【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前我國水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。生活污水是水體的主要污染源之一，生活污水主要是城市生活中使用的各種洗滌劑和污水、垃圾、糞便等，多為無毒的無機(jī)鹽類，生活污水中含氮、磷、硫多，致病細(xì)菌多。城市每人每日排出的生活污水量為150-400l，其量與生活水平有密切關(guān)系。生活污水中含有大量有機(jī)物，如纖維素、淀粉、糖類和脂肪蛋白質(zhì)等；也常含有病原菌、病毒和寄生蟲卵；無機(jī)鹽類的氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽和鈉、鉀、鈣、鎂等?？偟奶攸c(diǎn)是含氮、含硫和含磷高，在厭氧細(xì)菌作用下，易生惡臭物質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜及其制備方法，以解決現(xiàn)有水資源短缺等問題。本發(fā)明利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜中富含活性炭、凹凸棒土、沸石等可以有效吸附重金屬離子、隔離無益菌及大量污染物質(zhì)等，只有部分微量元素和水分子可以通過，通過后形成的水指標(biāo)均達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(gb5749-2006)。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜，以重量份為單位，包括以下原料：硅藻土62-82份、蒙脫石48-72份、硅酸鈣18-32份、活性炭22-30份、沸石15-20份、凹凸棒土16-24份、碳纖維18-22份、聚羥基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5-8份、二氧化鈦顆粒12-18份、氧化鋁粉8-12份、氧化鎂粉10-15份、玻璃纖維4-6份、引發(fā)劑0.4-0.7份、催化劑0.4-0.9份、增粘劑0.3-0.6份、增韌劑1-1.8份、聚凝劑0.9-1.4份、穩(wěn)定劑0.6-1份。

優(yōu)選地，所述引發(fā)劑為過氧化叔戊酸叔丁基酯。

優(yōu)選地，所述催化劑為鉑催化劑。

優(yōu)選地，所述增粘劑為丙基三甲氧基硅烷。

優(yōu)選地，所述增韌劑為聚丁二烯橡膠。

優(yōu)選地，所述聚凝劑為聚合氯化鋁。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑。

本發(fā)明還提供一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

s1：將硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去離子水中，清洗掉附著的污染物，接著烘干至含水量≤2%，再接著將烘干的硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纖維、二氧化鈦顆粒、氧化鋁粉、氧化鎂粉、玻璃纖維放入納米粉碎機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1000-1200r/min下粉碎1-1.5h后過篩子，制得混合物a；

s2：將步驟s1制得的混合物a、聚羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑、催化劑、增韌劑攪拌2-3h后放入納米粉碎機(jī)粉碎，制得混合物b；

s3：將步驟s2制得的混合物b、增粘劑、聚凝劑、穩(wěn)定劑混合均勻，制得混合物c；

s4：在激光燒結(jié)3d打印機(jī)中利用電腦設(shè)計成的規(guī)律孔徑的膜三維文件，其中設(shè)計孔徑為0.1nm，打印層厚為0.05nm，將步驟s3制得的混合物c經(jīng)過鋪粉輥鋪粉，再經(jīng)過激光掃描后瞬間在激光點(diǎn)處形成高溫層層疊加融合，經(jīng)冷卻至室溫，制得孔徑均勻的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜。

優(yōu)選地，步驟s2中所述攪拌是在溫度為220-260℃，轉(zhuǎn)速為400-600r/min下進(jìn)行的。

優(yōu)選地，步驟s4中所述激光點(diǎn)的溫度為1200℃以上。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜中富含活性炭、凹凸棒土、沸石等可以有效吸附重金屬離子、隔離無益菌及大量污染物質(zhì)等，只有部分微量元素和水分子可以通過，通過后形成的水指標(biāo)均達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(gb5749-2006)；

（2）本發(fā)明的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜中含有硅酸鹽等混合成分，具有耐高溫高壓，耐腐蝕，抗震性能好等特點(diǎn)；

（3）本發(fā)明的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜制備工藝簡單、成本低。

【具體實(shí)施方式】

為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)例加以說明，這些實(shí)例屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在實(shí)施例中，所述利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜，以重量份為單位，包括以下原料：硅藻土62-82份、蒙脫石48-72份、硅酸鈣18-32份、活性炭22-30份、沸石15-20份、凹凸棒土16-24份、碳纖維18-22份、聚羥基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5-8份、二氧化鈦顆粒12-18份、氧化鋁粉8-12份、氧化鎂粉10-15份、玻璃纖維4-6份、引發(fā)劑0.4-0.7份、催化劑0.4-0.9份、增粘劑0.3-0.6份、增韌劑1-1.8份、聚凝劑0.9-1.4份、穩(wěn)定劑0.6-1份。

所述引發(fā)劑為過氧化叔戊酸叔丁基酯。

所述催化劑為鉑催化劑。

所述增粘劑為丙基三甲氧基硅烷。

所述增韌劑為聚丁二烯橡膠。

所述聚凝劑為聚合氯化鋁。

所述穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑。

所述利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

s1：將硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去離子水中，清洗掉附著的污染物，接著烘干至含水量≤2%，再接著將烘干的硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纖維、二氧化鈦顆粒、氧化鋁粉、氧化鎂粉、玻璃纖維放入納米粉碎機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1000-1200r/min下粉碎1-1.5h后過篩子，制得混合物a；

s2：將步驟s1制得的混合物a、聚羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑、催化劑、增韌劑在溫度為220-260℃，轉(zhuǎn)速為400-600r/min下攪拌2-3h后放入納米粉碎機(jī)粉碎，制得混合物b；

s3：將步驟s2制得的混合物b、增粘劑、聚凝劑、穩(wěn)定劑混合均勻，制得混合物c；

s4：在激光燒結(jié)3d打印機(jī)中利用電腦設(shè)計成的規(guī)律孔徑的膜三維文件，其中設(shè)計孔徑為0.1nm，打印層厚為0.05nm，將步驟s3制得的混合物c經(jīng)過鋪粉輥鋪粉，再經(jīng)過激光掃描后瞬間在溫度為1200℃以上的激光點(diǎn)處形成高溫層層疊加融合，經(jīng)冷卻至室溫，制得孔徑均勻的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜。

下面通過更具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜，以重量份為單位，包括以下原料：硅藻土70份、蒙脫石60份、硅酸鈣25份、活性炭25份、沸石18份、凹凸棒土20份、碳纖維20份、聚羥基戊酸酯6份、聚丁二酸丁二醇酯7份、二氧化鈦顆粒15份、氧化鋁粉10份、氧化鎂粉13份、玻璃纖維5份、引發(fā)劑0.6份、催化劑0.8份、增粘劑0.5份、增韌劑1.5份、聚凝劑1.2份、穩(wěn)定劑0.8份。

所述引發(fā)劑為過氧化叔戊酸叔丁基酯。

所述催化劑為鉑催化劑。

所述增粘劑為丙基三甲氧基硅烷。

所述增韌劑為聚丁二烯橡膠。

所述聚凝劑為聚合氯化鋁。

所述穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑。

所述利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

s1：將硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去離子水中，清洗掉附著的污染物，接著烘干至含水量≤2%，再接著將烘干的硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纖維、二氧化鈦顆粒、氧化鋁粉、氧化鎂粉、玻璃纖維放入納米粉碎機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1100r/min下粉碎1.3h后過篩子，制得混合物a；

s2：將步驟s1制得的混合物a、聚羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑、催化劑、增韌劑在溫度為250℃，轉(zhuǎn)速為500r/min下攪拌2.5h后放入納米粉碎機(jī)粉碎，制得混合物b；

s3：將步驟s2制得的混合物b、增粘劑、聚凝劑、穩(wěn)定劑混合均勻，制得混合物c；

s4：在激光燒結(jié)3d打印機(jī)中利用電腦設(shè)計成的膜三維文件，其中設(shè)計孔徑為1nm，打印層厚為20nm，將步驟s3制得的混合物c經(jīng)過鋪粉輥鋪粉，再經(jīng)過激光掃描后瞬間在溫度為1600℃的激光點(diǎn)處形成高溫層層疊加融合，經(jīng)冷卻至室溫，制得孔徑均勻的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜。

實(shí)施例2

一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜，以重量份為單位，包括以下原料：硅藻土64份、蒙脫石50份、硅酸鈣20份、活性炭22份、沸石16份、凹凸棒土16-24份、碳纖維18-22份、聚羥基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5份、二氧化鈦顆粒13份、氧化鋁粉8份、氧化鎂粉10份、玻璃纖維4份、引發(fā)劑0.4份、催化劑0.4份、增粘劑0.3份、增韌劑1.2份、聚凝劑1份、穩(wěn)定劑0.6份。

所述引發(fā)劑為過氧化叔戊酸叔丁基酯。

所述催化劑為鉑催化劑。

所述增粘劑為丙基三甲氧基硅烷。

所述增韌劑為聚丁二烯橡膠。

所述聚凝劑為聚合氯化鋁。

所述穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑。

所述利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

s1：將硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去離子水中，清洗掉附著的污染物，接著烘干至含水量≤2%，再接著將烘干的硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纖維、二氧化鈦顆粒、氧化鋁粉、氧化鎂粉、玻璃纖維放入納米粉碎機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1000r/min下粉碎1.5h后過篩子，制得混合物a；

s2：將步驟s1制得的混合物a、聚羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑、催化劑、增韌劑在溫度為225℃，轉(zhuǎn)速為400r/min下攪拌3h后放入納米粉碎機(jī)粉碎，制得混合物b；

s3：將步驟s2制得的混合物b、增粘劑、聚凝劑、穩(wěn)定劑混合均勻，制得混合物c；

s4：在激光燒結(jié)3d打印機(jī)中利用電腦設(shè)計成的規(guī)律孔徑的膜三維文件，其中設(shè)計孔徑為0.1nm，打印層厚為0.05nm，將步驟s3制得的混合物c經(jīng)過鋪粉輥鋪粉，再經(jīng)過激光掃描后瞬間在溫度為1500℃的激光點(diǎn)處形成高溫層層疊加融合，經(jīng)冷卻至室溫，制得孔徑均勻的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜。

實(shí)施例3

一種利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜，以重量份為單位，包括以下原料：硅藻土80份、蒙脫石70份、硅酸鈣32份、活性炭30份、沸石20份、凹凸棒土16-24份、碳纖維18-22份、聚羥基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯8份、二氧化鈦顆粒18份、氧化鋁粉12份、氧化鎂粉14份、玻璃纖維6份、引發(fā)劑0.7份、催化劑0.9份、增粘劑0.6份、增韌劑1.6份、聚凝劑1.4份、穩(wěn)定劑1份。

所述引發(fā)劑為過氧化叔戊酸叔丁基酯。

所述催化劑為鉑催化劑。

所述增粘劑為丙基三甲氧基硅烷。

所述增韌劑為聚丁二烯橡膠。

所述聚凝劑為聚合氯化鋁。

所述穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑。

所述利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

s1：將硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去離子水中，清洗掉附著的污染物，接著烘干至含水量≤2%，再接著將烘干的硅藻土、蒙脫石、硅酸鈣、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纖維、二氧化鈦顆粒、氧化鋁粉、氧化鎂粉、玻璃纖維放入納米粉碎機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1200r/min下粉碎1h后過篩子，制得混合物a；

s2：將步驟s1制得的混合物a、聚羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑、催化劑增韌劑在溫度為260℃，轉(zhuǎn)速為600r/min下攪拌2h后放入納米粉碎機(jī)粉碎，制得混合物b；

s3：將步驟s2制得的混合物b、增粘劑、聚凝劑、穩(wěn)定劑混合均勻，制得混合物c；

s4：在激光燒結(jié)3d打印機(jī)中利用電腦設(shè)計成的規(guī)律孔徑的膜三維文件，其中設(shè)計孔徑為0.1nm，打印層厚為0.05nm，將步驟s3制得的混合物c經(jīng)過鋪粉輥鋪粉，再經(jīng)過激光掃描后瞬間在溫度為1200℃的激光點(diǎn)處形成高溫層層疊加融合，經(jīng)冷卻至室溫，制得孔徑均勻的利用3d打印技術(shù)制備的污水處理陶瓷膜。

對實(shí)施例1-3配方制造出來的陶瓷膜進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如表1所示：

表1陶瓷膜的性能結(jié)果

由表1可知，本發(fā)明實(shí)施例1-3的陶瓷膜具有耐高溫高壓，耐腐蝕，抗震性能好，使用期長的特點(diǎn)。

對實(shí)施例1-3配方制造出來的陶瓷膜進(jìn)行污水處理實(shí)驗(yàn)，檢測過膜后的水指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

表2污水處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，采用實(shí)施例1-3的陶瓷膜處理污水后形成的水指標(biāo)均達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(gb5749-2006)。

以上內(nèi)容不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。