MMA注凝成型制备粉煤灰漂珠陶瓷膜及其过滤性能研究

发布时间：2018-10-09 11:23

【摘要】：陶瓷膜具有出色的机械强度、耐腐蚀性、耐高温、寿命长等优势,在人类生活生产的多个领域扮演了越来越重要的角色。绿色化、低成本、高效率的陶瓷膜制备工艺研究及其应用研究具有重要的意义。本课题选用杂质少、产量大、价格低廉、烧结温度低的粉煤灰漂珠作为制备陶瓷膜的原料,旨在为粉煤灰资源化及优化陶瓷陶瓷膜制备工艺提供数据与理论的支持。陶瓷膜的支撑体以注浆成型法进行制备。选用聚乙烯醇为增塑剂,聚乙二醇20000为分散剂,可溶性淀粉为造孔剂。造孔剂用量增加有助于提高支撑体的孔隙率,但会导致其孔径变大、孔径分布不均,实验表明造孔剂最佳添加量为15wt%。浆料由粉体、增塑剂、分散剂、造孔剂和蒸馏水依比例100:3:1:15:70配制,注模成型后生坯在1050℃下烧结2h,得到孔隙率44.20%,抗弯折强度33.00MPa,平均孔径3.74μm,纯水通量3278.4 L·m-2·h-1的支撑体。陶瓷膜分离层生坯选用注凝成型工艺进行制备。为了改善传统注凝体系存在的弊端,本课题研究了以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体的非水基注凝成型体系,利用MMA本体聚合将陶瓷粉料固定成型。实验重点研究了MMA预聚合及浆料中MMA预聚液含量对分离层注凝成型的影响。实验结果表明:微波加热可以缩短聚合诱导期、加速反应;增加引发剂用量加速了聚合反应,对凝胶固化时长没有影响;延长预聚合时间有助于缩短浆料凝胶固化时长、减小体积收缩、提高单体转化率,这对注凝成型更为有利;提高浆料的液固比将导致分离层孔隙率上升、抗弯折强度降低、平均孔径增大、孔径分布均匀性下降;提高MMA预聚液含量使浆料流变性下降,应将用于涂膜的浆料黏度控制在3000~6500m Pa·s。综合以上因素,MMA预聚合的最佳条件为微波340W、BPO用量1.0wt%,预聚合6min后得到粘均分子量0.80×104、特性黏度8.68m L/g、动力粘度1075 m Pa·s的预聚液,再与粉体骨料混制成浆料。浆料中MMA预聚液质量分数为45%~50%时,对分离层的涂制最为有利。陶瓷膜的支撑体和分离层在烧结过程中具有相同的物相组成和微观形貌变化:随着烧结温度由1000℃升至1100℃,粉料中的Si O2逐渐熔融,并与Fe O、Al2O3发生反应生成铁堇青石;熔融液相的扩散及莫来石、铁堇青石晶粒的发育,导致陶瓷体的微观结构致密化,陶瓷膜抗弯强度、耐腐蚀性能随烧结温度升高增强,孔隙率、重金属浸出浓度及平均孔径发生下降,孔径分布变窄。故在支撑体生坯表面涂制分离层后,可一次性进行共烧结。烧结的最佳温度为1050℃,制得复合陶瓷膜的孔隙率43.16%,抗弯强度36.04MPa,纯水通量2661.91 L·m-2·h-1,耐酸、碱腐蚀质量损失率为0.27%、0.10%,其中分离层的平均孔径仅为0.86μm。MMA注凝成型工艺制备的粉煤灰漂珠复合陶瓷,膜较传统工艺具有更加出色的性能。粉煤灰漂珠陶瓷膜具有微滤性能,为进一步提高膜过滤效果,本课题研究了以陶瓷膜为基膜,多壁碳纳米管(MWNTs)为预涂膜颗粒的动态膜。重点研究了MWNTs尺寸、浓度及跨膜压差对动态膜过散染料滤分性能的影响。实验结果反映:MWNTs-S能够镶嵌并窄化基膜孔道,降低膜通量,增强动态膜截留能力;涂膜液浓度0.4g/L、跨膜压差0.20MPa的最佳过滤条件下,动态膜对分散大红、分散蓝、直接大红、直接蓝染料、聚乙二醇20000以及湖水的浊度、UV254的去除率分别达到了97.4%、94.2%、75.7%、71.4%、41.6%、99.9%和58.2%。MWNTs动态膜过滤效果较基膜提升显著,展现出可观的实用价值。
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【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.893;X705

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