低成本陶瓷膜支撑体的制备与机能研究.pdf

摘要 摘要 无机陶瓷膜具有耐高温、化学稳定性好、机械强度高、孔径可控、污染小和 使用寿命长等有机聚合物膜所不具有的优点，在产品分离、提纯，废气、废液处 理等领域已日益受到关注。目前，国内外已商品化的多孔陶瓷膜，存在诸多的问 题，如成本高、材质种类少、制备困难，严重制约着陶瓷膜的大规模工业应用。 本论文从陶瓷分离膜的低成本化出发，研究了低成本多孔陶瓷支撑体的制备和性 能表征，制备出若干具有一定实用价值的低成本多孔陶瓷支撑体。文章内容主要 包括如下几个方面： 1．管状多孔堇青石陶瓷膜支撑体的制备与性能研究 系数使其多应用于耐火材料和汽车尾气催化剂载体，尤其是原料来源广、价格低 廉使得堇青石陶瓷能够得到极大可能的推广。本工作运用粗细粉混用法，详细地 研究了堇青石粗细粉比例及烧结温度对堇青石陶瓷支撑体强度、纯水通量等的影 响，并考察了其耐碱性能。针对一般工业应用多是通过改变膜滤器上、下游之间 的压力差以调节料液流速这一特点，本文采用相对于三点法更直观、更实用的爆 破法来表征支撑体的强度。该法测得的爆破强度，是支撑体破裂时所能承受的最 大内外压差。另外，用爆破法测定时，很容易发现管式支撑体是否存在个别大孔 洞的缺陷。 该实验结果表明，细粉含量20叭％、1400C烧结所得的支撑体综合性能较 1 好：纯水通量为1O．3m3·m-2·h．1，爆破压力为2．2MPa。耐碱试验之后其爆破压 力仍可达1．85IVIPa，表明其还具有良好的耐碱性能，适合碱性条件下的工业应 用。 2．管状多孔莫来石．冈|!I玉膜支撑体的制备及性能研究 物，具有优异的耐酸碱腐蚀性、低热膨胀系数、高熔点等特点，因此其作为一种 优良的无机膜材料日益受到重视。通过沉淀法制备碳酸铝铵超细粉体均匀包裹的 氧化铝粉体，经煅烧后，得到氧化铝超细粉体包裹的氧化铝粉体。令其与纳米二 摘要 氧化硅按一定比例先经过球磨混合，预烧，添加适当的粘结剂和造孔剂，再经捏 合、陈腐等，制备出莫来石垌0玉膜支撑体。 实验结果表明，二氧化硅加入量为12叭．％，在1550。C烧结所得的膜支撑体 综合性能较好：纯水通量为22．2m3．m2-h1，爆破压力为3．40MPa，开孔率为 40．21％，在lO wt．％H2S04或5叭．％NaOH溶液中，于100(2下浸渍36h后，支 MPa和2．89 撑体爆破压力仍分别为2．67 MPa，表明它还具有良好的耐酸碱性能。 在上述实验基础上，本文还考察了烧结助剂Ce02及La203对莫来石-冈4玉陶 瓷支撑体综合性能的影响。研究结果表明，烧结助剂的加入降低了支撑体的烧结 wt．％时， 体爆破强度和水通量同比均有所增加，其中Ce02和La203添加量均为3 支撑体的综合性能最好：爆破强度为4．57 MPa，水通量为38．04m3．m-2．h．1，而其 孔径几乎不变，约为10．7肛l，耐酸、碱强度保持率分别为88．4％和86．8％，这 表明Ce02和La203极大的提高了莫来石-冈0玉膜支撑体的耐酸腐蚀性能。 3．莫来石-冈0玉陶瓷膜支撑体经济技术分析 由原料成本、烧结温度及适用的广泛性等方面考虑，将稀土掺杂的莫来石． 刚玉膜支撑体与氧化铝膜支撑体进行了综合比较。结果表明，相比于氧化铝支撑 体，在特定的领域里，低价格、低膨胀性的莫来石．刚玉膜支撑体具有一定的应 用前景。 关键词：堇青石；莫来石；低成本支撑体；爆破强度 2 Abstract Abstract moremeritsthan ceramicmembranesexhibit polymercounterparts，such Inorganic