本发明涉及无机膜技术领域，更具体地说，它涉及一种平板陶瓷膜及其制备工艺。
背景技术：
膜生物反应器水处理技术是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术。由于膜的过滤作用，微生物和污泥完全被截留在生物反应器中，实现了水和污泥的彻底分离。
从近期国内外研究情况来看，膜生物反应器的滤膜大都为较小孔径的微滤膜，或能截留较大分子的超滤膜，微滤膜和超滤膜的材质主要是疏水性的聚烯烃和亲水性的聚砜、纤维素、无纺布等。平板陶瓷膜是新一代陶瓷膜技术，采用无机材料，利用中国千年传统陶瓷烧结工艺制备而成。平板陶瓷膜主要是依据“物理筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，利用压力差为推动力，使小分子物质可以通过，大分子物质则被截留，从而实现小分子和大分子之间的分离。
平板陶瓷膜与有机膜相比具有机械强度高，耐高温、耐酸碱腐蚀等诸多优点，近几年来取得迅速发展和广泛应用。但是在污水处理过程中有机污染物、污泥等附着于膜表面，形成对膜孔径的堵塞，降低水通量，甚至完全使平板陶瓷膜失去过滤功能。
专利cn105148609a公开了一种亲水疏油滤料及其加工方法，利用纤维丝和棉籽壳为原料制备亲水性滤料，将钛的光催化作用与铝的亲水性能结合起来，制备改性溶胶形成亲水膜层。利用该方法制得的滤料具有较好的抗污染性能，但是该专利给出的工艺和方法难以在污水处理用平板陶瓷膜中使用。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种平板陶瓷膜，具有减少污泥在平板陶瓷膜表面附着的效果，并且制作成本低。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案。
一种平板陶瓷膜，原料组分为：水、高岭土、二氧化钛、二氧化硅、分散剂、造孔剂、氟化钙、海藻酸钠，所述高岭土的铝含量为25～30wt％。
优选原料组分的量以重量份计，为：水15-25份；高岭土70-85份；二氧化钛1-5份；二氧化硅1-5份；分散剂2-4份；造孔剂20-38份；氟化钙5-12份；海藻酸钠0.5-2份；所述高岭土中铝含量为25～30wt％。
上述技术方案中，选用的高岭土铝含量为25～30wt％，而一般的陶瓷生产工艺中选用的高岭土铝含量通常高于这一含量，本发明选用的高岭土价格低，降低了平板陶瓷膜的制作成本，本发明中的高岭土与本发明中其他组分配合制备得到的平板陶瓷膜的综合性能优异。
二氧化钛、二氧化硅、氟化钙和海藻酸钠之间的相互配合，使制得的平板陶瓷膜的表面光滑，有助于减少污泥在平板陶瓷膜表面上的附着，进而减少污泥、灰尘对平板陶瓷膜的孔道的堵塞，起到抗污染的作用。
二氧化钛与分散剂配合，还有助于增强分散体系的稳定性，进而有助于提高平板陶瓷膜的综合性能，二氧化钛与铝含量为25～30wt％的高岭土配合，还有助于提高平板陶瓷膜的亲水性，有助于提高平板陶瓷膜的水通量。氟化钙与含铝量为25～30wt％的高岭土相互配合，有助于降低制备平板陶瓷膜的烧结温度，进一步起到节约成本的作用。
优选所述造孔剂由石墨、淀粉和石墨烯组成，所述石墨烯的重量份数为0-6份，所述石墨的重量份数为16-24份，所述淀粉的重量份数为4-8份。
上述技术方案中，石墨作为常规的造孔剂，石墨烯的导热系数高，在制备平板陶瓷膜的过程中，有助于加强平板陶瓷膜的热传递作用，利于平板陶瓷膜孔隙的形成。但是石墨烯由于其自身的高比表面积，容易发生团聚，而淀粉的颗粒细腻，表面光滑，与石墨和石墨烯配合，起到润滑的作用，有助于减少石墨烯的团聚，使石墨烯和石墨更易分散于其他组分中，有助于增强平板陶瓷膜孔隙的均匀程度。
优选所述分散剂选自聚氧化乙烯、偏硅酸钠、二硅酸钠。
聚氧化乙烯为白色可流动粉末，易在其他组分中分散开，进而利于加强各组分之间的分散均匀程度，聚氧化乙烯作为分散剂加入其他组分中，混合的过程不会产生较多的气泡，有助于减少平板陶瓷膜内较大孔隙的数量。
偏硅酸钠、二硅酸钠作为无机分散剂，一方面有助于增强各组分的分散均匀程度，另一方面与水配合，还有助于增强水对其他组分颗粒表面的润湿程度。
优选所述二氧化钛为纳米二氧化钛，所述二氧化硅为纳米二氧化硅。纳米级的二氧化钛和纳米级的二氧化硅的粒径较小，有助于提高平板陶瓷膜表面的光滑程度，进而有助于提高平板陶瓷膜的抗污染效果。
本发明的目的二在于提供一种平板陶瓷膜及其制备工艺，具有使各个组分混合更加均匀的效果。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案。
一种平板陶瓷膜的制备工艺，包括如下步骤：
s1，将配方量的高岭土、造孔剂混合均匀得到第一混合物；
s2，将配方量的二氧化钛、二氧化硅、氟化钙和海藻酸钠混合均匀得到第二混合物；
s3，将s1中的第一混合物、s2中的第二混合物和配方量的水与分散剂进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料；
s4，将s3中得到的浆料注入制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到中间产品；
s5，烘干s4中得到的中间产品，然后对烘干的平板陶瓷膜进行烧结，得到平板陶瓷膜。
采用上述方案，根据不同的原料分步混合的方法有助于提高平板陶瓷膜中各组分的均匀程度，进而有助于提高平板陶瓷膜的综合性能。
优选所述s3中将混合均匀的原料过筛，得到浆料，过筛所用的筛网为325目的筛网。过筛的操作使浆料更细腻、均匀，有助于提高平板陶瓷膜的性能。
优选所述s5中的烘干温度为90-95℃，90-95℃在水的沸点以下，又靠近水的沸点，有助于加快水分的挥发，加快成型的中间产品的烘干效率，并且起到预热中间产品的作用，不会使水分在中间产品中太过剧烈的运动，不会对平板陶瓷膜的孔隙造成影响。
优选所述s5中烧结的温度为1200～1250℃。该烧结温度低于普通的陶瓷板的烧结温度，有助于节约烧结中间产品时的能耗。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、铝含量为25～30wt％的高岭土的价格低，有助于降低制作平板陶瓷膜的成本；
2、铝含量为25～30wt％的高岭土与二氧化钛、二氧化硅、氟化钙和海藻酸钠、造孔剂、分散剂的协同作用使得到的平板陶瓷膜具有优异的抗污染性能；
3、石墨、淀粉与石墨烯的相互配合，有助于提高平板陶瓷膜中孔隙的均匀程度；
4、铝含量为25～30wt％的高岭土与氟化钙的相互配合有助于降低平板陶瓷膜的烧结温度，起到降低成本、节约资源的目的。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1
将含铝量为25wt％的高岭土7kg、石墨16kg和淀粉0.4kg混合均匀得到第一混合物，待用。将纳米二氧化钛0.1kg、纳米二氧化硅0.1kg、氟化钙0.5kg和海藻酸钠0.05kg混合均匀得到第二混合物，待用。
将上述第一混合物、上述第二混合物与水1.5kg、聚氧化乙烯0.2kg加入球磨机，进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料，利用325目的筛网对混合均匀的浆料进行过筛的操作。
将上述过筛操作中通过筛网的浆料注入到制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到成型的中间产品，在90℃的条件下烘干中间产品，烘干时间为1.5h。在1250℃的条件下对烘干的中间产品进行烧结，烧结5h后得到平板陶瓷膜。
实施例2
将含铝量为28wt％的高岭土8.5kg、石墨烯0.6kg、石墨2.4kg和淀粉0.8kg混合均匀得到第一混合物，待用。将纳米二氧化钛0.5kg、纳米二氧化硅0.5kg、氟化钙1.2kg和海藻酸钠0.2kg混合均匀得到第二混合物，待用。
将上述第一混合物、上述第二混合物与水2.5kg、二硅酸钠0.3kg加入球磨机，进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料，利用325目的筛网对混合均匀的浆料进行过筛的操作。
将上述过筛操作中通过筛网的浆料注入到制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到成型的中间产品，在95℃的条件下烘干中间产品，烘干时间为1.5h。在1200℃的条件下对烘干的中间产品进行烧结，烧结5h后得到平板陶瓷膜。
实施例3
将含铝量为30wt％的高岭土7.7kg、石墨烯0.52kg、石墨1.58kg和淀粉0.56kg混合均匀得到第一混合物，待用。将纳米二氧化钛0.3kg、纳米二氧化硅0.45kg、氟化钙0.7kg和海藻酸钠0.13kg混合均匀得到第二混合物，待用。
将上述第一混合物、上述第二混合物与水2kg、偏硅酸钠0.25kg加入球磨机，进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料，利用325目的筛网对混合均匀的浆料进行过筛的操作。
将上述过筛操作中通过筛网的浆料注入到制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到成型的中间产品，在95℃的条件下烘干中间产品，烘干时间为1.5h。在1200℃的条件下对烘干的中间产品进行烧结，烧结5h后得到平板陶瓷膜。
实施例4
将含铝量为30wt％的高岭土8.2kg、石墨烯0.41kg、石墨1.9kg和淀粉0.42kg混合均匀得到第一混合物，待用。将纳米二氧化钛0.28kg、纳米二氧化硅0.36kg、氟化钙0.63kg和海藻酸钠0.1kg混合均匀得到第二混合物，待用。
将上述第一混合物、上述第二混合物与水2.2kg、二硅酸钠0.05kg和聚氧化乙烯0.07kg加入球磨机，进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料，利用325目的筛网对混合均匀的浆料进行过筛的操作。
将上述过筛操作中通过筛网的浆料注入到制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到成型的中间产品，在95℃的条件下烘干中间产品，烘干时间为1h。在1250℃的条件下对烘干的中间产品进行烧结，烧结5h后得到平板陶瓷膜。
对比例1
将含铝量为30wt％的高岭土8.2kg，石墨烯0.81kg、石墨1.9kg和淀粉0.42kg，纳米二氧化钛0.28kg，纳米二氧化硅0.36kg，氟化钙0.63kg和海藻酸钠0.1kg，水2.2kg，二硅酸钠0.05kg和聚氧化乙烯0.07kg加入球磨机，进行球磨，球磨2h后，得到混合均匀的浆料。
将上述浆料注入到制备平板陶瓷膜的模具中，对模具施加45mpa的压力，使浆料成型，得到成型的中间产品，在95℃的条件下烘干中间产品，烘干时间为1.5h。在1250℃的条件下对烘干的中间产品进行烧结，烧结5h之后得到平板陶瓷膜。
对比例2
除了烧结温度替换为1500℃，其余操作均与实施例4相同。
对比例3
除了将含铝量为30wt％的高岭土替换为含铝量为50wt％的高岭土，其余操作均与实施例4相同。
结果测试：
对实施例1-4和对比例1-3制备得到的平板陶瓷膜的综合性能进行测试，主要测试了平板陶瓷膜的孔隙率、平均孔径、纯水通量和抗弯强度。根据hy/t064-2002的方法对平板陶瓷膜的孔隙率、平均孔径、和纯水通量进行测试，具体结果见表1所示。
孔隙率是膜的微孔总体积与膜的总体积的百分比率，与微孔大小及数量有关。纯水通量是利用电导率小于10μm·cm-1、浊度小于0.1nt的纯净水，在操作压力为0.1mpa，温度为25℃的条件下，单位时间、单位膜面积透过平板陶瓷膜的纯水体积。
根据gb/t1965-1996的方法对平板陶瓷膜的抗弯强度进行测试，具体结果见表1所示。
表1平板陶瓷膜综合性能测试结果表
观察表1中的数据可知，利用本方法制备得到的平板陶瓷膜的综合性能较优。对比例1的制备方法与本发明的不同，对比例1的平板陶瓷膜的综合性能较差。对比例2和对比例3分别利用含铝量为50wt％的高岭土和1500℃烧结温度制备出的平板陶瓷膜的综合性能与利用本发明的方法制备出的平板陶瓷膜的综合性能差异较小，但选用含铝量为30wt％的高岭土和1200-1300℃的烧结温度降低了制备平板陶瓷膜的成本、节约了资源，说明本发明的方案更佳。
将利用上述实施例1-4和对比例1-3的方法制备得到的平板陶瓷膜，放置于污泥中，10天后取出，清洗干净，再根据hy/t064-2002的方法对清洗干净的平板陶瓷膜进行水通量的测试，具体结果见表2所示。
表2平板陶瓷膜抗污染性能测试结果表
观察表2中的数据可知，利用本方法制备得到的平板陶瓷膜的抗污染性能好，利用含铝量为50wt％的高岭土和1500℃烧结温度制备出的平板陶瓷膜的抗污染性与本发明的差异不大，但是选用含铝量为30wt％的高岭土配合1200-1300℃的烧结温度降低了制备平板陶瓷膜的成本、节约了资源，说明本发明的方案更佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。