3。5.根据权利要求1所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、甲醛、乙醛中的至少一种；或者，所述粘合剂包括聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素溶液、聚乙二醇溶液中的至少一种；或者，所述成孔剂为碳酸钙。6.根据权利要求5所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述粘合剂包括聚乙烯醇溶液时，所述混合步骤前还包括：制备聚乙烯醇溶液：在聚乙烯醇颗粒中加入去离子水，在80℃～100℃下搅拌至所述聚乙烯醇颗粒溶解，以制备成聚乙烯醇溶液，其中，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分比为5wt％～10wt％。7.根据权利要求6所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液质量大于所述生活垃圾焚烧底渣和所述al2o3的质量之和的10wt％。8.根据权利要求1所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述压制的步骤前，所述制备方法包括以下步骤：干燥：将所述混合物在60℃～70℃下干燥。9.根据权利要求1所述陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述压制的步骤中，压制的压力为20mpa～30mpa，保压的时间为1min～3min。10.一种陶瓷膜，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的陶瓷膜的制备方法制备而成。

技术总结

本发明公开了一种陶瓷膜及其制备方法，该陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：混合：将生活垃圾焚烧底渣、Al2O3、有机溶剂、粘合剂以及成孔剂混合并研磨，以形成混合物；压制：将混合物压成薄片；烧结：将薄片在900℃～1050℃下进行烧结，以得到陶瓷膜。该陶瓷膜的制备方法以生活焚烧底渣和Al2O3作为原料，陶瓷膜的制备成本较低，通过试验得出，当混合物中硅和铝的摩尔量之比为2:1时，生活焚烧垃圾底渣在整个陶瓷膜的质量中的占比可达81％，生活垃圾焚烧底渣的利用率较高，能够有效解决生活垃圾焚烧底渣资源化的问题且大大降低陶瓷膜的生产成本。渣资源化的问题且大大降低陶瓷膜的生产成本。渣资源化的问题且大大降低陶瓷膜的生产成本。

技术研发人员：唐圆圆 刘越 吕中 徐喆

受保护的技术使用者：南方科技大学

技术研发日：2022.05.13

技术公布日：2022/8/30