[發明專利]一種平板結構多孔陶瓷膜支撐體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210179260.0
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102688700A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 汪長安;劉瑞平;黃勇;衷待群;王迎奎;付磊;王迎祥
• 申請（專利權）人: 清華大學;河南方周瓷業有限公司
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D71/02
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種平板結構多孔陶瓷膜及其制備方法，其可用于替代目前常用于膜生物反應器中的有機平板膜或中空纖維膜。

背景技術

膜生物反應器是一種結合生物處理和薄膜分離技術的污水處理裝置，在原本布滿微生物的反應槽內，增加生物膜組件使進流水除了與反應槽內的微生物接觸并進行分解反應外，還同時使混合液在足夠的壓力差驅動下通過生物膜組的薄膜而產生過濾作用的處理技術，污染則被完全截留在反應槽內。膜的應用不僅可以取代活性污泥法中的二次沉淀池，進行固液分離，有效的達到了泥水分離的目的，而且能充分利用膜的高效截留作用，能夠有效地截留硝化菌，完全保留在生物反應器內，使硝化反應保證順利進行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，并且可以截留一時難于降解的大分子有機物，延長其在反應器的停留時間，使之得到最大限度的分解。

由于膜生物反應器處理系統可處理高濃度污泥變化、固液分離效果佳、可減少處理槽體積及污泥產量等優點，所以自80年代以來，已有多家企業開發出不同類型的商業化商品。而目前常用的膜生物反應器大都采用有機中空纖維膜，如聚乙烯中空纖維膜，但是有機膜存在機械、化學和熱穩定性低的缺點，其不能化學沖洗及反沖洗，使其在苛刻體系中的應用受到限制。而多孔無機陶瓷膜由于具有優異的高分離效率、耐高溫、耐溶劑、抗微生物、耐酸堿性、高機械強度及易清洗可再生等優點，其應用已滲透到食品、飲料、植(藥)物深加工、生物醫藥、發酵、精細化工等眾多領域，可用于工藝過程中的分離、澄清、純化、濃縮、除菌、除鹽等。

針對上述問題，本發明提出采用平板結構多孔陶瓷膜來替代目前常用于膜生物反應器中的有機平板膜或中空纖維膜，一方面其耐酸堿腐蝕以及耐高溫，可以在苛刻的環境中使用，另一方面其機械強度較高，且可以通過反向施壓進行反沖洗，減少膜的清洗次數，提高膜的使用壽命，從而解決了目前有機膜使用壽命不足的問題。

本發明的目的是提供一種替代目前常用于膜生物反應器中的有機平板膜或中空纖維膜的無機膜，其不僅可以克服傳統膜生物反應器由于采用有機中空纖維膜導致其壽命低、不耐酸堿以及膜不能反沖洗等缺點，減少膜的清洗次數，提高膜的使用壽命，而且可以通過對多孔陶瓷膜組件施加負壓增大其滲透通量，或可以施加反向壓力實現膜的在線反沖洗。在目前常用的擠出成型工藝的基礎上，通過調整擠出成型所用模具和工藝，首先制備了內部中空的平板結構多孔陶瓷膜支撐體，在此基礎上在多孔陶瓷膜支撐體的外表面涂覆至少一層膜，通過干燥、燒結，最后獲得高力學性能的多孔陶瓷膜。本發明制備工藝簡單，生產成本低，主要用于替代膜生物反應器中的有機膜或平板膜，有利于推廣應用。

發明內容

本發明針對傳統的有機中空纖維膜生物反應器的缺點，提出采用平板結構多孔陶瓷膜替代有機膜的方案。具體內容如下：

①結構(見附圖)

多孔陶瓷膜支撐體呈平板狀，其由兩個平板支撐體組成一個整體，且兩個平板支撐體中間留有一定的空間，同時在上述空間分布著至少一個支撐柱，以提高支撐體組件的強度。

同時，為了減少濾液在平板結構支撐體中的流動阻力，可以在平板膜支撐體中設置至少一個出水通道，其可以通過手工或機械的方法來制備。

②原材料

多孔陶瓷膜支撐體的陶瓷骨料可采用氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、碳化硅、氧化鈦、莫來石、堇青石中的一種或幾種。平均粒徑在1-40μm之間。

造孔劑可以采用淀粉、石墨、酚醛樹脂球、PMMA微球、PS微球、聚乙烯醇等，平均粒徑在0.005-10μm之間。

粘結劑采用甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素等。

③制備工藝

將陶瓷骨料(80-96％)、造孔劑(2-10wt％)、粘結劑(2-10wt％)等球磨4-10h混合均勻，然后加入水(混合粉末與水的體積比為1.5～2∶1)球磨4-12h制成分散均勻的漿料。

隨后將漿料置入煉泥機中，相對真空度不低于50％，泥料煉制1-6次。

多孔陶瓷膜支撐體的成型工藝可以采用擠出成型。擠出溫度在10-50℃之間，擠出速度在0.2-3m/min之間，擠出壓力不低于6MPa。擠出成型時在模具前面安裝了一個錐形分泥頭，泥料經過分泥頭時，通過分泥頭的張合將泥料均勻分散到平板結構模具上，從而實現平板結構陶瓷膜支撐體的制備。通過在擠出成型機中安裝分泥頭可以實現在小型擠出成型機中制備較大面積平板結構的陶瓷膜支撐體。