无机陶瓷膜在环保水处理中的应用

无机陶瓷膜在环保水处理中的应用

卢金边 夏禹

中信清水入江（武汉）投资建设有限公司 430200

摘要：经济的发展和社会的进步促进了我国科学技术的不断提高和创新。随着技术的发展和制备成本的降低，无机陶瓷膜在水处理中的应用越来越受到人们的重视。与有机聚合物膜相比，无机陶瓷膜具有优异的耐压性、耐化学性、耐清洗性、耐老化性，且具有更高的通量和更长的寿命周期。因此，本文首先分析了无机陶瓷膜的过滤原理及常用工业制备方法，并对其在环保水处理中的具体应用展开了讨论。

关键词：无机陶瓷膜；制备方法；环保水处理

当前，环境问题已成为全球性问题，为了更好地保护水资源，有必要对污水进行收集、处理、净化和回用，以缓解水资源短缺和用水压力问题[1]。近年来，无机分离膜受到研究人员的青睐，无机膜销售额占整个膜市场的15%以上，且比例还在不断增加。与传统的分离、净化、过滤技术相比，无机陶瓷膜膜分离技术具有耐高温、耐腐蚀、孔径分布均匀、稳定性好等特点，可有效应用于环保水的处理，且其适用性强、优势显著、成本低，可保证污水处理的顺利实施。

1无机陶瓷膜的过滤原理及制备方法

1.1过滤原理

目前常见的陶瓷膜材料主要是Al2O3、ZrO2、TiO2等金属氧化物和堇青石、SiC、Si3N4等新兴无机材料。按膜过滤精度可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透（RO，平均孔径<1nm）。其中，MF和UF陶瓷膜是水处理中最常用的，可以去除原水中的颗粒、胶体、微生物和大分子有机物等污染物。陶瓷膜的污染物滞留机理与有机膜相似，主要表现在四个方面[2]。（1）机械截留。原水中粒径大于膜孔径的悬浮固体总量、浊度、细菌藻类等污染物被截留在膜表面。（2）吸附作用。依靠分子间力、静电力和化学键力，将粒径小于膜孔的污染物吸附在膜表面或膜孔内，实现污染物的滞留。（3）架桥作用。污染物在膜表面或膜孔内桥接成整体，使粒径超过膜孔而被截留。（4）Donnan效应。对于孔径较小的超滤膜和纳滤膜，膜表面的静电力不可忽视。受Donnan效应的影响，陶瓷膜会排斥同种电污染物，而一些低价同性离子或中性离子则可以通过膜。同时，为了维持膜两侧的电荷平衡，部分反离子也随之流出。在膜分离过程中，污染物粘附、沉积、堆积在膜表面和膜孔内，造成膜孔径减小、膜通量减小，即膜污染现象。

1.2制备方法

1.2.1固态粒子烧结法

固态粒子烧结法是制备陶瓷薄膜最常用的方法之一，该制备方法源于传统陶瓷生产工艺，其工艺流程为：将固体颗粒磨成细粉，与粘合剂混合形成坯料，低温干燥，高温烧结。其中，原始粒子大小、加热速率、粘结剂和烧结终温度对孔径和膜结构有一定的影响[3]。在制备孔径大于0.1μｍ的不对称微滤膜和支撑体时，主要采用固体颗粒烧结法，即先将无机粉末微颗粒或超细颗粒与适当的介质混合分散，形成稳定的悬浮液，充分混合成坯状态，并在低温室排出坯内的水分。最后，将干燥坯料进行高温烧结，得到无机陶瓷膜。

1.2.2溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是制备无机陶瓷膜的重要方法之一。该方法通常以金属醇盐为原料，溶解于有机溶剂中，在水中强力快速搅拌水解而成。水解混合物脱醇后，在90~100℃以适量的酸（pH<1.1）使溶胶沉淀进行胶溶，形成稳定的胶态悬浮液，溶胶经低温干燥后形成凝胶，控制一定的温度与湿度继续干燥成膜。凝胶膜再经高温焙烧后制成具有陶瓷特性的氧化物膜或者利用二次浸泡的方式进行改性制备的无机陶瓷膜孔径可达1-100nm，适用于气体分离和超滤[4]。

2无机陶瓷膜在环保水处理中的应用

2.1在纺织印染废水处理中的应用

纺织印染行业是一个高能耗、高污染的行业，在生产过程中需要大量的水，废水和污水的总量也非常大，因此需要对印染废水进行净化、过滤、循环利用，以节约水资源，并减少其对环境的污染和破坏。在当前节能、环保、可持续发展理念的影响下，纺织印染行业也在朝着低能耗、低污染的方向发展。一般情况下，印染过程中会排放大量高浓度废水和含有表面活性剂的废水。这些废水中的污染物为高聚物，传统的活性污泥处理工艺无法直接处理，可以使用无机陶瓷膜进行处理，通过该技术分离废水中的污染物质，并将处理后的废水循环利用，有效地减少了废水对外界环境的污染和破坏，节约了水资源。

2.2在电镀废水处理中的应用

当前工业的发展促进了电镀工业的发展，电镀产品广泛应用于人们的生产和生活中，但该行业是一个高能耗、高污染的行业，在生产中会产生大量的电镀废水，其中含有大量的污染物等混合物，对生态环境，特别是水环境造成严重影响，具体包括镍和锌、铜等金属元素，这些金属物质是有害的，难以降解，其中含有各种不能被微生物吸收的离子，所以无机陶瓷膜可以用于分离、筛选、净化和处理，从而有效地去除污染物，但是方法上还存在一些问题，因此还需要人们加强科技的创新，开发了一种新的去除技术，可以有效地处理有机碳体积。

2.3在含油废水处理中的应用

含油废水主要来自于乳化液废水、油田采出水、清洗液、食品工业含油废水和石油化工含油废水

[5]。含油污水对生态环境造成严重的污染，因此对含油污水进行必要的分离对于环境整治和油品回收都是有益的。其中，油水乳浊液在金属机械加工过程中被广泛用于工具和工件的润滑和冷却，在使用过程中易混入金属碎屑、菌体和清洗金属表面的余水，因此使用周期非常短。此类废水主要有金属切削液、金属清洗液、润滑液等，其特点是油处于乳化状态，油滴直径在１μｍ以下，采用一般的方法难以达到理想的处理效果。无机膜陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、拥有良好的截留能力、化学稳定性好、易净化、再生能力强、孔径大小易控制等优点，在含油废水处理中具有很大的应用潜力。因此，采无机膜陶瓷膜进行废水处理，就能够满足需求并且工艺也比较简单，目前这已经成为含油废水处理的最关键方法。

3结语

污水处理不仅对保护生态环境具有十分重要的影响，而且对节约水资源，实现中国社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。因此，有必要加强污水处理技术的研究，提高污水处理水平，对促进我国社会经济的可持续发展发挥重要作用。为此，本研究探讨了无机陶瓷膜的过滤原理及常用工业制备方法，并分析了其在纺织印染废水、电镀废水、含油废水处理中的应用，希望在未来的研发过程中，能够开发出更多耐高温、耐高压的无机陶瓷膜技术，使更多的生活和工业废水成为洁净水，进而实现对地球水资源的保护。

参考文献

[1] 薛刘蒂. 氧化硅/氧化铝基无机陶瓷膜支撑体的制备及性能研究[D].西安工程大学，2021.

[2] 闫笑，同帜，王佳悦等.低成本无机陶瓷膜制备研究进展[J].人工晶体学报，2019，48(07):1208-1213.

[3] 夏斌，杨辉，章羞月.无机陶瓷膜在环保水处理过程中的应用分析[J].中外企业家，2019(09):115.

[4] 丁逸洲.无机陶瓷膜组合工艺在水处理中的应用研究综述[J].山东工业技术，2018(24):36+7.

[5] 刘栋梁.无机陶瓷膜在水处理中应用研究综述[J].化工设计通讯，2017，43(02):107.

作者简介：卢金边（1971.11.11），男，汉族，湖北大冶人，学历：中专，研究方向：污水治理。

夏禹（1998.07.15），男，汉族，湖北武汉人，学历：本科，研究方向：环保。