用于水處理的導(dǎo)電分離膜的制作方法，由此制作的分離膜和使用所述分離膜的水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于水處理的分離膜的制作方法，由此制作的分離膜，以及使用 所述分離膜的水處理方法。更具體地，本發(fā)明涉及：一種用于水處理的分離膜的制作方法； 由此制作的分離膜；以及使用所述分離膜的水處理方法；所述分離膜由導(dǎo)電金屬或非金屬 材料制成，其通過減少水處理過程中的膜污染可以增強膜性能并且可以替代由聚合物材料 制成的分離膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來，基于膜的水處理方法已被認(rèn)為是一種廣泛使用的方法，因為它保證了可靠 的水質(zhì)量，減少了所需的土地面積，提供了方便的操作和操作的自動化等。盡管有這些優(yōu) 點，基于膜的水處理的最大的問題是由于膜污染引起的膜滲透性降低，從而增加了操作成 本。因此，已經(jīng)提出了用于防止膜污染的各種可選方法，例如定期反沖洗，化學(xué)沖洗等。雖 然傳統(tǒng)上已經(jīng)使用了具有改進的耐化學(xué)性和耐污染性的各種各樣大多由聚合物制成的分 離膜，但是即使在污染發(fā)生后通過恢復(fù)性洗滌也不能期望完全恢復(fù)。
[0003]電解是一種通過從外部向含有無機或有機污染物的廢水施加電能而電化學(xué)氧化 或還原水中的污染物的技術(shù)。此外，帶負(fù)電荷的膠體材料，在電解過程中被電中和，引起材 料的凝結(jié)反應(yīng)。0H自由基從陽極形成，并且這些自由基起到氧化水中的有機物的作用，而陰 極可以接受電子，可以通過還原質(zhì)子形成氫。
[0004]同時，粉末冶金方法優(yōu)越之處在于，粉狀的原料被制成所希望的形狀，然后使它們 在等于或低于其熔點的溫度下經(jīng)過燒結(jié)熱處理以得到產(chǎn)品，從而能夠加工具有高熔點的金 屬材料，以及制作多孔材料或復(fù)合材料。此外，對于大規(guī)模生產(chǎn)，所述方法相比于其它冶金 方法具有成本效益是公知的。根據(jù)施加的壓力，加壓時間，燒結(jié)溫度和條件等可以控制材料 的孔隙和孔隙率。
[0005] 在這些情況下，本發(fā)明人已努力制作了由新材料制成的分離膜，其通過減少水處 理過程中的膜污染可以增強膜性能并且可以替代由聚合物材料制成的分離膜，并且因此， 將顯示出導(dǎo)電性的由金屬或非金屬制成的粉末壓實以形成一定形狀，隨后在無氧的條件下 燒結(jié)以制作用于水處理的分離膜，其在水處理過程中施加電能的同時可以提高滲水性和有 機物去除效率，從而完成了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]【技術(shù)問題】
[0007] 本發(fā)明的一個目的是提供一種用于水處理的分離膜的制作方法，所述分離膜由導(dǎo) 電金屬或非金屬材料制成，其通過減少水處理過程中的膜污染可以增強膜性能并且可以替 代由聚合物材料制成的分離膜。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種由上述方法制作的用于水處理的分離膜。
[0009] 本發(fā)明的又一個目的是提供使用所述用于水處理的分離膜的水處理方法。
[0010] 【技術(shù)方案】
[0011] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于水處理的分離膜的制作方法，包括：
[0012] (步驟1)將具有10μπι~200μπι的粒徑的導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒注入到模具內(nèi) 并施加壓力，以得到壓實體；和
[0013] (步驟2)在無氧條件下將所述壓實體燒結(jié)以制作用于水處理的分離膜。
[0014] 優(yōu)選地，所述用于水處理的分離膜的制作方法在上述步驟2之后還可以包括（步 驟3)在氧氣條件下將所述用于水處理的分離膜燒結(jié)以氧化所述用于水處理的分離膜的表 面。
[0015] 優(yōu)選地，所述用于水處理的分離膜的制作方法在上述步驟2或步驟3之后還可以 包括（步驟4)用選自氧化銥，氧化鈦和氧化鈮所組成的組中的至少一種催化劑涂覆所述用 于水處理的分離膜。
[0016] 優(yōu)選地，所述用于水處理的分離膜的制作方法在上述步驟2或步驟3之后或在其 之間還可以包括（步驟2-1)將所燒結(jié)的所述用于水處理的分離膜冷卻到室溫。
[0017] 上述步驟1是將具有10μπι~200μL?的粒徑的導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒注入到模 具內(nèi)并施加壓力，以得到壓實體的步驟，其中，將預(yù)定量的顆粒，金屬粉末注入到模具內(nèi)以 保持一定形狀，并施加高壓力以制作所述壓實體。
[0018] 如本文所用的，術(shù)語"導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒"是指表現(xiàn)出導(dǎo)電性的顆粒形式的金 屬或非金屬。
[0019] 在本發(fā)明中，可以使用如上所述的具有導(dǎo)電性的金屬或非金屬物質(zhì)作為水系統(tǒng)中 的電極，并且具有預(yù)定尺寸的顆粒形狀的金屬或非金屬物質(zhì)可以用于粉末冶金工藝。此外， 也可以使用具有導(dǎo)電性的金屬氧化物以耐腐蝕。具體地說，所述導(dǎo)電金屬或非金屬可以選 自由不銹鋼，鈦，鋁，鐵，和碳納米管所組成的組中的至少一個，但不限于此。
[0020] 在本發(fā)明中，可以使用具有10μπι至200μπι的粒徑的導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒。如 上所述，粒徑被調(diào)整，以控制孔尺寸和孔隙率。
[0021] 在本發(fā)明中，導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒的注入量確定了所述分離膜的厚度，并且優(yōu) 選地，所述被注入的顆粒在被壓實后具有0.2mm至0.6mm的厚度。
[0022] 如本文所用，術(shù)語"模具"是指一種用于填充和按壓導(dǎo)電金屬或非金屬顆粒的模 板，以形成用于水處理的分離膜。
[0023] 如本文所用，術(shù)語"壓實體"是指通過壓實獲得的成型制品。
[0024] 在本發(fā)明中，壓力，保持壓實體的形狀并控制分離膜的孔徑的因子，需要為300MPa 或以上，優(yōu)選地，所述壓力可以是200MPa至800MPa，更優(yōu)選地，所述壓力可以是300MPa至 650MPa，并且最優(yōu)選地，所述壓力可以是500MPa。另外，壓實時間可以根據(jù)所施加的壓力和 所使用的金屬顆粒的類型而改變，并且一般地，鑒于本發(fā)明中所施加的壓力以及所使用的 金屬顆粒的類型，壓實時間可以是3min至30min。在一實施方式中，可施加500MPa的壓力 5min〇
[0025] 在本發(fā)明中，鑒于其被用作分離膜，所述壓實體可以優(yōu)選是平板型。
[0026] 上述步驟2是通過在無氧條件下燒結(jié)所述壓實體而制備所述分離膜的步驟，其 中，將所制作的壓實體在不含氧氣的還原氣氛下在高溫下燒結(jié)以保持純金屬態(tài)并且防止金 屬氧化。
[0027] 如本文所用，術(shù)語"無氧條件"是指沒有氧氣的氣體氣氛。優(yōu)選地，在本發(fā)明中，用 于無氧條件的氣體可以是選自氬氣，氮氣，和氫氣中的至少一種。這些氣體以l〇cc/min至 1000cc/min的速度使用。如果速度低于10cc/min，外面的空氣被部分地引入而引起氧化， 而當(dāng)速度超過lOOOcc/min時，因為氣體消耗量顯著增加，從而經(jīng)濟可行性降低。因此，所述 氣體優(yōu)選在所述范圍內(nèi)使用。
[0028] 在本發(fā)明中，步驟2的燒結(jié)溫度可以是400°C至1400°C，更優(yōu)選，800°C至900°C。 如果燒結(jié)溫度低于40(TC，燒結(jié)不充分，這使得物理性能弱，而如果燒結(jié)溫度超過1400°C， 可能會發(fā)生燒結(jié)太多，或金屬粉末的某些部分可能熔化，這不能夠形成孔，或?qū)е路浅５偷?孔隙率。
[0029] 在本發(fā)明中，步驟2的燒結(jié)持續(xù)時間可以是30min至120min。
[0030] 上述步驟3是在氧氣條件下將所述分離膜燒結(jié)以氧化所述用于水處理的分離膜 的表面的步驟，其中，通過在氧氣條件下燒結(jié)所述分離膜將所述分離膜的表面氧化以提高 滲水性。
[0031] 在本發(fā)明中，步驟3的燒結(jié)溫度可以是400°C至600°C。如果燒結(jié)溫度低于400°C， 親水性不會恰當(dāng)?shù)匕l(fā)生，而如果燒結(jié)溫度超過600°C時，分離膜的形狀可能變形。
[0032] 在本發(fā)明中，步驟3的燒結(jié)持續(xù)時間可以是30min至120min。
[0033] 以上步驟4是用選自由氧化銥，氧化鈦和氧化鈮所組成的組中的至少一種催化劑 涂覆所述用于水處理的分離膜的步驟，其中，將所述用于水處理的分離膜用催化劑涂覆以 提尚其反應(yīng)性和耐蝕性。
[0034] 在本發(fā)明中，催化劑的涂覆可通過浸漬-干燥-煅燒來進行。
[0035] 上述步驟2-1是將所燒結(jié)的分離膜冷卻至室溫的步驟，其中，將在高溫下燒結(jié)的 所述分離膜冷卻。
[0036] 在本發(fā)明中，在步驟2之后或在步驟2和步驟3之間進行步驟2-1的情況下，優(yōu)選 保持步驟2的氣體注入量以防止冷卻過程中的氧化。此外，在冷卻步驟中，如果分離膜被迅 速冷卻，其形狀可經(jīng)歷變形。因此，冷卻速度可以優(yōu)選為10°C/min至30°C/min。
[0037] 進一步地，本發(fā)明提供由上述的制作方法制作的用于水處理的分離膜。
[0038] 在本發(fā)明中，如上述制作的分離膜的孔徑可以是0.05μπι至10μπι。
[0039] 在本發(fā)明中，如在所述制作方法中描述，所述分離膜的厚度可以為0. 2mm至 0. 6mm〇
[0040] 此外，本發(fā)明提供了一種水處理方法，包括：
[0041]a)(步驟a)使本發(fā)明的制作方法所制作的所述用于水處理的分離膜與要進行水 處理的水接觸；和
[0042] b)(步驟b)在向與水接觸的所述用于水處理的分離膜施加電力的同時過濾水。
[0043] 上述步驟a是將用本發(fā)明的制作方法制作的所述用于水處理的分離膜與要進行 水處理的水接觸的步驟，其中，將所述用于水處理的分離膜與用于進行水處理的水進行接 觸。
[0044]在本發(fā)明中，所述要進行水處理的水可以是各種廢水，包括家庭廢水，工業(yè)用水， 農(nóng)業(yè)廢水等，但并不限于此。
[0045] 在本發(fā)明中，用于水處理的分離膜可以用作陽極。
[0046] 在本發(fā)明中，施