沸石纳米过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及工业固废再利用及环保材料技术领域，尤其涉及一种沸石纳米过滤膜及其制备方法、应用。该制备方法包括以下步骤：混合激发，将碱激发剂与粉煤灰混合，得到碱激发的前驱体料浆；涂覆，将所述前驱体料浆涂覆在多孔过滤支撑结构上，养护；反应，养护后，对涂覆在所述多孔过滤支撑结构上的所述前驱体料浆进行水热反应，水热反应后得到负载在所述多孔过滤支撑结构上的所述沸石纳米过滤膜。本发明专利技术制备方法所得到的沸石纳米过滤膜具有可以同时兼具高性能与低成本的特点，可用于大规模的污水处理，工业应用性强。

Zeolite nanofiltration membrane and its preparation

The invention relates to the technical field of industrial solid waste recycling and environmental protection materials, in particular to a zeolite nanofiltration membrane and a preparation method and application thereof. The preparation method comprises the following steps: mixing excitation, mixing the alkali activator and fly ash to obtain the alkali excited precursor slurry; coating, coating the precursor slurry on the porous filter support structure, curing; reacting, curing, and carrying out the hydrothermal reaction on the precursor slurry coated on the porous filter support structure, and obtaining the load on the porous filter support structure after the hydrothermal reaction The zeolite nanofiltration membrane on the porous filtration support structure. The zeolite nanofiltration membrane obtained by the preparation method of the invention has the characteristics of high performance and low cost, can be used for large-scale sewage treatment, and has strong industrial application.

【技术实现步骤摘要】
沸石纳米过滤膜及其制备方法
本专利技术涉及工业固废再利用及环保材料
，尤其涉及一种沸石纳米过滤膜及其制备方法。
技术介绍
纳米过滤膜是一种非常具有应用前景的分子筛薄膜，其内部通常包含许多特定纳米尺寸的孔道，这些纳米级孔道的存在有利于使小分子物质通过，使比孔道尺寸大或相当的分子被截留掉，从而达到水处理目的。由于其主要作用机制为物理截留，耗能小，稳定性好，所以其被认为是最有潜力的水处理技术之一。目前的纳米过滤膜主要有两种类型：一是性能好但成本也昂贵的膜，此类膜通常来源于共价有机化合物(COF)、金属有机框架化合物(MOF)、有机聚合物等材料，这些材料的制备成本高昂，不适合大规模实际水处理应用；二是成本低廉但性能较差的膜，此类膜采用普通工艺制造，故成本低廉，但相应地水处理性能也较差，存在水处理通量小、污染物截留效率差等问题。可见，现有纳米过滤膜难以同时兼顾水处理性能与成本问题，进而难以实现大规模的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沸石纳米过滤膜及其制备方法，以解决现有技术的纳米过滤膜难以同时兼顾水处理性能与成本的问题。第一个方面，本专利技术提供一种沸石纳米过滤膜的制备方法，包括以下步骤：混合激发：将碱激发剂与粉煤灰混合，得到碱激发的前驱体料浆；涂覆：将所述前驱体料浆涂覆在多孔过滤支撑结构上，养护；反应：养护后，对涂覆在所述多孔过滤支撑结构上的所述前驱体料浆进行水热反应，水热反应后得到负载在所述多孔过滤支撑结构上的所述沸石纳米过滤膜。>可以理解的是，在上述混合激发的步骤中，前驱体料浆，是碱激发剂与粉煤灰混合后，会得到一种碱激发的胶凝材料的前驱体浆料。进一步地，所述制备方法还包括在所述混合激发的步骤之前，制备碱激发剂，所述制备碱激发剂的步骤为：将水玻璃与氢氧化钠、水混合得到所述碱激发剂；其中，所述水玻璃、所述氢氧化钠、水的质量百分比分别为：70-80％、5-10％、12-20％，且所述水玻璃的波美度为37-51度。进一步地，所述混合激发的步骤为：将所述碱激发剂与所述粉煤灰按照质量比为1:2～1:1混合搅拌均匀，得到均质的所述前驱体料浆，其中，所述粉煤灰的粒径小于45μm。进一步地，在所述混合激发的步骤中还添加有矿渣，所述粉煤灰与所述矿渣研磨至粒径小于45μm的混合粉末，所述混合激发的步骤为：将所述碱激发剂与所述混合粉末按照质量比为1:2～1:1混合搅拌均匀，得到均质的所述前驱体料浆。进一步地，所述涂覆的步骤为：将所述前驱体料浆均匀涂覆在所述多孔过滤支撑结构上，密封并在50-60℃条件下养护8-24小时；其中，所述多孔过滤支撑结构为多孔过滤砂芯或者多孔过滤板。进一步地，在所述反应的步骤中，水热反应的温度为180-200℃、时间为16-24小时。进一步地，所述制备方法还包括在所述反应的步骤后进行干燥，所述干燥的步骤为：水热反应后，将所述多孔过滤支撑结构取出并冲洗，在60-80℃条件下干燥8-15小时，得到负载在所述多孔过滤支撑结构上的所述沸石纳米过滤膜。进一步地，所述沸石纳米过滤膜为方沸石纳米过滤膜，所述沸石纳米过滤膜的孔径为0.5-2nm，所述沸石纳米过滤膜的膜厚度小于或者等于100μm。进一步地，所述沸石纳米过滤膜的膜通量大于350L/(m2·h·MPa)，所述沸石纳米过滤膜对污水中有机污染物的去除效率高于或者等于95％。其中，膜通量是指水溶液在单位时间和压力下通过单位面积膜的体积。第二个方面，本专利技术提供一种利用上述制备方法制备的沸石纳米过滤膜。第三个方面，本专利技术提供一种利用上述制备方法制备的沸石纳米过滤膜的应用，所述沸石纳米过滤膜用于污水处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术制备方法所得到的沸石纳米过滤膜具有可以同时兼具高性能与低成本的特点，可用于大规模的污水处理，工业应用性强。性能上，本专利技术的沸石纳米过滤膜经过测试验证，其膜通量大于350L/(m2·h·MPa)，对于污水中有机污染物的去除效率高于或者等于95％，这种性能已经超过绝大多数纳米过滤膜的性能，表明本专利技术的沸石纳米过滤膜具有良好的水处理性能。成本上，本专利技术的材料成本仅约为31.8美元/平方米，在纳米过滤膜产品
中，属于低成本范畴。一方面本专利技术以粉煤灰(或粉煤灰和矿渣的混合粉末)为原料，制备方法涉及的碱激发剂试剂、多孔过滤砂芯等多孔过滤支撑结构都是易得到且成本低廉的原料，这些在原料方面既保证了成本的低廉，又能够有效处理固废、使其得到合理回收利用。另一方面本专利技术采用碱激发剂对粉煤灰(或粉煤灰和矿渣的混合粉末)的活性进行激发，通过物理发泡和多孔过滤支撑结构实现沸石纳米材料的成膜，这一过程的制备步骤简单易操作、工艺条件不苛刻，并且也不需要对粉煤灰进行高温煅烧等操作，这种简易的方法也有助于降低成本。此外，本专利技术通过在多孔过滤支撑结构上制备沸石纳米过滤膜，不仅保证产品成膜性质较好，可作为工业产品应用，而且能够控制过滤膜的厚度，使沸石纳米过滤膜的膜厚度小于或者等于100μm。附图说明图1是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜的XRD图。图2(a)是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜的数码照片。图2(b)是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜的膜表面的扫描电镜图片。图2(c)是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜中沸石颗粒的高角环形暗场-扫描透射显微图片。图2(d)是图2(c)的局部放大图片。图3是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜的孔径分布图。图4是采用本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜处理含有亚甲基蓝污水的效果图。图5是本专利技术实施例一沸石纳米过滤膜与现有纳米过滤膜的成本和操作压力对比图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例一本实施例提供一种沸石纳米过滤膜的制备方法，以及利用该制备方法制得的沸石纳米过滤膜。该制备方法包括以下步骤：制备碱激发剂：将500g水玻璃、50g氢氧化钠、100g水在磁力搅拌的作用下混合2-5min得到碱激发剂；其中，水玻璃的波美度为51度、模数为2.3。混合激发：将100g碱激发剂与100g粉煤灰混合搅拌均匀，得到均质的碱激发的前驱体料浆；其中，粉煤灰的主要化学组成以重量百分比计包括：42％的SiO2、30％的Al2O3和14％的CaO，该粉煤灰是将500g粉煤灰通过粉磨机粉磨后过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沸石纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n混合激发：将碱激发剂与粉煤灰混合，得到碱激发的前驱体料浆；/n涂覆：将所述前驱体料浆涂覆在多孔过滤支撑结构上，养护；/n反应：养护后，对涂覆在所述多孔过滤支撑结构上的所述前驱体料浆进行水热反应，水热反应后得到负载在所述多孔过滤支撑结构上的所述沸石纳米过滤膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种沸石纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
混合激发：将碱激发剂与粉煤灰混合，得到碱激发的前驱体料浆；
涂覆：将所述前驱体料浆涂覆在多孔过滤支撑结构上，养护；
反应：养护后，对涂覆在所述多孔过滤支撑结构上的所述前驱体料浆进行水热反应，水热反应后得到负载在所述多孔过滤支撑结构上的所述沸石纳米过滤膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述混合激发的步骤之前，制备碱激发剂，所述制备碱激发剂的步骤为：将水玻璃与氢氧化钠、水混合得到所述碱激发剂；其中，所述水玻璃、所述氢氧化钠、水的质量百分比分别为：70-80％、5-10％、12-20％，且所述水玻璃的波美度为37-51度。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合激发的步骤为：将所述碱激发剂与所述粉煤灰按照质量比为1:2～1:1混合搅拌均匀，得到均质的所述前驱体料浆，其中，所述粉煤灰的粒径小于45μm。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述混合激发的步骤中还添加有矿渣，所述粉煤灰与所述矿渣研磨至粒径小于45μm的混合粉末，所述混合激发的步骤为：将所述碱激发剂与所述混合粉末按照质量比为1:2～1:1混合搅拌均匀，得到均质的所述前驱体料浆。


5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张作泰，邵宁宁，颜枫，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44