一种非对称陶瓷过滤膜的制备

摘要

本课题以刚玉为主要原料，采用固态粒子烧结法在多孔陶瓷载体上制备陶瓷过滤膜。探索了陶瓷过滤膜制备工艺以及工业化生产工艺。通过对结合剂的合理设计提高过滤膜的耐磨强度以及膜与载体的结合强度，从而提高过滤膜的使用寿命。通过选取合适的外加剂，制备出稳定性、分散性及成膜性好的料浆，从而保证陶瓷膜的均一性以及表观质量。通过对孔结构的控制提高陶瓷过滤膜的过滤效率及抗衰减能力。 研究了骨料粒度及粒度分布对陶瓷膜孔结构的影响，结果表明用孔径分布窄的骨料制备出的陶瓷过滤膜的孔径分布窄，孔隙率高。在本实验条件下，骨料粒度D与过滤膜孔径d成一定比例关系，在本研究中D/d≈3.5。 研究了结合剂的含量及粒度对过滤膜性能的影响。随着结合剂含量升高，过滤膜的强度升高，过滤膜的孔隙率降低，确定结合剂的最佳用量为18％。结合剂粒度越细陶瓷膜的烧结温度越低，膜中大孔减少，孔径分布变窄。结合剂粒度应与骨料粒度相差4～5倍以上。 研究了涂膜液的稳定分散条件，采用静电稳定与空间位阻稳定相结合的稳定机理，以1.2％PEG为分散剂，在pH值为9时，制备出了粘度合适、稳定分散、成膜性好的涂膜液。 考察了成孔剂的量和粒度对过滤膜孔结构的影响，结果表明随着成孔剂量的增加，过滤膜的孔隙率上升，强度下降。成孔剂的最佳用量为14％～26％，可以通过调节成孔剂的用量控制陶瓷膜的孔隙率。采用粒度小的成孔剂，制备的陶瓷膜孔径分布更窄，孔结构更均匀。 分别对陶瓷膜的孔结构、过滤性能和化学稳定性进行表征。SEM显示陶瓷膜具有空间网络状孔结构，膜厚300～400μm。压汞法测得膜的孔隙率为47.2％平均孔径为2.39μm。膜的分离性能测试表明，膜对1.2～7μm的微粉具有较强的截留能力。化学稳定性测试表明，膜的耐酸性强于耐碱性。 本实验所制备的非对称氧化铝陶瓷过滤膜具有孔径分布较窄、纯水通量大、抗弯强度较高等特点。同时由于本实验是以工业生产为目的，因此实验中获取的工艺技术参数可以在生产中应用，将极为有效地促进膜制备技术的优化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1无机膜简介

1.2无机膜的特点与分类

1.2.1无机膜的特点

1.2.2无机膜的分类

1.3无机陶瓷膜的结构及其分离机理

1.3.1无机膜的结构

1.3.2无机膜的分离机理

1.4无机膜的制备方法

1.4.1固态粒子烧结法

1.4.2溶胶-凝胶法

1.4.3化学气相沉积法

1.4.4相分离/浸析法

1.4.5阳极氧化法

1.5无机膜的应用

1.5.1在液体处理领域的应用

1.5.2在气体处理领域的应用

1.5.3在膜反应器处理领域的应用

1.6课题背景

1.7课题的研究目的与内容

第二章实验部分

2.1实验药品

2.2微滤膜制备工艺流程

2.3氧化铝微滤膜的制备

2.3.1载体的预处理

2.3.2涂膜液的制备

2.3.3喷膜

2.3.4干燥与烧成

2.4膜的表征

2.4.1表面形貌及孔结构表征

2.4.2孔径及孔分布的测定

2.4.3纯水通量的测定

2.4.4膜的分离性能测试

2.4.5氧化铝微滤膜的化学稳定性

第三章骨料对过滤膜性能的影响

3.1颗粒堆积理论

3.1.1均一球形颗粒的规则填充

3.1.2均一球形颗粒的不规则填充

3.1.3非均一球形颗粒的填充

3.2实验部分

3.2.1实验方案

3.2.2试样制备

3.3.3测试方法

3.3结果与讨论

3.3.1骨料粒径分布对过滤膜的影响

3.3.2骨料粒径与陶瓷膜孔径的关系

3.3.3骨料颗粒形貌对陶瓷膜性能影响

3.4本章小结

第四章结合剂配方

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1实验方案

4.2.2试样制备

4.2.3测试

4.3结果与讨论

4.3.1结合剂配方的设计

4.3.2结合剂含量对过滤膜性能的影响

4.3.3结合剂粒度对过滤膜性能影响

4.4本章小结

第五章涂膜液的制备研究

5.1前言

5.2涂膜液的稳定分散机理

5.3实验部分

5.3.1实验方案

5.3.2试样表征

5.4结果与讨论

5.4.1 PEG对涂膜液分散稳定性的影响

5.4.2 pH值对涂膜液的稳定性的影响

5.4.3涂膜液分散稳定性对膜性能的影响

5.5本章小节

第六章成孔剂对膜孔性能的影响

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1实验方案

6.2.2试样制备

6.2.3试样表征

6.3结果与讨论

6.3.1成孔剂用量对膜孔性能的影响

6.3.2成孔剂粒度对膜孔性能的影响

6.4本章小结

第七章氧化铝陶瓷过滤膜的性能评价

7.1前言

7.2实验部分

7.3结果与讨论

7.3.1过滤膜的形貌分析

7.3.2过滤膜的分离性能

7.3.3过滤膜的化学稳定性

7.3.4气泡法和压汞法比较

7.4本章小结

第八章结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文