高性能超薄平板陶瓷膜的制备及其油水分离应用研究
发布时间：2021-06-29 02:01
社会经济的快速发展产生了大量的污水,如不加以处理,必然导致水资源短缺。在众多污水处理方法中,膜分离法作为一种高效的物理分离方法成为环境工程领域的发展方向。特别是近10年来,超薄平板陶瓷膜以其具有低跨膜压力和高渗透通量等诸多优点,在含油废水处理中崭露头角。然而,超薄平板陶瓷膜能够在较低跨膜压力条件下获得高渗透通量,是以减少支撑体和膜层厚度的方式来减少渗透阻力的。超薄陶瓷膜支撑体（≤3 mm）必然引起支撑体的成型以及膜层的制备方面提出更高的要求,成为影响超薄平板陶瓷膜性能的关键因素。为顺利挤出成型获得超薄陶瓷膜支撑体,通过调整粉体的颗粒级配从而改变泥料的特性,通过挤出成型,可控干燥和优化烧结得到壁厚为1 mm的超薄平板陶瓷支撑体。经过研究得到最佳的烧结温度为1650℃,承受应力为72.3 N,孔隙率为40%,平均孔径为4.0μm。由于超薄平板支撑体的壁厚较薄,无法提供足够的毛细管力,导致无法形成完整和稳定的湿膜。本论文首次提出采用喷涂+浸涂的成膜方法,喷涂法制膜是通过高压空气将陶瓷浆料分散成雾滴,雾滴散落在支撑体表面累积形成膜层,克服了支撑体的毛细管作用对膜层厚度的影响和浆料粉体粒径的要求...
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微滤膜，超滤膜，纳滤膜和反渗透膜的示意图[2]
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2文献综述5种过滤方式，水通量较高，跨膜压差较低，水通量衰减较低，过滤过程中污染物质不易进入膜孔，容易进行反清洗，对污染水系的水质要求不高，适用的水质范围较广。图2-2内压式和外压式过滤方式示意图Fig.2-2Schematicdiagramofinternalandexternalpressurefiltrationmethods内压式和外压式过滤有各自的特点，外压式相比于内压式有以下优点：(1)对污水系水质要求较低，适应多种类型的污水。(2)可选择多种过滤方式，包括死端过滤，浸没式过滤，错流过滤。(3)跨膜压差较低，膜孔不易堵塞，抗膜污染能力较强。(4)跨膜压差小，水通量较大且衰减较慢。(5)清洗膜表面和反清洗较为容易。(6)运行及维护费用较低。2.1.4.陶瓷膜的制备工艺1.支撑体的制备工艺(1)挤出成型法挤出成型法是通过挤泥机施加压力将泥料从成型模具挤出得到预期形状坯体的成型方法[51]。目前，该方法是国内外陶瓷工业普遍采用的一种方法，具有生产效率高、尺寸控制精确、适用广泛、结构均匀、可自动化的特点。挤出成型法要求陶瓷泥料具有良好的颗粒级配、均匀性、可塑性、延展性。目前多通道管状支撑体、单通道管状支撑体和中空平板支撑体均采用该方法制备，但其成型模具结构复杂，加工精度较高，模具材料利用率低，坯体烧成品收缩较大。(2)注浆法注浆成型法通过多孔成型模具的吸水性，将所需的陶瓷浆料与多孔模具接触并保持一段时间，陶瓷浆料中的颗粒在毛细管吸力的作用下在多孔模具表面形成颗粒累积层，
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2文献综述7图2-3湿膜的形成和生长示意图[60](a)浆料流经干燥的支撑体表面；(b)浆料静止时湿膜的形成和生长；(c)浆料移出时湿膜的形成和生长；(d)薄膜涂覆机理下湿膜的生长Fig.2-3Sketchoftheformationandgrowthofthewetmembraneindip-coatingprocess(a)Theformationofalaminarboundaryasthesuspensionpouredintothetubularsubstrate;(b)theformationandgrowthofthewetmembraneinstillsuspension;(c)theformationofthelaminarboundaryduetotheflowofthesuspension;(d)thegrowthofthewetmembranebythefilm-coating.图2-3显示了湿膜的形成和生长示意图。支撑体的孔道可以视为一组具有一定直径和长度的毛细管，当干燥的支撑体与陶瓷浆料接触时，在毛细管吸力的作用下，浆料中的粉体颗粒向支撑体和浆料的界面移动，粉体颗粒在支撑体表面堆积形成一定厚度的稳定滤饼层，又称湿膜[14,61]。随着浸涂时间的增加，湿膜的厚度逐渐的增大，设定相应的浸涂时间可得相应厚度的湿膜层。通过薄膜涂敷机理，在提拉支撑体过程中，陶瓷浆料和支撑体发生相对运动，在陶瓷浆料粘滞力作用下，部分陶瓷浆料会附着在支撑体上，再次增加了湿膜的厚度。其具有以下的特点：1)工艺简单，容易工业化生产。2)膜层厚度可控。3)制备成本低廉。4)重复性好，可多次涂膜。(2)溶胶凝胶法溶胶凝胶法[62]是以无机盐或醇盐[16,63,64]为驱体溶解在有机溶剂中形成透明的溶胶体系，经过干燥和烧结形成膜的方法。由于该方法制备的膜层孔径分布在2-100nm之间，所以适用于纳滤和超滤。溶胶凝胶法具有工艺简单、反应易控、烧结温度低、成膜时间短等优点，但同时存在成本高、不易保存、易燃、有毒、膜层易开裂、烧结温度较窄、制备要求严格等缺点
本文编号：3255491
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微滤膜，超滤膜，纳滤膜和反渗透膜的示意图[2]
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2文献综述5种过滤方式，水通量较高，跨膜压差较低，水通量衰减较低，过滤过程中污染物质不易进入膜孔，容易进行反清洗，对污染水系的水质要求不高，适用的水质范围较广。图2-2内压式和外压式过滤方式示意图Fig.2-2Schematicdiagramofinternalandexternalpressurefiltrationmethods内压式和外压式过滤有各自的特点，外压式相比于内压式有以下优点：(1)对污水系水质要求较低，适应多种类型的污水。(2)可选择多种过滤方式，包括死端过滤，浸没式过滤，错流过滤。(3)跨膜压差较低，膜孔不易堵塞，抗膜污染能力较强。(4)跨膜压差小，水通量较大且衰减较慢。(5)清洗膜表面和反清洗较为容易。(6)运行及维护费用较低。2.1.4.陶瓷膜的制备工艺1.支撑体的制备工艺(1)挤出成型法挤出成型法是通过挤泥机施加压力将泥料从成型模具挤出得到预期形状坯体的成型方法[51]。目前，该方法是国内外陶瓷工业普遍采用的一种方法，具有生产效率高、尺寸控制精确、适用广泛、结构均匀、可自动化的特点。挤出成型法要求陶瓷泥料具有良好的颗粒级配、均匀性、可塑性、延展性。目前多通道管状支撑体、单通道管状支撑体和中空平板支撑体均采用该方法制备，但其成型模具结构复杂，加工精度较高，模具材料利用率低，坯体烧成品收缩较大。(2)注浆法注浆成型法通过多孔成型模具的吸水性，将所需的陶瓷浆料与多孔模具接触并保持一段时间，陶瓷浆料中的颗粒在毛细管吸力的作用下在多孔模具表面形成颗粒累积层，
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2文献综述7图2-3湿膜的形成和生长示意图[60](a)浆料流经干燥的支撑体表面；(b)浆料静止时湿膜的形成和生长；(c)浆料移出时湿膜的形成和生长；(d)薄膜涂覆机理下湿膜的生长Fig.2-3Sketchoftheformationandgrowthofthewetmembraneindip-coatingprocess(a)Theformationofalaminarboundaryasthesuspensionpouredintothetubularsubstrate;(b)theformationandgrowthofthewetmembraneinstillsuspension;(c)theformationofthelaminarboundaryduetotheflowofthesuspension;(d)thegrowthofthewetmembranebythefilm-coating.图2-3显示了湿膜的形成和生长示意图。支撑体的孔道可以视为一组具有一定直径和长度的毛细管，当干燥的支撑体与陶瓷浆料接触时，在毛细管吸力的作用下，浆料中的粉体颗粒向支撑体和浆料的界面移动，粉体颗粒在支撑体表面堆积形成一定厚度的稳定滤饼层，又称湿膜[14,61]。随着浸涂时间的增加，湿膜的厚度逐渐的增大，设定相应的浸涂时间可得相应厚度的湿膜层。通过薄膜涂敷机理，在提拉支撑体过程中，陶瓷浆料和支撑体发生相对运动，在陶瓷浆料粘滞力作用下，部分陶瓷浆料会附着在支撑体上，再次增加了湿膜的厚度。其具有以下的特点：1)工艺简单，容易工业化生产。2)膜层厚度可控。3)制备成本低廉。4)重复性好，可多次涂膜。(2)溶胶凝胶法溶胶凝胶法[62]是以无机盐或醇盐[16,63,64]为驱体溶解在有机溶剂中形成透明的溶胶体系，经过干燥和烧结形成膜的方法。由于该方法制备的膜层孔径分布在2-100nm之间，所以适用于纳滤和超滤。溶胶凝胶法具有工艺简单、反应易控、烧结温度低、成膜时间短等优点，但同时存在成本高、不易保存、易燃、有毒、膜层易开裂、烧结温度较窄、制备要求严格等缺点
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