【技术领域】
本发明属于膜材料制备技术领域，具体涉及一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜及其制备方法。
背景技术：
当前我国水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。生活污水是水体的主要污染源之一，生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。城市每人每日排出的生活污水量为150-400l，其量与生活水平有密切关系。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高，在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜及其制备方法，以解决现有水资源短缺等问题。本发明利用3d打印技术制备的污水处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属离子、隔离无益菌及大量污染物质等，只有部分微量元素和水分子可以通过，通过后形成的水指标均达到国家《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜，以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土62-82份、蒙脱石48-72份、硅酸钙18-32份、活性炭22-30份、沸石15-20份、凹凸棒土16-24份、碳纤维18-22份、聚羟基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5-8份、二氧化钛颗粒12-18份、氧化铝粉8-12份、氧化镁粉10-15份、玻璃纤维4-6份、引发剂0.4-0.7份、催化剂0.4-0.9份、增粘剂0.3-0.6份、增韧剂1-1.8份、聚凝剂0.9-1.4份、稳定剂0.6-1份。
优选地，所述引发剂为过氧化叔戊酸叔丁基酯。
优选地，所述催化剂为铂催化剂。
优选地，所述增粘剂为丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述增韧剂为聚丁二烯橡胶。
优选地，所述聚凝剂为聚合氯化铝。
优选地，所述稳定剂为有机锡稳定剂。
本发明还提供一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
s1：将硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去离子水中，清洗掉附着的污染物，接着烘干至含水量≤2%，再接着将烘干的硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纤维、二氧化钛颗粒、氧化铝粉、氧化镁粉、玻璃纤维放入纳米粉碎机中，在转速为1000-1200r/min下粉碎1-1.5h后过筛子，制得混合物a；
s2：将步骤s1制得的混合物a、聚羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引发剂、催化剂、增韧剂搅拌2-3h后放入纳米粉碎机粉碎，制得混合物b；
s3：将步骤s2制得的混合物b、增粘剂、聚凝剂、稳定剂混合均匀，制得混合物c；
s4：在激光烧结3d打印机中利用电脑设计成的规律孔径的膜三维文件，其中设计孔径为0.1nm，打印层厚为0.05nm，将步骤s3制得的混合物c经过铺粉辊铺粉，再经过激光扫描后瞬间在激光点处形成高温层层叠加融合，经冷却至室温，制得孔径均匀的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜。
优选地，步骤s2中所述搅拌是在温度为220-260℃，转速为400-600r/min下进行的。
优选地，步骤s4中所述激光点的温度为1200℃以上。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明利用3d打印技术制备的污水处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属离子、隔离无益菌及大量污染物质等，只有部分微量元素和水分子可以通过，通过后形成的水指标均达到国家《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)；
（2）本发明的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜中含有硅酸盐等混合成分，具有耐高温高压，耐腐蚀，抗震性能好等特点；
（3）本发明的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜制备工艺简单、成本低。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜，以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土62-82份、蒙脱石48-72份、硅酸钙18-32份、活性炭22-30份、沸石15-20份、凹凸棒土16-24份、碳纤维18-22份、聚羟基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5-8份、二氧化钛颗粒12-18份、氧化铝粉8-12份、氧化镁粉10-15份、玻璃纤维4-6份、引发剂0.4-0.7份、催化剂0.4-0.9份、增粘剂0.3-0.6份、增韧剂1-1.8份、聚凝剂0.9-1.4份、稳定剂0.6-1份。
所述引发剂为过氧化叔戊酸叔丁基酯。
所述催化剂为铂催化剂。
所述增粘剂为丙基三甲氧基硅烷。
所述增韧剂为聚丁二烯橡胶。
所述聚凝剂为聚合氯化铝。
所述稳定剂为有机锡稳定剂。
所述利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
s1：将硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去离子水中，清洗掉附着的污染物，接着烘干至含水量≤2%，再接着将烘干的硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纤维、二氧化钛颗粒、氧化铝粉、氧化镁粉、玻璃纤维放入纳米粉碎机中，在转速为1000-1200r/min下粉碎1-1.5h后过筛子，制得混合物a；
s2：将步骤s1制得的混合物a、聚羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引发剂、催化剂、增韧剂在温度为220-260℃，转速为400-600r/min下搅拌2-3h后放入纳米粉碎机粉碎，制得混合物b；
s3：将步骤s2制得的混合物b、增粘剂、聚凝剂、稳定剂混合均匀，制得混合物c；
s4：在激光烧结3d打印机中利用电脑设计成的规律孔径的膜三维文件，其中设计孔径为0.1nm，打印层厚为0.05nm，将步骤s3制得的混合物c经过铺粉辊铺粉，再经过激光扫描后瞬间在温度为1200℃以上的激光点处形成高温层层叠加融合，经冷却至室温，制得孔径均匀的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜，以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土70份、蒙脱石60份、硅酸钙25份、活性炭25份、沸石18份、凹凸棒土20份、碳纤维20份、聚羟基戊酸酯6份、聚丁二酸丁二醇酯7份、二氧化钛颗粒15份、氧化铝粉10份、氧化镁粉13份、玻璃纤维5份、引发剂0.6份、催化剂0.8份、增粘剂0.5份、增韧剂1.5份、聚凝剂1.2份、稳定剂0.8份。
所述引发剂为过氧化叔戊酸叔丁基酯。
所述催化剂为铂催化剂。
所述增粘剂为丙基三甲氧基硅烷。
所述增韧剂为聚丁二烯橡胶。
所述聚凝剂为聚合氯化铝。
所述稳定剂为有机锡稳定剂。
所述利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
s1：将硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去离子水中，清洗掉附着的污染物，接着烘干至含水量≤2%，再接着将烘干的硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纤维、二氧化钛颗粒、氧化铝粉、氧化镁粉、玻璃纤维放入纳米粉碎机中，在转速为1100r/min下粉碎1.3h后过筛子，制得混合物a；
s2：将步骤s1制得的混合物a、聚羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引发剂、催化剂、增韧剂在温度为250℃，转速为500r/min下搅拌2.5h后放入纳米粉碎机粉碎，制得混合物b；
s3：将步骤s2制得的混合物b、增粘剂、聚凝剂、稳定剂混合均匀，制得混合物c；
s4：在激光烧结3d打印机中利用电脑设计成的膜三维文件，其中设计孔径为1nm，打印层厚为20nm，将步骤s3制得的混合物c经过铺粉辊铺粉，再经过激光扫描后瞬间在温度为1600℃的激光点处形成高温层层叠加融合，经冷却至室温，制得孔径均匀的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜。
实施例2
一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜，以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土64份、蒙脱石50份、硅酸钙20份、活性炭22份、沸石16份、凹凸棒土16-24份、碳纤维18-22份、聚羟基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯5份、二氧化钛颗粒13份、氧化铝粉8份、氧化镁粉10份、玻璃纤维4份、引发剂0.4份、催化剂0.4份、增粘剂0.3份、增韧剂1.2份、聚凝剂1份、稳定剂0.6份。
所述引发剂为过氧化叔戊酸叔丁基酯。
所述催化剂为铂催化剂。
所述增粘剂为丙基三甲氧基硅烷。
所述增韧剂为聚丁二烯橡胶。
所述聚凝剂为聚合氯化铝。
所述稳定剂为有机锡稳定剂。
所述利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
s1：将硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去离子水中，清洗掉附着的污染物，接着烘干至含水量≤2%，再接着将烘干的硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纤维、二氧化钛颗粒、氧化铝粉、氧化镁粉、玻璃纤维放入纳米粉碎机中，在转速为1000r/min下粉碎1.5h后过筛子，制得混合物a；
s2：将步骤s1制得的混合物a、聚羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引发剂、催化剂、增韧剂在温度为225℃，转速为400r/min下搅拌3h后放入纳米粉碎机粉碎，制得混合物b；
s3：将步骤s2制得的混合物b、增粘剂、聚凝剂、稳定剂混合均匀，制得混合物c；
s4：在激光烧结3d打印机中利用电脑设计成的规律孔径的膜三维文件，其中设计孔径为0.1nm，打印层厚为0.05nm，将步骤s3制得的混合物c经过铺粉辊铺粉，再经过激光扫描后瞬间在温度为1500℃的激光点处形成高温层层叠加融合，经冷却至室温，制得孔径均匀的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜。
实施例3
一种利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜，以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土80份、蒙脱石70份、硅酸钙32份、活性炭30份、沸石20份、凹凸棒土16-24份、碳纤维18-22份、聚羟基戊酸酯4-7份、聚丁二酸丁二醇酯8份、二氧化钛颗粒18份、氧化铝粉12份、氧化镁粉14份、玻璃纤维6份、引发剂0.7份、催化剂0.9份、增粘剂0.6份、增韧剂1.6份、聚凝剂1.4份、稳定剂1份。
所述引发剂为过氧化叔戊酸叔丁基酯。
所述催化剂为铂催化剂。
所述增粘剂为丙基三甲氧基硅烷。
所述增韧剂为聚丁二烯橡胶。
所述聚凝剂为聚合氯化铝。
所述稳定剂为有机锡稳定剂。
所述利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
s1：将硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土浸泡在去离子水中，清洗掉附着的污染物，接着烘干至含水量≤2%，再接着将烘干的硅藻土、蒙脱石、硅酸钙、活性炭、沸石、凹凸棒土，以及碳纤维、二氧化钛颗粒、氧化铝粉、氧化镁粉、玻璃纤维放入纳米粉碎机中，在转速为1200r/min下粉碎1h后过筛子，制得混合物a；
s2：将步骤s1制得的混合物a、聚羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、引发剂、催化剂增韧剂在温度为260℃，转速为600r/min下搅拌2h后放入纳米粉碎机粉碎，制得混合物b；
s3：将步骤s2制得的混合物b、增粘剂、聚凝剂、稳定剂混合均匀，制得混合物c；
s4：在激光烧结3d打印机中利用电脑设计成的规律孔径的膜三维文件，其中设计孔径为0.1nm，打印层厚为0.05nm，将步骤s3制得的混合物c经过铺粉辊铺粉，再经过激光扫描后瞬间在温度为1200℃的激光点处形成高温层层叠加融合，经冷却至室温，制得孔径均匀的利用3d打印技术制备的污水处理陶瓷膜。
对实施例1-3配方制造出来的陶瓷膜进行性能检测，结果如表1所示：
表1陶瓷膜的性能结果
由表1可知，本发明实施例1-3的陶瓷膜具有耐高温高压，耐腐蚀，抗震性能好，使用期长的特点。
对实施例1-3配方制造出来的陶瓷膜进行污水处理实验，检测过膜后的水指标，结果如表2所示。
表2污水处理实验结果
由表2可知，采用实施例1-3的陶瓷膜处理污水后形成的水指标均达到国家《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)。
以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。