一种压电陶瓷滤膜的使用装置的制作方法

本实用新型属于功能陶瓷滤膜分离技术领域，具体涉及到一种压电陶瓷滤膜的使用装置。

背景技术：

陶瓷膜分离技术作为近年来一项十分先进的分离浓缩技术，陶瓷膜广泛用于环境保护、生物医药、化工制造以及能源保护等各个领域。由于陶瓷膜具有耐酸碱腐蚀、耐高温、结构稳定、孔径分布均匀、化学稳定性好、分离效率高、机械强度大等诸多优点。使得其在液体以及气体分离浓缩领域有无可替代的地位。

陶瓷膜是包含支撑体层及中间过渡层、分离层及改性分离层的两层及以上结构构成的层状复合膜，其分离层具有良好的分离截留性能，在过滤过程中起主要作用。有关无机陶瓷膜用于水处理的研究工作已广泛开展，但仍然处于工业试验阶段，难以大规模工业应用，这主要是因为陶瓷膜应用于物质分离浓缩时其分离层容易受到污染，孔道被堵塞，而分离层在过滤过程中起主要作用，被污染的陶瓷膜通量衰减、膜压差增大、截留率下降、大大缩减陶瓷膜的使用寿命。

目前，针对陶瓷膜孔道堵塞，易受污染的问题，主要是通过对分离的物质进行预处理，优化操作条件以及对陶瓷膜进行清洗来延缓陶瓷膜的污染，虽然这些措施能够起到一定的作用，但是无形中就增加了运行成本，若操作不当甚至还会降低分离浓缩效率，甚至造成二次污染。因此，通过对陶瓷膜分离层进行改性，提高陶瓷膜的抗污染性能，这也被公认为攻克膜污染的治本之法。

中国专利申请CN104128101A中提出通过掺杂适量银来对陶瓷膜分离层进行改性，制备得到具有金属-陶瓷复合结构的分离膜材料，由于水处理时，具有一定的抗菌性，尤其当基质是TiO₂时，还具有一定的光催化性和自清洗功能，从而实现抗污染性能，但是银相对昂贵，使用不当还会造成银中毒，且该陶瓷膜抗污染性能单一，实现条件苛刻，自清洗效率低下，普遍适用性不高。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种压电陶瓷滤膜的使用装置，其包括流体输送管、脉动阻尼器、背压阀、流量计、分离箱、压电陶瓷滤膜、电源；流体输送管与分离箱上的流体入口连通，压电陶瓷滤膜固定在分离箱中将分离箱内分隔成渗透物储存室和渗余物储存室，渗透物储存室上设置有渗透物排出口，渗余物储存室上设置有渗余物排出口，电源直接与压电陶瓷滤膜连接形成闭合电路或者电源两级分别与辅助电极、压电陶瓷滤膜连接通过流体形成闭合电路，流体输送管上依次设置脉动阻尼器、背压阀、流量计。

所述分离箱放置于超声设备中。

所述流体输送管上设置有压力表。

其中压电陶瓷滤膜是在陶瓷膜表面涂覆压电材料和添加剂混合物经烧结在陶瓷膜表面形成压电材料层，其中上述陶瓷膜为市售膜或按常规工艺制得的陶瓷膜；即压电陶瓷滤膜由陶瓷膜层和压电材料层构成，压电材料层覆盖在陶瓷膜层上；

或者在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂，制得含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜；即制得在分离层和过渡层含压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜，或者制得在整个膜中含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜，也就是压电陶瓷滤膜由含压电材料的支撑层、含压电材料的过渡层、含压电材料的分离层构成，含压电材料的过渡层设置在含压电材料的支撑层和含压电材料的分离层之间；或者压电陶瓷滤膜由支撑层、含压电材料的过渡层、含压电材料的分离层构成，含压电材料的过渡层设置在支撑层和含压电材料的分离层之间。

该压电陶瓷滤膜用于流体分离纯化过程中，在脉冲电流、或脉冲电流与超声共同作用下，利用压电材料的压电效应和逆压电效应，迫使微粒和带电体远离陶瓷滤膜，从而达到防止陶瓷滤膜过滤孔道堵塞，实现自清洗功能以及抑制陶瓷滤膜污染的作用。

所述在涂覆制备时，压电材料和添加剂的混合物是压电材料和添加剂按质量比4～6:1的比例混合制得，涂覆厚度为10 ～80μm，所述烧结温度为1000℃-1500℃。

所述在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂时，压电材料添加量为无机陶瓷原料质量的25～60%，添加剂添加量为无机陶瓷原料质量的5～20%。

所述压电材料为氧化锌、钛酸钡、锆钛酸铅、掺杂改性的氧化锌导电材料、掺杂改性的钛酸钡导电材料中的一种。

优选的，压电材料为纳米材料，在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加压电材料和添加剂，制得支撑层和/或分离层中含有纳米压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜的自清洗压电陶瓷滤膜，用于液体分离浓缩时，压电陶瓷滤膜具有抗菌效果，抗生物污染能力大大加强。

所述添加剂为乙氧基聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷中的一种或任意比几种。

上述掺杂改性的氧化锌导电材料、掺杂改性的钛酸钡导电材料均是采用常规工艺制得的具有导电性能的压电材料，例如参照熊瑜《Al掺杂纳米氧化锌导电粉的性能与结构》一文中的方法制得导电的掺铝纳米氧化锌，参照岳仁亮《铝掺杂纳米氧化锌的液相火焰燃烧合成及其导电性研究》一文中的方法制得导电的掺铝纳米氧化锌，以及张豪《掺杂钛酸钡/导电高分子复合吸波材料的制备与性能》；但不局限于上述方法。

氧化锌和钛酸钡不仅压电效应显著，而且经过掺杂改性能够具有良好导电性，氧化锌不仅是压电材料，还是物美价量的半导体，通过掺杂能够降低禁带宽度，提高导电率，而钛酸钡，通过掺杂能够形成间隙杂质能级，提高电导率。掺杂得到的导电压电材料应用到压电陶瓷滤膜的制备中，制得的压电陶瓷滤膜在运行过程中，能够将电泳效应与逆压电效应结合，从而加强压电陶瓷滤膜的自清洗抗污染作用。

陶瓷滤膜的构型主要有平板、管式和多通道3种。

所述压电陶瓷滤膜用于流体分离过程中，在脉冲电流、或脉冲电流与超声共同作用下进行，其中置于超声环境中，压电层或含有压电材料的支撑层和/或分离层随着超声波产生机械振动，机械振动使得压电层或含有压电材料的支撑层和/或分离层表面产生电荷，增加压电层或含有压电材料的支撑层和/或分离层导电性，增强压电陶瓷滤膜电场作用，强化压电陶瓷滤膜自清洗功能。

所述的自清洗压电陶瓷滤膜通过以下两种方式来实现自清洗功能：

（1）自清洗压电陶瓷滤膜应用到错流过滤中，当制备自清洗压电陶瓷滤膜过程中加入氧化锌、钛酸钡、锆钛酸铅等压电材料时，陶瓷滤膜支撑层和/或分离层形成压电层，此时用于流体分离浓缩，电源直接与自清洗压电陶瓷滤膜连接形成闭合电路，流体中的微粒在靠近压电陶瓷滤膜时，对陶瓷滤膜内层或整体施加高频脉冲电流，陶瓷滤膜压电层在脉冲电流作用下，产生逆压电效应，引起压电陶瓷滤膜机械振动，将靠近压电陶瓷滤膜的微粒弹开，在流体的冲刷作用下，微粒远离压电陶瓷滤膜，实现自清洗功能；当制备自清洗压电陶瓷滤膜过程中加入掺杂改性的氧化锌导电材料、掺杂改性的钛酸钡导电材料时，陶瓷滤膜支撑层和/或分离层形成导电的压电层，此时用于流体分离浓缩，电源分别与辅助电极、自清洗压电陶瓷滤膜连接通过流体形成完整电路，流体中的微粒带有电荷，流体在通过陶瓷滤膜过滤时，压电陶瓷滤膜形成的电场促使流体中的微粒远离陶瓷膜，同时由于逆压电效应，压电层加剧振动，将靠近压电陶瓷滤膜的微粒弹开，微粒随着流体流走，实现自清洗功能。

（2）压电陶瓷滤膜通过死端过滤的方式用于流体分离浓缩时，电源直接与自清洗压电陶瓷滤膜连接形成闭合电路，流体经过压电陶瓷滤膜过滤，被压电陶瓷滤膜截留的物质留在其一侧，对压电陶瓷滤膜施加高频电流脉冲，微粒由于压电陶瓷滤膜的逆压电效应远离陶瓷滤膜，加之重力作用，微粒沉积下去，随着浓缩物质排走。

所述脉冲电流通过连接压电陶瓷滤膜的高频电源来产生，当压电陶瓷滤膜为管式和平板式时，直接与电源连接，当压电陶瓷滤膜为多通道式时，可以通过金属片将其多通道并联起来再与电源连接，所述金属片为铂片和钛片或者多孔道，金属片结构同多通道压电陶瓷滤膜的横截面形状一致，使用时覆盖在压电陶瓷滤膜端部。

所述辅助电极为当压电陶瓷滤膜具有导电性时使用，高频电源两极分别与压电陶瓷滤膜和辅助电极连接，辅助电极是不锈钢电极、铂电极或钛电极中的一种。

上述装置以错流过滤的方式或者死端过滤的方式完成流体分离。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、在陶瓷膜制备过程中加入压电材料，可以根据过滤需求，制备不同形状的压电陶瓷滤膜，能够达到气体以及液体微滤、超滤和纳滤的分离浓缩要求，适用面广；2、在膜分离过程中实现自清洗功能，使得分离浓缩效率高效持久，能在较长时间内保持稳定的过滤性能，且使用的装置，设计合理，操作简便，便于推广使用；3、利用将压电材料和陶瓷膜有机结合，利用压电材料的压电效应以及逆压电效应与陶瓷膜过滤协同作用，有效降低陶瓷膜的污染，且本实用新型使用的纳米压电材料能够有效的抑制生物污染，而超声作用能够强化压电陶瓷滤膜自清洗抗污染性能，有效的去除残留在管式压电陶瓷膜上的物质，最大限度提高压电陶瓷滤膜使用寿命。4、把廉价易得的几种压电材料用到陶瓷滤膜制备过程中，烧结温度低，过滤性能稳定高效，使用寿命长，在一定程度上降低制备成本；

5、该装置结构简单、效果显著、操作方便。

附图说明

图1为压电陶瓷滤膜错流过滤式自清洗装置示意图；

图2为自清洗装置与超声设备联合使用示意图；

图3为压电陶瓷滤膜死端过滤式自清洗装置示意图；

图中：1-流体输送管；2-脉动阻尼器；3-背压阀；4-流量计；5-分离箱；6-压电陶瓷滤膜；7-流体入口；8-电源；9-渗透物排出口；10-渗余物排出口；11-压力表；12-电极；13-调节阀；14-泵；15-流体储存箱；16-搅拌器；17-超声设备；18-止回阀；19-渗透物储存室；20-渗余物储存室。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术解决方案，但本实用新型保护范围不局限于所述内容。

实施例1：本压电陶瓷滤膜是在常规市售的陶瓷膜表面涂覆掺杂铝改性的氧化锌导电材料和聚苯乙烯的混合物经1200℃烧结制得带有压电层的压电陶瓷滤膜；在涂覆制备时，掺杂铝改性的氧化锌导电材料和聚苯乙烯的混合物是掺杂铝改性的氧化锌导电材料和聚苯乙烯按质量比5:1的比例混合制得，涂覆厚度为20μm，掺杂铝改性的氧化锌导电材料参照岳仁亮《铝掺杂纳米氧化锌的液相火焰燃烧合成及其导电性研究》一文中的方法制得。

如图1所示，使用上述压电陶瓷滤膜的装置包括流体输送管1、脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4、分离箱5、压电陶瓷滤膜6、电源8、流体储存箱15；流体储存箱15通过泵14与流体输送管1连接，流体储存箱15内设置有搅拌器16，流体输送管1与分离箱5上的流体入口7连通，压电陶瓷滤膜6固定在分离箱5中将分离箱5内分隔成渗透物储存室19和渗余物储存室20，渗透物储存室上设置有渗透物排出口9，渗余物储存室上设置有渗余物排出口10，电源两级分别与辅助电极12、压电陶瓷滤膜连接通过流体形成闭合电路，流体输送管上依次设置脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4，渗余物排出口10通过管道与流体储存箱15连通，其间管道上依次设置有止回阀18、调节阀13；其中辅助电极12为不锈钢电极，分离箱5中空圆筒状，压电陶瓷滤膜为管状，管体两端外侧与分离箱5间封闭形成渗透物储存室，流体输送管1上设置有压力表11；

采用上述装置对1g/L的牛血清蛋白料液进行过滤分离，将待分离物放入流体储存箱15中，将不锈钢电极12连接到高频交流电源的正极，管式压电陶瓷膜6压电层连接到高频交流电源的负极，打开高频交流电源，固定电流频率为5MHz，调节电势为30V，启动搅拌器16对牛血清蛋白料液进行搅拌，打开循环泵14，将牛血清蛋白料液通过流体输送管1，经流体入口7泵入分离箱5中，调节背压阀3和脉动阻尼器2，使得流体输送管1上的压力表11显示为0.5MPa，调节流量计4控制牛血清蛋白料液流速为0.1m/s，牛血清蛋白料液经过管式压电陶瓷膜6错流过滤，牛血清蛋白料液渗余物通过控制渗余物排出口10上的调节阀13控制，将牛血清蛋白料液渗余物经渗余物排出口10排到流体储存箱15中进行循环，渗余物排出口10上还设有止回阀18，牛血清蛋白料液渗透液通过渗透物排出口9排出。

管式压电陶瓷膜自清洗装置按照上述方案连续运行1h，经过测定，使用上述方法制得的管式压电陶瓷膜的渗透通量为1140L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的管式压电陶瓷膜的渗透通量为860L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样条件下，未加入压电材料制备的管式陶瓷滤膜用于过滤分离，经过2h的过滤其渗透通量由1080L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到560L·m^-2·h^-1·bar^-1。与普通陶瓷滤膜相比，压电陶瓷滤膜，自清洗抗污染效果明显，测得牛血清蛋白废水渗余物中牛血清蛋白含量为5g/L，截留效率高。

依照实施例1，将实施例1中制得的自清洗压电陶瓷滤膜结合超声设备使用，如图2所示，同样用于1g/L的牛血清蛋白料液的分离，打开超声设备17（超声仪），其他操作条件与实施例1一致，连续运行2h，经过测定，浸涂制得的管式压电陶瓷膜的渗透通量为1120L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的管式压电陶瓷膜的渗透通量为980L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样条件下，未加入压电材料制备的管式陶瓷滤膜用于过滤分离，经过2h的过滤其渗透通量由1055L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到590L·m^-2·h^-1·bar^-1。结果表明，超声作用能够缓解陶瓷滤膜的污染，但自清洗压电陶瓷膜运行过程中结合超声作用，能够有效强化自清洗压电陶瓷的抗污染作用。

将过滤装置中的料液清除干净，再次加入1g/L的牛血清蛋白料液到过滤装置中，按照上述分离过滤过程，使陶瓷滤膜再次连续运行2h，经过测定，管式压电陶瓷滤膜的渗透通量从860L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到726L·m^-2·h^-1·bar^-1，而普通陶瓷滤膜的渗透通量从560 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到208 L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样的自清洗压电陶瓷滤膜结合超声设备使用时，其渗透通量从980 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到895 L·m^-2·h^-1·bar^-1，结果表明压电陶瓷滤膜能在较长时间内保持其稳定的过滤性能，尤其在结合超声一起使用，其渗透通量几乎没有衰减，能在较长时间内保持最佳过滤性能。

实施例2：本压电陶瓷滤膜是在常规市售的微滤陶瓷膜表面涂覆钛酸钡和聚乙二醇的混合物经1000℃烧结制得带有压电层的微滤压电陶瓷滤膜；在涂覆制备时，钛酸钡和聚乙二醇的混合物是钛酸钡和聚乙二醇按质量比4:1的比例混合制得，涂覆厚度为50μm。

如图3所示，使用上述压电陶瓷滤膜的装置包括流体输送管1、脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4、分离箱5、压电陶瓷滤膜6、电源8、超声设备17；流体输送管1与分离箱5上的流体入口7连通，压电陶瓷滤膜6固定在分离箱5中将分离箱5内分隔成渗透物储存室19和渗余物储存室20，压电陶瓷滤膜为平板状，渗透物储存室上设置有渗透物排出口9，渗余物储存室上设置有渗余物排出口10，电源与压电陶瓷滤膜连接形成闭合电路，流体输送管上依次设置脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4，渗余物排出口10处设置有调节阀13；流体输送管1上设置有压力表11；

采用上述装置对含尘废气（灰尘平均粒径为8.9μm，密度为10mg/m³）进行过滤分离，将平板状压电陶瓷微滤膜6安装到分离箱5内将其固定，将电源8（高频交流）连接到平板状压电陶瓷微滤膜6上，打开电源8，固定电流频率为3MHz，打开超声设备17，此时，将含尘废气经过流体输送管1，经流体入口7通入到分离箱5中，调节背压阀3和脉动阻尼器2，使得流体输送管1上的压力表11显示为0.05MPa，调节流量计4控制含尘废气流速为0.05m/s，含尘废气经过压电陶瓷微滤膜6过滤，灰尘被截留下来，气体通过平板式压电陶瓷微滤膜6过滤后，通过渗透物排出口9排出收集，通过控制渗余物排出口10上的调节阀13，将截留下来的灰尘等颗粒物质，随着部分气体从渗余物排出口10排出收集。

连续运行8h，经过测定，灰尘的截留率高达89%，压电陶瓷微滤膜的渗透通量也只是从2720 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到2680 L·m^-2·h^-1·bar^-1，平板式压电陶瓷滤膜分离性能高效，分离过程中自清洗作用明显，能够长时间稳定运行。

依照实施例2，使用同等条件下制备出的平板状压电陶瓷滤膜，再次对含尘废气（灰尘平均粒径为8.9μm，密度为10mg/m³）进行过滤分离，此时，关闭超声设备17，其他操作条件与上述操作一致，同样经过8h的连续运行，测得灰尘的截留率为82%，而压电陶瓷微滤膜的渗透通量却从2690 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到2430 L·m^-2·h^-1·bar^-1，说明超声作用对于自清洗压电陶瓷膜的抗污染性能有一定加强作用。

实施例3：参照实施例2的方法，使用锆钛酸铅和聚环氧乙烷的混合物涂覆常规市售的微滤陶瓷膜在1150℃烧结制得，在涂覆制备时，锆钛酸铅和聚环氧乙烷的混合物是锆钛酸铅和聚环氧乙烷按质量比4.5:1的比例混合制得，涂覆厚度为80μm，制得带有压电层的压电陶瓷滤膜。

采用如图3所示的装置对含尘废气（灰尘平均粒径为8.9μm，密度为10mg/m³）进行过滤分离，操作条件一致，连续运行8h，经过测定灰尘的截留率高达96%，在超声设备配合作用下，平板式压电陶瓷微滤膜的渗透通量从2370L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到2230 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而没有超声设备配合作用下，经过8h连续运行，测得灰尘的截留率为83%，平板式压电陶瓷微滤膜的渗透通量从2410 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到2230 L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样也证明压电陶瓷滤膜能够长时间稳定运行，且超声作用能够强化压电陶瓷滤膜的抗污染性能，不过，在涂覆压电层时，涂覆过厚，会导致渗透通量下降。

实施例4：本压电陶瓷滤膜是在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加纳米氧化锌和聚乙二醇，制得分离层和过渡层中含有压电材料和添加剂的超滤压电陶瓷滤膜；在分离层和过渡层的制备中纳米氧化锌添加量为无机陶瓷原料质量的60%，聚乙二醇添加量为无机陶瓷原料质量的10%；

该压电陶瓷滤膜具体制备方法如下：

（1）参照陈菊红《多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备与表征》中的方法制备出管式氧化铝陶瓷膜支撑体；

（2）将步骤（1）制得的支撑体浸没在饱和的氢氧化钠-乙醇溶液中0.5h，取出后使用超纯水清洗浸泡过的支撑体，直至洗涤液为中性，将清洗好的支撑体置于60℃的真空干燥箱中，干燥4h，得到干燥多孔的支撑体备用；

（3）将Al₂O₃、纳米氧化锌粉（粒径40nm-80nm）、聚乙二醇加入到超纯水中混合搅拌3h，混合均匀，制得涂膜液，纳米氧化锌粉和聚乙二醇的添加量分别为Al₂O₃质量的60%和10%；

（4）将涂膜液置于超声浴中，将步骤（2）干燥后的管式支撑体外壁使用保鲜膜封闭起来，浸没在涂膜液中90s，然后取出，反复浸涂10次，取出涂覆好的管式支撑体，置于室温下干燥2h，转移至100℃干燥箱中干燥0.5h，然后在1250℃温度下烧结0.2h，烧结过程中以恒定速率通入N₂，5℃/min降温速率冷却，制得管式压电陶瓷滤膜。

如图2所示，使用上述压电陶瓷滤膜的装置包括流体输送管1、脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4、分离箱5、压电陶瓷滤膜6、电源8、流体储存箱15、超声设备17；流体储存箱15通过泵14与流体输送管1连接，流体储存箱15内设置有搅拌器16，流体输送管1与分离箱5上的流体入口7连通，压电陶瓷滤膜6固定在分离箱5中将分离箱5内分隔成渗透物储存室19和渗余物储存室20，渗透物储存室上设置有渗透物排出口9，渗余物储存室上设置有渗余物排出口10，电源直接与自清洗压电陶瓷滤膜连接形成闭合电路，流体输送管上依次设置脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4，渗余物排出口10通过管道与流体储存箱15连通，其间管道上依次设置有止回阀18、调节阀13；分离箱5放置于超声设备中，分离箱5中空圆筒状，压电陶瓷滤膜为管状，管体两端外侧与分离箱5间封闭形成渗透物储存室，流体输送管1上设置有压力表11；

采用上述装置对含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）进行过滤分离，将待分离物放入流体储存箱15中，管式压电陶瓷膜6压电层连接到电源8的正负极，打开电源8，固定电流频率为5MHz，调节电势为30V，打开超声设备17，启动搅拌器16对含油废水进行搅拌，打开循环泵14，将含油废水通过流体输送管1，经流体入口泵入分离箱5，调节背压阀3和脉动阻尼器2，使得流体输送管1上的压力表11显示为0.5MPa，调节流量计4控制含油废水流速为0.1m/s，含油废水经过管式压电陶瓷膜6错流过滤，含油废水渗余物通过控制渗余物排出口10上的调节阀13控制，将含油废水渗余物经渗余物排出口10排到流体储存箱15中进行循环，渗余物排出口10上还设有止回阀18，含油废水渗透液通过渗透物排出口9排出。

管式压电陶瓷纳滤膜自清洗装置按照上述方案连续运行2h，经过测定，使用上述方法制得的管式压电陶瓷滤膜的渗透通量为912 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的管式压电陶瓷膜的渗透通量为894 L·m^-2·h^-1·bar^-1，渗透通量衰减很小，制得的管式压电陶瓷滤膜具有优异的自清洗抗污染性能，对于COD的去除率也高达88%，这主要是由于管式压电陶瓷滤膜逆压电效应，将附着在压电陶瓷滤膜的油滴弹离其表面，实现运行过程中的自清洗功能。

依照上述内容，使用同等条件制备出的管式压电陶瓷滤膜，再次对含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）进行分离过滤，其他操作条件一致，关闭超声设备17，如图1所示装置中对含油废水进行过滤，连续运行2h，经过测定，使用上述方法制得的管式压电陶瓷滤膜的渗透通量为930 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的管式压电陶瓷膜的渗透通量为863 L·m^-2·h^-1·bar^-1，与结合超声设备相比，渗透通量衰减稍微增大，且对于COD的去除率也下降到82%。

将过滤装置中的料液清除干净，再次加入含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）到过滤装置中，按照上述分离过滤过程，使陶瓷滤膜再次连续运行2h，经过测定，管式压电陶瓷滤膜的渗透通量从863 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到786 L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样的自清洗压电陶瓷滤膜结合超声设备使用时，其渗透通量从894 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到845 L·m^-2·h^-1·bar^-1，COD的去除率分别为78%和83%，结果同样表明压电陶瓷滤膜能在较长时间内保持其稳定的过滤性能。

实施例5：本压电陶瓷滤膜是在现有制备陶瓷膜工艺过程中添加掺杂改性的钛酸钡导电材料、聚丙烯酸醇、聚环氧乙烷制得的纳滤压电陶瓷滤膜，掺杂改性的钛酸钡导电材料根据张豪《掺杂钛酸钡/导电高分子复合吸波材料的制备与性能》制得，支撑层、过渡层、分离层中都含有压电材料和添加剂的压电陶瓷滤膜；在支撑层的制备中掺杂改性的钛酸钡导电材料添加量为无机陶瓷原料质量的40%，聚丙烯酸醇添加量为无机陶瓷原料质量的8%；在过渡层、分离层的制备中掺杂改性的钛酸钡导电材料添加量为无机陶瓷原料质量的60%，聚环氧乙烷添加量为无机陶瓷原料质量的8%；

该压电陶瓷滤膜具体制备方法如下：

（1）参照朱庆鹏《多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备及其性能表征》中的方法，在制备七通道氧化铝陶瓷膜支撑体时，添加掺杂改性的钛酸钡导电材料和聚丙烯酸醇，掺杂改性的钛酸钡导电材料添加量为氧化铝质量的40%，聚丙烯酸醇添加量为氧化铝质量的8%；

（2）将步骤（1）制得的支撑体浸没在饱和的氢氧化钠-乙醇溶液中0.5h，取出后使用超纯水清洗浸泡过的支撑体，直至洗涤液为中性，将清洗好的支撑体置于60℃的真空干燥箱中，干燥4h，得到干燥多孔的支撑体备用；

（3）将Al₂O₃、掺杂改性的钛酸钡导电材料和聚环氧乙烷加入到超纯水中混合搅拌3h，混合均匀，制得涂膜液，掺杂改性的钛酸钡导电材料和聚环氧乙烷的添加量分别为Al₂O₃质量的60%和8%；

（4）将涂膜液置于超声浴中，将步骤（2）干燥后的支撑体外壁使用保鲜膜封闭起来，浸没在涂膜液中90s，然后取出，反复浸涂6次，取出涂覆好的支撑体，置于室温下干燥2h，转移至100℃干燥箱中干燥0.8h，然后在1050℃温度下烧结0.2h，5℃/min降温速率冷却，制得七通道压电陶瓷滤膜。

如图1所示，使用上述压电陶瓷滤膜的装置包括流体输送管1、脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4、分离箱5、压电陶瓷滤膜6、电源8、流体储存箱15；流体储存箱15通过泵14与流体输送管1连接，流体储存箱15内设置有搅拌器16，流体输送管1与分离箱5上的流体入口7连通，压电陶瓷滤膜6固定在分离箱5中将分离箱5内分隔成渗透物储存室19和渗余物储存室20，渗透物储存室上设置有渗透物排出口9，渗余物储存室上设置有渗余物排出口10，电源8两极分别与辅助电极12、压电陶瓷滤膜连接通过流体形成闭合电路，流体输送管上依次设置脉动阻尼器2、背压阀3、流量计4，渗余物排出口10通过管道与流体储存箱15连通，其间管道上依次设置有止回阀18、调节阀13；其中辅助电极12为钛电极，分离箱5中空圆筒状，压电陶瓷滤膜为管状，管体两端外侧与分离箱5间封闭形成渗透物储存室，流体输送管1上设置有压力表11；

采用上述装置对含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）进行过滤分离，将待分离物放入流体储存箱15中，将钛电极12连接到电源8的正极，七通道压电陶瓷膜6通过铂片（铂片结构与七通道压电陶瓷膜横截面结构相同，使用时，覆盖在压电陶瓷膜一端）并联起来然后连接到电源8的负极，打开电源8，固定电流频率为5MHz，调节电势为30V，启动搅拌器16对含油废水进行搅拌，打开循环泵14，将含油废水通过流体输送管1，经流体入口泵入分离箱5，调节背压阀3和脉动阻尼器2，使得流体输送管1上的压力表11显示为0.5MPa，调节流量计4控制含油废水流速为0.1m/s，含油废水经过七通道压电陶瓷膜6错流过滤，含油废水渗余物通过控制渗余物排出口10上的调节阀13控制，将含油废水渗余物经渗余物排出口10排到流体储存箱15中进行循环，渗余物排出口10上还设有止回阀18，含油废水渗透液通过渗透物排出口9排出。

七通道压电陶瓷超滤膜自清洗装置按照上述方案连续运行2h，经过测定，使用上述方法制得的七通道压电陶瓷膜的渗透通量为830 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的七通道压电陶瓷膜的渗透通量为794 L·m^-2·h^-1·bar^-1，渗透通量衰减很少，且COD去除率也达到90%，制得的七通道压电陶瓷膜具有优异的自清洗抗污染性能。

依照上述操作，使用同等条件下制备出的七通道压电陶瓷滤膜，再次对含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）进行分离过滤，其他操作条件一致，结合超声设备17，如图2所示装置中对含油废水进行过滤，连续运行2h，经过测定，使用上述方法制得的七通道压电陶瓷滤膜的渗透通量为846 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而连续运行2h后的七通道压电陶瓷膜的渗透通量为823 L·m^-2·h^-1·bar^-1，与没有使用超声设备相比，渗透通量衰减减少，且对于COD的去除率也上升到93%。

将过滤装置中的料液清除干净，再次加入含油废水（100mg/L的油和6mg/L的十六烷基三甲基溴化铵）到过滤装置中，按照上述分离过滤过程，使陶瓷滤膜再次连续运行2h，经过测定，七通道压电陶瓷滤膜的渗透通量从863 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到786 L·m^-2·h^-1·bar^-1，同样的自清洗压电陶瓷滤膜结合超声设备使用时，其渗透通量从894 L·m^-2·h^-1·bar^-1下降到845 L·m^-2·h^-1·bar^-1，结合超声设备使用前后，COD的去除率分别为88%和90%，结果同样表明压电陶瓷滤膜能在较长时间内保持其稳定的过滤性能。