专利名称：一种地质聚合物基无机膜材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机膜材料及制备方法，特别是一种地质聚合物基无机膜材料及制备方法。
背景技术：
地质聚合物材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na2CO3、草木灰成分K2CO3以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH和K0H，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。J. Davidovits提出对这类碱激活材料统一进行命名，当时确定的名称是聚招娃酸盐(Polysialate, Sialate是silicon-oxo-aluminate的缩写)。应该说这个名称是比较贴切的，明确地体现出了这类材料的元素组成；之后不久，他又在另一篇美国专利中采用了一个更加通俗的名称“地质聚合物”(Geopolymer)来指代聚铝硅酸盐；目前，世界上有许多专门研究机构如在致力于地聚物材料的研究工作，如法国的“Geopolymer Institute”和美国的“Waterways ExperimentStation，，、澳大利亚的“Geopolymer Alliance，，等。有关地聚物科学的理论和应用研究成果正在快速增长。无机膜的首次研制和开发要追溯到20世纪70年代末，当时法国和美国以铀浓缩为目的而把膜引进分离领域。到了 20世纪末，多层、多孔道的无机膜和用于高温、强酸碱环境的无机膜得到了发展，且走向商业化。到了 21世纪初，无机膜更是应用于食品、生物、化工、能源、环境、电子等领域。申请号为99118127. I的专利公开了一种制造陶瓷膜的方法。该方法先制备提供陶瓷粉末的胶态悬浮体和提供聚合物前体，然后将两者混合，最后涂布成膜。中国专利申请号为00117221.2的专利公开了一种梯度陶瓷膜管及其制备方法。该方法将陶瓷料浆经陶瓷膜管机离心成型，然后经脱模，烧结，冷却得到梯度陶瓷膜管。该陶瓷膜管具有防污染、防堵、一次烧成等优点。中国专利申请号为96116931. I的专利公开了一种无机膜家用净水器的制备方法。该净水器的过滤元件为无机膜组成，而该无机膜有除菌、除浊等功能。综合国内外相关成果来看，没发现利用地聚物材料制备无机膜的专利。
发明内容
本发明的目的在于利用廉价的化工原材料，克服现有无机膜材料生产技术的不足，提供一种成本低、制备工艺简单，生产效率高，产品性能优越，无毒无污染的地质聚合物无机膜材料及其制备方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下I. 一种地质聚合物基无机膜材料，以重量份数计，所述地质聚合物基无机膜材料配方由地质聚合物基料J、混合发泡剂F，按质量比100 0. 3组成；用地质聚合物基料重量
0-15%的去离子水调节浆料粘度；
上述无机膜材料基料J配方由固相S和液相L按质量比100 128组成；固相S为偏高岭土，由高岭土在800°C下经过2h煅烧得到；液相L为模数为I. 2-1. 5的工业钠水玻璃(或钾水玻璃)；上述混合发泡剂F由十二烷基硫酸钠和铝膏按质量比I : I组成。上述的地质聚合物基无机膜材料的抗压强度在4. 0-40. OMPa之间、水通量在
l-10000kg/h m2MPa之间，体积密度在0. 50g/cm3-l. 5g/cm3之间，可耐800°C以上的高温,注模成型后可制备成各种形状的膜滤芯。 地质聚合物基无机膜材料的制备方法，步骤如下(I)地质聚合物基料J配制按质量比100 100-130称取偏高岭土和模数为I. 2-1. 5的工业钠水玻璃(或钾水玻璃)，混合并搅拌均匀，机械搅拌10分钟后待用；(2)混合发泡剂F配制将铝膏和十二烷基硫酸钠按质量比I : I混合配制均匀待用；(3)去离子水的加入在混合发泡剂中，按J浆料质量的0-15%加入去离子水，混合并搅拌均匀，超声振动10分钟后待用；(4)得到的地质聚合物基料J和混合发泡剂F按质量比100 : 0. 3 (水不计入混合发泡剂中)，快速搅拌20秒后，将料浆迅速注入模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕后密封；在25-60°C恒温箱中养护12-24h，脱模后，获得不同性能的无机膜材料。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、本发明提供了一种工艺简单，成本低廉，绿色环保的无机膜制备方法。地质聚合物材料耐高温，耐酸耐碱，可以制备在苛刻环境下应用的无机膜。2、本发明所得无机膜材料性能优越。制备的无机膜材料抗压强度达到4_40MPa，水通量可控制在I-IOOOOKg/(h -Hi2MPa)之间，耐高温可达800°C，可利用不同模具制备各种形状的膜滤芯。3、本发明专利制备过程中不需要高温烧结，制备温度在60°C以下。与传统陶瓷膜制备工艺相比，本发明更容易制备大尺寸和形状复杂的膜材料。4、本发明利用水来控制膜的孔径和孔隙率，容易制备孔径小，分布均匀的膜材料，有望在饮用水净化、污水处理、海水淡化、汽车尾气净化、工业液固分离等方面有广泛应用。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，但需要说明的是，实施案例并不构成对本发明要求保护范围的限制。实施例I地质聚合物基无机膜材料的制备方法如下I、地质聚合物基料的配制固相高岭土经过800°C下煅烧2h，得到偏高岭土作为固相；液相采用模数为I.3的工业钠水玻璃；将固相粉体与液相按重量比100 100混合均匀，经搅拌、均化后的料浆待用；
2、混合发泡剂的制备分别称取0. 15份十二烷基硫酸钠和0. 15份铝膏于同一烧杯中。3、称取步骤I得到的料浆100份，加入到步骤2得到的混合发泡剂中，迅速搅拌20秒。4、将步骤3得到的浆料注入圆盘状模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕后密封；在25°C恒温箱中养护24h，脱模后，获得圆片状无机膜材料；在常温条件下测试，该 膜材料抗压强度为40MPa，平均纯水通量为IKg/(h Hi2MPa)。实施例2地质聚合物基无机膜材料的制备方法如下I、地质聚合物基料的配制固相高岭土经过800°C下煅烧2h，得到偏高岭土作为固相；液相采用模数为I.3的工业钠水玻璃。将固相粉体与液相按重量比100 130混合均匀，经搅拌、均化后待用；2、混合发泡剂的制备分别称取0. 15份十二烷基硫酸钠和0. 15份铝膏于同一烧杯中。3、去离子水的加入在混合发泡剂中加入15份去离子水，并搅拌均匀，超声振动10分钟。4、称取步骤I得到的料浆100份，加入到步骤3得到的混合发泡剂中，迅速搅拌20秒。5、将步骤4得到的浆料注入圆盘状模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕后密封；在60°C恒温箱中养护24h，脱模后，获得圆片状无机膜材料；在常温条件下测试，该膜材料抗压强度为4MPa，平均纯水通量为IOOOOKg/(h m2MPa)。实施例3地质聚合物基无机膜材料的制备方法如下I、地质聚合物基料的配制固相高岭土经过800°C下煅烧2h，得到偏高岭土作为固相；液相采用模数为I.2的工业钾水玻璃。将固相粉体与液相按重量比100 128混合均匀，经搅拌、均化后待用；2、混合发泡剂的制备分别称取0. 15份十二烷基硫酸钠和0. 15份铝膏于同一烧杯中。3、去离子水的加入在混合发泡剂中加入8份去离子水，并搅拌均匀，超声振动10分钟。4、称取步骤I得到的料浆100份，加入到步骤3得到的混合发泡剂中，迅速搅拌20秒。5、将步骤4得到的浆料注入圆盘状模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕后密封；在601恒温箱中养护12h，脱模后，获得圆片状无机膜材料；在常温条件下测试，该膜材料抗压强度为lOMPa，平均纯水通量为4000Kg/(h m2MPa)。实施例4地质聚合物基无机膜材料的制备方法如下I、地质聚合物基料的配制固相高岭土经过800°C下煅烧2h，得到偏高岭土作为固相；液相采用模数为I.5的工业钠水玻璃。将固相粉体与液相按重量比100 120混合均匀，经搅拌、均化后待用；2、混合发泡剂的制备分别称取0. 15份十二烷基硫酸钠和0. 15份铝膏于同一烧杯中。3、去离子水的加入在混合发泡剂中加入6份去离子水，并搅拌均匀，超声振动10分钟。4、称取步骤I得到的料浆100份，加入到步骤3得到的混合发泡剂中，迅速搅拌20秒。5、将步骤4得到的浆料注入圆盘状模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕 后密封；在25°C恒温箱中养护24h，脱模后，获得圆片状无机膜材料；在常温条件下测试，该膜材料抗压强度为12MPa，平均纯水通量为2780Kg/(h m2MPa)。
权利要求
1.一种地质聚合物基无机膜材料，其特征在于以重量份数计，所述地质聚合物基无机膜材料配方由地质聚合物基料J、混合发泡剂F，按质量比100 O. 3组成；用地质聚合物基料重量0-15 %的去离子水调节浆料粘度； 所述无机膜材料基料J配方由固相S和液相L按质量比100 128组成；固相S为偏高岭土，由高岭土在800°C下经过2h煅烧得到；液相L为模数为I. 2-1. 5的工业钠水玻璃或钾水玻璃； 所述混合发泡剂F由十二烷基硫酸钠和铝膏按质量比I:I组成。
2.根据权利要求I所述的地质聚合物基无机膜材料，其特征在于该地质聚合物基无机膜材料的抗压强度在4. 0-40. OMPa之间、水通量在l_10000kg/hm2MPa之间，体积密度在O.50g/cm3-l. 5g/cm3之间,注模成型后可制备成各种形状的膜滤芯。
3.根据权利要求I所述的地质聚合物基无机膜材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)地质聚合物基料J配制 按质量比100 100-130称取偏高岭土和模数为I. 2-1. 5的工业钠水玻璃或钾水玻璃，混合并搅拌均匀后待用； (2)混合发泡剂F配制 将铝膏和十二烷基硫酸钠按质量比I:I混合配制均匀待用； (3)去离子水的加入 在混合发泡剂中，按J浆料质量比的0-15%加入去离子水，混合并搅拌均匀，超声振动10分钟后待用； (4)得到的地质聚合物基料J和混合发泡剂F按质量比100 O. 3 (水不计入混合发泡剂中)，快速搅拌20秒后，将料浆迅速注入模具中，在室温下静置20分钟，待其发泡完毕后密封；在25-601恒温箱中养护12-24h，脱模后，获得不同性能的无机膜材料。
全文摘要
本发明公开了一种地质聚合物基无机膜材料及制备方法。地质聚合物基无机膜材料配方由地质聚合物基料J、混合发泡剂F，按质量比100∶0.3，用地质聚合物基料重量0-15％的去离子水调节浆料粘度构成。地质聚合物基无机膜材料的制备以铝膏和十二烷基硫酸钠为混合发泡剂，通过在发泡剂中加入不同比例的水来控制膜通量，并通过注模成型来制备不同形状的膜材料。本发明的优点本发明是一种工艺简单，成本低廉，制备温度在60℃以下，绿色环保的无机膜制备方法。可利用不同模具制备各种形状的膜滤芯。本发明的无机膜在饮用水净化、污水处理、海水淡化、汽车尾气净化、工业液固分离等方面有广泛应用。
文档编号B01D71/02GK102659382SQ20121014431
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者刘菁, 崔学民, 林坤圣, 贺艳, 黄竞霖 申请人:广西大学