[發明專利]粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910984362.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN112661520B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 馬寧;丁書強;董陽;卓錦德;王珂
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;C04B35/622;C04B38/00;C04B41/87;B01D46/54;C02F1/44;B01D67/00;B01D69/12
• 代理公司: 北京信諾創成知識產權代理有限公司 11728
• 代理人: 陳悅軍

本發明涉及陶瓷膜技術領域，公開了粉煤灰?氧化鋁復合陶瓷膜及其制備方法和應用，該陶瓷膜包括粉煤灰支撐體和依次排布在粉煤灰支撐體上的粉煤灰層和氧化鋁層，所述粉煤灰支撐體的平均孔徑a、所述粉煤灰層的平均孔徑b和所述氧化鋁層的平均孔徑c滿足以下關系：a≥b≥c，該陶瓷膜表面不存在裂紋、針眼以及膜層顆粒不存在孔滲的缺陷，從而顯著提高陶瓷膜的綜合性能。

技術領域

本發明涉及陶瓷膜技術領域，具體涉及一種粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜及其制備方法和應用。

背景技術

粉煤灰是一種儲量豐富、廉價易得的工業廢物，主要成分為二氧化硅和氧化鋁，二者含量達到70％以上，與傳統陶瓷的原料中粘土成分相近。此外，粉煤灰本身還具有大量的微孔和較高的比表面積。利用這種工業廢物不僅能夠減少環境污染，還可以開發生產高附加值的低成本陶瓷。

文獻《新型低成本多孔陶瓷分離膜的制備與性能研究》(董應超，中國科學技術大學，2008，博士論文)中將粉煤灰經過分級處理，輔以20wt％的堿式碳酸鎂作為氧化鎂源，制備粉煤灰涂膜液。然后采用高壓空氣載帶的噴涂工藝，在堇青石陶瓷支撐體上制備粉煤灰膜層。該方法采用堿式碳酸鎂作為造孔劑，不僅增加了工藝的復雜性，而且膜層表面容易產生裂紋和針孔的缺陷。

文獻《粉煤灰在碳化硅支撐體上作為涂層材料的研究》(莊衢彬等，硅酸鹽通報[J]，2016，35(8)：2556-2560)中采用揚射旋涂沉積法，將粉煤灰直接沉積在碳化硅支撐體上，粉煤灰涂層發生了一定的孔滲現象，孔滲現象容易導致支撐體上原有的孔隙堵塞，造成通量嚴重減小。

因此，即使目前已有采用粉煤灰制備陶瓷膜的方法，但是，現有方法存在制得的多層結構的陶瓷膜表面易于產生裂紋、針孔以及膜層顆粒易存在孔滲的缺陷。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的陶瓷膜表面易于產生裂紋、針孔以及膜層顆粒易存在孔滲的缺陷，提供一種粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜及其制備方法和應用，該陶瓷膜的表面不產生裂紋、針孔以及膜層顆粒不存在孔滲的缺陷，從而顯著提高陶瓷膜的綜合性能，制備得到的陶瓷膜具有較高的氣孔率、抗彎強度、純水通量和耐酸堿性。

為了實現上述目的，本發明的一方面提供一種粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜，該陶瓷膜包括粉煤灰支撐體和依次排布在粉煤灰支撐體上的粉煤灰層和氧化鋁層，所述粉煤灰支撐體的平均孔徑a、所述粉煤灰層的平均孔徑b和所述氧化鋁層的平均孔徑c滿足以下關系：a≥b≥c。

本發明的第二方面提供一種上述所述粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將粉煤灰支撐體與含有多糖基質和/或其衍生物的溶液進行第一接觸，以在粉煤灰支撐體表面形成多糖基質和/或其衍生物層，得到改性后粉煤灰支撐體；

(2)將步驟(1)得到的改性后粉煤灰支撐體與粉煤灰涂膜液進行第二接觸后并進行第一燒結，以在改性后粉煤灰支撐體上形成粉煤灰層，得到陶瓷膜中間體；

(3)將步驟(2)得到的陶瓷膜中間體與氧化鋁涂膜液進行第三接觸后并進行第二燒結，以在陶瓷膜中間體上形成氧化鋁層，得到粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜。

本發明的第三方面提供一種由上述所述方法制備得到的粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜。

本發明的第四方面提供一種上述所述粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜以及上述所述方法制備得到的粉煤灰-氧化鋁復合陶瓷膜在污水處理或氣體除塵中的應用。