相转化法陶瓷中空纤维膜的制备及性能研究

发布时间：2017-08-30 22:44

  本文关键词：相转化法陶瓷中空纤维膜的制备及性能研究

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【摘要】：膜分离技术自问世以来发展迅速,现已广泛应用于新能源、冶金、环境、食品、石油化工等领域,是一种常用的分离手段。陶瓷膜作为膜分离材料的重要组成部分,与聚合物材质膜相比,具有耐酸碱腐蚀性、耐高温性、环境友好性、易清洗和机械强度高等优点。陶瓷中空纤维膜是陶瓷膜中的一种,除具有以上陶瓷分离膜的优点外,其膜管壁薄且单位体积装填密度高。本课题主要围绕陶瓷中空纤维膜的制备,探讨了相关工艺参数及条件对纤维膜结构的影响,并对有机修饰后的中空纤维膜进行了膜蒸馏海水淡化实验测试。第一章介绍陶瓷中空纤维膜的相关概念和应用领域,主要包括陶瓷中空纤维膜的制备和表征方法,相转化法制备陶瓷中空纤维膜原理及工艺。第二章采用常规的相转化挤出工艺,以水作为内外侧絮凝剂,通过改变空气间隙(air gap),制备了不同类型的氧化铝陶瓷中空纤维膜,并对其形貌、孔隙率、孔径分布进行了相关表征,测试了氮气和纯水通量,探究不同空气间隙对相转化法制备陶瓷纤维膜的影响。发现提高空气间隙可制备出渗透性更高的含有内侧皮层和开放指状孔支撑层的两层结构。第三章利用石墨浆料作为内部牺牲材料,制备出含有外侧皮层和开放指状孔支撑层两层结构的氧化铝中空纤维膜；以水为内部絮凝剂制备出多层结构的纤维膜,对比了两种不同纤维膜的结构和渗透性能。发现两层的纤维膜结构由于没有海绵层和内皮层,具有更好的物质传输性能。第四章将氧化铝纤维膜应用于气体吹扫式膜蒸馏海水淡化实验。由于陶瓷膜表面含有羟基,使其表现为亲水性,无法进行膜蒸馏过程,因此采用有机氟硅烷FAS对纤维膜进行修饰,接触角由0°提升至130°。在不同料液温度和盐浓度条件下进行膜蒸馏海水淡化实验,发现随温度升高,膜蒸馏通量显著提高,盐浓度的增加会降低通量。在料液为80℃,盐浓度2wt.%的条件下,膜蒸馏通量为13.6L m-2h-,并随时间下降,经水冲洗后通量恢复,整个实验过程中盐截留率始终保持在99.5%以上。第五章对本课题的工作进行了总结,并对相关实验内容提出了改进方案。
【关键词】：氧化铝 挤出 相转化 中空纤维膜 膜蒸馏
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 陶瓷中空纤维膜研究及应用10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 陶瓷中空纤维膜11-16
• 1.2.1 陶瓷中空纤维膜的制备方法11-14
• 1.2.2 相转化法成膜原理14-15
• 1.2.3 影响相转化法制备陶瓷中空纤维膜的因素15-16
• 1.3 陶瓷中空纤维膜的表征16-18
• 1.3.1 陶瓷中空纤维膜形貌表征17
• 1.3.2 陶瓷中空纤维膜孔隙率及孔结构表征17-18
• 1.4 陶瓷中空纤维膜的应用18-19
• 1.4.1 海水淡化和油水分离技术18
• 1.4.2 高温透氧膜18-19
• 1.4.3 固体氧化物燃料电池19
• 1.5 本论文的研究思路和内容19-21
• 参考文献21-28
• 第二章 空气间隙对陶瓷中空纤维膜结构及性能的影响28-42
• 2.1 空气间隙对陶瓷中空纤维膜结构及性能的影响28
• 2.2 实验部分28-32
• 2.2.1 相转化法制备氧化铝中空纤维膜28-30
• 2.2.2 氧化铝中空纤维膜结表征和渗透性测试30-32
• 2.3 结果和讨论32-37
• 2.3.1 氧化铝中空纤维管结构32-35
• 2.3.2 氧化铝中空纤维膜的性能表征35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 参考文献39-42
• 第三章 双层结构中空纤维管的制备及性能表征42-50
• 3.1 内部絮凝剂对陶瓷中空纤维膜结构及性能的影响42
• 3.2 实验部分42-47
• 3.2.1 样品的制备42-43
• 3.2.2 两种中空纤维膜结构和性能表征43-47
• 3.3 本章小结47-49
• 参考文献49-50
• 第四章 氧化铝陶瓷中空纤维膜膜蒸馏应用50-66
• 4.1 背景50-53
• 4.1.1 膜蒸馏简介50-51
• 4.1.2 膜蒸馏分类51-52
• 4.1.3 膜蒸馏技术的操作条件和表现52-53
• 4.1.4 膜蒸馏技术对材料的要求53
• 4.2 气体吹扫式膜蒸馏实验部分53-55
• 4.2.1 膜蒸馏用纤维膜样品修饰53-54
• 4.2.2 膜蒸馏实验条件和性能表征54-55
• 4.3 气体吹扫式膜蒸馏结果和讨论55-59
• 4.3.1 修饰前后氧化铝纤维膜疏水性、气体和纯水渗透性55-57
• 4.3.2 温度、盐溶液浓度和时间对膜蒸馏通量的影响57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 参考文献61-66
• 第五章 全文总结与展望66-68
• 5.1 论文总结66
• 5.2 工作中的不足及建议66-68
• 攻读硕士期间发表论文情况68-69
• 致谢69

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本文编号：761934