【摘要】：鈦膜作為一種新穎的多孔性膜材料,具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,同時兼具優(yōu)異的機械強度,但是其比表面積低是在應用過程中亟待解決的難題。本文采用粉末冶金法結(jié)合熔融金屬脫合金法,制備一種多級孔鈦膜,研究多級孔的成型機理。以多級孔鈦膜為基膜,采用溶膠-凝膠法制備多級孔MnOx/Ti電催化膜,并將多級孔MnOx/Ti電催化膜應用于ECMR陽極,處理剛果紅廢水,以剛果紅的催化效率為指標優(yōu)化了多級孔鈦膜的制備工藝參數(shù)和ECMR的操作參數(shù)。通過XRD表征,確定了制備銅鈦合金相的最佳溫度為850℃,也分析了物相在膜制備過程中的轉(zhuǎn)化路徑,解釋了Mg金屬在熔融金屬脫合金過程中的重要作用。通過SEM與EDX表征,分析了多級孔鈦膜的微觀結(jié)構(gòu)(孔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多級分布)與元素的含量成分(主要為Ti與O)。利用毛細流孔儀與BET分析了制備鈦膜的開孔孔徑分布,其孔徑在2 nm-5 μm范圍內(nèi),呈現(xiàn)多級分布。通過XRD分析、SEM分析、BET分析、電化學性能測試(CV、EIS、CA)與電催化性能測試,確定了多級孔鈦膜的最佳制備參數(shù)。在原子比Ti:Cu=75:25,原子比Mg:Cu=70:30,燒結(jié)溫度為850 °C的條件下,所制備的多級孔鈦膜綜合性能最佳,其孔隙率為60%,純水通量為4561.75 L/(h·m2·bar),硬度為28.6 HV,單位面積的電化學活性面積為0.96 cm2左右,擴散系數(shù)為1.94×10-5cm2·s-1左右。當多級孔MnOx/Ti電催化膜應用于ECMR,在pH為7.0、溫度為25°C、電解質(zhì)Na2SO4濃度為15 g·L-1、剛果紅初始濃度為150mg·L-1、電流密度0.35 mA·cm-2、停留時間為12 min條件下對剛果紅的脫色率為99%,TOC去除率為60%左右。根據(jù)脫色率與TOC的去除率優(yōu)化了ECMR處理剛果紅染料的操作參數(shù),其最佳參數(shù)為:電流密度0.3 mA·cm-2、停留時間12 min、起始濃度150 mg·L-1,在該參數(shù)下剛果紅TOC去除率達到80%,脫色率為99%。
【圖文】：

己經(jīng)發(fā)展出幾種方法來制備來多級孔金屬材料，其中有四種主要方法，逡逑包括粉末燒結(jié)法，添加劑制備，模板法和脫合金法。逡逑１．２．１粉末燒結(jié)法逡逑粉末燒結(jié)法是最簡單的多級孔金屬或合金制備方法，其工藝是將金屬或金屬逡逑合金粉末進行壓制燒結(jié)。該方法的實質(zhì)是通過壓制使粉末成型，在粉末顆粒之間逡逑形成空隙，在高溫燒結(jié)的過程中，由于粉末顆粒之間表面能降低而相互連接，最逡逑終長大成晶粒，并保留一定的孔隙率。例如，在２０世紀６０年代早期開發(fā)的具有逡逑１８－２０％孔隙率的自潤滑燒結(jié)鋁軸承Ｋ，其生產(chǎn)工藝為：在７０－１４０邋ＭＰａ下壓制鋁逡逑粉，在６００邋°Ｃ下燒結(jié)］０－３０邋ｍｉｎ，然后進行退火。粉末燒結(jié)法可應用于制備大多逡逑數(shù)多級孔金屬，并能進行大規(guī)模生產(chǎn)。作為對以上方法的改進，可以將金屬粉末逡逑和造孔劑進行混合，然后在燒結(jié)過程中除去造孔劑，冷卻后可以得到多孔金屬［９］。逡逑然而，該方法制備的多孔金屬，由造孔劑形成的孔是相互孤立存在，孔與孔之間逡逑并不直接相連，同時，其孔隙率或相對密度也是有限的。在該工藝的基礎上，可逡逑以同時引入不同尺寸和形狀的造孔劑，以便能夠設計和產(chǎn)生多級孔結(jié)構(gòu)。常用的逡逑

以同時引入不同尺寸和形狀的造孔劑，以便能夠設計和產(chǎn)生多級孔結(jié)構(gòu)。常用的逡逑ｂs6灥逡逑圖１－１多級孔Ｔｉ：邋（ａ）大孔；（ｂ）小孔逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｌｙ邋ｐｏｒｏｕｓ邋Ｔｉ：邋（ａ）邋ｌａｒｇｅ邋ｐｏｒｅｓ；邋（ｂ）邋ｓｍａｌｌ邋ｐｏｒｅｓ逡逑造孔劑包括陶瓷、聚合物、鹽以及金屬粉末。例如，小于５０邋ｐｍ的纖維素組成的逡逑紙可以作為造孔劑［１°］，該造孔劑可以通過熱處理或者腐蝕很容易去除。此外，將逡逑較大顆粒的造孔劑分散在細金屬粉末中，通過燒結(jié)法也可以制備多級孔金屬結(jié)逡逑２逡逑
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2588423