CN112678921B - 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法 - Google Patents

一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112678921B
CN112678921B CN202011469460.0A CN202011469460A CN112678921B CN 112678921 B CN112678921 B CN 112678921B CN 202011469460 A CN202011469460 A CN 202011469460A CN 112678921 B CN112678921 B CN 112678921B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible membrane
casting
porous titanium
pore
sewage treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011469460.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112678921A (zh
Inventor
陈刚
曲选辉
秦明礼
辛富生
陶麒鹦
丁旺旺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202011469460.0A priority Critical patent/CN112678921B/zh
Publication of CN112678921A publication Critical patent/CN112678921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112678921B publication Critical patent/CN112678921B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，属于金属多孔功能材料制备技术及污水处理领域。采用孔构筑设计思路，基于粉末原料的粒度级配和造孔技术，将不同粒度的氢化脱氢钛粉与造孔剂、分散剂、粘结剂、增塑剂在溶剂中混合得到均匀的浆料，经流延机流延成形获得流延膜带，后经脱脂、去除造孔剂、烧结并结合电化学阳极氧化法制备具有多级孔结构、高孔隙率的高性能多孔钛柔性膜。本发明制备出厚度<0.60mm的柔性膜，具有高孔隙率(45～70％)和多级孔结构的特点，大幅提高电极材料的比表面积，加速反应底物/产物的吸脱附速率，有效提升有机物降解效率和污水处理能力。兼顾有机物降解、过滤净化、杀菌消毒的协同效果，可实现污水治理的多功能化，以及高通量、稳定及高效处理。

Description

一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法
技术领域
本发明涉及金属多孔功能材料制备技术及污水处理环保领域，提供一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法。
背景技术
近年来，随着工业化和城市化进程的加快，环境污染问题日益加剧，污水治理现已成为人类生存和社会发展面临的重要环境问题之一。因此，面对环保领域对于污水治理的迫切需求，如何高效实现污水中有害有机物的降解和提高污水处理能力具有重要意义。金属多孔钛膜以其优异的电化学有机物降解能力、导电性、无毒性、环境友好和耐腐蚀性能等，是污水处理中最为广泛使用的电极材料之一。
然而，传统钛基电极材料由于单一孔结构的原因，导致存在比表面低、孔隙率小、通量低、降解效率低等瓶颈问题。此外，电极材料的处理效率和通量不仅取决于孔结构，还与材料的传质层厚度和构造密切相关。目前，常用的多孔钛电极存在传质层较厚、柔性差的问题，其传质效率无法进一步提高，而且难以适应不同工况的复杂结构要求。
因此，亟需对钛基电极材料进行孔结构的重新构造设计，优化孔道结构、孔径分布和传质层结构，制备高性能钛柔性膜，达到污水有机物降解、过滤净化、杀菌消毒的协同增效，实现高通量、稳定、高效处理污水。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，实现高通量、稳定、高效处理污水，解决传统污水处理电极材料广泛存在的比表面积低、传质性能差、效率低、稳定性差等问题。
本发明采用的技术方案是：采用孔构筑设计思路，基于粉末原料的粒度级配和造孔技术，将不同粒度的氢化脱氢钛粉与造孔剂、分散剂、粘结剂、增塑剂在溶剂中混合得到均匀的浆料，经流延机流延成形获得流延膜带，后经脱脂、去除造孔剂、烧结并结合电化学阳极氧化法制备具有多级孔结构、高孔隙率的高性能多孔钛柔性膜。
一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)选用100目的钛丝网作为多孔柔性膜的载体，使用前经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干备用。
(2)将不同粒度级配的氢化脱氢钛粉与造孔剂、分散剂、粘结剂、增塑剂在溶剂中混合均匀形成稳定的流延浆料。所用分散剂为Hypermer KD-1，粘结剂为聚乙烯缩丁醛(PVB)，增塑剂为聚乙烯醇(PEG)，溶剂为质量比为1:1的无水乙醇和丁酮混合物。
(3)将上述配置好的浆料倒入流延机料槽后进行流延成形，控制刮刀与基板的高度和调整流延速度，可流延出不同厚度的流延膜带，流延膜带在流延机上干燥后取出。
(4)将步骤(3)不同厚度的流延膜带置于高纯氩气气氛中，升温速率控制在0.5～10℃/min，在温度为600～800℃条件下保温1～10h脱脂。
(5)将步骤(4)脱脂后的流延膜带置于去离子水中浸泡12～48h，脱除造孔剂NaCl后放置于真空干燥箱经70℃干燥4～12h得到生坯膜带。
(6)将步骤(5)的生坯膜带的放在真空烧结炉中进行烧结处理，真空度≤10-2Pa，升温速率1～10℃/min，在温度为1200～1400℃下保温0.5～2h获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜。
(7)将步骤(6)获得的多孔钛柔性膜作为阳极，石墨片为阴极，进行电化学阳极氧化处理，在钛柔性膜表面构建纳米TiO2氧化层。所使用电解液为0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液，阳极氧化电压为40～60V，氧化时间为5～20min。
进一步地，步骤(2)所述不同粒度级配的氢化脱氢钛粉，其中粗粉粒径为200目，细粉粒径为500目，细粉所占原料粉末质量分数为20～50％，所述造孔剂为粒径50～100μmNaCl粉末。
进一步地，步骤(2)所述流延浆料中各组分质量百分比为：200目氢化脱氢钛粉20～40％、500目氢化脱氢钛粉10～20％、5～15％的NaCl粉末、0.5～1％的Hypermer KD-1、2～3.5％的聚乙烯缩丁醛、1.5～3％的聚乙二醇，余量为无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂。
进一步地，步骤(3)所述刮刀与基板高度为0.5～1.5mm，流延速度为0.2～1m/min。
进一步地，步骤(6)中所述的多级孔结构中大孔孔径范围在40～100μm，小孔孔径范围在3～10μm。
进一步地，步骤(6)中所述的多孔钛柔性膜孔隙率可达45％～70％，所述多孔钛柔性膜厚度为0.4～1.0mm。
进一步地，步骤(7)中阳极氧化处理得到的纳米TiO2阵列高度为50～150nm。
本发明与现有技术相比具有以下主要优势：
1、本发明制备的多孔钛柔性膜优化了孔道结构和分布，具有高孔隙率(45～70％)和多级孔结构的特点，大幅提高电极材料的比表面积，加速反应底物/产物的吸脱附速率，有效提升有机物降解效率和污水处理能力。
2、本发明将流延技术用于制备处理污水用多孔钛柔性膜材料，可有效降低膜的厚度，制备出厚度<0.60mm的柔性膜，可有效减少传质路径，大幅提高处理通量。
3、本发明制备的柔性膜可折叠，能适应污水处理的不同工况需求(比如管道)，其焊接性和反冲洗性能优异，能实现可重复使用、延长寿命的作用。
4、本发明制备的多孔柔性膜电极材料兼顾有机物降解、过滤净化、杀菌消毒的协同效果，可实现污水治理的多功能化，以及高通量、稳定及高效处理。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
选用100目的钛丝网经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干后用作本次多孔钛柔性膜载体。取质量分数为35％的200目氢化脱氢钛粉、15％的500目氢化脱氢钛粉、10％的NaCl粉末、0.8％的Hypermer KD-1、3％的聚乙烯缩丁醛、2.5％的聚乙二醇、33.7％的无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂混合均匀得到流延浆料。将流延浆料注入流延机中，调整刮刀高度为1.0mm，流延速度为0.50m/min，获得的流延膜带经自然干燥后放入氩气气氛中，以1.0℃/min的升温速率升至600℃保温10h进行脱脂处理。经脱脂处理后的流延膜带放入去离子水中浸泡12h，脱除造孔剂后将其放置在真空干燥箱经70℃干燥4h得到生坯膜带。生坯膜带在高真空环境中以5℃/min升至1300℃保温1h，获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜。该多孔钛柔性膜置于0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化电压为60V，氧化时间为5min，得到具有表面纳米TiO2氧化层覆盖的多孔钛柔性膜。
经检测，本实例制备的高性能多孔钛柔性膜孔隙率高达55％，大孔孔径在60～100μm，小孔孔径3～5μm，比表面积5.7cm2/g，膜厚度为0.60mm，表面纳米TiO2层高度为70nm，该多孔钛柔性膜应用到污水处理中，针对水体中典型个人护理品(PPCPs)类污染物的TOC降解效率60％。
实施例2
选用100目的钛丝网经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干后用作本次多孔钛柔性膜载体。取质量分数为30％的200目氢化脱氢钛粉、10％的500目氢化脱氢钛粉、15％的NaCl粉末、0.6％的Hypermer KD-1、2.5％的聚乙烯缩丁醛、2.5％的聚乙二醇、39.4％的无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂混合均匀得到流延浆料。将流延浆料注入流延机中，调整刮刀高度为0.8mm，流延速度为1.0m/min，获得的流延膜带经自然干燥后放入氩气气氛中，以0.5℃/min的升温速率升至700℃保温5h进行脱脂处理。经脱脂处理后的流延膜带放入去离子水中浸泡24h，脱除造孔剂后将其放置在真空干燥箱经70℃干燥6h得到生坯膜带。生坯膜带在高真空环境中以8℃/min升至1200℃保温2h，获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜。该多孔钛柔性膜置于0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化电压为50V，氧化时间为10min，得到具有表面纳米TiO2氧化层覆盖的多孔钛柔性膜。
经检测，本实例制备的高性能多孔钛柔性膜孔隙率高达62％，大孔孔径在70～80μm，小孔孔径6～8μm，比表面积6.1cm2/g，膜厚度为0.45mm，表面纳米TiO2层厚度为90nm，该多孔钛柔性膜应用到污水处理中，针对水体中典型个人护理品(PPCPs)类污染物的TOC降解效率65％。
实施例3
选用100目的钛丝网经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干后用作本次多孔钛柔性膜载体。取质量分数为40％的200目氢化脱氢钛粉、20％的500目氢化脱氢钛粉、5％的NaCl粉末、1％的Hypermer KD-1、3.5％的聚乙烯缩丁醛、3％的聚乙二醇、27.5％的无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂混合均匀得到流延浆料。将流延浆料注入流延机中，调整刮刀高度为1.5mm，流延速度为0.8m/min，获得的流延膜带经自然干燥后放入氩气气氛中，以2℃/min的升温速率升至800℃保温2h进行脱脂处理。经脱脂处理后的流延膜带放入去离子水中浸泡36h，脱除造孔剂后将其放置在真空干燥箱经70℃干燥8h得到生坯膜带。生坯膜带在高真空环境中以10℃/min升至1400℃保温0.5h，获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜。该多孔钛柔性膜置于0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化电压为40V，氧化时间为10min，得到具有表面纳米TiO2氧化层覆盖的多孔钛柔性膜。
经检测，本实例制备的高性能多孔钛柔性膜孔隙率高达45％，大孔孔径在40～60μm，小孔孔径3～5μm，比表面积4.8cm2/g，膜厚度为0.85mm，表面纳米TiO2层高度为100nm，该多孔钛柔性膜应用到污水处理中，针对水体中典型个人护理品(PPCPs)类污染物的TOC降解效率80％。
实施例4
选用100目的钛丝网经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干后用作本次多孔钛柔性膜载体。取质量分数为20％的200目氢化脱氢钛粉、10％的500目氢化脱氢钛粉、15％的NaCl粉末、0.6％的Hypermer KD-1、2％的聚乙烯缩丁醛、2.5％的聚乙二醇、49.9％的无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂混合均匀得到流延浆料。将流延浆料注入流延机中，调整刮刀高度为1.5mm，流延速度为1.0m/min，获得的流延膜带经自然干燥后放入氩气气氛中，以5℃/min的升温速率升至650℃保温8h进行脱脂处理。经脱脂处理后的流延膜带放入去离子水中浸泡48h，脱除造孔剂后将其放置在真空干燥箱经70℃干燥12h得到生坯膜带。生坯膜带在高真空环境中以5℃/min升至1200℃保温2h，获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜。该多孔钛柔性膜置于0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化电压为50V，氧化时间为15min，得到具有表面纳米TiO2氧化层覆盖的多孔钛柔性膜。
经检测，本实例制备的高性能多孔钛柔性膜孔隙率高达68％，大孔孔径在80～100μm，小孔孔径7～10μm，比表面积6.4cm2/g，膜厚度为0.70mm，表面纳米TiO2层高度为120nm，该多孔钛柔性膜应用到污水处理中，针对水体中典型个人护理品(PPCPs)类污染物的TOC降解效率70％。

Claims (3)

1.一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)选用100目的钛丝网作为多孔柔性膜的载体，使用前经酒精清洗后在真空干燥箱经70℃烘干备用；
(2)将不同粒度级配的氢化脱氢钛粉与造孔剂、分散剂、粘结剂、增塑剂在溶剂中混合均匀形成稳定的流延浆料；所用分散剂为HypermerKD-1，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，增塑剂为聚乙二醇，溶剂为质量比为1:1的无水乙醇和丁酮混合物；
(3)将步骤(2)配置好的浆料倒入流延机料槽后进行流延成形，控制刮刀与基板的高度和调整流延速度，可流延出不同厚度的流延膜带，流延膜带在流延机上干燥后取出；
(4)将步骤(3)不同厚度的流延膜带置于高纯氩气气氛中，升温速率控制在0.5～10℃/min，在温度为600～800℃条件下保温1～10h脱脂；
(5)将步骤(4)脱脂后的流延膜带置于去离子水中浸泡12～48h，脱除造孔剂NaCl后放置于真空干燥箱经70℃干燥4～12h得到生坯膜带；
(6)将步骤(5)的生坯膜带放在真空烧结炉中进行烧结处理，真空度≤10-2Pa，升温速率1～10℃/min，在温度为1200～1400℃下保温0.5～2h获得具有多级孔结构的多孔钛柔性膜；
(7)将步骤(6)获得的多孔钛柔性膜作为阳极，石墨片为阴极，进行电化学阳极氧化处理，在多孔钛柔性膜表面构建纳米TiO2氧化层；所使用电解液为0.25wt％NH4F和2vol％的乙二醇溶液，阳极氧化电压为40～60V，氧化时间为5～20min；
步骤(7)所述的电化学阳极氧化处理得到的纳米TiO2氧化层高度为50～150nm；
步骤(2)所述不同粒度级配氢化脱氢钛粉，其中粗粉粒径为200目，细粉粒径为500目，所述造孔剂为粒径50～100μm NaCl粉末；
步骤(2)所述流延浆料中各组分质量百分比为：200目氢化脱氢钛粉20～40％、500目氢化脱氢钛粉10～20％、5～15％的NaCl粉末、0.5～1％的Hypermer KD-1、2～3.5％的聚乙烯醇缩丁醛、1.5～3％的聚乙二醇，余量为无水乙醇与丁酮混合的有机溶剂；
步骤(6)所述的多级孔结构中大孔孔径范围在40～100μm，小孔孔径范围在3～10μm。
2.如权利要求1所述一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述刮刀与基板高度为0.5～1.5mm，流延速度为0.2～1m/min。
3.如权利要求1所述一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述的多孔钛柔性膜孔隙率可达45％～70％，所述多孔钛柔性膜厚度为0.4～1.0mm。
CN202011469460.0A 2020-12-14 2020-12-14 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法 Active CN112678921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011469460.0A CN112678921B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011469460.0A CN112678921B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112678921A CN112678921A (zh) 2021-04-20
CN112678921B true CN112678921B (zh) 2023-01-24

Family

ID=75449387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011469460.0A Active CN112678921B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112678921B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113373469A (zh) * 2021-05-31 2021-09-10 宝武清洁能源有限公司 一种水电解制氢***的双极板及其制备方法和应用
WO2024098309A1 (zh) * 2022-11-10 2024-05-16 中建安装集团有限公司 一种水力自适应电化学半柔性反应装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014084505A (ja) * 2012-10-24 2014-05-12 Toho Titanium Co Ltd 多孔質チタン薄膜の製造方法
CN107020074A (zh) * 2016-02-02 2017-08-08 中国科学院大学 一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜及其制备方法
CN108251881A (zh) * 2018-01-22 2018-07-06 天津工业大学 一种多孔钛/二氧化钛纳米管复合平板膜及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH116098A (ja) * 1997-06-18 1999-01-12 Nikon Corp 金属元素含有酸化チタン皮膜の製造方法
CN101122041B (zh) * 2007-09-17 2011-05-25 西北有色金属研究院 一种制备多孔钛过滤材料表面功能化纳米结构膜的方法
CN101814606A (zh) * 2010-04-01 2010-08-25 江苏工业学院 水基流延制备熔融碳酸盐燃料电池NiO阴极材料的方法
CN105220202B (zh) * 2015-10-23 2018-03-06 北京科技大学 一种钛基三维多孔二氧化钛氧化层的制备方法
CN106512734B (zh) * 2016-11-23 2019-07-30 西北有色金属研究院 一种钛及钛合金多孔复合膜管及其制备方法
CN111495348A (zh) * 2020-04-23 2020-08-07 王伟东 一种多孔光触媒过滤网的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014084505A (ja) * 2012-10-24 2014-05-12 Toho Titanium Co Ltd 多孔質チタン薄膜の製造方法
CN107020074A (zh) * 2016-02-02 2017-08-08 中国科学院大学 一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜及其制备方法
CN108251881A (zh) * 2018-01-22 2018-07-06 天津工业大学 一种多孔钛/二氧化钛纳米管复合平板膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112678921A (zh) 2021-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112678921B (zh) 一种污水处理用高性能多孔钛柔性膜的制备方法
CN103774149B (zh) 一种高强纳米多孔镍膜的制备方法
CN107400903B (zh) 一种三维纳米多孔铜修饰的泡沫镍及其制备方法和应用
CN103539229A (zh) 一种高效去除多种有机化合物的粒子电极及其制备方法
CN102372499A (zh) 有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti2AlN陶瓷的方法
CN107234241B (zh) 一种微米级多孔钨及其制备方法
CN112316743B (zh) 一种低成本低密度催化功能性陶瓷膜的制备方法
CN106673655A (zh) 一种制备石墨烯增强三维多孔碳自支撑薄膜的方法
WO2019196180A1 (zh) 一种尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法
CN113165916A (zh) 用于净化流体特别是废水的装置
CN101984145A (zh) 具有可调孔径的双通多孔氧化铝模板的制备方法
CN102586853B (zh) 一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法
CN107376897A (zh) 一种含有三金属的氧化催化膜及其制备方法与应用
CN115188597A (zh) 一种基于多粒径搭配的烧结阳极材料的制备方法
CN115954614A (zh) 一种耐高温存储锂离子电池隔膜及其制备方法
CN114656288B (zh) 一种MXene/陶瓷纤维光热转换复合材料及其制备方法和应用
CN108554435B (zh) 一种PdO负载N、B共掺杂二氧化钛纳米管光催化剂及其制备方法
CN114314763B (zh) 一种环保型三维粒子电极的制备方法及制备的电极
WO2019196183A1 (zh) 一种ma-m2t尖晶石固溶体增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法
CN116196471A (zh) 一种镁或镁合金表面负载兼具耐蚀性与抗菌性能的功能复合涂层及其制备方法、应用
CN116013624A (zh) 用于制备高稳定性直流电阻片的组合物、高稳定性直流电阻片及其制备方法和应用
CN114870646A (zh) 基于金属网-陶瓷复合基膜的含油污水处理动态膜的制备方法
CN108479415A (zh) 一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法
CN113699547B (zh) 一种多孔合金电极的制备方法及应用
CN108484181B (zh) 一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant