В последние годы технология мембранного разделения широко изучается и применяется как одна из новых технологий очистки сточных вод. По сравнению с другими технологиями, такими как гравитационное разделение, коагуляция, разрушение эмульсии, абсорбция и обезжиривание нефти, биоразложение, флокуляционная адсорбция, ионный обмен и другие традиционные процессы разделения, эта технология имеет много преимуществ. Такие как высокая селективность, низкое энергопотребление, широкий диапазон применения, экологичность, простое оборудование, простота в эксплуатации и так далее. Мембрану для разделения масла и воды можно разделить на органическую и неорганическую мембрану в зависимости от материала. Органическая мембрана имеет широкий спектр применения в научных исследованиях и коммерческой сфере. По сравнению с органической мембраной неорганическая керамическая мембрана обладает высокой химической и термической стабильностью, отличной устойчивостью к загрязнениям и давлению, легко чистится, имеет высокую механическую прочность, длительный срок службы, поэтому использование керамической мембраны для разделения эмульсии масло-в-воде является важным. тенденция. Гидрофобная модификация может повысить смачиваемость керамической пленки маслом, повысить эффективность разделения эмульсии вода в масле, а также повысить химическую стабильность и долговечность керамической пленки.
Форма эмульсионной системы «вода в масле» (W/O) заключается в том, что вода диспергирована в масле в виде мелких капель. Загрязнение мембраны при мембранном разделении приводит к уменьшению потока проникновения и скорости удерживания с увеличением срока использования, что сокращает срок службы мембраны и ограничивает применение технологии мембранного разделения. Модификация поверхности керамической мембраны может улучшить удельную селективность и эффект разделения мембраны, уменьшить взаимодействие между поверхностью мембраны и ненужными питающими молекулами и в определенной степени уменьшить загрязнение мембраны. Поэтому при разделении эмульсий вода в масле обычно выбирают гидрофобную пленку, которая позволяет каплям масла проходить сквозь нее и улавливать капли воды, используя гидрофобные и липофильные характеристики поверхности мембраны, чтобы достичь эффекта масло-вода. разлука.
Гидрофобная модификация поверхности керамической мембраны
Гидрофобная модификация поверхности керамической пленки обычно достигается путем объединения или склеивания гидрофобных материалов, выбора более низкой поверхностной энергии, соответствующей шероховатости и структуры поверхности, например, использования силана или тиола для придания поверхностных химических свойств, а также введения микронной или наноструктуры для получить поверхность с лучшей шероховатостью, улучшить гидрофобный эффект поверхности пленки и повысить эффективность разделения.
Существует три распространенных метода гидрофобной модификации поверхности керамических мембран: пропитка, золь-гель и химическое осаждение из паровой фазы.
01. Метод погружения
Impregnation method (Impregnation method) does not require special equipment, just the original ceramic film directly immersed in hydrophobic substance solution, the method is simple and direct, easy to operate, low cost. The hydrophobic modification of ceramic membrane surface is carried out by immersion method, which usually uses the functional group of hydrophobic substance to connect with the hydroxyl group on the ceramic membrane surface through condensation reaction.
Taking siloxane as a modifier for example, the operation steps of the impregnation method are as follows: dissolve the organosilane in water or ethanol and hydrolyze it to obtain a reactive silanol solution; When the pre-treated ceramic membrane is immersed in the solution, the reactive silane molecules can be adsorbed on the surface of the membrane, and the hydrophobic membrane can be obtained.
Hydrophobic effect is the result of the joint action of surface roughness and surface energy. In the study of hydrophobic modification of ceramic film, it is usually first to provide a certain rough micro-nano structure on the surface of ceramic film, and then modify it with low surface energy. In addition to the modification with silane coupling agent, mercaptan is also the preferred material to reduce the surface energy of the film.
In summary, the operation and steps of hydrophobic modification of the surface of ceramic film by impregnation method are relatively simple, and are greatly affected by the type of modifier, the concentration of modifier, the impregnation time, the number of impregnation times and the roughness of the surface of ceramic film. In addition, because the number of substances with low surface energy that react depends on its own concentration and the number of hydroxyl groups on the surface of ceramic film, Therefore, the method also has a great dependence on the reactive hydroxyl group on the surface of the ceramic membrane.
02. Sol-gel method
Sol-gel technique uses compounds containing highly chemically active components as precursors, and mixes these raw materials uniformly in the liquid phase. After chemical reactions such as hydrolysis and condensation, a stable transparent Sol system is formed in the solution. The sol is slowly polymerized among aged colloidal particles to form a gel with a three-dimensional network structure. The gel was dried and sintered to produce molecular and even nanostructured materials.
The hydrophobic modification of ceramic membrane by sol-gel method can form a large rough structure on the surface of the membrane, and can directly bind low surface energy chemicals. However, the early introduction of organosilane into the sol solution may lead to the formation of large volume polymers, resulting in poor modification effects.
Compared with other methods, sol-gel method can prepare a stable hydrophobic surface with good separation effect, but it takes a long time to prepare the sol solution, and macromolecular polymers may be formed in the process, which affects the modification effect. In general, secondary sintering is required after the completion of coating, and the process is more complicated. In addition, excessive temperature during secondary sintering will destroy the structure of the film, reduce the hydrophobicity and stability of the film, and the aperture of the modified film will decrease with the increase of the number and time of sol-gel coating. In addition, the sol has an important effect on the formation of colloid in the process of colloid preparation, and then affects the film forming quality. Coating time and times, ambient temperature and humidity, heating rate, calcination temperature and calcination time all have a great influence on the subsequent coating drying process. At present, the process can be simplified by reducing the sintering steps at high temperature, forming a rough structure on the surface of the film at one time and combining with low surface energy materials, so as to reduce the damage of the film structure at high temperature.
03 Chemical vapor deposition method
chemical vapor deposition (CVD) uses gas phase reactants deposited on the substrate surface to form a solid film with specific chemical properties. The method has the advantages of controllable film composition, good film repeatability, uniform film layer, wide application range, no restriction on the shape of the substrate and no damage to the substrate material, and is an effective method to change the surface properties and microstructure of the film. For hydrophobic modification of the ceramic film using this method, the ceramic film needs to be placed in a closed container and heated at the boiling point temperature of the organosilane for a long time. The organosilane vapor is passed through to react with the hydroxyl group on the surface of the ceramic film, and the reaction principle is the same as that of the impregnation method.
Under normal circumstances, in order to make the organosilane reagent can be fully utilized, it is necessary to select a closed container with a size similar to the ceramic membrane, so that the contact and reaction of organosilane vapor with the ceramic membrane can be maximized.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является предпочтительным методом подготовки микро-наночастиц и наностержней на поверхности пленки и формирования упорядоченной микроструктуры. Гидрофобная керамическая пленка, модифицированная методом химического осаждения из паровой фазы, имеет преимущества однородного слоя пленки, хорошей стабильности и широкого диапазона применения, но в то же время толщина гидрофобной пленки мала, механические свойства недостаточны, а дефекты, такие как трещины и пузырьки легко возникают под внешним воздействием. Капли воды и загрязняющие вещества проникают в пленку через трещины, разрушают ее внутреннюю структуру, снижают гидрофобные свойства и устойчивость пленки. Некоторые органосиланы, участвующие в реакции осаждения, токсичны и наносят вред организму человека и окружающей среде. Кроме того, температура реакции, необходимая для этого метода, высока, а связанные с этим высокие энергозатраты и высокая стоимость ограничивают его применение в реальном промышленном производстве.
