致密超细球形氧化铝制备性能良好的陶瓷超滤膜

发布时间：2021-08-16 11:25

　　热等离子体制备的超细球形氧化铝具有表面致密光滑、分散性好等特点,本工作以超细球形氧化铝为原料,通过浸渍提拉烧结法,制备了孔径分布窄、渗透通量高的陶瓷超滤膜,研究了烧结温度对陶瓷膜微孔结构的演化、孔径分布和渗透通量的影响。随后对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理,采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程。结果表明,通过调节烧结温度调控陶瓷膜的微孔结构,当烧结温度为1250℃时,陶瓷膜的孔径分布较窄,孔径大小为25?65 nm,渗透通量为986.4 L/（m2·h）。超细球形氧化铝粒径分布较窄及表面致密光滑有助于1250℃下烧结形成均匀的烧结颈,提供了陶瓷膜较窄的孔径分布。对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理后其浊度下降为0.231 NTU,浊度去除率达99.96%。采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程,结果表明,纳米硅水分散液的堵塞模型是滤饼过滤,属于可逆污染。 

【文章来源】：过程工程学报. 2020,20(10)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

氧化铝和支撑体的表征

烧结是陶瓷粉末成型的标准工业技术，高温下，为了降低系统在自由表面和晶界的自由能，在自由表面和晶界处发生了传质。两个颗粒相互接触，形成颈部的凹面，表面自由能较低，容易产生空位[19]。同时，无序的晶界也是空位的来源，粒子可以通过表面扩散、晶界扩散和体积扩散进行转移，烧结颈部继续长大，完成烧结过程[20]。不同烧结阶段的示意图如图5(a)?5(d)所示，对应的陶瓷膜表面SEM照片如图5(e)?5(h)所示。可以看出，烧结传质前，大部分粒子处于单分散状态，此时颗粒堆积形成的孔大小不均匀。随烧结温度升高，相互接触的2个颗粒之间发生了传质，烧结在一起，其传质方式为表面扩散，此时为烧结前期，由于球形颗粒的各向同性，此时颗粒间形成的烧结颈部较均匀[21]。当烧结温度进一步升高，3?4个颗粒烧结在一起，颗粒间的烧结传质进一步增强，此时为烧结中期，传质方式为晶界扩散[22]，颗粒形状变得不规则，此时易形成一些大孔和小孔。随烧结温度继续升高，晶粒进一步变大，多个颗粒生长成了大颗粒，表面的孔隙率减小，出现一些大孔和小孔，此时为烧结末期，传质方式为体积扩散[23]。由以上烧结机理可知，通过改变烧结温度能够改变颗粒的烧结程度、烧结晶粒个数和烧结阶段，从而调控陶瓷膜的孔结构。图3 不同烧结温度下陶瓷膜的孔径分布

不同烧结温度下陶瓷膜的孔径分布


本文编号：3345584