板式陶瓷膜的制备及其分离制革废水的性能

第39卷第5期现代技术陶瓷Vol. 39 No. 5 2018年10月Advanced Ceramics October 2018中图分类号：X703 文献编号：1005-1198 (2018) 05-0362-07文献标识码： A DOI：10.16253/ki.37-1226/tq.2018.01.003水处理用陶瓷平板膜制备唐钰栋，薛友祥，赵世凯，马腾飞，李小勇，宋涛，栾婷山东工业陶瓷研究设计院有限公司，山东淄博255000摘要：本文以α-Al2O3为主要原料，采用挤出成型工艺制备了水处理用陶瓷平板膜，测试了其显气孔率、膜层孔径、抗折强度和透水性能。

实验表明，陶瓷平板膜在1350︒C烧结时，显气孔率为41.4%，水平抗折强度为22.4 MPa，膜层孔径分布在0.08 μm ~ 0.125 μm之间，水通量626 L/(m2·h) (40 kPa)。

关键词：陶瓷平板膜；α-Al2O3；水处理Preparation of Ceramic Flat Membrane for Water TreatmentTANG Yu-Dong, XUE You-Xiang, ZHAO Shi-Kai, MA Teng-Fei,LI Xiao-Yong, SONG Tao, LUAN TingShandong Industrial Ceramic Research & Design Institute Co., Ltd, Zibo 255049, China Abstract: The ceramic flat membrane for water treatment was prepared by extrusion process using α-Al2O3 as raw material. Open porosity, pore size distribution, bending strength and water permeability performance of the prepared ceramic flat membrane were tested. Experimental results showed that the plate membrane sintered at 1350︒C has open porosity of 41.4%, bending strength (horizontal hole) of 22.4 MPa and the pore size distributes in the range of 0.08 μm to 0.125 μm. The water permeability performance of ceramic flat membrane was 626 L/(m2·h) (40 kPa).Keywords: Ceramic flat membrane; α -A12O3; Water treatment面对全球水资源日益短缺及水体污染严重等问题，高效膜法水处理技术提到了新的日程，抗污染、耐腐蚀、长寿命的膜分离材料开发与推广应用显得愈为重要。

平板陶瓷膜（plate ceramic membrane）是新一代陶瓷膜技术，采用Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC 等无机材料，利用中国千年传统烧结工艺制备而成。

它主要是依据“物理筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，利用压力差为推动力，使小分子物质可以通过，大分子物质则被截留，从而实现它们之间的分离。

平板陶瓷膜具有过滤面积大、分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，将在人类面临的能源、资源、环境和健康等重要领域发挥关键作用，其应用市场涉及食品工业、化工与石油化工、生物医药、环保及能源等诸多领域。

结构平板陶瓷膜（plate ceramic membrane）是新一代陶瓷膜技术，是以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等原料经一系列特殊工艺制作而成的具有多孔结构的分离材料，构成为多层非对称结构，由两层或两层以上的膜层构成，既形成一种无缺陷、具有良好分离功能的活性顶层，同时又减少膜的渗透阻力，保证平板陶瓷膜具有足够的机械强度和高的渗透通量。

膜孔径涵盖超滤、微滤以及纳滤范围，其过滤孔径可根据可滤介质的不同在10纳米到10微米可调，孔径分布窄，并且膜表面可用不同的材料进行修饰，增加过滤精度以及过滤通量。

特性平板陶瓷膜具有化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大、易再生、使用寿命长等有机膜无法比拟的优点。

原理自然界中能够作为膜的材料众多，按膜材质来分，可分为有机膜、无机膜及金属膜。

平板陶瓷膜是由陶瓷制成的无机膜。

其按孔径分为微滤、超滤和纳滤。

分离过程可以看作是膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。

陶瓷膜在废水处理领域中的研究进展张诗洋1,2,单历元3,廖松义1,2,朋小康1,刘荣涛1,闵永刚1,2(1.广东工业大学材料与能源学院,广东广州510006;2.东莞华南设计创新院,广东东莞523808;3.西安交通大学理学院,陕西西安710049)[摘要]陶瓷膜具有优良的热稳定性、孔稳定性、耐化学腐蚀性和机械强度高等特点,在废水处理领域受到广泛关注。

根据近年来陶瓷膜处理废水的研究现状,介绍了改性陶瓷膜的策略及性能,并针对非改性陶瓷膜对离子/小分子过滤精度低的问题,重点介绍了二氧化钛、石墨烯改性膜的制备及应用。

最后展望了陶瓷膜在此领域中的发展前景。

[关键词]陶瓷膜;废水处理;TiO 2;石墨烯;改性[中图分类号]X703[文献标识码]A[文章编号]1005-829X (2021)04-0031-06Research progress of ceramic membrane in wastewater treatmentZhang Shiyang 1,2,Shan Liyuan 3,Liao Songyi 1,2,Peng Xiaokang 1,Liu Rongtao 1,Min Yonggang 1,2(1.School of Materials and Energy ,Guangdong University of Technology ,Guangzhou 510006,China ;2.Dongguan South China Design Innovation Institute ,Dongguan 523808,China ;3.School of Science ,Xi ’an Jiaotong University ,Xi ’an 710049,China )Abstract :Due to excellent thermal stability ,pore stability ,chemical corrosion resistance and mechanical strength ,ceramic membrane materials attract wide attention in the field of wastewater treatment.According to the research sta ⁃tus of ceramic membrane in wastewater treatment in recent years ,the strategy and performance of modified ceramic membranes were introduced.Aiming at the lower accuracy of ionic/small molecule filtration for non ⁃modified ceramic membranes ,the preparation and application of titanium dioxide and graphene modified ones were mainly introduced.Finally ,the development of ceramic membrane materials in wastewater treatment was prospected.Key words :ceramic membrane ;wastewater treatment ;titanium dioxide ;graphene ;modification[基金项目]广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队项目(2016ZT06C412)我国人口众多,水资源分布不均,缺口日益严重。

216研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2018.05 (下)21世纪以来，随着我国经济的腾飞和人民生活水平的不断提高，环境问题尤其是水污染问题越来越突出。

针对水污染问题，膜分离技术是近40年来发展最迅速、应用最广泛的水处理技术，可实现工业废水净化、海水淡化、生活污水和饮用水纯化等。

其原理是通过膜的隔离作用，使得胶体、颗粒、污染物不能透过分离膜，以反渗透的方式，在外力作用下对水分子进行分离，从而达到提高水质的目的。

与传统的物理和化学水处理的技术相比，膜技术具有投资少、节能、操作简便、水处理效率高等优势，带来了巨大的经济和环境效益。

最早的分离膜是纤维素制膜，纤维素膜价格低廉、工艺简单且亲水性好，但是pH 适用范围小、不耐高温、易受化学和微生物腐蚀。

而近年来，新型的陶瓷、多孔玻璃等无机膜材料、金属材料、有机-膜材料层出不穷，成为最新的研究热点。

金属膜机械性能好，但易氧化和腐蚀。

近20年来先后出现聚丙烯腈(PAN)、聚砜（PSF）、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)等高分子有机膜。

疏水性膜材料如聚酯、聚偏氟乙烯等耐高温、耐腐蚀，但易吸附胶体等污染物，造成膜孔堵塞。

亲水性膜材料如聚丙烯腈等吸附溶质少，但机械性能和抗腐蚀能力差，抗腐蚀性差。

无机分离膜具有聚合物分离膜无法比拟的一些优点：化学稳定性好、机械强度大、抗微生物腐蚀能力强、孔径分布窄、分离效率高。

而陶瓷滤膜属于无机膜的一种，是应用于膜分离技术中的核心材料。

陶瓷滤膜以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅以及高岭土等为原料，制成多孔结构的支撑体，再经表面涂膜工艺制备功能膜层，最后经高温烧制而成。

根据支撑体结构类型的不同，陶瓷滤膜可分为板式、管式、多通道3类。

陶瓷膜的孔径一般在微米级以下，根据孔径的不同或者截留分子量的大小，又可将陶瓷膜分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）和纳滤膜（NF）。

第36卷第3期萍乡学院学报2019年6月V ol.36 NO.3Journal of Pingxiang University Jun.2019陶瓷膜生物反应器的制备及废水处理研究进展王宗丽，王海舟，何环宇（萍乡学院 江西省环保材料与装备工程技术研究中心，江西 萍乡 337000）摘 要：陶瓷膜生物反应器（CMBR）是在膜生物反应器的机理上，以陶瓷膜的耐酸、耐碱、耐重金、耐高温以及抗微生物能力强等优点替代中空纤维膜，在国内外得到广泛应用。

文章综述了国内外CMBR处理废水的最新研究进展，从陶瓷膜成分、CMBR制备方法、处理废水机理及CMBR在废水处理中的应用等方面进行了分析，总结了CMBR 处理废水目前存在的问题，并就问题提出新的研究方向。

关键词：陶瓷膜生物反应器；废水；处理机理；研究中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-9249（2019）03-0068-04目前我国各类废水的处理方法主要为物化+膜生物反应器（MBR）法。

MBR被认为是一种高效节能的新型污水处理技术。

采用MBR能在膜表面有效的形成内部缺氧、外部好氧的阶梯环境，从而实现好氧菌、厌氧菌同步去除COD及氨化、硝化、反硝化同步发生去除NH3-N的效果（同步硝化反硝化，简称SND）[1]。

由于中空纤维膜具有寿命短、通量小、耐酸碱性差等缺点，利用传统膜生物反应器的原理，结合陶瓷膜代替中空纤维膜开发的陶瓷膜生物反应器（以下简称CMBR），是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。

主要以不同规格的Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2等无机陶瓷材料为支撑体[2]，经表面涂膜、高温烧制，使其具有耐酸、耐碱、耐重金、耐高温以及抗微生物能力强等优点[3]，近年来受到广泛的关注。

1 陶瓷膜陶瓷膜是无机膜中的一种，以不同规格Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成[4]。

表1分析了陶瓷膜与中空纤维膜的性能对比[5]。

新一代陶瓷膜处理装备污水处理的技术创新摘要：深入研究了新一代陶瓷膜处理装备在污水处理领域的技术创新。

通过分析该技术的背景和需求，提出了一种创新的污水处理装备方案，并详细介绍了该技术在污水处理过程中的应用。

研究发现，新一代陶瓷膜处理装备在提高污水处理效率、保证处理质量和安全性等方面具有显著的优势。

本文的研究对于污水处理装备技术的进一步发展和应用具有重要意义。

关键词：陶瓷膜，污水处理，技术创新，效率，质量，安全性引言：随着环境污染问题日益突出，污水处理技术的发展变得愈加重要。

污水处理不仅关系到环境保护，还涉及到资源的合理利用。

在污水处理领域，陶瓷膜处理装备已经成为一项备受关注的技术。

文章将深入研究新一代陶瓷膜处理装备在污水处理中的技术创新，以期为提高处理效率、保证处理质量和安全性提供新的解决方案。

一、污水处理背景和需求1.1 污水处理的背景与意义污水处理作为环境保护和资源可持续利用的重要组成部分，已经成为全球关注的焦点。

背负着世界人口不断增长、城市化进程加快以及工业化程度提高等多重挑战，污水处理在现代社会的地位愈发凸显。

污水处理的背景可以追溯到人类文明的发展，但在当今社会，其意义更加重大，原因如下。

一方面，环境保护是污水处理背后的主要动力之一。

随着工业化和城市化的不断推进，废水排放量不断增加，给自然环境造成了严重的污染。

污水中含有各种有害物质，如有机物、重金属和细菌等，如果不经过有效处理，将对水资源、土壤和大气造成危害，威胁生态平衡。

污水处理是保护自然环境、维护生态平衡的必要手段。

另一方面，污水处理对公共卫生和健康至关重要。

未经处理的污水可能携带各种疾病的传播媒介，对人类健康构成威胁。

污水中的微生物、病毒和细菌等可以通过水源污染传播，引发疫情和传染病。

有效的污水处理不仅有助于改善环境卫生，还有助于降低疾病传播的风险，维护公众的健康。

1.2 污水处理的作用与挑战污水处理在解决环境和健康问题方面发挥着重要作用，但也面临着一系列挑战和困难。

陶瓷膜在水处理中的应用研究1. 引言1.1 背景介绍随着人口的增加和工业化的不断发展，水资源的稀缺性和污染程度日益严重，对水处理技术的需求也越来越迫切。

传统的水处理方法往往存在着效率低、能耗高、产生废弃物多等问题，因此迫切需要一种高效、节能、环保的新型水处理技术来应对这一挑战。

本文将探讨陶瓷膜在水处理中的应用研究，分析陶瓷膜的制备方法、应用案例、优势和特点、发展趋势以及影响其在水处理中的因素，旨在为加速推动陶瓷膜技术的发展提供参考和借鉴。

1.2 研究意义在当前社会环境下，水资源的供应和管理已经成为各国政府和科研机构密切关注的焦点。

水的处理和净化是保障人们健康生活的重要保障，而传统的水处理方法存在着一些难以克服的问题，如能耗高、处理效率低、易产生二次污染等。

深入研究陶瓷膜在水处理中的应用，探索其制备方法、优势特点、应用案例等内容，对于推动水资源的可持续利用和保护具有积极的促进作用。

通过对陶瓷膜在水处理中的研究，可以为我国水资源的管理和保护提供重要的技术支撑，为解决当前水资源问题和提高水质量做出贡献。

【2000字】2. 正文2.1 陶瓷膜的制备方法陶瓷膜的制备方法是关于如何制造陶瓷膜用于水处理的过程。

陶瓷膜的制备方法主要包括以下几个步骤：1. 原料准备：选择适合制备陶瓷膜的原料，通常为一些粉末或溶液状的材料，例如氧化铝、氧化硅等。

2. 混合和成型：将原料进行混合，然后通过压制、注塑等方式成型成带有特定孔径和粗糙度的膜片。

3. 烧结：将成型后的膜片放入烧炉中进行高温烧结，使得原料中的颗粒结合成坚实的膜状结构。

4. 放置：经过烧结后的陶瓷膜需要进行适当的处理和处理，以确保其表面平整、孔隙均匀。

5. 检测和修整：对制备完成的陶瓷膜进行检测，发现缺陷或不良部分时进行修整或更换。

通过以上制备方法，可以获得高质量的陶瓷膜，用于水处理领域中的过滤、分离和净化等工艺。

采用不同的原料和制备方法，还可以得到不同孔径和厚度的陶瓷膜，以满足不同水处理工艺的需求。

硅藻土基平板式陶瓷分离膜的制备及性能表征朱跃东;殷齐超;廖得祥;耿安朝【摘要】采用固态粒子烧结法和浸拉提渍工艺相结合研制硅藻土平板式陶瓷分离膜，探讨胚料中造孔剂和固含量对膜孔径及纯水通量的影响，并研究涂层工艺及烧成制度对膜形成的作用。

同时对微滤膜的孔径大小及分布，膜孔隙率、纯水通量及抗弯强度等性能进行表征。

实验结果表明，制备出平均孔径为0.8μm的平板陶瓷膜，其具有表面性质连续完整、孔径分布窄以及机械强度大的特点。

%Diatomite flat ceramic micro-filtration membrane was prepared by solid state sintering and dip-coating method. The influence of solid content in the coating liquid of membrane to pore size and pure water flux was explored, the effect of the coating process and sintering system on the membrane formation was analyzed. Characterizations of the micro-membrane, such as the pore size and pore size distribution, membrane porosity, pure water flux and flexural behavior, were studied. The results indicated that membrane with porosity beyond 35%, average p ore size 0. 8 μm, continuous complete surface properties, narrow pore distribution and high mechanical strength were prepared.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)017【总页数】3页(P92-94)【关键词】平板陶瓷膜;硅藻土;固态粒子烧结法;制备;表征【作者】朱跃东;殷齐超;廖得祥;耿安朝【作者单位】上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306;上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306;上海海事大学海洋科学与工程学院，上海201306;上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306【正文语种】中文【中图分类】TQ174在主动错流式膜分离膜设备在工业生产和应用过程中发现，在处理一些特殊的工业废水时，需要一种质轻、高水通量且具有一定强度的平板式无机陶瓷分离膜。

0.5t/h 浸没式生活污水MBR系统设计方案新加坡世来福科技有限公司Ceraflo Pte Ltd一、陶瓷膜MBR工艺技术说明与传统的有机膜MBR工艺相比，陶瓷膜MBR工艺具有以下主要特点:（1）出水水质比有机膜优质稳定因为陶瓷膜通过1800摄氏度以上高温烧结而成，与有机膜成型工艺完全不同，表面光洁，抗污染能力强，孔径分布均匀。

MBR实质是起到固液分离，膜孔径分布均匀，出水水质必然比有机膜稳定。

（2）占地面积比板式有机膜更小因为一般工程项目上，有机膜的设计通量在15Lmh，一般采用10Lmh的运行通量。

而陶瓷膜MBR设计通量40Lmh，为有机膜的三倍。

在核算占地面积上，比板式有机膜节省2/3。

（3）维护容易，使用寿命长MBR元件采用世来福首创CF-4245-SH结构，陶瓷膜片实现单片（0.1m2）更换，大大降低了维护经费。

并且世来福生产陶瓷膜，通过高温烧结的无机材质，相比有机膜，使用寿命长3年以上。

（4）高设计通量有机膜在MBR项目上，尤其是含油废水项目上，MBR设计通量上限为15Lmh。

而因为陶瓷膜亲水性好，在同样的运行压力下，每小时通量为50Lmh（一般生活污水为50Lmh），约为有机膜的三倍。

（5）膜恢复方式多板式有机膜只能通过重力加药以及底部高强度曝气方式恢复膜元件通量，中空纤维有机膜只能通过在线反冲以及低强度曝气方式恢复膜元件通量。

而陶瓷膜，因为其是板式中空结构，并且能承受0.8MPa的压力，既能采用底部高强度曝气，也能通过反冲泵反冲药液等。

不论从恢复效果以及通量，陶瓷膜均优于有机膜。

二、项目概述现有水处理工程公司需0.5t/h生活污水的中试设备。

三、项目MBR参数3.1 设计水量本方案项目设计水量0.5t/h，MBR膜池的来水为处端生化池的出水。

3.2 设计依据3.2.1进水水质（参照一般杂排生活污水水质）表3-1 进水水质CODcr BOD5油类NH3-N≤mg/L≤mg/L≤mg/L≤mg/L 3.2.2出水水质出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A 标准，出水水质要求如下：表3-2 出水水质3.3 MBR 系统核算3.3.1 MBR 膜组件表3-3 CF-4245-SH 参数膜元件 CF-4245-SH材质 Al 2O 3 孔径（μm ） 平均孔径0.1膜片数 42 膜过滤面积（m 2） 4.5 膜单片尺寸（mm ） 3H ×110W ×500L 膜元件尺寸（mm ） 145H ×430W ×600L膜元件质量（kg ） 20 设计产水量（Lmh ） 50 曝气管供给空气量（m 3/min ）需要量 上限值过滤压力（MPa ）0.03以下 水温（℃）5～80 pH2～12 允许MLSS （mg/L ）5000～15000CODcrBOD 5SSNH 3-N油类pH≤50 mg/L ≤10 mg/L ≤10 mg/L ≤5 mg/L ≤1m g/L 6～93.3.2 MBR系统项目数值备注膜面积13.5m2 4.5*3运行通量40Lmh污泥浓度MLSS 4000-12000mg/L系统产水量0.5t/h反冲方式气/水反冲气反冲：0.2MPa【需配置泄压阀】水反冲：1.5t/h【潜水泵进水量1~1.5m3/h 回流一部分从而保持膜池污泥浓度曝气量70L/min注：中试系统建议每层装一个球阀以便控制每层出水量维持在相同数值，并通过负压表观察记录数值变化。