陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑的制備方法分析

郭 濤 蔣曉虎 康 玲

（安徽名創(chuàng)新材料科技有限公司，安徽 合肥 230000）

1 陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑的研發(fā)背景

金屬機(jī)械加工制造中的乳化油產(chǎn)品使用廣泛，主要用于工件潤滑和冷卻。但是由于乳化油產(chǎn)品在使用時容易混入碎屑和菌體，使用周期較短。受到污染的廢水包括金屬切削液、冷軋液、金屬清洗液等，油仍處于乳化狀態(tài)，其粒子直徑一般低于3μm，酸堿值呈堿性，且油濃度高，需要對其進(jìn)行定期處理。特別是切削油的處理，采用普通陶瓷微濾膜雖然截留效果較好，但無法對高濃度油水作出有效處理。設(shè)計制備陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑主要是為了解決上述問題[1]。

粘土原礦主要由高嶺土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、膨潤土等構(gòu)成，屬于含水鎂鋁碳酸鹽粘土礦物，理想結(jié)構(gòu)式為[（CH2）4（Mg，Al，F(xiàn)e）5Si8O20（OH2）]·mH2O。粘土原礦晶體結(jié)構(gòu)屬于硅酸鹽雙鏈結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)過渡類型，是2∶1 型粘土礦物。其晶體結(jié)構(gòu)中的晶體孔道較多，內(nèi)表面積大，因此吸附能力較強(qiáng)。為提升微濾過程的膜通量及截留效果，需要向體系中加入助濾劑。其作用是在膜表面形成親水動態(tài)層，阻止細(xì)小的油滴及懸浮顆粒透過膜孔，同時應(yīng)解決加入固體懸浮顆粒容易引起的二次污染問題，提高系統(tǒng)可用性[2]。

2 陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑的制備方法

2.1 基本步驟

研究陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑制備方法主要是為了提高陶瓷微濾膜的膜通量。其基本步驟包括：1） 在粘土原礦中加入水，經(jīng)過混合攪拌均勻后，向其中加入適量鹽酸，約為原礦質(zhì)量的4%～8%。然后繼續(xù)攪拌，經(jīng)過20～60min 后，得到漿體溶液，加入的鹽酸質(zhì)量濃度在10%～20%之間；2） 得到的漿體溶液經(jīng)過沉降和過濾后，進(jìn)行懸浮液離心分離；3）得到的清液在溫度60～90℃條件下燒干，然后研磨得到的固體，經(jīng)過400 目篩分；4） 將經(jīng)過篩分的固體粉末將入到水中，攪拌均勻后，加入適量碳酸鈉溶液，約為原礦質(zhì)量的4%～8%，然后繼續(xù)攪拌均勻，加入的碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度在10%～30%之間；5） 繼續(xù)向溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨溶液，約為原礦質(zhì)量的0.5～1.5 倍，在40～50℃條件下攪拌，經(jīng)過1～3h 的反應(yīng)后，進(jìn)行抽濾和水洗。然后經(jīng)過乙醇洗，對其進(jìn)行離心分離。使用的十六烷基三甲基溴化銨溶液的質(zhì)量濃度約為8%～12%；6） 最后進(jìn)行烘干和研磨，同樣經(jīng)過400 目篩分，得到陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑。

2.2 主要特征

上述制備方法的主要特點是：1） 對原礦中的加水質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)選，實際為原礦質(zhì)量5～8 倍；2） 對驗算質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)選，具體為15%，實際加量為原礦質(zhì)量5%；3） 在漿體溶液沉降過程中，至少保持20min 的沉降時間；4） 清液經(jīng)過提純后，在80℃條件下燒干效果最佳；5） 向經(jīng)過篩分的固體粉末加入原礦質(zhì)量4～6 倍的水；6） 對碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)選，以20%為宜，實際加量優(yōu)選為原礦質(zhì)量5%；7） 對十六烷基三甲基溴化銨溶液加入量進(jìn)行優(yōu)選，實際加入量與原礦質(zhì)量相等且質(zhì)量濃度為10%；8） 在經(jīng)過抽濾后，至少進(jìn)行兩次水洗。

將采用上述制備方法得到的陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑添加到乳化油廢水微濾系統(tǒng)中，可以有效提升膜通量。穩(wěn)定膜通量可從180L/（m2?h） 提升到235L/（m2?h），提升幅度約為30%。其原理是有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑能夠降低主體乳化液的油濃度，從而減少膜表面沉積層和凝膠層中的顆粒含量。加入該助濾劑后，可以使水中的乳化油快速凝聚，增大其粒徑，從而減小膜表面成基層比餅阻，降低顆粒進(jìn)入幾率，防止出現(xiàn)膜孔堵塞情況。

2.3 實施方案

在上述制備方法的實施過程中，可以采取多種實施方案。比如首先稱取100kg 平均粒徑為1μm 的膨潤土，將其加入到600kg 水中，然后在轉(zhuǎn)速600r/min 下攪拌，5min 后加入5kg 質(zhì)量濃度15%的鹽酸，再攪拌30min。得到的漿體經(jīng)過40min 沉降后，過濾掉塊狀雜質(zhì)，使用離心機(jī)對濾液進(jìn)行分離提純，轉(zhuǎn)速為2200r/min。得到的清液在80℃條件下燒干，對得到的礦物固體進(jìn)行研磨，過400 目篩。然后向過篩的粉末加入500kg 水，同時加入5kg 質(zhì)量濃度為20%的碳酸鈉溶液進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速為600r/min，持續(xù)1h。最后加入100kg 質(zhì)量濃度10%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，在40～50℃條件下攪拌，轉(zhuǎn)速600r/min，反應(yīng)2h。經(jīng)過抽濾和3 次水洗后，進(jìn)行乙醇洗，在離心機(jī)下離心分離，轉(zhuǎn)速為2400r/min。將得到的濾餅在80℃條件下烘干，研磨后過400 目篩，并分級包裝。由此得到的陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑可以直接在乳化油液微濾膜系統(tǒng)中使用，對膜通量及截留效果的提升效果較為顯著。

3 結(jié)語

綜上所述，通過制備陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑，可以有效解決傳統(tǒng)乳化油液微濾膜處理系統(tǒng)存在的問題，改善其處理效果。通過對陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑制備方法進(jìn)行研究，有利于促進(jìn)陶瓷膜有機(jī)礦物質(zhì)助濾劑的推廣使用，從而促進(jìn)相關(guān)工藝的改進(jìn)。