不同添加剂对黄土基无机陶瓷膜支撑体的性能影响研究

发布时间：2020-04-01 18:01

【摘要】：以纯黄土为原料,采用滚压成型法制备单管式无机陶瓷膜支撑体。研究了不同粒径纯黄土原料对支撑体的性能影响;选取α-Al_2O_3、MgO、CMC的加入量三个因素设计正交实验;探究了高岭土、膨润土两个添加剂对支撑体的性能影响;并利用TG-DTG、压汞仪、SEM、XRD、自制装置等对支撑体的性能进行测试表征,结果表明:(1)以80目、200目、300目筛网过筛后的纯黄土为原料制作支撑体时,随着纯黄土原料中值粒径越大,支撑体抗折强度呈现递减趋势,纯水通量呈现递增趋势;粒径越小,支撑体耐酸碱腐蚀性能越好,越趋于稳定;最终选择1115℃为纯黄土的烧结温度,200目筛网过筛后的黄土为原料粒径,此时抗折强度为39.47MPa,纯水通量为2009L/(m~2·h·bar)。(2)由孔径分布图可知,200目筛网过筛黄土(粒径为38.78μm)后,支撑体中值孔径为4231nm,平均孔径为1699.1nm,孔隙率为17.5659%,孔径为2448.6nm-3805.3nm的主峰孔体积占全部孔体积的90%以上,符合作为支撑体原料的条件。(3)确定正交实验烧结温度分为3个阶段:室温-200℃,以3℃/min的升温速率升温,并保温1h;200℃-700℃之间以0.5℃/min的升温速率缓慢升温,并保温2h;800℃-1180℃之间以1℃/min升温速率升温,并保温3h,最后随炉冷却至室温;由正交实验可得,影响支撑体纯水通量的因素为CMCAl_2O_3MgO,影响支撑体抗折强度的因素为Al_2O_3CMCMgO,综合考虑,确定最佳组合,即氧化铝添加量为15%,CMC添加量为6%,氧化镁添加量为0.5%。(4)正交实验确定的最佳组合机械强度为55.66MPa,纯水通量为83629.27L/(m~2·h·bar),中值孔径为19880.3nm,其中主峰孔体积占总孔体积的95%以上,主峰孔径分布范围为8544.6nm-52230.5749nm,孔径分布较宽,孔隙率28.7%,以石英相、钙长石相、莫来石相、堇青石相、方石英相为主。(5)确定膨润土添加量为6%,烧结温度为1120℃,此时支撑体的抗折强度为45.7MPa,纯水通量为1087L/(m~2·h·bar),中值孔径为2469.71nm,主峰孔径分布范围为374.6nm-4617.7nm,基本为大孔,孔隙率15.6%。主晶相为方石英和莫来石。(6)确定高岭土添加量为4%,烧结温度为1120℃,此时支撑体的抗折强度为67MPa,纯水通量为1465L/(m~2·h·bar),中值孔径为3568.4nm,主峰孔径分布范围为1416.59nm-5532.03nm,孔隙率16.6746%,主晶相为石英和莫来石。
【图文】：

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西安工程大学硕士学位论文渡[5]，如图 1-1 是多孔复合膜微结构图，a 为支撑体，厚度一般为 1-5mm为 10-15um 左右，支撑体材料需要高的机械强度，陶瓷膜的主体形状和几撑体决定。b 是过渡层，厚度一般为 10-100um，孔径为 0.5-1.5um，其作层镀膜使用的溶胶离子渗透到孔径大的支撑体中。c 是由溶胶凝胶法制备厚度小于 10um[6]。图 1-2 为非对称陶瓷膜扫描电镜图像。

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2图 1-2 非对称陶瓷膜扫面电镜图瓷膜分为外压式过滤和内压式过滤，因外压式更有利于清洗，所以大多数过滤。如图 1-3 为单通道陶瓷膜管过滤。A 表示液体渗透流入的外表面，陶瓷膜的内表面。从 A-B 依次为表层膜、过渡层和支撑体。污水从外表膜管内通道，在 A、B 间压差作用下，滤液从内通道两端流出。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】