以疏浚底泥为原料的高性能陶瓷膜制备

发布时间：2020-10-13 23:23

　　 我国城市河道底泥污染严重,其中所含有的重金属等污染物质会对水体造成二次污染。目前虽然有技术能够对污染底泥进行原位或异位修复,但是存在成本高、流程复杂、修复效果不明显等缺点。因此,将底泥疏浚并进行资源化利用,将其作为公路路基填料、建筑陶粒等建筑应用以及园林绿化、用作填方材料和堆肥发酵等利用方式逐渐受到广泛的关注。然而,上述利用过程并不能有效阻止底泥中原有重金属的进一步溶出。通过烧结过程,重金属可镶嵌于稳定的铝硅酸盐晶体结构中,从而能够被有效的稳定化。因此,基于烧结的无机固废处理技术逐步受到重视。底泥体系以硅铝酸盐为主,是典型的制备陶瓷的材料。因此,将烧结技术进行应用既可将重金属稳定化,同时又可制备能够高值化利用的陶瓷产品。在诸多陶瓷产品中,陶瓷膜因其在污水处理过程中的优越性能得到了广泛应用。然而目前的陶瓷膜制备多以纯化合物质为原材料,且烧结温度在1500oC左右,较高的烧结温度,导致制备陶瓷膜成本过高,限制了陶瓷膜的广泛应用。因此,本课题结合底泥重金属污染难以高效解决以及陶瓷膜制备成本过高的两个难题,创新性的提出一种新型陶瓷膜制备方案,即就地取材,以深圳茅洲河底泥为陶瓷膜基体原材料,通过干压成型法和旋转涂覆法制备基体陶瓷膜和双层陶瓷膜,配置不同浓度的旋涂液得到三种双层膜。通过X射线荧光光谱分析(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对陶瓷膜进行表征。实验室研究结果表明,相比于纯相材料陶瓷膜,底泥陶瓷膜在900oC即可制备;通过压汞孔隙率测定仪对陶瓷膜测定,陶瓷膜的孔径为70 nm,孔隙率为39.86%。对陶瓷膜成孔剂的种类及配比进行选择,以及对陶瓷膜通量、稳定性、安全性、抗腐蚀性和对医疗废水、重金属废水的分离率测定。实验结果表明疏浚底泥为材料的陶瓷膜的分离性能良好,相较其他陶瓷膜产品,成本更低。将疏浚底泥制备为陶瓷膜,不仅通过烧结将重金属稳定于矿物晶体结构中,有效的解决了底泥重金属污染问题,同时还能够大大降低陶瓷膜原材料成本。通过引入底泥这一混合体系,大幅度降低陶瓷膜烧结温度,在有效控制成本的基础上制备出性能良好的陶瓷膜,从而达到“以废治废、化废为宝”的可持续循环利用目标,具有非常优异的环境效益。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X522;TU52
【部分图文】：

图 1-1 常见陶瓷膜的结构1.3.3 陶瓷膜制备工艺陶瓷膜的制备方法主要以固态离子烧结法以及溶胶-凝胶法为主。固态粒子烧结法是较为常见、应用广泛的制备陶瓷膜方法之一。通过将预处理（烘干、研磨、筛分等）后的基体颗粒与适当比例的添加剂（成孔剂、粘结剂等）在适当介质（乙醇等）中进行均匀混合，并通过一定的成型工艺（压片机）压制成陶瓷膜生胚，最终经过高温烧结（>1000 oC）后得到陶瓷膜。在过程中主要为固体颗粒间的高温固结，过程中液相不参与反应。此方法中，陶瓷膜的成膜质量主要与制备中的添加剂种类、比例以及烧结温度等条件有关。溶胶-凝胶法的制备材料一般为无机聚合物或是金属氧化物，其材料提供制备陶瓷膜所需的主要元素。这些材料在混合后，主要发生水解和缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系。胶体颗粒在聚合后所形成的凝胶经过烧结后可得到纳米结构的陶瓷膜。1.3.4 陶瓷膜应用优势

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 2 章 实验材料与方法2.1 实验原料与试剂2.1.1 实验原料茅洲河为深圳市第一大河，其流域在深圳境内的面积约占总流域的 80%。目前由于深圳污水管网的建设滞后，对污泥污水的整治工程进展缓慢。所以，加快对茅洲河治理系统的推进，以及治理中的全局谋划，加速提高河流水质，对茅洲河的污染现状以及底泥污染物的处理成为深圳水利工作的重大任务之一。

深圳茅洲河疏浚底泥主要成分
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本文编号：2839843