陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法分析

2019-11-28蒋晓虎

建材发展导向 2019年15期

郭涛蒋晓虎康玲

（安徽名创新材料科技有限公司，安徽合肥 230000）

1 陶瓷膜有机矿物质助滤剂的研发背景

金属机械加工制造中的乳化油产品使用广泛，主要用于工件润滑和冷却。但是由于乳化油产品在使用时容易混入碎屑和菌体，使用周期较短。受到污染的废水包括金属切削液、冷轧液、金属清洗液等，油仍处于乳化状态，其粒子直径一般低于3μm，酸碱值呈碱性，且油浓度高，需要对其进行定期处理。特别是切削油的处理，采用普通陶瓷微滤膜虽然截留效果较好，但无法对高浓度油水作出有效处理。设计制备陶瓷膜有机矿物质助滤剂主要是为了解决上述问题[1]。

粘土原矿主要由高岭土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、膨润土等构成，属于含水镁铝碳酸盐粘土矿物，理想结构式为[（CH2）4（Mg，Al，Fe）5Si8O20（OH2）]·mH2O。粘土原矿晶体结构属于硅酸盐双链结构和层状结构过渡类型，是2∶1 型粘土矿物。其晶体结构中的晶体孔道较多，内表面积大，因此吸附能力较强。为提升微滤过程的膜通量及截留效果，需要向体系中加入助滤剂。其作用是在膜表面形成亲水动态层，阻止细小的油滴及悬浮颗粒透过膜孔，同时应解决加入固体悬浮颗粒容易引起的二次污染问题，提高系统可用性[2]。

2 陶瓷膜有机矿物质助滤剂的制备方法

2.1 基本步骤

研究陶瓷膜有机矿物质助滤剂制备方法主要是为了提高陶瓷微滤膜的膜通量。其基本步骤包括：1）在粘土原矿中加入水，经过混合搅拌均匀后，向其中加入适量盐酸，约为原矿质量的4%～8%。然后继续搅拌，经过20～60min 后，得到浆体溶液，加入的盐酸质量浓度在10%～20%之间；2）得到的浆体溶液经过沉降和过滤后，进行悬浮液离心分离；3）得到的清液在温度60～90℃条件下烧干，然后研磨得到的固体，经过400 目筛分；4）将经过筛分的固体粉末将入到水中，搅拌均匀后，加入适量碳酸钠溶液，约为原矿质量的4%～8%，然后继续搅拌均匀，加入的碳酸钠溶液质量浓度在10%～30%之间；5）继续向溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，约为原矿质量的0.5～1.5 倍，在40～50℃条件下搅拌，经过1～3h 的反应后，进行抽滤和水洗。然后经过乙醇洗，对其进行离心分离。使用的十六烷基三甲基溴化铵溶液的质量浓度约为8%～12%；6）最后进行烘干和研磨，同样经过400 目筛分，得到陶瓷膜有机矿物质助滤剂。

2.2 主要特征

上述制备方法的主要特点是：1）对原矿中的加水质量进行优选，实际为原矿质量5～8 倍；2）对验算质量浓度进行优选，具体为15%，实际加量为原矿质量5%；3）在浆体溶液沉降过程中，至少保持20min 的沉降时间；4）清液经过提纯后，在80℃条件下烧干效果最佳；5）向经过筛分的固体粉末加入原矿质量4～6 倍的水；6）对碳酸钠溶液质量浓度进行优选，以20%为宜，实际加量优选为原矿质量5%；7）对十六烷基三甲基溴化铵溶液加入量进行优选，实际加入量与原矿质量相等且质量浓度为10%；8）在经过抽滤后，至少进行两次水洗。

将采用上述制备方法得到的陶瓷膜有机矿物质助滤剂添加到乳化油废水微滤系统中，可以有效提升膜通量。稳定膜通量可从180L/（m2?h）提升到235L/（m2?h），提升幅度约为30%。其原理是有机矿物质助滤剂能够降低主体乳化液的油浓度，从而减少膜表面沉积层和凝胶层中的颗粒含量。加入该助滤剂后，可以使水中的乳化油快速凝聚，增大其粒径，从而减小膜表面成基层比饼阻，降低颗粒进入几率，防止出现膜孔堵塞情况。

2.3 实施方案

在上述制备方法的实施过程中，可以采取多种实施方案。比如首先称取100kg 平均粒径为1μm 的膨润土，将其加入到600kg 水中，然后在转速600r/min 下搅拌，5min 后加入5kg 质量浓度15%的盐酸，再搅拌30min。得到的浆体经过40min 沉降后，过滤掉块状杂质，使用离心机对滤液进行分离提纯，转速为2200r/min。得到的清液在80℃条件下烧干，对得到的矿物固体进行研磨，过400 目筛。然后向过筛的粉末加入500kg 水，同时加入5kg 质量浓度为20%的碳酸钠溶液进行搅拌，转速为600r/min，持续1h。最后加入100kg 质量浓度10%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，在40～50℃条件下搅拌，转速600r/min，反应2h。经过抽滤和3 次水洗后，进行乙醇洗，在离心机下离心分离，转速为2400r/min。将得到的滤饼在80℃条件下烘干，研磨后过400 目筛，并分级包装。由此得到的陶瓷膜有机矿物质助滤剂可以直接在乳化油液微滤膜系统中使用，对膜通量及截留效果的提升效果较为显著。