低成本陶瓷膜支撐體的制備與性能研究.pdf

1、無機(jī)陶瓷膜具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、孔徑可控、污染小和使用壽命長等有機(jī)聚合物膜所不具有的優(yōu)點(diǎn)，在產(chǎn)品分離、提純，廢氣、廢液處理等領(lǐng)域已日益受到關(guān)注。目前，國內(nèi)外已商品化的多孔陶瓷膜，存在諸多的問題，如成本高、材質(zhì)種類少、制備困難，嚴(yán)重制約著陶瓷膜的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。本論文從陶瓷分離膜的低成本化出發(fā)，研究了低成本多孔陶瓷支撐體的制備和性能表征，制備出若干具有一定實(shí)用價(jià)值的低成本多孔陶瓷支撐體。文章內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面：

2、>　　 1.管狀多孔堇青石陶瓷膜支撐體的制備與性能研究
　　 作為經(jīng)典陶瓷材料的堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)有諸多優(yōu)點(diǎn)，低的熱膨脹系數(shù)使其多應(yīng)用于耐火材料和汽車尾氣催化劑載體，尤其是原料來源廣、價(jià)格低廉使得堇青石陶瓷能夠得到極大可能的推廣。本工作運(yùn)用粗細(xì)粉混用法，詳細(xì)地研究了堇青石粗細(xì)粉比例及燒結(jié)溫度對堇青石陶瓷支撐體強(qiáng)度、純水通量等的影響，并考察了其耐堿性能。針對一般工業(yè)應(yīng)用多是通過改變膜濾器上、下游之間的壓

3、力差以調(diào)節(jié)料液流速這一特點(diǎn)，本文采用相對于三點(diǎn)法更直觀、更實(shí)用的爆破法來表征支撐體的強(qiáng)度。該法測得的爆破強(qiáng)度，是支撐體破裂時(shí)所能承受的最大內(nèi)外壓差。另外，用爆破法測定時(shí)，很容易發(fā)現(xiàn)管式支撐體是否存在個(gè)別大孔洞的缺陷。
　　 該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)粉含量20wt.％、1400℃燒結(jié)所得的支撐體綜合性能較好：純水通量為10.3 m3·m-2·h-1，爆破壓力為2.21 MPa。耐堿試驗(yàn)之后其爆破壓力仍可達(dá)1.85 MPa，表明其還具有良

4、好的耐堿性能，適合堿性條件下的工業(yè)應(yīng)用。
　　 2.管狀多孔莫來石-剛玉膜支撐體的制備及性能研究
　　 莫來石(3Al2O3·2SiO2)是Al2O3-SiO2系中唯一穩(wěn)定存在的二元結(jié)晶相化合物，具有優(yōu)異的耐酸堿腐蝕性、低熱膨脹系數(shù)、高熔點(diǎn)等特點(diǎn)，因此其作為一種優(yōu)良的無機(jī)膜材料日益受到重視。通過沉淀法制備碳酸鋁銨超細(xì)粉體均勻包裹的氧化鋁粉體，經(jīng)煅燒后，得到氧化鋁超細(xì)粉體包裹的氧化鋁粉體。令其與納米二氧化硅按一定比例先經(jīng)過

5、球磨混合，預(yù)燒，添加適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑和造孔劑，再經(jīng)捏合、陳腐等，制備出莫來石-剛玉膜支撐體。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化硅加入量為12wt.％，在1550℃燒結(jié)所得的膜支撐體綜合性能較好：純水通量為22.2 m3·m-2·h-1，爆破壓力為3.40 MPa，開孔率為40.21％，在10 wt.％H2SO4或5wt.％NaOH溶液中，于100℃下浸漬36 h后，支撐體爆破壓力仍分別為2.67 MPa和2.89 MPa，表明它還具有良好

6、的耐酸堿性能。
　　 在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本文還考察了燒結(jié)助劑CeO2及La2O3對莫來石-剛玉陶瓷支撐體綜合性能的影響。研究結(jié)果表明，燒結(jié)助劑的加入降低了支撐體的燒結(jié)溫度(在燒結(jié)溫度為1650℃時(shí)支撐體完全致密)，在燒結(jié)溫度為1550℃時(shí)，支撐體爆破強(qiáng)度和水通量同比均有所增加，其中CeO2和La2O3添加量均為3wt.％時(shí)，支撐體的綜合性能最好：爆破強(qiáng)度為4.57 MPa，水通量為38.04 m3·m-2·h-1，而其孔徑幾乎不