超细球形氧化铝制备陶瓷超滤膜及应用污水处理的研究
发布时间：2021-09-06 19:10
陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、耐微生物侵蚀、强度高、处理能力大等特点,在分离领域得到了广泛的关注和应用。氧化铝陶瓷膜是一类性价比高的陶瓷膜,广泛应用在食品、医疗、化工等行业。然而制备氧化铝陶瓷膜采用的不规则氧化铝颗粒,烧结过程陶瓷膜表面易产生裂缝、形成不均匀的孔结构,同时膜的表面比较粗糙,对陶瓷膜的截留性能及渗透通量会产生一定的影响。针对以上这些问题,本论文采用热等离子体制备的超细球形氧化铝进行陶瓷超滤膜制备,超细球形氧化铝粒径约为100 nm,表面光滑,zeta电位高,通过调控烧结温度、浆料的固含量、浸渍时间、聚乙烯醇的浓度和施加的电压对陶瓷膜表面的微孔结构形貌进行了调控,制备了膜表面无缺陷、孔结构均匀、渗透通量高,膜表面平整的陶瓷超滤膜。（1）表征了等离子体制备的超细氧化铝,氧化铝粉体为致密球形颗粒,粒径约为100 nm,粒径分布窄,具有较高的zeta电位,pH为7时,zeta电位为54.06 mV,浆料稳定性高,室温放置14天没有发生分层。然后,以致密球形氧化铝颗粒为原料,通过紧密堆积的球形颗粒烧结,形成较为均匀的烧结颈部,制备了孔径分布窄、膜表面无缺陷的陶瓷膜。研究了陶瓷膜的烧结温...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３不同构型的陶瓷分离膜：（ａ）管式膜，（ｂ）中空平板膜??
研发并大规模生产平板陶瓷膜的有日本的明电舍、德国ＩＴＮ、丹??麦的Ｌｉｑｔｅｃｈ、新加坡的Ｃｅｒａｆｌｏ、江苏久吾高科和中国山东工陶院等＃］，己经应??用到工业中的有碳化硅、氧化铝等材质陶瓷膜。平板陶瓷膜具有结构简单、安装??和使用方便、使用范围广等特点具有广阔的应用前景。??殷齐超等Ｍｌ用粒径为０．５?ｐｎ的不规则氧化铝粉体，采用浸溃提拉法制备平??板陶瓷膜，通过调整固含量对陶瓷膜的孔径和渗透通量进行调控，研宄发现，烧??结温度为１３００°Ｃ时，烧结制备的微滤膜孔径为０．７?ｐｍ。图１．４ａ是其用浸溃提拉??法制备的陶瓷膜表面形貌，可以发现，陶瓷膜表面仍然有一些较大的孔隙，表面??致密化，这可能是由于氧化铝的形貌不规则，表面能分布不均匀，曲率高的地方??活性高，烧结后产生不均匀的传质烧结，颗粒烧结收缩过程中产生了不均匀的团??聚，导致了不均匀的孔隙结构。??图１．４不同方法制备的多孔陶瓷膜微孔形貌：⑷浸渍提拉法制备的陶瓷膜％?（ｂ）喷涂法制??备的陶瓷膜ｌ４ｆｉｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄｓ：??（ａ）?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｄｉｐｐｉｎｇ－ｃｏａｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ＊４５１，?（ｂ）?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ?１４６１??王跃超等＿以氧化铝（Ｄ５０＝ｌ?ｐｍ）与少量无机粘接剂为主要原料，采用喷??涂法在支撑体上镀膜，制备陶瓷膜的平均孔径为０．６
?超细球形氧化铝制备陶瓷超滤膜及应用污水处理的研究???Ｌ／（ｎ＾ｈ）。图１．４ｂ是其制备的陶瓷膜表面微孔结构，可以看到，有较大的颗粒堆??积在膜表面，膜表面不平整；并可见陶瓷膜表面有大小不一且形状不规则的大孔，??这可能是因为原料氧化铝形貌不规则，堆积过程中颗粒受力不均，导致一些颗粒??烧结后团聚堆积在膜表面，烧结后陶瓷膜表面粗糙；氧化铝颗粒烧结过程各向异??性收缩，导致出现大孔小孔。在陶瓷膜浆料制备过程中，需要添加聚丙烯酸铵来??提高浆料的稳定性，并且添加聚丙烯酸铵质量分数为０．４％效果较佳，浆料在空??气中放置４８?ｈ左右，不发生明显沉淀。但是在实际工业应用中，４８?ｈ较短，稳??定性不高的浆料不利于工业化的放大生产；并且添加了稳定剂，引入了其它不必??要的杂质，不符合绿色环保的理念。??Ｙａｎｇ等刚用Ｓｉ０２、Ｙ２０３等物质在１３００°Ｃ烧结４?ｈ制备热导率较低的??ｙ－Ｙ；！Ｓｉ２０７平板陶瓷膜，陶瓷膜的孔隙率为４９％，平均孔径为０．９４叫。图１．５ａ??是陶瓷膜在烧结温度为１３００°Ｃ时的微孔结构，可以看到，很多颗粒烧结形成了??大颗粒，表面的孔隙较小，形成了一些死孔，半通孔、孔径分布不均匀。这可能??是颗粒烧结前发生了团聚，烧结后形成了较大的晶粒，导致了一些死孔，颗粒不??均匀堆积导致孔结构分布不均匀。??图１．５不同原料制备的多孔陶瓷膜微孔形貌：（ａ）Ｓｉ０２＊Ｙ２０３制备的陶瓷膜Ａ，（ｂ）天然红??黏土制备的陶瓷膜＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒａｗ??ｍａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]烧结制度对铝矾土/黄土基支撑体性能影响[J]. 同帜,黄开佩,杨博文,孙小娟,张健需. 化学工程. 2020(02)
[2]超滤/反渗透双膜法在印染废水深度处理中的应用[J]. 安文浩,许育新,沈阿林. 浙江农业科学. 2020(01)
[3]反渗透水处理技术及其应用趋势研究[J]. 郭冠军,韩梦龙,莫冰玉,海景雯. 价值工程. 2020(03)
[4]氧化铝平板陶瓷膜的制备[J]. 王跃超,汪永清. 江苏陶瓷. 2019(06)
[5]有机无机杂化膜的制备方法与应用研究[J]. 王双,孙函舒,王薇,殷艳艳. 广东化工. 2019(22)
[6]Al2O3平板陶瓷膜的工业化制备与应用展望[J]. 张伟,樊震坤,杨东亮,孟凡朋,李泉,王磊,马宁,张超,张健. 净水技术. 2019(S2)
[7]磷酸化辣木蛋白对浊度水的去除作用[J]. 殷春雁,刘自单. 当代化工研究. 2019(14)
[8]超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J]. 郭瑛. 环境与发展. 2019(10)
[9]管式多孔黄土陶瓷膜支撑体的制备和性能表征[J]. 孟锋,杨博文,同帜,行静,孙小娟,王磊. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(05)
[10]纳米复合含能材料的制备方法、复合体系及其性能的研究进展[J]. 任秀秀,赵省向,韩仲熙,邢晓玲. 材料导报. 2019(23)
博士论文
[1]膜蒸馏海水淡化和油水分离用疏水多孔陶瓷膜研究[D]. 任春雷.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]MBR中表面形态对膜污染影响的界面作用机制研究[D]. 蔡祥.浙江师范大学 2018
[2]微滤—反渗透工艺在电镀废水回用上的试验研究[D]. 冯霞.广东工业大学 2016
[3]平板陶瓷膜生物反应器处理分散式生活污水及膜污染特性研究[D]. 董越.北京交通大学 2015
[4]SiO2/PVDF复合纳滤膜的制备及其去除模型病毒的性能研究[D]. 邬晓龄.华南理工大学 2013
[5]模板法制备聚合物超疏水表面[D]. 黄明达.浙江工业大学 2009
本文编号：3388016
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３不同构型的陶瓷分离膜：（ａ）管式膜，（ｂ）中空平板膜??
研发并大规模生产平板陶瓷膜的有日本的明电舍、德国ＩＴＮ、丹??麦的Ｌｉｑｔｅｃｈ、新加坡的Ｃｅｒａｆｌｏ、江苏久吾高科和中国山东工陶院等＃］，己经应??用到工业中的有碳化硅、氧化铝等材质陶瓷膜。平板陶瓷膜具有结构简单、安装??和使用方便、使用范围广等特点具有广阔的应用前景。??殷齐超等Ｍｌ用粒径为０．５?ｐｎ的不规则氧化铝粉体，采用浸溃提拉法制备平??板陶瓷膜，通过调整固含量对陶瓷膜的孔径和渗透通量进行调控，研宄发现，烧??结温度为１３００°Ｃ时，烧结制备的微滤膜孔径为０．７?ｐｍ。图１．４ａ是其用浸溃提拉??法制备的陶瓷膜表面形貌，可以发现，陶瓷膜表面仍然有一些较大的孔隙，表面??致密化，这可能是由于氧化铝的形貌不规则，表面能分布不均匀，曲率高的地方??活性高，烧结后产生不均匀的传质烧结，颗粒烧结收缩过程中产生了不均匀的团??聚，导致了不均匀的孔隙结构。??图１．４不同方法制备的多孔陶瓷膜微孔形貌：⑷浸渍提拉法制备的陶瓷膜％?（ｂ）喷涂法制??备的陶瓷膜ｌ４ｆｉｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄｓ：??（ａ）?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｄｉｐｐｉｎｇ－ｃｏａｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ＊４５１，?（ｂ）?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ?１４６１??王跃超等＿以氧化铝（Ｄ５０＝ｌ?ｐｍ）与少量无机粘接剂为主要原料，采用喷??涂法在支撑体上镀膜，制备陶瓷膜的平均孔径为０．６
?超细球形氧化铝制备陶瓷超滤膜及应用污水处理的研究???Ｌ／（ｎ＾ｈ）。图１．４ｂ是其制备的陶瓷膜表面微孔结构，可以看到，有较大的颗粒堆??积在膜表面，膜表面不平整；并可见陶瓷膜表面有大小不一且形状不规则的大孔，??这可能是因为原料氧化铝形貌不规则，堆积过程中颗粒受力不均，导致一些颗粒??烧结后团聚堆积在膜表面，烧结后陶瓷膜表面粗糙；氧化铝颗粒烧结过程各向异??性收缩，导致出现大孔小孔。在陶瓷膜浆料制备过程中，需要添加聚丙烯酸铵来??提高浆料的稳定性，并且添加聚丙烯酸铵质量分数为０．４％效果较佳，浆料在空??气中放置４８?ｈ左右，不发生明显沉淀。但是在实际工业应用中，４８?ｈ较短，稳??定性不高的浆料不利于工业化的放大生产；并且添加了稳定剂，引入了其它不必??要的杂质，不符合绿色环保的理念。??Ｙａｎｇ等刚用Ｓｉ０２、Ｙ２０３等物质在１３００°Ｃ烧结４?ｈ制备热导率较低的??ｙ－Ｙ；！Ｓｉ２０７平板陶瓷膜，陶瓷膜的孔隙率为４９％，平均孔径为０．９４叫。图１．５ａ??是陶瓷膜在烧结温度为１３００°Ｃ时的微孔结构，可以看到，很多颗粒烧结形成了??大颗粒，表面的孔隙较小，形成了一些死孔，半通孔、孔径分布不均匀。这可能??是颗粒烧结前发生了团聚，烧结后形成了较大的晶粒，导致了一些死孔，颗粒不??均匀堆积导致孔结构分布不均匀。??图１．５不同原料制备的多孔陶瓷膜微孔形貌：（ａ）Ｓｉ０２＊Ｙ２０３制备的陶瓷膜Ａ，（ｂ）天然红??黏土制备的陶瓷膜＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃｅｒａｍｉｃ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒａｗ??ｍａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]烧结制度对铝矾土/黄土基支撑体性能影响[J]. 同帜,黄开佩,杨博文,孙小娟,张健需. 化学工程. 2020(02)
[2]超滤/反渗透双膜法在印染废水深度处理中的应用[J]. 安文浩,许育新,沈阿林. 浙江农业科学. 2020(01)
[3]反渗透水处理技术及其应用趋势研究[J]. 郭冠军,韩梦龙,莫冰玉,海景雯. 价值工程. 2020(03)
[4]氧化铝平板陶瓷膜的制备[J]. 王跃超,汪永清. 江苏陶瓷. 2019(06)
[5]有机无机杂化膜的制备方法与应用研究[J]. 王双,孙函舒,王薇,殷艳艳. 广东化工. 2019(22)
[6]Al2O3平板陶瓷膜的工业化制备与应用展望[J]. 张伟,樊震坤,杨东亮,孟凡朋,李泉,王磊,马宁,张超,张健. 净水技术. 2019(S2)
[7]磷酸化辣木蛋白对浊度水的去除作用[J]. 殷春雁,刘自单. 当代化工研究. 2019(14)
[8]超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J]. 郭瑛. 环境与发展. 2019(10)
[9]管式多孔黄土陶瓷膜支撑体的制备和性能表征[J]. 孟锋,杨博文,同帜,行静,孙小娟,王磊. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(05)
[10]纳米复合含能材料的制备方法、复合体系及其性能的研究进展[J]. 任秀秀,赵省向,韩仲熙,邢晓玲. 材料导报. 2019(23)
博士论文
[1]膜蒸馏海水淡化和油水分离用疏水多孔陶瓷膜研究[D]. 任春雷.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]MBR中表面形态对膜污染影响的界面作用机制研究[D]. 蔡祥.浙江师范大学 2018
[2]微滤—反渗透工艺在电镀废水回用上的试验研究[D]. 冯霞.广东工业大学 2016
[3]平板陶瓷膜生物反应器处理分散式生活污水及膜污染特性研究[D]. 董越.北京交通大学 2015
[4]SiO2/PVDF复合纳滤膜的制备及其去除模型病毒的性能研究[D]. 邬晓龄.华南理工大学 2013
[5]模板法制备聚合物超疏水表面[D]. 黄明达.浙江工业大学 2009
本文编号：3388016
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